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Keywords:

  • gas–liquid reaction;
  • kinetics and mass transfer;
  • hydroformylation

Abstract

The kinetics of a gas–liquid reaction, alkene hydroformylation was studied in the presence of a homogeneous catalyst in a pressurised laboratory-scale semibatch reactor. Hydroformylation of propene to isobutyraldehyde and n-butyraldehyde was carried out at 70–115°C and 1–15 bar pressure in 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate solvent with rhodium catalyst using the ligands cyclohexyl diphenylphosphine. In order to evaluate the influence of mass transfer, experiments were made using varied stirring rate from 100 to 1000 rpm at 100°C and 10 MPa syngas pressure. Only at higher stirrings rates, the reaction took place in the kinetic regime. A reactor model was developed comprising both complex kinetics and liquid-phase mass transfer. The model was based on the theory of reactive films. The model is able to predict under which circumstances the hydroformylation process is affected by liquid-phase diffusion of the reactants. Experimental data and model simulations are presented for the hydroformylation of propene in the presence of a homogeneous rhodium catalyst.

La cinétique d'une réaction gaz-liquide, d'une hydroformylation alcène a été étudiée en présence d'un catalyseur homogène dans un réacteur semi-continu pressurisé à l'échelle laboratoire. L'hydroformylation du propène en isobutyraldéhyde et butyraldéhyde a été réalisée à 70–115°C et une pression de 1–15 bars dans un solvant de monoisobutyrate de 2,2,4-triméthyle -1,3-pentanédiol avec un catalyseur de rhodium utilisant les ligands du type cyclohexyle diphenylphosphine. Dans le but d'évaluer l'influence du transfert de masse, des expériences ont été faites en utilisant des taux d'agitation variés de 100 tr/min à 1000 tr/min à une pression de gaz de synthèse de 100°C et 10 MPa. La réaction s'est produite dans le régime cinétique uniquement à des taux d'agitation supérieurs. Un modèle de réacteur a été créé, composé à la fois de cinétique complexe et de transfert de masse de la phase liquide. Le modèle était fondé sur la théorie des films réactifs. Le modèle est en mesure de prédire dans quelles circonstances le processus d'hydroformylation est touché par la diffusion de la phase liquide des réactifs. Des données expérimentales et des simulations sur maquette sont présentées pour l'hydroformylation du propène en présence d'un catalyseur de rhodium homogène.