反应精馏制乙酸乙酯

1、实验一反应精倍法制乙酸乙酯一、实验目的1了解反应精饰是既服从质量作用定律又服从相平衡规律的复杂过程。2掌握反应精储的操作。3.能进行全塔物料衡算和塔操作的过程分析。4了解反应精饰与常规精储的区别。5学会分析塔内物料组成。二、实验原理反应精谣过程不同于一般精储，它既有精谭的物理相变之传递现象，乂有物质变性的化学反应现象。反应精储对下列两种情况特别适用：（1）可逆平衡反应。一,般情况下，反应受平衡影响，转化率只能维 护在平衡转化的水平；但是，若生成物中有低沸点或高沸点物质存在，则精饰过程可使其连续地从系统 中排出，结果超过平衡转化率，大大提高了效率。（2）异构体混合物分离。通常因它们的沸点接近，靠

2、 一般精饰方法不易分离提纯，若异构体中某组分能发生化学反应并能生成沸点不同的物质，这时可在过 程中得以分离。对于本实验来说，适于第一种情况，但但该反应若无催化剂存在，单独采用反应精储存在也达不到 高效分离的目的，这是因为反应速度非常缓慢，故一般都用催化反应方式。酸是有效的催化剂，常用硫 酸。本实验是以乙酸和乙醇为原料，在催化剂作用卜.生成乙酸乙酯的可逆反应。反应的方程式为：CH3COOH + C2H5OH 1 CH3COOC2H5+H2O实验的进料有两种方式：一是宜接从塔釜进料；另一种是在塔的某处进料。前者有间歇和连续式操 作；后者只有连续式。可认为反应精谣的分离塔也是反应器。若采用塔釜进料的

3、间歇式操作，反应只在 塔釜内进行。由于乙酸在气相中有缔合作用，除乙酸外，其它三个组分形成三元或二元共沸物。水一酯， 水一醉共沸物沸点较低，醉和酯能不断地从塔顶排出。由于乙酸的沸点较高，不能进入到塔体，故塔 体内共有3组分，即水、乙醇、乙酸乙酯。本实验采用间歇式进料方式，物料衡算式和热量衡算式为：（1）物料衡算方程乂寸第J块理论板上的1组分进行物料衡算如卜.+匕+广g+F- +九=5十小2可於 11, 7=132,3,4 （2）气液平衡方程对平衡级上某组分1的有如卜平衡关系：M X- =。每块板匕组成的总和应符合卜式：ix； i=L（3）反应速率方程&/ = £ ,号（4）热量

4、衡算方程对平衡级进行热最衡算，最终得到卜.式：J* -V-HJ -。也 + %声汨 + 0 + R.H. = 0fij'uLf-iXij-IF/u -h- |用1第i块理论板上的气液流动示意图三、实验装置及实验流程示意图实验装置如图2所示。反应精饲塔用玻璃制成。直径20mm,塔高1500mm,塔内填装（p3x3rnm不锈钢填料G16L）,填料高度 1400mm。塔外壁镀有金属膜，通电流使塔身加热保温。塔釜为一玻璃容器，并有电加热器加热。采用 XCT-191, ZK-50可控硅电压控制釜温。塔顶冷凝液体的回流采用摆动式回流比控制器操作。此控制系统 由塔头上拱锤、电磁铁线圈、回流比计数拨码

5、电子仪表组成。所用的试剂有乙醇、乙酸、浓硫酸、蒸储水。1测温热电阳2冷却水3提锤4电磁铁5塔头6镭出液收集根7回流比控制器S取样口 9塔体1C数字式温度显示器11控温仪12加料口 13塔釜14电加热器15卸料U图2反应精谭流程及装置四、实验步骤1 .称取乙需、乙酸各75g,用漏斗倒入塔釜内，并向其中滴加23滴浓硫酸，开启釜加热系统至04A, 开启塔身保温电源0.1A,开启塔顶冷凝水。每10mm记卜温度。2 .当塔顶摆锤上有液体出现时，进行全回流操作，全回流15mm后，开启回流，调整回流比为R=3 1 （别忘了开小锤卜.边的塞子），30mm后，用微量注射器在1, 3, 5三处同时取样，将取得的液

6、体进行色 谱分析，30min后，再取一次进行色谱分析。3 .将加热和保温开关关.匕取出产物和塔釜原料，称重进行色谱分析，关上电源，将废液倒入废 液瓶，收拾实验台。五、实验原始数据记录表实验时由于操作失误,误将废液当做乙静加入反应釜,导致实验彻底失败,数据无法处理。故不得不采用他组数据，所用数据为第四组李远，吴刚等三人数据，所用原始实脸数据见李远。本组实验原始数据记录表见最后。六、实验数据处理及举例1、计算塔内浓度分布A f已知：f 水=0.3920： f酊=1.0000 /箧=0.5389 fK，= 1.5264 且 二 故以11： 00精馀塔上段液体的含量作为计算举例:已知乙酸的沸点较高，不

7、能进入到塔内，故塔体内共有3个组分，即水、乙醇、乙酸乙酯。6270 X 0.392_ ° .仆山6270 X 0.392+ 18709X 1.0000 + 61131 X 1.5264 = 2147%18709 X 1.0000=16.343%6270 x 0.392 + 18709 X 1.0000 + 61131 X 1.526461131 X 1.5264.=81.510%6270 X 0.392 + 18709 X 1.0000 + 61131 X 1.5264对其余各组实验采用相同的处理，可得到以卜表格:表1：侧线采出样品的色谱分析结果组分水乙醉乙酸乙酯10:30上段(ll

8、OOnun)峰面积百分比A15.9866823.6753270338质量百分比Wi0.0175940.17749480.804911中段(670mm)峰面积百分比a2%1.3061825.469272.22462质量百分比W?0.0037590.18696440.809277下段(230nun)峰面积百分比a3%6.362232.3313261,30649质量百分比W30.0194230.25179460.72878211:00上段(llOOnun)峰面积百分比Af%7.2811721.7269670.99187质量百分比W,0.0214690.16343040.8151中段(670mm)峰面

9、积百分比AN%5.4536524.113870.43255质量百分比W2，0.0159830.18027680.803741下段(230nun)峰面积百分比A15.9866823.6753270.338质量百分比W3，0.0175940.17749480.804911根据上表分别绘制出10： 30和11.00各个组分塔内分布，如下图所示。810:30塔内各组分浓度分布T-乙醇在塔内的浓度分 布T一水在塔内的浓度分布T"乙酸乙酯在塔内的浓 度分布0.90.80.70.60.50.40.30.20.1002004006008001000 1200图2： 1。30塔内各组分浓度分布图11:

10、00塔内各组分浓度分布图T一水在塔内的浓度分布乙醇在塔内的浓度分 布T-乙酸乙酯在塔内的浓 度分布图3： 11:00塔内各组分浓度分布图如图所示，不同时间段分别在精福塔的上部、中部和底部取样做色谱分析可.知，原料乙醇在精储塔 底部含量最多：而产物乙酸乙酯在精福塔上部含量最多，水在全塔含量大致相同。随时间增加，产物含 最逐渐增加，反应物含最逐渐减少，反映了反应精储可以起到分离产物和提高反应程度的作用。2、进行乙酸和乙幅的全塔物料衡算塔顶产品的质量：m 10=165 3-126=39.3g塔釜产品质量：m1177.53-78.67=98.86g以塔顶产品分析作为计算举例:久="=7.84

11、3815 X 0.392= 2 3053%24/7.843815 X 0.392 + 19.68703 X 1.0000 + 72.46916 X 1.52644醉f醉19.68703 X 1.0000y _ _L = 14 760%24/ 1 7.843815 X 0.392 + 19.68703 X 1.0000 + 72.46916 X 1.5264 '4 常/酯72.46916 X 1.5264% '=82 9345% 7.843815 X 0.392 + 19.68703 X 1.0000 + 72.46916 X 1.5264 '其他数据计算同理，计算结果如

12、卜表3：塔顶、塔釜产品色谱分析结果组分水乙醉乙酸乙酯塔顶产品峰面积百分比a41%7.8716619.684472.44395峰面积百分比Aq%7.8159719.6896672.49437平均峰面积百分比A47.84381519.6870372.46916质量百分比W40.0230530.14760250.829345塔釜产物峰面积百分比a51%16.4859735.744417.5758330.1938峰面积百分比A52%15.4581734.146320.899429.49613平均峰面积百分比As%15.9720734.9453519.2376229.84497质量百分比W50.0644

13、610.35978320.1067360.469023、物料衡算（1）塔顶产品中:水;X"水=39 3X0 023053=0 906g乙醇：m = m Xx =39.3X0 1476025=5.80g乙酸乙酯：X%. =39 3X0 829345=32 59g Ba Eg Bb（2）塔釜产品中：水：m水=m水 X无水=98 86X0 064461=6 37g乙醇：m = m X x =98.86X0 3597832=35 56g乙酸：m =m =98 86X0 106736=10 55g 酸 酸 酸乙酸乙酯：X =98.86X0 46902=46 36g Ea as Bb2应r|1产

14、生的乙酸乙酯=32.59+46 36=78 95g消耗的乙醇=78 95X46/88=41.27g消耗的乙酸=78 95X60/88=53 83g理论上剩余乙醇=75.45 41 27 = 34 18g实际剩余乙醇= 5.80+35 56=41.36g理论上剩余乙酸=75 67 53 83 = 2184g实际剩余乙酸=1055g原料总质量=75 45+75 67=150 12g产物总质量=98.86 + 3 9 3 = 138 16g4、转化率及收率的计算乙酸转化率=(乙酸加料量-釜残液乙酸量/乙酸加料最X 103=<75,67-98 86X0 106736)/75 67 X109%=8

15、6 01%：乙醇转化率=乙博加料量-釜残液乙醇最乙醇加料最X 10期=(75.45-98 86X0 3597832)/75 45义 100%=52.86%乙酸乙酯的收率=产品乙酸乙酯的物质的量/原料乙酸的物质的量X 100%=(39 3 X0 829345+98.86X046902)/88/C75 67/60)X 100%=71 15%七、实验结果分析与讨论1、实验注意事项使用微量注射瑞在3个不同高度取样，应尽愿保持同步。在使用微量进样器进样时速度尽量要快。因水出峰较早，可以先点击开始后进样。在称取釜残液的质最时,尽量等到持液全部流至塔釜后才取釜残液，实验中等到塔釜温度降至50 后取样。2、实

16、验误差分析可能是有部分液体残留在精播塔中所致。可能是色谱分析中出现的误差所致。3、反应精储的优点由于该反应是一个放热反应，反应精储可以利用这部分能量推动精储的进行，很大程度上的达到节 能的效果：将精储和反应过程耦公起来大大节省了空间和设备；破坏了可逆反应平衡，增加了反应的选择性和转化率，使反应速度提高，从而提高了生产能力。八、思考题1、试行文献找出除乙酸乙酯反应精储外，还有那些产品能用反应精储法制的？ 成酸反应，水解反应，加成反应，醉脱水反应，苯取代反应，聚合物合成反应。2、连续反应精馀应怎样操作？简单叙述流程。连续精饰在塔某处或塔釜进料，在塔某处出料，在塔上部某处加带有酸催化剂的乙酸，塔下部

17、某处 加乙醇。连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（称为釜残液）；部分液体被汽化，产生上升蒸 汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器被全部冷凝，将部分冷凝液用泵（或借重力作用）送 回塔顶作为回流液体，其余部分作为塔顶产品（称为儒出液）采出。3、采用固体催化剂时，实验室和工业塔怎么装填？搠包式包装结构：将催化剂装在规整填料的夹层中：将催化剂装在塔板上的固定容器中；催化剂与填料 混装的结构4、怎样提高酯化收率？答：时于本实验CH3coOH + C2H50HleH3coO6H5+H9是可逆反应，为提高酯化反应的收率，可以 通过减小一种生成物的浓度，或者用反应精饰的方法，使生成物中高沸点或者低沸点的物质从系统中连 续的排出，是平衡向生成产物的方向移动，以提高酯化收率。5、不同回流比对产物分布影响如何？答：当回流比增大时，乙酸乙酯的浓度会增加。6、采用