化工专业实验

反应精馏制乙酸乙酯乙苯催化脱氢制苯乙烯乙醇脱水动力学实验CO中-低温串联变换反应实验题目聊城大学化工专业实验讲义2015-03-20聊城大学化工专业实验乙苯催化脱氢制苯乙烯1、常温下，有辛辣味无色油状液体2、熔点242.5K，沸点418.2K(145℃)3、难溶于水，能溶于甲醇、乙醇及乙醚等有机溶剂中4、毒性中等，空气中最大允许浓度100mg/kg

自聚聚苯乙烯树脂(PS)+丙烯腈AN丙苯树脂(AS树脂)共聚+丁二烯丁苯橡胶共聚+丁二烯+ANABS塑料共聚Styrene

乙苯催化脱氢基本原理高温、低压有助于脱氢反应的进行乙苯脱氢是可逆强吸热反应，平衡常数随温度的升高而增大，而平衡产率则随压力的降低而升高。减压：高温下进行负压操作不安全，加入惰性气体（稀释剂，一般用水蒸气）实现降低原料气分压的目的。主反应+C2H4+2H2+CH4+2H2+C2H68C+5H2+16H2O8CO2+21H2副反应乙苯脱氢反应产物称为脱氢液，也称炉油，其组成为：苯、甲苯、乙苯、苯乙烯。乙苯脱氢主副反应平衡常数比较

在700℃下，加氢裂解的平衡常数Kp仍很大，故裂解和加氢裂解反应比脱氢反应有利，需高活性、高选择性催化剂。t/℃三、乙苯脱氢催化剂氧化铁系催化剂：Fe2O3-K2O-Cr2O3乙苯脱氢反应—高温、有氢和大量水蒸气存在对催化剂的要求：具有良好的热稳定性和化学稳定性此外催化剂还能抗结焦和易于再生在有氢和水蒸气存在下，氧化铁体系Fe价态复杂，其中Fe3O4可能起催化作用，H2可使高价铁还原为低价铁，而水蒸气的存在有助于阻止低价铁的出现。助催化剂：Cr2O3—

提高热稳定性，稳定铁的价态K2O—改变催化剂表面酸度，减少裂解反应的发生，并能提高催化剂的抗结焦性能和消炭作用，以及促进催化剂的再生能力，延长再生周期。水蒸气的作用：

稀释剂

稳定催化剂的价态

抗结焦生炭活性组分乙苯脱氢工艺条件①温度的影响主反应：吸热反应，T↑，KP↑副反应：裂解、结焦，T↑，有利于副反应，反应选择性变差本实验温度：560~620℃②压力的影响为降低乙苯分压，采用添加稀释剂(如水蒸气)④乙苯液空速的影响液空速小，在催化剂床层停留时间长，X↑，S↓;催化剂表面结焦增加，催化剂再生周期短；液空速大，X↓，S↑，未反应原料回收量大，水蒸气消耗量大。适宜的液空速0.6h-1

③水蒸气用量的影响V(水蒸气)/V(乙苯)=2:1实验目的了解以乙苯为原料在铁系催化剂上进行固定床制备苯乙烯的过程。培养大家的实验操作技能。掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响。掌握色谱分析方法。乙苯沸点：136.2℃苯乙烯沸点：145℃实验装置1图2不锈钢钢管反反应管管1-三脚架架；；2-丝网；；3-玻璃纤纤维；；4-催化剂剂；5-测量套套管；；6-螺帽；；7-热电偶偶实验步步骤和和操作作要点点熟悉实实验装装置及及流程程，弄清物料料走向向及加加料、、出料料方法法，打打开冷冷凝水水。将预热热室温度控控制设设定在在200℃，反应管管上段、、中段段、下下段温温度控控制设设定为为560℃。待反应管管温度达达到300℃后，打打开泵泵1进物料料水，，“放空空”状态下下排尽气泡后，调节旋旋钮至至“预预热””，再将流流量调调至2ml/min，使水水经预预热室室进入入反应应管。当反应应管温度到到达400℃后，打打开泵泵2进物料料乙苯苯，同样“放空空”状态下下排尽气泡后，调节旋旋钮至至“预预热””，再将流流量调调至1ml/min，使乙乙苯进进入反反应管管。当反应应管温度达到560℃并保持持1h后，认认为在在该条条件下下的反反应已已达到到稳定定状态态，此此时要要记录录气体体湿式流流量计计刻度度，并并将冷凝管管中的的积液液全部部移出出。20min后再次次记录录气体体湿式流量计计刻度，并用分液漏斗收集冷凝管管中的产品品，粗产品取取出后静置置分层。称称出油状液液体质量。。取少量样样品进行气气相色谱分分析样品组成。逐次升高反反应管温度为590℃（620℃），重复复步骤V，记录相关数据。反应结束后后，关闭泵泵2，停止进乙乙苯原料。维持通入水水蒸气，进进行催化剂剂的清焦再再生，待反应管温度降至300℃以下时，，关闭泵1停止加水，，可切断电电源和冷却却水。注意事项：：使用泵进料料时，须先先在“放放空”状态下排尽气泡后，方可调节旋旋钮至“预预热”开始始进料。水进样流量量为2ml/min，乙苯进样样流量为1ml/min，实验过程程中须经常常调节。每个反应温温度均需保保持1h后，才能认认为在该条条件下的反反应已达到到稳定平衡衡状态，以以20min内该条件件下的乙乙苯催化化脱氢反反应，进进行物料料衡算及及相关数数据分析析。反应结束束后，保保持水蒸气气的继续通入，进进行催化化剂的清清焦再生生，待反应管管温度降至至300℃以下时时，方可停停止泵1(水蒸气)。色谱分析析样品采采用校正面积积归一法法。实验数据据处理数据记录录每个反应应温度：：气体湿湿式流量量计读数数(前后共两两次)20min内所得产产品质量量及组成成。脱氢温度/℃气体湿式流量计读数/L乙苯质量/g产品质量/g产品组分Area%W%各组分质量/g苯甲苯乙苯苯乙烯乙苯密度度：0.867g/ml表1各物质的的相对校校正因子子相对质量校正因子f苯=1.000f甲苯=0.8539f乙苯=1.006f苯乙烯=1.032反应应精精馏馏制制乙乙酸酸乙乙酯酯乙苯苯催催化化脱脱氢氢制制苯苯乙乙烯烯CO中-低温温串串联联变变换换反反应应乙醇脱水动力学实验实验验题题目目乙醇醇脱脱水水动动力力学学实实验验乙醇醇脱脱水水属属于于平平等等反反应应。。既既可可以以进进行行分分子子内内脱脱水水成成乙乙烯烯，，又又可可以以分分子子间间脱脱水水生生成成乙乙醚醚。。一一般般而而言言，，较较高高的的温温度度有有利利于于生生成成乙乙烯烯，，而而较较低低的的温温度度则则有有利利于于生生成成乙乙醚醚。。较低温度度：2C2H5OH→→C2H5OC2H5+H2O较高温度度：C2H5OH→→C2H4+H2O本实验采采用催化化剂，在在固定床床反应器器中进行行乙醇脱脱水反应应研究，，通过改改变反应应的进料料速度，，可以得得到不同同反应条条件下的的实验数数据，通通过对气气体和液液体产物物的分析析，可以以得到在在一定反反应温度度条件下下的反应应最佳工工艺条件件和动力力学方程程。在实验中中，由于于两个反反应生成成的产物物乙醚和和水留在在了液体体冷凝液液中，而而气体产产物乙烯烯是挥发发气体，，进入尾尾气湿式式流量计计计量总总体积后后排出。。A.B.ФPOOT研究了在在Al2O3上乙醇脱脱水的动动力学，，导出了了一级反反应速度度方程式式：其中：v0—乙醇的加加料速度度(毫克分子子/分)y—乙醇转化化率(％)实验目的的巩固所学学的有关关动力学学方面的的知识学会动力力学数据据的处理理方法，，根据动动力学方方程求出出相应的的参数值值掌握获得得的反应应动力学学数据的的方法和和手段熟悉内循循环式无无梯度反反应器的的特点以以及其它它有关设设备的使使用方法法实验装置置与试剂剂实验装装置本实验验装置置由三三部分分构成成。第一部部分是是由微微量进进料泵泵、预预热室室组成成的系系统。。第二部部分是是反应应系统统。它它是由由一台台内循循环式式无梯梯度反反应器器，温温度控控制器器和显显示仪仪表组组成。。第三部部分是是取样样和分分析系系统。。包括括取样样六通通阀，，产品品收集集器和和在线线气相相色谱谱。实验试剂无水乙醇催化剂：HZSM-5分子筛实验工艺流流程和步骤骤原料乙醇柱塞计量泵预热器固定床反应器气相色谱仪图2乙醇脱水工工艺流程Fig.2Flowchartofdehydrationofethanol1.打开H2钢瓶，调整整色谱仪的的柱前压力力至0.12MPa（减压阀0.3MPa）。确认色色谱检测器器有载气通通过后启动动色谱仪。。设定柱箱箱温度为100℃，气化室温温度为120℃，检测室温温度为120℃，待温度稳稳定后，打打开热导池池－微电流流放大器的的开关，并并调整桥电电流至100mA。2.在色谱仪升升温同时，，打开各温温度控制器器的电源开开关；设置置预热器控控温为150℃、保温带120℃、阀恒温箱箱120℃、反应器控控温为预定定温度，以以上温控可可通过电脑脑工作界面面进行，亦亦可通过调调节相应温温控表进行行。开车3.打开反应器器夹套冷却却水阀门，，打开搅拌拌器电源开开关，设置置转速2000-2800rpm。打开阀恒恒温箱加热热器开关，，使之升温温到120℃。管路也保保温在120℃。4.待温度稳定定后，打开开微量进料料泵，以预预定流量向向汽化器内内通入原料料乙醇。5．稳定20min后，用阀箱箱内的旋转转六通阀取取样分析反反应产物的的组成，并并记录色谱谱数据；记记录尾气流流量。6．在280～310℃之间选择三三到四个温温度，在各各温度下改改变三次乙乙醇的进料料速度(0.2~0.6ml/min)，测定出在在不同条件件下的数据据。1.关关闭加料料泵，停停止进料料；2.关关闭温度度控制器器电源和和预热器器电源；；3.将调速旋旋钮调至至零，关关闭电源源，停止止搅拌，，待反应器器温度降降至200℃以下，停止通冷冷却水；；4.关闭总电电源；5.整整理设备备，倒掉掉收集瓶瓶内的反反应物。。停车实验数据据处理原始数据据记录表1各物质的的相对校校正因子子相对质量校正因子f乙烯=2.08f水=3.03f乙醇=1.39f乙醚=0.91乙醇的转转化率=反应掉的的乙醇摩摩尔数/原料中乙乙醇的摩摩尔数=(X乙烯+2×X乙醚)/(X乙烯+2×X乙醚+X乙醇)乙醇的收收率=生成乙烯烯的摩尔尔数/原料中乙乙醇的摩摩尔数=X乙烯/(X乙烯+2×X乙醚+X乙醇)乙醇的进进料速度度=乙醇液的的体积流流量×0.7893（乙醇的的密度））/46.07（乙醇的的分子量量）乙烯的生生成速度度=（乙醇进进料速度度×乙烯的收收率）/[催化剂用用量（g）]（mol/g.h）反应器内内乙醇的的浓度：：CA=PA/RT(mol/l)式中PA为乙醇的分压压；反应的总总压为0.1Mpa。所以可将反应应器内的混合合气视为理想想气体。生成成乙烯的反应应步骤的速率率常数K可以通过下式式求出，K=r/CA计算同温度下下不同流量下下的K的平均值，并并以K平均取对数lnK，将lnK对1/T数据分析记录录思考题1、无梯度反应应器测定测定定化学反应动动力学的优缺缺点？2、分别画出乙乙醇进料温度度(速度)与乙醇的收率率曲线，并对对这两类曲线线所反应的规规律进行解释释？反应精馏制乙乙酸乙酯乙苯催化脱氢氢制苯乙烯超过滤膜分离离CO中-低温串联变换换反应实验题目实验原理反应精馏制乙乙酸乙酯反应精馏（ReactiveDistillation）属于精馏技技术中的一个个特殊领域，，是化学反应应和精馏分离离方法耦合的的化工过程。。精馏促进反应

可逆平衡反应反应促进精馏异构体混合物分离利用精馏过程把产物和原料分离，破坏了化学反应的平衡关系，使反应总是向生成物方向进行，加大了反应的转化率和反应速度；将目的产物从反应区及时移出，还可以减少副反应，提高了过程的收率。在待分离的混合物溶液中加入反应夹带剂，使其有选择地与溶液中的某一组分发生快速可逆反应，以加大组分间的挥发度差异，从而能容易地用精馏方法将混合物分离。醇酸酯化反应应—催化反应精馏馏催化剂：浓H2SO4催化作用不受受塔内温度限限制，全塔内内都能进行催催化反应纯组分在常压压下的沸点：：乙醇：：78.4℃℃乙酸：：117-118℃乙酸乙乙酯：：75-77.5℃由于乙乙酸的的沸点点较高高，不不能进进入到到塔体体，故故塔体内内共有有3组分，即水水、乙乙醇、、乙酸酸乙酯酯。在塔上上部某某处加加带有有催化化剂的的乙酸酸，塔塔下部部某处处加乙乙醇。。釜沸沸腾状状态下下乙酸酸从上上段向向下段段移动动，与与向上上段移移动的的乙醇醇接触触，在在不同同填料料高度度上均均发生生反应应，生生成酯酯和水水，塔体内内有4组分。由于于乙酸酸在气气相中中有缔缔合作作用，，除乙乙酸外外，其其它三三个组组分形形成三三元或或二元元共沸沸物。。水-酯、水水-醇共沸沸物沸沸点较较低，，醇和和酯能能不断断地从从塔顶顶排出出。若若控制制反应应原料料比例例，可可使某某组分分全部部转化化。塔釜进料间歇和连续式操作塔中进料连续式操作两种种进进料料方方式式实验验装装置置和和试试剂剂图1反应应精精馏馏塔反应应精精馏馏装装置置（回回流流比比分分配配器器））气相相色色谱谱仪仪电电子子天天平平（校正正面面积积归归一一法法分析析取取样样组组成成））试剂剂：：乙醇醇、、乙乙酸酸、、浓浓硫硫酸酸1-塔顶顶冷冷凝凝器器；；2-塔身；；3-塔釜；；4、5-进料泵泵实验步步骤和和操作作要点点将乙醇醇、乙乙酸各各200g，浓硫硫酸2g滴加入入塔釜釜内，，开启启釜热热系统统。溶液沸沸腾时时，开启塔塔身保保温电电源。。待塔塔顶有蒸气气上升升时，，开启启冷凝凝水。。当塔顶顶摆锤锤上有有液体体出现现时，，进行行全回回流操操作。。15分钟后后，设设定回回流比比为4：1，开启启回流流比控控制电电源。。15分钟后后，用用注射射器在在塔顶、、塔中中和塔塔釜同同步取样。。分别将将0.8μL样品注注入色色谱分分析仪仪，记记录结结果。。重复3、4步操作作，即45分钟时时再从从塔顶顶和塔塔中取取样分分析。。关闭塔塔釜及及塔身身加热热电源源，对馏出出液、釜残液液进行行称重重和色色谱分分析（当持持液全全部流流至塔塔釜后后才取取釜残残液）），关闭闭总电电源和冷凝凝水。操作流流程原料称称重200g乙醇200g乙酸2g浓硫酸酸釜热溶液沸沸腾开启塔塔身保保温蒸汽上达塔塔顶开冷凝水全回流15min回流比4:115min30min时塔顶塔中取样分析15min45min时塔顶塔中取样分析取样分析塔顶馏出液液塔釜残液冷却至室温温关闭电源和和冷凝水1.称重。原料塔塔顶馏出出液塔塔釜残液液3.色谱分析。。取样要同步步称取釜残液液的质量时时，必须等等到持液全全部流至塔塔釜后才取取釜残液。。校正面积归归一法2.加热。釜热电压调调节(70V10min→80V10min→90V10min→100V10min→110V10min)实验数据处处理表1各物质的相相对校正因因子相对质量校正因子f水=0.74f醇=1.00f酸=1.27f酯=1.15转化率＝[乙酸加料量量－釜残液液乙酸量]/乙酸加料量量收率=生成乙酸乙乙酯量/乙酸加料量量由于乙醇过过量，可根据下下式计算反反应转化率率和收率：原料(乙醇)=塔釜残液中中的乙醇+塔顶馏出液液中的乙醇醇+生成乙酸乙乙酯消耗的的乙醇原料(乙酸)=塔釜残液中中的乙酸+生成乙酸乙乙酯消耗的的乙酸物料衡算思考题简述反应精精馏中精馏馏的作用？？Ans：乙醇与乙乙酸反应生生成乙酸乙乙酯的反应应受平衡影影响，转化化率只能维维护在平衡衡转化的水水平；但是是，因所生生成的乙酸酸乙酯沸点点较低，则则精馏过程程可使其连连续的从系系统中排出出，结果超超过平衡转转化率，大大大提高了了效率。反应精馏与与一般精馏馏的区别？？Ans：一般精馏馏只有物理理相变；反反应精馏既既有物理相相变的传递递现象，又根据各组分沸点，推测间歇操作中塔釜和塔体各有几种组分？Ans：因为塔釜进料时，由于乙酸的沸点较高，不能进入塔体，故

塔釜：水、乙醇、乙酸乙酯、乙酸四种组分，

塔体：水、乙醇、乙酸乙酯三种组分。不同回流比对塔顶冷凝负荷及产物纯度有何影响？Ans：回流比增大，塔顶冷凝负荷增大，产品纯度增加，但当回流比过大时，传质推动力减小，理论塔板数增大，需要的投资增加。塔釜温度过过高或过低低会对实验验有何影响响？Ans：温度过高高蒸发量大大，易造成成液泛；温温度过低蒸蒸发量少，，会很长时时间还没有有蒸汽上升升到塔头内内时，没有有馏出物。。保温段加热热电流过大大会对实验验有什么影影响？Ans：过大会造造成过热，，使加热膜膜受到损坏坏，另外，，还会造成成因塔壁过过热而变成成加热器，，回流液体体不能与上上升蒸汽进进行气液相相平衡的物物质传递，，反而会降降低塔的效效率。在同一时刻刻，乙酸乙乙酯的含量量随塔身有有何变化？？Ans：乙酸乙酯酯的含量从从塔釜至塔塔顶逐渐增增大。在塔身的同同一位置，，乙酸乙酯酯的含量随随时间的延延长有何变变化？Ans：若反应时时间较短，，尚未达到到平衡转化化率，则乙乙酸乙酯的的含量逐渐渐增加；但但随着时间间的延长，，塔釜内乙乙醇与乙酸酸的含量逐逐渐减少，，所以乙酸酸乙酯的含含量也随之之降低。反应精馏制制乙酸乙酯酯乙苯催化脱脱氢制苯乙乙烯乙醇脱水动动力学实验验CO中-低温串联变变换反应实验题目CO中-低温串联变变换反应Reason：若不脱除CO，在合成氨氨系统，当当温度达300℃时，铁催化化剂存在下下，能和H2反应生成甲甲烷和水，，造成惰性性气体增加加，对合成成反应不利利，会使合合成催化剂剂中毒。Result：将原料气中中的CO变成CO2和H2。H2是合成氨需需要的原料料气，CO2在后面的脱脱碳和甲烷烷化两个工工序中除去去，作为生生产尿素或或食品级CO2的原料。CO水蒸气变换换反应，简简称CO变换反应。。积碳碳：：CO+H2=C+H2O2CO=C+CO2甲烷烷化化：：CO+3H2=CH4+H2O4H2+CO2=CH4+2H2OCO变换换的的副副反反应应1、CO歧化化积积碳碳2、甲甲烷烷化化消消耗耗H2CO变换反应应的化学学平衡1、可逆2、放热3、等体积4、催化剂参与反应特点主要影响响因素热力学的的影响最佳操作作温度高温加快快反应速速度低温可可降低低平衡衡一氧氧化碳碳含量量动力学学的影影响温度的影响水碳比的影响水碳比比：原原料气气中H2O/CO的物质质的量量增加水水蒸气气用量量，既既有利利于提提高CO的变换换率，，又有有利于于提高高变换换反应应速度度，同同时抑抑制副副反应应。但水碳碳比过过高，，能耗耗增加加，CO浓度降降低及及接触触时间间减少少。实际生生产中中水碳碳比控控制在在5~7左右。。CO变换催催化剂剂度及抗抗硫性性能催化剂剂活性性温铁铬系铜锌系钴钼系高(中)温变换催化剂低温变换催化剂耐硫变换催化剂Fe2O3-Cr2O3-K2CO3CuO-ZnO-Al2O3Co-Mo-Al2O3本实验验就是是通过过选定定某种种催化化剂，，例如如B205型，，改变变原料料气与与水蒸蒸汽的的比例例（汽气比比）、改改变反应温温度测定反反应后后气体体组成成（一一氧化化碳的的浓度度），，了解解和验验证汽汽气比比以及及反应应温度度对变变换反反应的的影响响。实验步步骤和和操作作要点点1)检检查查系统统是否否处于于正常常状态态（中中变尾尾气阀阀门关关闭、、低变变尾气气阀门门打开开；N2、CO稳压压阀门门打开开，H2、CO2稳压阀门关关闭）；2)接通通电源，设设定保温带带控温为120℃、、预热器控控温为150℃，开开启加热；；设定饱和和器控温至至预定温度度，开启加加热；设定定中变、低低变反应器器加热炉控控温程序，，开启加热热，开启搅搅拌（转速速420rpm左右右）；3)待中中变、低变变反应器床床层温度升升至150℃时（观观察温度巡巡检表对应应值），打打开冷却水水，开氮气气钢瓶总阀阀（减压阀阀0.2-0.3MPa），，通过微调调阀调节流流量为20mL/min；开车4)待中中、低变反反应器、水水饱和器温温度（观察察温度巡检检表对应值值）到达实实验条件后后，关闭氮氮气钢瓶总总阀、减压压阀，关闭闭氮气流量量微调阀。。开启CO钢瓶总阀阀（减压阀阀0.2-0.3MPa），，通过微调调阀调节流流量为30mL/min；5)稳定30分钟左左右，利用用皂膜流量量计测量尾尾气流量，，用1mL注射器在在取样口取取样，利用用气相色谱谱仪分析组组成，并记记录实验条条件及分析析数据；6)改变变实验条件件，稳定30分钟左左右，测尾尾气流量，，取样分析析，记录实实验条件和和分析数据据。停车1)关闭原料气气钢瓶以及及微调阀，，切换成氮氮气，开微微调阀门调调节流量为为20ml/m