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不锈钢管反应管1-三脚架；2-丝网；3-玻璃纤维；4-催化剂；5-测量套管；6-螺帽；7-热电偶实验步骤和操作要点熟悉实验装置及流程，弄清物料走向及加料、出料方法，打开冷凝水。将预热室温度控制设定在200℃，反应管上段、中段、下段温度控制设定为560℃。待反应管温度达到300℃后，打开泵1进物料水，“放空”状态下排尽气泡后，调节旋钮至“预热”，再将流量调至2ml/min，使水经预热室进入反应管。当反应管温度到达400℃后，打开泵2进物料乙苯，同样“放空”状态下排尽气泡后，调节旋钮至“预热”，再将流量调至1ml/min，使乙苯进入反应管。当反应管温度达到560℃并保持1h后，认为在该条件下的反应已达到稳定状态，此时要记录气体湿式流量计刻度，并将冷凝管中的积液全部移出。20min后再次记录气体湿式流量计刻度，并用分液漏斗收集冷凝管中的产品，粗产品取出后静置分层。称出油状液体质量。取少量样品进行气相色谱分析样品组成。逐次升高反应管温度为590℃（620℃），重复步骤V，记录相关数据。反应结束后，关闭泵2，停止进乙苯原料。维持通入水蒸气，进行催化剂的清焦再生，待反应管温度降至300℃以下时，关闭泵1停止加水，可切断电源和冷却水。注意事项：使用泵进料时，须先在“放空”状态下排尽气泡后，方可调节旋钮至“预热”开始进料。水进样流量为2ml/min，乙苯进样流量为1ml/min，实验过程中须经常调节。每个反应温度均需保持1h后，才能认为在该条件下的反应已达到稳定平衡状态，以20min内该条件下的乙苯催化脱氢反应，进行物料衡算及相关数据分析。反应结束后，保持水蒸气的继续通入，进行催化剂的清焦再生，待反应管温度降至300℃以下时，方可停止泵1(水蒸气)。色谱分析样品采用校正面积归一法。实验数据处理数据记录每个反应温度：气体湿式流量计读数(前后共两次)20min内所得产品质量及组成。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：0.867g/ml表1各物质的相对校正因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反应精馏制乙酸乙酯乙苯催化脱氢制苯乙烯CO中-低温串联变换反应乙醇脱水动力学实验实验题目乙醇脱水动力学实验乙醇脱水属于平等反应。既可以进行分子内脱水成乙烯，又可以分子间脱水生成乙醚。一般而言，较高的温度有利于生成乙烯，而较低的温度则有利于生成乙醚。较低温度：2C2H5OH→C2H5OC2H5+H2O较高温度：C2H5OH→C2H4+H2O本实验采用催化剂，在固定床反应器中进行乙醇脱水反应研究，通过改变反应的进料速度，可以得到不同反应条件下的实验数据，通过对气体和液体产物的分析，可以得到在一定反应温度条件下的反应最佳工艺条件和动力学方程。在实验拢中，由净于两个徒反应生伐成的产宴物乙醚帐和水留垦在了液圆体冷凝丑液中，蔬而气体虽产物乙幕烯是挥绞发气体版，进入让尾气湿钳式流量赏计计量借总体积栽后排出弊。A.B.疫ФPOO淋T研究了在Al2O3上乙醇却脱水的漠动力学凭，导出抄了一级闹反应速沈度方程膊式：其中：v0—乙醇的号加料速伪度(毫克分愁子/分)y—乙醇转睬化率(％)实验目在的巩固所妖学的有腐关动力拌学方面拜的知识学会动力猎学数据的屋处理方法钳，根据动小力学方程睛求出相应陪的参数值掌握获与得的反致应动力抄学数据湾的方法作和手段熟悉内纯循环式宰无梯度脊反应器卷的特点寇以及其叠它有关劳设备的选使用方怎法实验装置酱与试剂实验装样置本实验装筐置由三部替分构成。第一部分敌是由微量网进料泵、著预热室组敢成的系统阁。第二部烈分是反劲应系统交。它是乘由一台梁内循环刊式无梯朽度反应买器，温平度控制犯器和显队示仪表垮组成。第三部放分是取谅样和分姥析系统体。包括塞取样六捞通阀，搁产品收定集器和全在线气磁相色谱当。实验试咏剂无水乙连醇催化剂：HZS尿M-5分子筛实验工艺领流程和步扁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乙醇脱移水工艺傅流程Fig.道2F阀low者char碧tof扭deh棕ydra写tion率of部etha于nol1.打开H2钢瓶，调茶整色谱仪坑的柱前压档力至0.1榜2MP皆a（减压阀0.3M芽Pa）。确认咽色谱检测叫器有载气捕通过后启挎动色谱仪公。设定柱护箱温度为100℃，气化驰室温度残为120℃，检测室皂温度为120℃，待温递度稳定斗后，打智开热导柔池－微督电流放智大器的先开关，培并调整戒桥电流细至100饥mA。2.在色谱仪赖升温同时油，打开各沙温度控制控器的电源做开关；设梳置预热器谨控温为150℃、保温带120℃、阀恒框温箱120℃、反应器赵控温为预摸定温度，源以上温控终可通过电妄脑工作界因面进行，困亦可通过垃调节相应涉温控表进模行。开车3.打开反闹应器夹以套冷却肝水阀门姻，打开毫搅拌器狗电源开朋关，设锡置转速2000线-280采0rpm。打开阀绪恒温箱加嫁热器开关狡，使之升捐温到120℃。管路跌也保温规在120℃。4.待温度唇稳定后桑，打开搂微量进第料泵，遣以预定素流量向橡汽化器斧内通入柿原料乙呈醇。5．稳定20mi忆n后，用阀康箱内的旋斩转六通阀忧取样分析便反应产物述的组成，另并记录色揭谱数据；匪记录尾气愈流量。6．在280～310℃之间选择昨三到四个再温度，在滔各温度下榜改变三次滔乙醇的进寒料速度(0.2糠~0.6破ml/m鄙in)，测定出钩在不同条显件下的数登据。1.患关闭加踢料泵，说停止进帝料；2.仆关闭温巴度控制穗器电源栏和预热厦器电源码；3.将调速象旋钮调膝至零，撑关闭电捡源，停银止搅拌话，待反应挽器温度授降至200℃以下，停止通冷趣却水；4.关闭总电饼源；5.侦整理设玩备，倒蛾掉收集制瓶内的队反应物制。停车实验数据期处理原始数王据记录表1各物质的勿相对校正哈因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乙醇的转恢化率=反应掉架的乙醇辈摩尔数/原料中乙批醇的摩尔贼数=(X乙烯+2×X乙醚)/(园X乙烯+2×粥X乙醚+X乙醇)乙醇的收纯率=生成乙烯滋的摩尔数/原料中广乙醇的叔摩尔数=X乙烯/(X乙烯+2×X乙醚+X乙醇)乙醇的进傅料速度=乙醇液欲的体积唤流量×0.销789剑3（乙醇的圣密度）/46.见07（乙醇堪的分子凡量）乙烯的生雁成速度=（乙醇进产料速度×乙烯的忘收率）/[催化剂用沃量（g）]（mol芦/g.录h）反应器内球乙醇的浓帅度：CA=PA/RT符(m括ol/羊l)式中PA为乙醇盟的分压化；反应怖的总压陪为0.1慰Mpa。所以可疗将反应侨器内的秩混合气估视为理名想气体害。生成熔乙烯的舅反应步补骤的速有率常数K可以通蹲过下式灵求出，K=通r/诊CA计算同样温度下勒不同流毕量下的K的平均勺值，并占以K平均取对数lnK，将lnK对1/T作图，竭即可求倍出K0和该直线史的斜率，鼻由阿累尼侦乌斯方程K=K0exp(束-E/R均T)，可知斜骗率=-E困/R，至此即材可求出E。数据分析熟记录思考题1、无梯撒度反应犬器测定逼测定化暴学反应研动力学稍的优缺炭点？2、分别统画出乙怀醇进料辱温度(速度)与乙醇心的收率嘴曲线，堤并对这因两类曲普线所反纠应的规事律进行伙解释？反应精馏永制乙酸乙贸酯乙苯催喝化脱氢袍制苯乙浊烯超过滤拒膜分离CO中-低温串联足变换反应实验题僚目实验原理反应精馏未制乙酸乙奴酯反应精馏（Reac你tive禾Dis院till樱atio耽n）属于撒精馏技处术中的凉一个特球殊领域贤，是化么学反应史和精馏弄分离方疾法耦合众的化工堆过程。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。醇酸酯研化反应—催化反环应精馏催化剂佛：浓H2SO4催化作宰用不受雅塔内温腰度限制贤，全塔勾内都能混进行催泛化反应纯组分淹在常压颈下的沸必点：乙醇：78.无4℃乙酸：117-碎118℃乙酸乙酯慎：75-7火7.5℃由于乙酸起的沸点较量高，不能时进入到塔颜体，故塔体内涉共有3组分，即水、司乙醇、乙勉酸乙酯。在塔上玩部某处敢加带有山催化剂恩的乙酸含，塔下娃部某处风加乙醇柿。釜沸阻腾状态古下乙酸潮从上段庆向下段积移动，仁与向上久段移动魄的乙醇杂接触，养在不同疑填料高垫度上均查发生反种应，生搜成酯和蛛水，塔体内草有4组分。由于撒乙酸在烂气相中作有缔合报作用，论除乙酸脖外，其疗它三个吓组分形妈成三元合或二元在共沸物狱。水-酯、水-醇共沸对物沸点钩较低，用醇和酯漆能不断杨地从塔隶顶排出拨。若控灶制反应形原料比风例，可肥使某组傍分全部年转化。塔釜进料间歇和连续式操作塔中进料连续式操作两种进魔料方式实验装华置和试侨剂图1反应精馏塔反应精壤馏装置（回流比项分配器）气相色杆谱仪贷电元子天平（校正面积摄归一法分析取样参组成）试剂：乙醇、乙辜酸、浓硫狠酸1-塔顶冷职凝器；2-塔身；3-塔釜；4、5-进料泵实验步骤详和操作要义点将乙醇肝、乙酸私各200饱g，浓硫亩酸2g滴加入塔掠釜内，开边启釜热系做统。溶液沸崇腾时，开启塔眨身保温膊电源。询待塔顶有蒸气输上升时瞧，开启疗冷凝水蜡。当塔顶征摆锤上长有液体刊出现时搁，进行理全回流眨操作。15分钟后饲，设定盏回流比下为4：1，开启泄回流比佛控制电奶源。15分钟后，弓用注射器悔在塔顶、更塔中和刷塔釜同瓶步取样。分别将0.8μL样品注入半色谱分析盲仪，记录留结果。重复3、4步操作，即45分钟时渴再从塔苦顶和塔龟中取样翅分析。关闭塔釜宫及塔身加休热电源，对馏出液、釜残液猴进行称数重和色详谱分析（当持液饮全部流至纽奉塔釜后才贩取釜残液趋），关闭总纺电源和冷凝呀水。操作流命程原料称疾重200世g乙醇200g乙酸2g浓硫酸釜热溶液沸腾开启塔峰身保温蒸汽上达肌塔顶开冷凝遇水全回流15mi承n回流比4:115m倦in30m钟in时塔顶塔中取样分秘析15m追in45mi猜n时塔顶塔割中取样分析取样分析塔顶馏出奏液塔釜残刑液冷却至剑室温关闭电源醒和冷凝水1.称重。原料龙塔皆顶馏出蒙液盆塔釜速残液3.色谱分击析。取样要同学步称取釜筝残液的忆质量时溜，必须戒等到持杠液全部仪流至塔作釜后才狸取釜残慌液。校正面扑积归一止法2.加热。釜热电压谱调节(70糠V1笔0mi托n→80V狮10奴min→90V勿10况min→100V废10m胀in→110耀V1每0mi表n)实验数据骆处理表1各物质新的相对汇校正因攻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＝[乙酸加镇料量－坦釜残液刊乙酸量]/乙酸加料磁量收率=生成乙酸堆乙酯量/乙酸加料酬量由于乙醇足过量，可根据剖下式计算慌反应转化垒率和收率：原料(乙醇)=塔釜残液货中的乙醇+塔顶馏出饼液中的乙妄醇+生成乙垂酸乙酯谢消耗的秋乙醇原料(乙酸)=塔釜残液汤中的乙酸+生成乙酸盲乙酯消耗互的乙酸物料衡算思考题简述反应词精馏中精父馏的作用败？Ans：乙醇与温乙酸反应和生成乙酸雁乙酯的反钟应受平衡灶影响，转蚕化率只能严维护在平赶衡转化的敬水平；但阵是，因所镰生成的乙您酸乙酯沸醒点较低，挥则精馏过斯程可使其肢连续的从旺系统中排课出，结果棍超过平衡哗转化率，滩大大提高鞋了效率。反应精集馏与一充般精馏鲜的区别该？Ans：一般绢精馏只丛有物理裳相变；宇反应精乞馏既有蜓物理相送变的传族递现象温，又有挨化学相专变的传懂递现象赤。根据各组蛾分沸点，部推测间歇梨操作中塔涛釜和塔体谁各有几种窝组分？Ans：因为塔釜进眼料时，由于乙酸袜的沸点较木高，不能芒进入塔体，故塔釜：水、乙醇浑、乙酸乙寺酯、乙酸箭四种组分嘴，塔体：水、乙汗醇、乙绣酸乙酯娇三种组扎分。不同回穿流比对言塔顶冷订凝负荷某及产物及纯度有蛛何影响穗？Ans：回流翻比增大滴，塔顶宏冷凝负挤荷增大榨，产品胆纯度增泰加，但当回流比嗓过大时，怜传质推动侧力减小，蓝理论塔板斑数增大，幕需要的投霸资增加。塔釜温散度过高碰或过低哥会对实币验有何兴影响？Ans：温度过分高蒸发量每大，易造透成液泛；聪温度过低谎蒸发量少秧，会很长轻时间还没铃有蒸汽上泉升到塔头沸内时，没舒有馏出物扯。保温段加湖热电流过念大会对实铃验有什么治影响？Ans：过大会白造成过热砍，使加热值膜受到损挥坏，另外蚂，还会造决成因塔壁站过热而变烟成加热器放，回流液驳体不能与棵上升蒸汽可进行气液御相平衡的热物质传递项，反而会罢降低塔的晒效率。在同一窄时刻，吩乙酸乙造酯的含抄量随塔意身有何斯变化？Ans：乙酸态乙酯的结含量从注塔釜至晕塔顶逐灭渐增大失。在塔身培的同一淹位置，晌乙酸乙喘酯的含兄量随时池间的延绢长有何暖变化？Ans：若反安应时间闷较短，牢尚未达殿到平衡丽转化率错，则乙饰酸乙酯镜的含量突逐渐增畏加；但志随着时蜡间的延好长，塔亡釜内乙降醇与乙工酸的含港量逐渐买减少，映所以乙得酸乙酯树的含量暖也随之盆降低。反应精报馏制乙诞酸乙酯乙苯催化问脱氢制苯耕乙烯乙醇脱水遇动力学实顶验CO中-低温串联持变换反应实验题目CO中-低温串联佳变换反应Rea秋son：若不脱奏除CO，在合散成氨系最统，当区温度达300℃时，铁碌催化剂产存在下铃，能和H2反应生员成甲烷展和水，糠造成惰秩性气体电增加，国对合成闲反应不烧利，会侮使合成帅催化剂饮中毒。Res党ult：将原料左气中的CO变成CO2和H2。H2是合成氨变需要的原灭料气，CO2在后面的飞脱碳和甲剖烷化两个庭工序中除崇去，作为件生产尿素义或食品级CO2的原料。CO水蒸气贺变换反圾应，简扛称CO变换反应嚷。积碳：CO+咬H2=C沉+贝H2O2CO粉=敞C+云CO2甲烷化班：CO+睬3H2=CH4+H2O4H2+CO2=CH4+2H2OCO变换的俊副反应1、CO歧化积碳2、甲烷丸化消耗H2CO变换反逆应的化加学平衡1、可逆2、放热3、等体积4、催化剂参与反应特点主要影响雾因素热力学敌的影响最佳操肚作温度高温加快姑反应速度低温可降产低平衡一冈氧化碳含平量动力学的闪影响温度的影响水碳比的影响水碳比崇：原料戒气中H2O/CO的物质的桨量增加水蒸上气用量，途既有利于它提高CO的变换率征，又有利龟于提高变捡换反应速他度，同时横抑制副反吨应。但水碳承比过高达，能耗滴增加，CO浓度降低来及接触时宿间减少。实际生产六中水碳比增控制在5~7左右。CO变换催化旬剂度及抗离硫性能催化剂印活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-均ZnO-贩Al2O3Co-M征o-Al2O3本实验就类是通过选回定某种催殊化剂，例合如B20瓶5型，改轿变原料气习与水蒸汽密的比例（汽气比）、改螺变反应温度测定反应眠后气体组勇成（一氧歇化碳的浓传度），了舅解和验证面汽气比以戴及反应温或度对变换号反应的影吃响。实验步树骤和操卸作要点1)国检查系衫统是否乞处于正哪常状态竟（中变盯尾气阀嚷门关闭幻玉、低变糖尾气阀谨门打开惕；N2、CO碰稳压阀晴门打开婶，H2、CO2稳压阀门键关闭）；2)陆接通电办源，设屋定保温德带控温示为12饶0℃、聚预热器氏控温为焦150好℃，开沟启加热灯；设定居饱和器努控温至籍预定温稳度，开辉启加热孤；设定宿中变、样低变反找应器加苍热炉控雪温程序舞，开启拐加热，它开启搅阅拌（转我速42跑0rp福m左右弓）；3)茫待中变幸、低变国反应器扬床层温凉度升至慎150铸℃时（策观察温看度巡检闭表对应档值），跳打开冷旦却水，既开氮气妖钢瓶总航阀（减志压阀0宏.2-凑0.3将MPa蛮），通详过微调混阀调节崭流量为拐20m剧L/m静in；开车4)待泄中、低变作反应器、屡水饱和器有温度（观彻察温度巡奏检表对应带值）到达薯实验条件互后，关闭都氮气钢瓶踏总阀、减唇压阀，关读闭氮气流宰量微调阀民。开启C冤O钢瓶总泪阀（减压渗阀0.2岭-0.3相MPa）剩，通过微乔调阀调节求流量为3翠0mL/渠min；5)稳轿定30汉分钟左租右，利宇用皂膜疤流量计度测量尾煌气流量般，用1受mL注童射器在停取样口格取样，铺利用气垂相色谱授仪分析孟组成，券并记录贯实验条普件及分想析数据弃；6)奏改变实莫验条件借，稳定芦30分承钟左右崇，测尾础气流量鼓，取样环分析，袍记录实级验条件贡和分析着数据。停车1)关闭原料闲气钢瓶以摄及微调阀枪，切换成更氮气，开保微调阀门过调节流量茎为20m辩l/m宁in，5min后调节役中温、求低温反典应器控查温仪