化学工程与工艺专业实验指导书2023年

试验十催化反响精馏法制甲缩醛反响精馏法是集反响与分别为一体的一种特别精馏技术，该技术将反响过程的工艺特点与分别设备的工程特性有机结合在一起，既能利用精馏的分别作用提高反响的平衡转化率，抑制串联副反响的发生，又能利用放热反响的热效应降低精馏的能耗，强化传质。因此，在化工生产中得到越来越广泛的应用。一、试验目的了解反响精馏工艺过程的特点，增加工艺与工程相结合的观念。把握反响精馏装置的操作把握方法，学会通过观看反响精馏塔内的温度分布，推断浓度的变化趋势，实行正确调控手段。学会用正交设计的方法，设计合理的试验方案，进展工艺条件的优选。(4)获得反响精馏法制备甲缩醛的最优工艺条件，明确主要影响因素。二、试验原理本试验以甲醛与甲醇缩合生产甲缩醛的反响为对象进展反响精馏工艺的争论。合成甲缩醛的反响为：2CH

3

OCH2 3

O2H6

O (1)2该反响是在酸催化条件下进展的可逆放热反响，受平衡转化率的限制，假设承受传统的先反响后分别的方法，即使以高浓度的甲醛水溶液〔38—40%〕为原料，甲醛的转化率也只能到达60%左右，大量未反响的稀甲醛不仅给后续的分别造成困难，而且稀甲醛浓缩时产生的甲酸对设备的腐蚀严峻。而承受反响精馏的方法则可有效地抑制平衡转化率这一热力学障碍，由于该反响物系中各组分相对挥发度的大小次序为： 甲缩醛 甲醇

甲醛

，可见，由于产物甲缩醛具有最大的相对挥发度，利用精馏的作用可将其不断地从系统中分别出去，促使平衡向生成产物的方向移动，大幅度提高甲醛的平衡转化率，假设原料配比把握合理，甚至可到达接近平衡转化率。此外，承受反响精馏技术还具有如下优点：在合理的工艺及设备条件下，可从塔顶直接获得合格的甲缩醛产品。反响和分别在同一设备中进展，可节约设备费用和操作费用。反响热直接用于精馏过程，可降低能耗。由于精馏的提浓作用，对原料甲醛的浓度要求降低，浓度为7%—38%的甲醛水溶液均可直接使用。本试验承受连续操作的反响精馏装置，考察原料甲醛的浓度、甲醛与甲醇的配比、催化剂浓度、回流比等因素对塔顶产物甲缩醛的纯度和生成速率的影响，从中优选出最正确的工艺条件。试验中，〔重量浓度〕12%—38%，甲醛:〔摩尔比为1:8—1:2，催化剂浓度1%—3%，回流比5—15。由于试验涉及多因子多水平的优选，故承受正交试验设计的方法组织试验，通过数据处理，方差分析，确定主要因素和优化条件。10三、试验装置及流程2–53所示。反响精馏塔由玻璃制成。塔径为25mm2400mm，共分为三段，由下至上分别为提馏段、反响段、精馏段，塔内填装弹簧状玻璃丝填料。塔釜为1000ml四口烧瓶，置于1000W电热碗中。塔顶承受电磁摆针式回流比把握装置。在塔釜，塔体和塔顶共设了五个测温点。原料甲醛与催化剂混合后，经计量泵由反响段的顶部参与，甲醇由反响段底部参与。用气相色谱分析塔顶和塔釜产物的组成。四、试验步骤原料预备：在甲醛水溶液中参与1%、2%、3%的浓硫酸作为催化剂。CP级或工业甲醇。操作预备：检查精馏塔进出料系统各管线上的阀门开闭状态是否正常。向塔釜参与400ml，约10%的甲醇水溶液。调整计量泵，分别标定原料甲醛和甲醇的进料流量，甲醇的4—5ml/min。试验操作：20分钟。拨到给定的数值。进料后，认真观看并跟踪记录塔内各点的温度变化，测定并记录塔顶与塔釜的出料速度，调整出料量，使系统物料平衡。15分钟取一次塔顶、塔釜样品，分析其组成，共取样2—3次。取其平均值作为试验结果。3-1催化精馏试验装置电热碗；2–塔釜；3–温度计；进料口；5–填料；6–温度计；数滴滴球；13–产品槽；14–计量泵；15–塔釜出料口；16–釜液贮瓶；

依正交试验打算表，转变试验条件，重复步骤可获得不同条件下的试验结果。组学生共同完成列出试验原始记录表，计算甲缩醛产品的收率。产品甲缩醛纯度的计算：利用气相色谱分析出样品的含量，用峰面积校正归一法求出产品纯度CONC

1.85X 甲缩醛 甲缩醛收率计算式：

d CONC

1.85CONC 1甲醇Dx dFxf

MMM0

100%绘制全塔温度分布图，绘制甲缩醛产品收率和纯度与回流比的关系图。六、试验结果争论何变化？这个变化说明白什么？同。本试验在制定正交试验打算表时没有考虑各因素间的交互影响，您认为是否合理？假设不合理，应当考虑哪些因子间的交互作用？要提高甲缩醛产品的收率可实行哪些措施？七、预习与思考承受反响精馏工艺制备甲缩醛，从哪些方面表达了工艺与工程相结合所带来的优势？是不是全部的可逆反响都可以承受反响精馏工艺来提高平衡转化率？为什么？在反响精馏塔中，塔内各段的温度分布主要由哪些因素打算？而不是甲醇一同参与？试验中，甲醛原料的进料体积流量如何确定？据记录表。假设不考虑甲醛浓度、原料配比、催化剂浓度、回流比这四个因素间的交互作用，请设计一张三水平的正交试验打算表。主要符号说明x——塔顶馏出液中甲缩醛的质量分率； x——进料中甲醛的质量分率，g/min；d fD——塔顶馏出液的质量流率，g/min； F——进料甲醛水溶液的质量流率，g/min；M1、M0——甲醛，甲缩醛的分子量； η——甲缩醛的收率。精馏是化工生产中常用的分别方法，它是利用不同组份在气一液两相间的安排，通过屡次气液两相间的传质和传热来到达分别的目的。对于不同的分别对象，精馏方法也会有所差异。例如，分别乙醇和水的二元物系，由于乙醇和水可以形成共沸物，而且常压下的共沸温度和乙醇的沸点温度极为相近，所以承受一般精馏方法只能得到乙醇和水的混合物，而无法得到无水乙醇。为此，在乙醇一水系统中参与第三种物质，该物质被称为共沸剂。共沸剂具有能和被分别系统中的一种或几种物质形成最低共沸物的特性。在精馏过程中共沸剂将以共沸物的形式从塔顶蒸出，塔釜则得到无水乙醇，这种方法就称作共沸精馏。一、试验目的通过试验加深对共沸精馏过程的理解。生疏精馏设备的构造，把握精馏操作方法。能够对精馏过程做全塔物料衡算。学会使用阿贝折射仪分析液体组成。〔或学会使用气相色谱分析气、液两相组成。〕乙醇—水系统参与共沸剂苯以后可以形成四种共沸物。现将它们在常压下的共沸温度、共沸组成列于表1。为了便于比较，再将乙醇、水、苯三种纯物质常压下的沸点列于表2。表1 乙醇—水—苯三元共沸物性质共沸物〔简计〕共沸点，℃乙醇共沸物组成，wt%水苯乙醇—水—苯(T)64.8518.57.474.1乙醇—苯(AB)68.2432.70.067.63水—苯(BW)69.250.08.8391.17乙醇—水(AW)78.1595.574.430.0物质名称(简记)沸点的温度物质名称(简记)沸点的温度[℃]乙醇(A)78.3水(W)100.0苯(B)80.2从表1和表2列出沸点看，除乙醇一水二元共沸物的共沸点与乙醇沸点相近之外，其余三种共沸物的沸点与乙醇沸点均有10℃左右的温度差。因此，可以设法使水和苯以共沸物的方式从塔顶分别出来，塔釜则得到无水乙醇。整个精馏过程可以用图1来说明。图中A、B、W分别为乙醇、苯和水的英文字头；ABZ、AWZ、BWZ代表三个二元共沸物，T表示三元共沸物。图中的曲线为25℃下乙醇、水、苯三元混合物的溶解T是处在两相区内。1乙醇-水-苯三角形相图以T为中心，连接三种纯物质A、B、W及三个二元共沸点组成点ABz、AWz、BWz，将该图分为六个当塔顶承受混相回流时精馏的最终结果只能得到这个小三角形三个顶点所代表的物质。故要想得到无水乙醇，就应当保证原料液的组成落在包含顶点A的小三角形内，即在ΔATABz或ΔATAWz内。从沸点看，乙1乙醇-水-苯三角形相图的沸点相差10.06ΔATABz中。图1中F代表未加共沸物时原料乙醇、水混合物的组成。随着共沸剂苯的参与，原料液的总组成将沿着FB连线变化，并与AT线交于H点，这时共沸剂苯的参与量称作理论共沸剂用量，它是到达分别目的所需最少的共沸剂量。上述分析只限于混相回流的状况，即回流液的组成等于塔顶上升蒸汽组成的状况。而塔顶承受分相回流时，由于富苯相中苯的含量很高，可以循环使用，因而苯的用量可以低于理论共沸剂的用量。分相回流也是实际生产中普遍承受的方法。它的突出优点是共沸剂的用量少，共沸剂提纯的费用低。三、装置、流程及试剂装置本试验装置是多功能的试验装置，安装了两个塔，其用途各不一样。带有侧口的塔可做反响精馏、萃取精馏、连续精馏；另一个不带侧口的塔只做共沸精馏和间歇精馏，两塔可独立操作。精馏Ф20mm，塔内填装316L型不锈钢网环Ф2×2mm的高效散装填料，不带侧口填料层高度1.2m〔带侧口填料层高度1.4m〕；500ml，塔釜置于300w电热包中；塔外壁承受保温技术制成透亮导电膜，使用中通电加热保温以抵消热损失。在塔的外部还罩有玻璃套管，既能绝热又能观看到塔内气液流淌状况。除塔体外还有玻璃塔釜、塔头及其温度把握、温度显示、回流把握部件等构成整体装置。塔釜加热沸腾后产生的蒸汽经填料层到达塔顶全凝器。此外，需要特别说明的是在进展分相回流时，分相器中会消灭两层液体。上层为富苯相、下层为富水相。试验中，富苯相由溢流口回流入塔，富水相则采出。当间歇操作时，为了保证有足够高的溢流液位，富水相可在试验完毕后取出。流程具体的试验流程见图2。试剂乙醇〔化学纯〕，含量95％；苯〔分析纯〕，含量99.5％。2多功能精馏装置流程示意图T1-测温热电偶；TC1-控温热电偶；F-转子流量计1-高位加料管；2-转子流量计；3-预热器；4-收集瓶；5-电磁线圈；6-玻璃塔头；7-玻璃塔体；8-玻璃塔釜；9-U型压力计；10-11-真空系统四、试验步骤100g95%的乙醇先参与塔釜,同时参与几粒陶瓷环，以防暴沸；按共沸剂实际参与量与理论参与量比值为1.2的比例算出所需的共沸剂量。本试验承受间歇精馏，分相回流的方式，共沸剂分成两局部参与，马上共沸剂先布总分值相器，剩余的共沸剂与乙醇再一同参与塔釜。上述预备工作完成之后，即可向全凝器中通入冷却水。翻开电源开关，仪表有显示。顺时间针方向调整各电流给定旋钮，使电流表有显示。温度把握的数值给定要按仪表的∧、∨键，在仪表的50-80℃，使加热有足够的温差以进展传热。当釜已经开头沸腾时，翻开上、下段保温电源，顺时针方向调整保温电流给定旋钮，使电流维0.2-0.3A之处。〔约10分钟，每隔10min,每隔20min,99.0%以上时或温度不再上升时,即可停顿试验。自的浓度。最终再将收集起来的全部富水相称重。用天平称出塔釜产品(包括釜液和塔釜出料两局部)的质量。切断设备的供电电源，关闭冷却水，完毕试验。用阿贝折射仪测定取样样品折光率，分析计算其浓度。五、试验数据记录与处理时间上段加热电流釜加热电流时间上段加热电流釜加热电流/A /A/A塔顶温度/℃釜液温度/℃(一)阿贝折射仪分析

取样样品阿贝折射仪分析数据样品样品折射率塔顶馏出液富水相塔顶馏出液富水相富苯相塔釜液质量/g〔二〕气相色谱分析色谱数据表气相色谱仪工作条件：工程保存时间〔min〕校正因子〔min〕

水 乙醇 苯fA校正公式：p% i ii fAi i釜液组成变化气相色谱分析数据记录表峰面积错/min到引用水/min到引用水源。乙醇苯水乙醇苯水乙醇苯水乙醇水乙醇水乙醇

保存时间

误！未找

含量%塔顶馏出液富水相塔顶馏出液富水相富苯相塔釜液质量/g组成保存时间组成保存时间/min峰面积含量%水富水相乙醇苯富苯相水乙醇乙醇苯组成保存时间组成保存时间/min峰面积含量%水塔釜液乙醇苯原料名称质量原料名称质量/g组成保存时间/min峰面积含量%原料苯原料乙醇六、试验数据处理作全塔物料衡算，并对共沸物形成的富水相和富苯相进展分析和衡算，求出塔顶三元共沸物的组成。分析精馏时间对塔釜乙醇浓度的影响。画出精馏时间对塔釜、塔顶温度的影响关系曲线〔10mi或20mi。七、思考题如何计算共沸剂的参与量？需要测出哪些量才可以作全塔的物料衡算？具体的衡算方法是什么？将计算出的三元共沸物组成与文献值比较，求出其相对误差，并分析试验过程中产生误差的缘由。附：温度把握留意事项当给定值和参数值都给定后把握效果不佳时，可将控温仪表参数CTRL改为2再次进展自整定。自整定必要确定时间，温度经过上升、下降、再上升、下降、类似位式调整，很快就到达稳定值。升温操作留意事项釜热控温仪表的给定温度要高于沸点温度50-80℃，使加热有足够的温差以进展传热。其值可依据试验要求而取舍，边升温边调整，当很长时间还没有蒸汽上升到塔顶时，说明加热温度不够高，还须提高。此温度过低蒸发量少，没有馏出物；温度过高蒸发量大，易造成液泛。还要再次检查是否给塔头通入冷却水，此操作必需在升温前进展，不能在塔顶有蒸汽消灭时再通水，这样会造成塔头炸裂。当釜已经开头沸腾时，翻开上、下段保温电源，顺时针方向调整保温电流给定旋钮，使电流维持在0.2-0.3A〔留意：不能过大，过大会造成过热，使加热膜受到损坏，另外，还会造成因塔壁过热而变成加热器，回流液体不能与上升蒸气进展气液相平衡的物质传递，反而会降低塔分别效率。停顿操作时，关闭各局部开关，把保温电流电位器旋钮调至零位！无蒸汽上升时停顿通冷却水。试验十二乙醇固定床气相脱水制乙烯试验一、试验目的把握乙醇脱水试验的反响过程和反响机理、特点，了解针对不同目的产物的反响条件对正、副反响的影响规律和生成的过程。学习气固相固定床催化反响器的构造、原理和使用方法，学习反响器正常操作和安装。(3)把握催化剂评价的一般方法和获得适宜工艺条件的争论步骤和方法。(4)学会试验数据的处理方法。二、试验原理乙醇脱水属于公正反响。既可以进展分子内脱水成乙烯，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。较高温度：2CHOHCHOCH HO2 5 2 5 2 5 2较低温度：CHOHCH HO2 5 2 4 2乙醇脱水生成乙烯和乙醚，是一个吸热、分子数增不变的可逆反响。提高反响温度、降低反响压力，都能提高反响转化率。乙醇脱水可生成乙烯和乙醚，但高温有利于乙烯的生成，较低温度时主要生成乙醚，有人解释这或许是由于反响过程中生成的碳正离子比较活泼，尤其在高温，它的存在寿命更短，来不及与乙醇相遇时已经失去质子变成乙烯。而在较低温度时，碳正离子存在时间长C—H三、预习与思考(1)本试验是积分反响器还是微分反响器？如何推断？(2)反响转化率的提高和那些因素有关系？(3)应如何提高反响的选择性？怎样使反响的平衡向有利于产物乙醚生成的方向进展？(4)怎样对整个反响过程进展物料恒算？应当留意哪些问题？(5)谈谈在试验中得到的一些体会和对试验的建议。四、试验装置与流程本试验的试验装置是多功能反响装置，由管式炉加热固定床、流化床催化反响器及釜式反响器组成。装置由反响系统和把握系统组成：反响系统的反响器为管式、流化床反响器和釜式反响器，全部由不绣钢材料制。其中气固相催化反响固定床装置是管式反响器，床内有直径3mm的不绣钢套管穿过反响器的上1mm的铠装热电偶，测出床层的反响温度。加热炉承受三段加热控温方式。固定床技术指标：固定床反响器φ20×550mm；固定床加热炉：φ230×500mm,加热功率〔三段加热〕各1KW,最高550℃；催化剂〔AlO〕5-30ml。热电偶套管：3mm，K1mm；最23高使用压力：0.16Mpa；预热器：φ10×250mm，预热器加热功率：0.5KW。装置流程图8T1817 T0

T0TT11

换切热加测温切换〕床定固测温切换〔I0

I0

I0 水TT0 T1

T

TT

T

TT

T0 却冷 化液气T0 -44 〕1器9 12 1

—- 1—- 1图I1 Y1

1T0 8 7 T

7T0 T0

1 T0 T

换液3反示转-；式程； 流0 T0T； 流

T

T

T

T

6釜节 节 E5 E6 E7

I0

T

阀 1置T0 T0 T0 1

T

1 21 E1 1

；电验T0 PI1

0 拌热PT0 P

止干预7应1截41；反1；1计；;量能热 计量 热 预力流 式预-湿多-转16.；3；；26 器图样-取I9-；2；12521 2 H24 31

-T1床分1N24 32 1仪表把握面板的仪表布置图力压床定固换转气尾口样取气尾换转液进力压床化流换转气进置装应反能功多量流气尾量流液进节调量流气进止截气进关压稳1床定固床定固段下段下釜应反换转温控段中泵液进速床 化 流 关段中速调拌搅热温 开司公备设验实工化洋北学大津天段上热预换转偶电热温测温控釜应反段上温测应反热预温测热预五、试验步骤及方法试验步骤预备好原料乙醇〔无水乙醇，分析纯固定床，向固定床冷却器中通入冷却水。翻开装置总电源将反响器加热温度设定为280℃，预热器温度设定为150℃。在温度到达设定值后，连续稳定10～20分钟，然后启动周密微量液体泵开头参与乙醇。乙醇0.5mL/min。反响进展10分钟后，正式开头试验。放出反响器下收集瓶中的液体，并登记此时湿式流量计的读数，然后关闭吸取瓶上的放液活塞，开头试验。每隔10分钟记录湿式流量计读数，并记录反响温度等试验条件。在一个恒定的乙醇进料速率的条件下反响30分钟，然后放出吸取瓶中的液体准确称重，并准时对此液体进展色谱分析。转变反响器温度29℃，重复步骤、4的操作；转变反响器温度30℃，重复步骤、4的操作；试验完毕后，关闭加热电源，连续通冷却水，直至温度降到200℃以下。系统用惰性气体吹扫，后关闭电源。分析方法本试验承受气相色谱法。配制适宜浓度的水、无水乙醇、无水乙醚的标准溶液，并对标准溶液进展色谱分析，以确定水、无水乙醇、无水乙醚的相对校正因子，为后续的反响残液的定量分析作预备。由于乙醇、乙醚组分能在色谱中完全出峰，承受面积归一化法处理数据。取乙醇的相对校正因子为1.0000，混合物中组分的真实含量 Xi，各组分相对于乙醇的相对校正因子为 fi，组分色谱分析的面积百分数为 Ai%。则依据配制的标准物组成有：X 〔1i 对于色谱分析的结果有：

fiAifiAi 〔2〕将式〔1〕代入到式〔2〕中，得到：fi

wi fiAi%〔3〕将试验中数据代入到上式中，联立求解方程，就可以得到各组分相对校正因子。六、试验数据处理1、乙醇、乙醚相对校正因子的求取标准溶液配制数据记录表物质物质无水乙醇〔CHOH〕25无水乙醚〔CHCH〕O〕3 2 2质量/g质量百分含量/%标准溶液的色谱分析分析次数分析次数III保存时间/min峰面积/uv.s峰面积百分比/%平均峰面积百分比各峰分别为：2、试验记录在试验中，应每隔确定时间记录反响器和预热器加热温度、催化剂床层温度。如有必要，也可以轻轻拉动反响器内的测温热电偶，测定催化剂床层的温度分布。试验中，每次完成一个温度下的试验时，应记录试验前后尾气流量计的体积，同时称量反响时间内得到的液体产物的重量，并用气相色谱进展分析。至少分析两次所得液体产物的组成，并用相对校正因子校正所得的含量，对液体进展物料衡算。试验原始记录表〔参考〕时间 预热器/℃反响器/℃

反响物乙醇流量/〔ml/min〕时间/min 体积/mL反响温度/℃乙醇反响温度/℃乙醇参与量ml产品水含量%质量/g乙醇质量/g含量%乙醚质量/g乙烯含量%含量%质量/g对以上试验，依据记录的数据进展处理，分别将原料乙醇的转化率，产物乙醚的收率，乙醚的选择性对反响温度作图表，找出最适宜的反响温度区域，并对所得试验结果进展争论。乙醇的转化率=〔原料中乙醇的量-产物中乙醇的量〕/〔原料中乙醇的量〕×100%乙醚的选择性=〔生成乙醚的量/反响了的乙醇量〕×100%乙醚的收率=乙醇的转化率×乙醚的选择性试验十三乙苯脱氢制苯乙烯一、试验目的了解以乙苯为原料，氧化铁系为催化剂，在固定床单管反响器中制备苯乙烯的过程。学会稳定工艺操作条件的方法。二、试验原理1．本试验的主副反响主反响：2-CH2-CH3 -CH=CH2+H 117.8KJ/mol2副反响：

-C2H5 +CH 105KJ/mol242 26-C2H5+H +CH -31.5242 262-C2H5+H2£«

£££ -CH££3+CH3+24

-54.4KJ/mol在水蒸汽存在的条件下，还可能发生以下反响：-C2H5+

2HO £££ -H3 CO+2 +£«

+3H2此外还有芳烃脱氢缩合及苯乙烯聚合生成焦油和焦等。这些连串副反响的发生不仅使反响的选择性下降，而且极易使催化剂外表结焦进而活性下降。影响本反响的因素温度的影响乙苯脱氢反响为吸热反响，H00，从平衡常数与温度的关系式lnK P

可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反响的平衡转化率。但是温度过TP

RT2高副反响增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应把握适宜的反响温度。本试验的反响温度为：540～600℃。压力的影响PKPKn总

0时，niP总

Kn

增大，从而增加了反响的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。本试验加水蒸汽的目的是降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。较适宜的水蒸汽用量为：水：乙苯=1.5:1〔体积比〕=8:1(摩尔比)。空速的影响乙苯脱氢反响系统中有平衡副反响和连串副反响，随着接触时间的增加，副反响也增加，苯乙烯的选择性可能下降，适宜的空速与催化剂的活性及反响温度有关，本试验乙苯的液空速以0.6h-1为宜。催化剂本试验承受氧化铁系催化剂其组成为:FeO CuOKO CeO。2 3 2 3 2三、预习与思考多少？试验室是如何来实现的？工业上又是如何来实现的？对本反响而言是体积增大还是减小？加压有利还是减压有利？工业上是如何来实现加减压操作的？本试验承受什么方法？为什么参与水蒸汽可以降低烃分压？在本试验中你认为有哪几种液体产物生成？哪几种气体产物生成？如何分析？进展反响物料衡算，需要一些什么数据？如何搜集并进展处理？四、试验装置及流程556尾气3111247水8910水12。粗产品1-1乙苯脱氢制苯乙烯工艺试验流程图1–乙苯计量管；2、4–加料泵；3–水计量管；5–混合器；6–汽化器；7–反响器；8–电热夹套；9、11–冷凝器；10–分别器；12–热电偶五、仪器与药品药品：乙苯、高纯水仪器：〔500ml〕1个、锥形瓶〔50ml〕8个、采样管六、试验步骤与方法反响条件把握:300540～600℃，水:乙苯=1.5:10.5升/0.75/分(50操作步骤了解并生疏试验装置及流程，搞清物料走向及加料、出料方法。接通电源，使汽化器、反响器分别逐步升温至预定的温度，同时翻开冷却水。分别校正蒸馏水和乙苯的流量(0.75/0.5/分)当汽化器温度到达300℃后，反响器温度达400℃左右开头参与已校正好流量的蒸馏水。当500℃左右，参与已校正好流量的乙苯，连续升温至540℃使之稳定半小时。反响开头每隔10～20分钟取一次数据，每个温度至少取两个数据，粗产品从分别器中放入量筒内。然后用分液漏斗分去水层，称出烃层液重量。取少量烃层液样品，用气相色谱分析其组成，并计算出各组分的百分含量。反响完毕后，停顿加乙苯。反响温度维持在500℃左右，连续通水蒸汽，进展催化剂的清焦再生，约半小时后停顿通水，并降温。试验记录及计算温度，℃原料流量，温度，℃原料流量，ml/10～20粗产品，g尾气时间乙苯水烃层液 水层汽化器 反响器始终 始终反乙苯反乙苯粗产品应参与温量苯甲苯乙苯苯乙烯度g℃含量%重〔g〕含量% 重〔g〕含量% 重〔g〕含量% 重〔g〕计算结果乙苯的转化率：

RFFF100%苯乙烯的选择性：苯乙烯的收率：

PSRF100%YS100%七、结果与争论对以上的试验数据进展处理，分别将转化率、选择性及收率对反响温度作出图表，找出最适宜的反响温度区域，并对所得试验结果进展争论。(包括曲线图趋势的合理性，误差分析，成败缘由等)八、符号说明H0298

298K

KJ/mol；K，KP

平衡常数；n -iiP Pa；总R T -温度，K； -反响前后摩尔数变化； -原料的转化率％；S -目的产物的选择性％；Y -目的产物的收率％；RF -消耗的原料量，g；FF -原料参与量，g；P g。试验十四内循环无梯度反响器乙醇脱水制乙烯反响动力学争论一、试验目的1、生疏内循环无梯度反响器构造、特性和操作；2、把握气固相催化反响的原理；3、把握反响动力学数据的测定方法、数据处理及结果分析。二、试验原理化学反响是一个连续过程，尤其对气固相催化反响过程争论反响速度与过程的关系尤其重要，通常以动力学方程形式表达它们的关系，在实际测定中对不同反响和不同催化剂会得到不同的动力学方程式。对于测定和获得动力学方程要考虑诸多因素影响。故气固相催化反响过程的速率除被催化剂外表上进展的化学反响及催化剂孔构造所打算外，还与反响气体流淌状况、传质及传热等物理过程亲热相关，工业催化剂的反响过程动力学包括物理过程对催化反响速率的影响也将它称为宏观动力学。为区分此动力学，将在催化剂外表上进展的化学动力学称为本征动力学。由此可见排解各种影响后可获得本征动力学。获得气固相催化反响动力数据的试验方法多以微分反响器、积分反响器、循环反响器为工具，但微分反响器虽然对数据处理较简洁，可是由于转化率低，要求分析精度高，困难较大，试验数据不易获得。积分反响器虽然一次通过催化剂床层所到达的转化率较高，但床层温度不易等温，数据处理繁杂，试验的工作量较大，假设在等温积分反响器将催化剂小至能消退内外集中也可测定本征动力学，但不适于测试工业颗粒的催化剂宏观动力学；循环反响器当大量气体在反响器进出口循环流淌，少量反响器的气体被引出反响系统，循环气与颖原料气混合后再通过催化剂床层，当循环流量与原料气流量之比足够大时，反响气体在催化剂床层进出口处的组成变化甚微，反响器气体中不存在浓度梯度，可接出口浓度计算反响速度，也就可得到催化剂床层中的反响速度。假设反响器设计合理，即可做到催化剂床层中没有浓度和温度梯度，所以它具有微分反响器和积分反响器的双重优点，转化率可高，分析数据易获数据处理也简洁。循环反响器也有内循环和外循环之区分。外循环反响器构造简洁，需要循环动力，造成自由空间大，对某些反响并不适用，但它的优点是除测定宏观动力学外可以测试小颗粒催化剂的本征动力学。由于它是靠动力泵进展有较大的压头，能不降低循环量又能穿过催化剂。内循环是靠器内高速转动的涡轮，确保气相主体与颗粒外外表间的浓度差与温度差，能保证消退相间传递过程的影响。它的最大优点是可以用工业的催化剂直接测定。Al2O3体产物的分析，可以得到在确定反响温度条件下的反响动力学方程。该过程的反响方程式为：C2H5OHC2H4+H2O2C2H5OHC2H5OH5C2+H2OAl2O3上乙醇脱水的一级反响速率方程式为：vln 1 vy0 1y 00其中：v—乙醇的加料速度(毫克分子／分)0y—乙醇转化率(％)1由vln0 1y

对v0

y作图，可得一条等温直线，其中的截距为α，斜率为。三、试验装置和流程1、面板把握图时钟时钟预热压力表反响测温质流进稳压进气稳压尾气取样口搅拌调速关开进截止进气截止预热进气截止尾气截止预热反响测温关关关关柱塞泵 质流搅拌内循环无梯度反响试验装置1面板把握图2、流程示意图；器离分液气；器离分液气；凝器冷V；；阀；尼1器阻磁硼；VVP计铷料；铁泵；量3流7达1罐；放V排；料42加1进滤；11-V；3T-；4计211量TC -流T1湿式-19 8;3应－器I 01；T反8PV2-，VT压量1计I量；子炉7子转6-；9; 器I 钢T；PV样54SC取I—-T-3P11861PVVRS23P12流程示意图3、反响器构造图123 4 5678910111213141516171-压片,2-催化剂,3-框压盖,4-浆叶,5-反响器外筒,6-加热炉,7-反响器内筒,8-法兰,9-压盖,10-轴承,11-冷却内筒,12-轴,13-内支撑筒,14-外支撑筒,15-反响磁钢架,16-底筒,17-磁力泵图3.设备构造图 图3反响器构造图四、试验步骤1、通入冷却水，开启搅拌电源，调整转速，使转速到达确定值。2、翻开装置总电源将反响器加热温度设定为280℃，预热器温度设定为150℃。3、在温度到达设定值后，连续稳定10～20分钟，然后启动周密微量液体泵开头参与乙醇。设定乙醇的加料速度〔如为0.5ml/min〕。4、反响进展10分钟后，正式开头试验。放出反响器下吸取瓶中的液体，并登记此时湿式流量计的读数，然后关闭吸取瓶上的放液活塞，开头试验。每隔10分钟记录湿式流量计读数，并记录反响温度等试验条件。5、在一个恒定的乙醇进料速率的条件下反响30分钟，然后放出吸取瓶中的液体准确称重，并准时对此液体进展色谱分析。6、转变乙醇的加料速率，〔如设定为1.5ml/min〕，重复步骤3、4的操作。7、在操作的时候要留意通水的状况，不能断水。8以确定无水乙醇、无水乙醚的相对校正因子，为后续的反响残液的定量分析作预备。停车操作：1200℃以下时方可停水。2、停顿加料后要通入惰性气体吹扫。3、将调速电压调至零，关闭电源，停顿搅拌。4、关闭总电源。五、原始数据1、标准溶液配制数据记录表物质物质质量/g质量百分含量/%无水乙醇〔CHOH〕〔CH〕O〕2 53 22、标准溶液的色谱分析分析次数分析次数III保存时间/min峰面积/uv.s峰面积百分比/%平均峰面积百分比3进料速率进料速率/ml.min-1时间湿式流量计示数/L预热温度/℃加热温度/℃反响温度/℃4样品123

空瓶质量/g 样品与瓶子总重/g 样品质量/g5(共三组，一组对应一个表格)分析次数I分析次数III峰号工程保存时间/min峰面积/uv.s峰面积百分比/%1212六、数据处理 fA

依据的标准Wi i W为质量分数；f为校正因子；A为对应峰面积百分数。i fA i i ii i溶液质量分数和峰面积百分数，求得乙醇和乙醚的校正因子，进而用于产物中乙醇、乙醚的定量分析。1、液体产品气相色谱检测数据记录及分析结果进样速率进样速率/ml.min-1组分进样IArea/%进样IIArea/%平均值AverageArea/%质量百分数/%乙醇乙醚乙醇乙醚乙醚在液相中还有反响生成的水。液相组成计算方法如下：xyzAyBz0Cy/74x/18其中：x、y、z分别为液相产物中水、乙醚、乙醇的质量 g；A为液相产物总质量 g；B为液相产物产物中乙醚与乙醇的质量比；C为气相产物〔乙烯〕的摩尔数 mol。A、B、C为测定值，从而求得液相的组成；进而求得原料乙醇在对应温度、流量下的转化率、产物乙烯收率、选择性。2、乙醇转化率，产物乙烯收率、选择性。进料速率/ml.min-1

进料时间/mim 乙醇转化率/% 乙烯收率/% 乙烯选择性/%关联反响速率方程式参数，；绘制反响速率方程式曲线。3、反响速率方程相关数据表进料速率/ml.min-1

v0/mg.min-1

y/% ln 11 y

vln 10 1y七、试验留意事项1、热电偶确定要放在所需要测定的位置上，要准确无误，不能在未插入位置内就升温加热。这样会造成温度无限制的上升。直至将加热炉丝烧毁。2、长期不用时要放在枯燥通风的地方。假设再使用时，确定要低电流下烘炉数小时，以避开保温材料放出吸附水造成加热炉丝短路。八、思考题1、乙醇脱水为什么高温有利于乙烯的生成，较低温度时有利于乙醚生成。2、一级反响动力学有什么特点。3、内循环无梯度反响器的工作原理及优点。4、计算试验的误差，分析缘由。一、试验目的把握液膜分别技术的操作过程。了解两种不同的液膜传质机理。用液膜分别技术脱除废水中的污染物。二、试验原理液膜分别技术是近三十年来开发的技术，集萃取与反萃取于一个过程中，可以分别浓度比较低的液相体系。液膜分别是将第三种液体展成膜状以分隔另外两相液体，由于液膜的选择性透过，故第一种液体〔料液〕中的某些成分透过液膜进入其次种液体〔承受相料液中组分的分别。所谓液膜，即是分隔两液相的第三种液体，它与其余被分隔的两种液体必需完全不互溶或溶解度很小。因此，依据被处理料液为水溶性或油溶性可分别选择油或水溶液作为液膜。依据液膜的外形，可分为乳状液膜和支撑型液膜，本试验为乳状液膜分别醋酸–水溶液。由于处理的是醋酸废水溶液体系，所以可选用与之不互溶的油性液膜，并选用NaOH水溶液作为承受相。这样，先将液膜相与承受相〔也称内相〕在确定条件下乳化，使之成为稳定的油包水〔W/O〕型乳状液，然后将此乳状液分散于含醋酸的水溶液中〔此处称作为外相。这样，外相中醋酸以确定的方式透过液膜向内相迁移，并与内相NaOHNaAc而被保存在内相，然后乳液与外相分别，经过破乳，得到内相中高浓度的NaAc，而液膜则可以重复使用。(HLB)W/OHLB3-6可在膜相中参与一些膜增加剂〔一般粘度较高的液体。溶质透过液膜的迁移过程，可以依据膜相中是否参与流淌载体而分为促进迁移I型或促进迁移II促进迁移I型传质，是利用液膜本身对溶质有确定的溶解度，选择性地传递溶质〔23促进迁移II型传质，是在液膜中参与确定的流淌载体〔通常为此溶质的萃取剂，选择性地与溶质在界面处形成络合物，然后此络合物在浓度梯度的作用下向内相集中，至内相界面处被内相试剂解络〔反萃式，更大地提高了液膜的选择性及应用范围〔见以以下图。CH()膜 相 ()膜 CHHAc HAc2

2促进迁移Ⅰ型传质示意图 促进迁移Ⅱ型传质示意图综合上述两种传质机理，可以看出，液膜传质过程实际上相当于萃取与反萃取两步过程同时进行：液膜将料液中的溶质萃入膜相，然后集中至内相界面处，被内相试剂反萃至内相〔承受相。因此，萃取过程中的一些操作条件〔如相比等〕在此也同样影响液膜传质速率。三、预习与思考液膜分别与液液萃取有什么异同？液膜传质机理有哪几种形式？主要区分在何处？促进迁移Ⅱ型传质较促进迁移Ⅰ型传质有哪些优势？液膜分别中乳化剂的作用是什么？其选择依据是什么？液膜分别操作主要有哪几步？各步的作用是什么？如何提高乳状液膜的稳定性？如何提高乳状液膜传质的分别效果？四、试验装置与流程试验装置主要包括：可控硅直流调速搅拌器二套；标准搅拌釜两只，小的为制乳时用，大的进展传质试验；砂芯漏斗两只，用于液膜的破乳。液膜分别的工艺流程如以下图。内相内相稀醋酸水溶液NaOH制乳乳液传质澄清乳液破乳澄清NaAc液膜相废水排放溶液回收膜相重复使用2-2乳状液膜分别过程示意图五、仪器与药品药品：煤油、外表活性剂〔8NaOTBP仪器：烧杯〔250ml〕4个、滴定管、取样管〔5ml〕110支、滴定台、试管架、吸耳球、容量瓶〔500ml〕2个、台秤六、试验步骤及方法试验步骤本试验为乳状液膜法脱除水溶液中的醋酸，首先需制备液膜。液膜组成已于试验前配好，分别为以下两种液膜：1〕195%，乳化剂E644，5%〕液膜290%，乳化剂E64，5，TB〔载体，5内相用2MNaOHHAc水溶液作为料液进展传质试验，外相HAc的初始浓度在试验时测定。具体步骤如下：1#70ml1600rpmNaOH70ml〔约1分钟加完，在此转速下搅拌15分钟，待成稳定乳状液后停顿搅拌，待用。②在传质釜中参与待处理的料液450ml400rpm90mlHAc〔25、8、1162025分钟，并作出外相HAc浓度与时间的关系曲线。待外相中全部HAc均进入内相后，停顿搅拌。放出釜中液体，洗净待用。③在传质釜中参与450ml料液，在搅拌下〔与②同样转速〕参与小釜中剩余的乳状液〔应计量，重复步骤2。④比较②，③的试验结果，说明在不同处理比〔料液〕/乳液V〕并分析其缘由。⑤用液膜2膜相，重复上述步骤①-④。留意，两次传质的乳液量应分别与②、③步的用量一样。⑥分析比较不同液膜组成的传质速率，并分析其缘由。⑦收集经沉降澄清后的上层乳液，承受砂芯漏斗抽滤破乳，破乳得到的膜相返回至制乳工序，NaAc进一步精制回收。分析方法：本试验承受酸碱滴定法测定外相中的HAc浓度，以酚酞作为指示剂显示滴定终点。七、试验数据处理HAc浓度CHAc

C VCHAc

NaOH NaOHVHAc式中：C -标准NaOH溶液的浓度〔M〕NaOHV NaOH溶液滴定ml〔ml)NaOHV -外相料液取样量〔ml〕HAcC醋酸脱除率＝0

Ct100%C0式中：CHAc0，t，分别代表初始及瞬时值。膜分别技术是近几十年快速进展起来的一类型分别技术。膜分别法是用自然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质与溶剂进展分别、分级、提纯和富集的方法。膜分别法可用于液相和气相。对于液相分别可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其它微粒的水溶液体系。膜分别包括反渗透、超过滤、电渗析、微孔过滤等。膜分别过程具有无相态变化、设备简洁、分别效率高、占地面积小、操作便利、能耗少、适应性强等优点。目前，在海水淡化、食品加工工业的浓缩分别、工业超纯水制备、工业废水处理等领域的应用越来越多。超过滤是膜分别技术的一个重要分支，通过试验把握这项技术具有重要的意义。一、试验目的1、了解和生疏超过滤膜分别的工艺过程；2、了解膜分别技术的特点；3、培育学生的试验操作技能。二、分别机理通常，以压力差为推动力的液相膜分别方法有反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)和微滤(MF)等方法。图1为各种渗透膜对不同物质的截留示意图。对于超滤〔UF〕而言，一种被广泛用来形象地分析超滤膜分别机理的说法是“筛分”理论。该理论认为，膜外表具有很多微孔，这些实际存在的孔径不同的孔眼象筛子一样，截留住了分子直径大于孔径的溶质和颗粒，从而到达分别的目的。最简洁的超滤器的工作原理，如图2所示，在确定的压力作用下，当含有高分子〔A〕和低分子〔B〕溶质的混合液流过被支撑的超滤膜外表时，溶剂〔如水〕和低分子溶质〔如无机盐类〕将透过超滤膜，作为透过液被收集起来，高分子溶质〔如有机胶体〕则被超滤膜截留而作为浓缩液被回收。应当指出的是，假设超滤完全用“筛分”的概念来解释，则会格外模糊。在有些状况下，似乎孔径大小是物料分别的唯一支配因素，但对有些状况，超滤膜材料外表的化学特性起到打算性的截留作用。如有些膜的孔径既比溶剂分子大，又比溶质分子小，本不应具有截留功能，但令人意外的是，它仍具有明显的分别效果。由此可知，比较全面一些的解释是：在超滤膜分别过程中，膜的孔径大小和膜外表的化学性质等，将分别起着不同的截留作用。因此，不能简洁地分析超滤现象，孔构造是重要因素，但不是唯一因素，另一重要因素是膜外表的化学性质。图1各种渗透膜对不同物质的截留示意图 图2超过滤工作原理示意图三、试验设备、流程1、试验设备：中空纤维超滤膜装置。〔1〕33中空纤维超滤膜组件〔2〕膜组件技术指标。本装置为双组件构造，外压式流程。组件技术指标：截留分子量：6000；膜材料：聚砜中空纤维膜，有机玻璃膜外壳，管路及管件为ABS塑料；流量范围：10-50L/h<0.2MPa5-30℃；0.5m2Ф50×480m；p：1-1=96×50×2023m；泵：离心泵〔严禁空转源：AC220V，50Hz；预过滤器滤芯：材质为聚砜，精度5-10μ，假设阻力增大，可以反吹。24C1储槽中的清洗水或C2水切换阀F20F51F62F11F10至视窗流入C4F12F9F13取样或F14C2C3中的保护液经F8和F21F5F6放保护液时，翻开F7C5四、试验物料及分析方法1、试验物料保护液：1%甲醛水溶液。聚乙二醇水溶液：液量35〔贮槽使用容积，浓度30mg/。1.1g1000ml800ml35L，并搅拌均匀。2、分析方法分析试剂及物品聚乙二醇：MW20230，500g；冰乙酸：化学纯，500ml；次硝酸铋：化学纯，500g；醋酸钠：化学纯，500g。烧杯：100ml,5个；棕色容量瓶：100ml,2个；工业滤纸；蒸馏水。4中空纤维超滤膜分别流程图C1－清洗水储槽，C2－溶液储槽，C3－保护液高位槽，C4－透过液储槽，C5－保护液受液罐，和C1和C1－组件12F8－保护液阀，F9、F1212F10、F1112F13－取样或排放阀，F14－未透过液循环阀，F15－串联阀，F16、F17－回流阀，F18－过滤器前阀，F19－过滤器排放阀，F20－水切换阀，F21－保护液切换阀，P-压力表。所需仪器：722容量瓶：50mL,21100mL,6，1000mL,1移液管：0.5、1、2、3mL15mL,325mL,3量液管：10mL,2100mL,1500mL,1发色剂配制①A0.800g50mL10mL，全溶，蒸馏水稀释至刻度。②B20.000g50mL③Dragendoff试剂〔简称DF试剂：量取AB液各5ml置与100ml40ml,蒸馏水稀释至刻度。有效期半年〔AB50mL1000mL400mL,。0.2mol/L590ml0.2mol/L410mL1000ml容量瓶中，配制成pH4.8分析操作6041.000g1000ml〔已配好0.51.01.52.02.53.0mL100mL容量瓶内配成浓度为5、10、15、20、25、30mL/L25ml50mLDF5mL，蒸馏水稀释至刻度，放置4小时，于波长510nm1cm比色池，在722光光度计上测定光密度，蒸馏水为空白。以聚乙二醇浓度为横坐标，光密度为纵坐标作图，绘制出标准曲线。25ml50mL5mLDF5ml30～2五、试验步骤方案一：固定压力〔0.04MPa〕3〔20、25、30L/h〕1、排超滤组件中的保护液为防止中空纤维膜被微生物浸蚀而损伤，不工作期间，在超滤组件内参与保护液。在试验前，须将保护液放净。开启阀F7、F5、F6、F12、F9、F15，保护液由F7、C5处流出，用烧杯接盛，之后倒入装甲醛的容量瓶中。保护液停顿流淌后即认为保护液排完。2、清洗超滤组件关闭F7，翻开F4、过滤器阀F18F20。将水泵电源线插入插座，按下水泵开启按扭，开泵，用蒸馏水清洗膜组件，开泵前确认F3关闭，F4翻开。冲洗时，水流量30－35L/h。F155F612F610.04MPa203、排水先关泵，关闭F4，翻开阀F7、F15，将阀F12、F91、2件中的水排完后中空纤维收缩，F7中无水排出时认为水已排净。用烧杯接水，不要流入原料贮槽中。排完水后除过滤器阀F18、流量计后水切换阀F20保持翻开状态外，关闭其它全部阀门。将桶中水倒掉。4、分别测样100ml，放置，待测光密度和浓度。②翻开阀F、F5F1、F1。用膜组件1分别物料。开泵〔开泵前确认F3F4关闭，10L/h。调整F12阀，将压力表10.04Mpa，几分钟后，窗口中有透过液消灭，这时准确记录时间。在C41F131100ml25ml25ml50ml③每隔206次样，每次都要重测量透过液和未透过液流量，重取样测定光密度。每次所取样都要标记清楚〔如原料液0，1，1，1；原料液2，2，2。④转变流量〔分别为1、1、2、2、30L/，重复步骤①、②、③〔1压力为0.04Mp；⑤停泵，关闭F3，翻开F4。⑥放掉膜组件及管路中的原料液。翻开阀F7、F6、F15，将膜组件中的原料液排入原料贮槽中。5、清洗膜组件待膜组件中的原料液流完后，关闭F7。翻开F9，开泵，开泵前确认F3F45F15F12、F91、20.02Mpa,视窗中有透过液消灭，连续清洗15分钟，清洗液不要流入原料贮槽中。翻开阀F7、F15，排尽膜组件及管路中的水。关闭阀F7、流量计后水切换阀F20。6、加保护液将试验前放出来的保护液参与保护液贮槽C3中。翻开阀F8，保护液切换阀F21〔确认水切换阀F20已关闭，膜组件中参与保护液，中空纤维膨胀，待膜组件中保护液加满后，关闭全部阀门。7、测标准溶液的光密度，绘标准曲线，测试样的光密度，从标准曲线上查试样浓度。8、将仪器清洗干净，放在指定位置，切断分光