正丁烷氧化制顺丁烯二酸酐#清晰整齐

1、实验6正丁烷氧化成马来酸酐一、实验目的1.了解固定床反应器的工艺布置和一般控制原理，了解气固催化反应中温度和气空速(单位时间内通过原料气的催化剂量)对反应过程的影响。2.学会用气相色谱法分析气体含量，学会用色谱法定性和定量分析气体，掌握气体校正因子的计算和真实气体含量的计算。3.掌握自动控制仪器在实验中的应用，学习不同仪器的使用和温度设定。了解气体质量流量计的原理和用途，掌握气体流量的测试方法。4.了解气体六通阀的原理，了解气体自动采样分析的管道连接方式，了解色谱工作站的部分使用。二、实验原理1.苯氧化法：钒-磷-钛-氧催化剂通常在固定床或流化床反应器中于380 450反应。该方法工艺路线成熟

2、，原料易得，在国内应用广泛。然而，由于苯的六个碳中有两个变成了二氧化碳，原料被浪费了，在世界上被正丁烷氧化所取代。C6H6 4.5O2 C4H2O3 CO2 H2O2.C4分数氧化法CH3-CH2-CH2-CH3 2O2C4H2O3 H2O丁烷是C4馏分中最廉价易得的原料，与空气混合氧化，生产成本低。采用钒氧磷催化剂，能充分利用原料，原料重量收率高。近年来，该方法发展迅速，在工业上有取代苯氧化法的趋势。本实验采用这种方法。然而，近年来，国际市场上的石油价格发生了很大变化，丁烷气的价格也发生了很大变化，这使得这一过程在原材料价格中并不占主导地位。同时，由于丁烷气在空气中的爆炸极限仅为1.8%，当

3、采用固定床生产时，反应放热强烈，对反应器体积和操作空速要求较高，生产工艺要求和技术也高于苯直接氧化法。目前，国际上采用流化床反应器，可以使原料气的浓度在丁烷的爆炸上限范围内，即40%以上。然而，该反应器需要更高的催化剂强度和活性，并且尚未在中国投入生产。三、实验过程和设备本实验由原料气分配系统、反应器温度控制系统、催化反应器、产品吸收和气相色谱分析系统组成。详情如下：1.原料气分配系统由液化丁烷气罐、空气压缩机、储气罐、丁烷气和空气质量流量计以及原料气混合罐组成。空气首先被压缩机压缩到储气罐中，然后通过减压阀到达空气流量计。流量计的读数由显示仪表控制，一般约为1000毫升/分钟。注意，流量计的

4、读数是指标准状态下的气体体积，而不是实际测量状态下的体积或质量流量。流量计的读数与气体温度和压力关系不大。它可以转换成摩尔或质量。丁烷也通过减压阀进入质量流量计，根据实验条件，丁烷与空气的体积比一般控制在1.6%以下，以避免爆炸危险。丁烷气体质量流量计的读数需要乘以0.29，这是丁烷的标准体积。空气分别进入红色混合罐的上部，在罐内混合；当混合气体的压力达到0.2兆帕时，可以开始实验。制备的反应原料气从罐下部出来，分别进入稳压阀、压力表和气体六通阀，然后进入各反应器的转子流量计。可以根据实验要求调节进入反应器的流速。2.反应堆温度控制系统反应器由三级加热系统控制，每级加热功率为1000瓦，反应器

5、的上、中、下三级分别控制。反应器上部的加热主要预热进料气体，进料气体由位置仪表控制。使用该仪器时，需要设定高低温极限，温度控制精度差，电流一般不超过1.5A。反应器中段温度由人工智能仪器控制，只需设定一个温度，使用方便，控制精度高。用于控制床层中段的催化剂温度，加热电流不大于1.5A。下段加热与上段加热相同，由位置仪表控制，主要防止反应器出口和底部的马来酸酐冷凝和堵塞。3.反应堆反应器由不锈钢制成，内径为20毫米，长度为500毫米。反应器底部装有支撑瓷环，中部装有装填量为20毫升(堆叠体积)的催化剂，催化剂上部装有加热原料气的瓷环。反应管插入三个加热炉，分别由反应管的上、中、下仪表控制。为了达

6、到最佳的恒温区，三个仪器的温度通常设定为相同，通常与反应所需的温度相同。为了准确测量催化剂的温度，在催化剂装填开始时，将一端密封的3毫米金属管插入反应器中心。准确测量反应器中催化剂的初始高度，然后缓慢摇动并加入催化剂，用量筒精确测量催化剂的体积，并用天平称量。添加催化剂后，测量反应器中催化剂的高度。热电偶可以插入金属管中，以测量催化剂床的中心温度。热电偶在床层上下移动时，可以测量催化剂床层的轴向温度分布，确定热点温度和床层位置。4.产品吸收丁烷气在通过催化剂床时被空气氧化，一部分变成马来酸，少量变成一氧化碳和二氧化碳。产品和未反应的气体从反应器的下部流出，进入吸水瓶中，在那里加入少量蒸馏水。产

7、品中的马来酸酐被水吸收，变成马来酸。未反应的气体通过六通阀分析丁烷含量，然后通过湿气流量计记录排放到大气中之前的尾气总体积。5.色谱在线分析混合后的原料气和反应后的气体通过不同的六通阀进入气相色谱进行分析，色谱柱为邻苯二甲酸二壬酯，温度为95，检测室为100，柱前压力为0.05兆帕，色谱峰依次为空气(0.2分钟)、水(0.4分钟)和丁烷(1.4 1.7分钟)。丁烷含量采用归一化法处理，因为原料气是由质量流量计制备的，可以作为分析的标准气体。通过对原料进行分析和取样，可以获得色谱中原料气的分析结果，由此可以计算出丁烷相对于空气的校正因子，然后对通过多次分析获得的校正因子进行平均。尾气中的实际丁烷

8、含量可以通过计算数值来获得，该数值是用带有校正因子的尾气分析阀取样获得的。四.实验流程图V.操作步骤1.调节转子流量计，使流速为0.2L/min。取下尾气吸收瓶，清洗干净，换上蒸馏水(约2/3处)，并记录湿式流量计的读数。2.打开主电源，然后分别打开上、中、下加热电源，然后打开显示仪表电源。根据仪器指示，将三段加热温度调节至360，360和360，保持每段加热电流不超过1.5A3.反应器中部装有催化剂，由程序仪表控制。按下“设置”键，设置灯将开始发光。此时，温度值可通过上下cu调节至所需值5.实验在每个温度下进行30分钟，在30分钟内对原料和尾气含量进行两次分析，并记录反应温度、床中心轴向温度

9、分布和热点温度。实验结束时，更换吸收瓶，并记录尾气流量计的读数。前后的差异是30分钟内通过反应器的尾气(原料)的体积。用稀碱滴定吸收瓶中的酸溶液。6.将反应器各段的温度分别改为380和380。当温度稳定时，重复上述步骤，再做两次实验。完成后，将每个部分的温度改为400以完成相同的步骤。7.色谱分析采用六通阀取样。通常，阀门应顺时针放置在取样位置，并在点击工作站后出现。在“确定”键界面后，逆时针转动阀门，使分析样品进入六通阀的定量管。20秒后，点击工作站的“确定”键，将阀门转到注射位置。六.原始数据记录表1反应温度和流量计读数的原始数据表温度/时间上限温度/低温/中温/热点温度/空气流量计读数泵

10、(丁烷)读数3609:44360200360365.9983.750.410:04360205360365.6985.650.110:14360207360365.6986.350.338010:37380218380386.1987.150.510:47380221380386.1986.850.010:57380222380386.0986.150.011:05380223380385.8985.750.140011:28400233400406.5927.951.511:35400234400406.7958.350.911:43400235400406.3957.050.711:514

11、00236400406.7956.550.811:58400237400406.4957.350.7表2原料及尾气含量原始数据表温度/项目材料保留时间峰值面积峰值面积%360原料气1天空0.219148301498.95162丁烷1.234157121.04838原料气2天空0.211148462098.93596丁烷1.221159671.06404尾气1天空0.458128327699.10071丁烷2.179116450.89929尾气2天空0.399118470799.14820丁烷1.902101780.85180380原料气1天空0.224150988298.96804丁烷1.22

12、6157441.03196原料气2天空0.247179556098.99752丁烷1.313181821.00248尾气1天空0.29380610699.74740丁烷1.34120410.25260尾气2天空0.29684847599.74775丁烷1.42121460.25225400原料气1天空0.229177559698.43241丁烷1.6742/7811.15205原料气2天空0.209164656698.95495丁烷1.591173891.04505尾气1天空0.29884238099.85693丁烷1.38212070.14307尾气2天空0.30385033499.8756

13、8丁烷1.4039340.2432表3产品滴定原始数据表设定温度/流量计的初始读数/升结束读数/升测量体积值/升所用氢氧化钠溶液的体积/毫升36029763.7729771.147.372.3238029775.3629783.368点2.3040029787.2829796.499.213.45七、实验数据处理和计算实例表4原料气中丁烷浓度数据表温度/原料气的平均丁烷浓度尾气取样总体积/升3600.014587.373800.014538点4000.015299.21表5丁烷相对空气校正系数项目温度/丁烷相对空气校正系数f第一组原料气第2组原料气平均值3601.396591.375771.3

14、86183801.413941.456001.434974001.326471.470021.39825表6尾气丁烷浓度CA表项目温度/尾气中丁烷浓度第一组尾气第二组尾气平均值3600.0125150.0116810.0120983800.0035670.0036690.0036184000.0018970.0016120.001755表7正丁烷转化率、马来酸酐产率和选择性数据表温度/转换率X/%产量Y/%选择性S/%36017.034.1314.3738075.103.792.9940088.524.693.14计算示例：以第一组原料气和第一组380尾气为例：1.原料气中丁烷浓度的计算CAO

15、=校正的丁烷质量流量计读数校正的空气质量流量计读数校正的丁烷质量流量计读数校正后，丁烷质量流量计读数=0.29丁烷质量流量计读数CAO=0.2950.15986.4 0.2950.15=0.014532.丁烷相对空气修正系数的计算原料气的丁烷浓度CAO=色谱分析原料丁烷气面积f色谱分析空气面积色谱分析原料丁烷气面积f可用：F=原料气中的丁烷浓度CAO色谱分析空气区色谱分析丁烷气区色谱分析丁烷气区原料气浓度CAOF=CAO色谱分析空气区色谱分析原料丁烷气区(1-CAO)f=0.01453150988215744(1-0.01453)=1.4143.尾气丁烷浓度的计算CA=色谱分析尾气丁烷气区f色谱分析空气区色谱分析尾气丁烷气区fCA=20411.414806106 20411.414=0.0035674.正丁烷转化率的计算X=原料混合物中的丁烷