4乙苯脱氢4-6小时.doc

实验十一 乙苯脱氢与产物分离实验一、实验目的：1、了解以乙苯为原料，氧化铁系为催化剂，在固定床单管反应器中制备苯乙烯的过程。2、学会稳定工艺操作条件的方法。3、掌握乙苯脱氢制苯乙烯的转化率、选择性、收率与反应温度的关系；找出最适宜的反应温度区域。4、了解气相色谱分析方法。二、实验原理：1、本实验的主副反应乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，只有在催化剂存在的高温条件下才能提高产品收率，其反应如下：主反应：C6H5C2H5 C6H5C2H3 + H2 副反应：C6H5C2H5 C6H6 + C2H4 C2H4 + H2 C2H6C6H5C2H5 + H2 C6H6+ C2H6 C6H5C2H5 C6H5CH3+ CH4此外，还有部分芳烃脱氢缩合、聚合物以及焦油和碳生成。2、影响本实验的因素（1）温度的影响乙苯脱氢反应为吸热反应，H00，从平衡常数与温度的关系式可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱 氢 反应的平衡转化率。但是温度过高副 反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适应的反应温度。（2）压力的影响 乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式可知，当0时，降低总压P总可使Kn增大,从而增加了反应的平衡转化率,故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。实验中加入惰性气体或减压条件下进行，通常均使用水蒸气作稀释剂，它可降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。水蒸气的加入还可向脱氢反应提供部分热量,使反应温度比较稳定,能使反应产物迅速脱离催化剂表面,有利于反应向苯乙烯方向进行;同时还可以有利于烧掉催化剂表面的积碳。但水蒸汽增大到一定程度后，转化率提高并不显著，因此适宜的用量为：水：乙苯1.22.6：1（质量比）。（3）空速的影响乙苯脱氢反应中的副反应和连串副反应，随着接触时间的增大而增大，产物苯乙烯的选择性会下降，催化剂的最佳活性与适宜的空速及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以0.61h-1为宜。（4）催化剂乙苯脱氢技术的关键是选择催化剂。此反应的催化剂种类颇多，其中铁系催化剂是应用最广的一种。以氧化铁为主，添加铬、钾助催化剂，可使乙苯的转化率达到40，选择性90。在应用中，催化剂的形状对反应收率有很大影响。小粒径、低表面积、星形、十字形截面等异形催化剂有利于提高选择性。为提高转化率和收率，对工业规模的反应器的结构要进行精心设计。实用效果较好的有等温和绝热反应器。实验室常用等温反应器，它以外部供热方式控制反应温度，催化剂床层高度不宜过长。三、实验装置与流程1.实验装置：实验装置如图1所示；催化剂填充如图2所示；2、实验流程：实验对象是由电磁隔膜泵、预热器、反应器、冷凝器、气液分离罐、油水分离罐、精馏塔、回流比控制器、真空泵、真空缓冲罐等所组成。实验时，物料通过电磁隔膜泵进入预热器，汽化后在装填了铁基催化剂的反应器中反应后经过冷凝进入气液分离罐，气体通过湿式流量计后排出，液体到油水分离器分层，当油层高于油相出料口时在抽真空的作用下，由油相出料口进入到精馏塔的预热器内，进行粗精馏，液面到达一定高度后，在真空作用下进入第二个精馏塔，再次精馏后测定产物。图1乙苯脱氢与分离流程示意图图2不锈钢反应器3.装置参数及试剂：装置参数如表1所示：表1装置名称参数数量电磁隔膜泵JCM-1/20.7bar2预热器902001反应器2307501精馏塔2520002真空泵极限真空610-2 Pa1真空缓冲罐1802501冷凝器302501气液分离器402001油水分离器401401U型压力计玻璃U管4湿式流量计2L1主要试剂如表2所示：表2试剂作用名称物料乙苯物料蒸馏水催化剂氧化铁系催化剂四、实验步骤：1、反应条件控制汽化温度300，脱氢反应温度540600，水乙苯1.51(体积比)，相当于乙苯加料0.5mLmin，蒸馏水0.75 mLmin (50毫升催化剂)。2、操作步骤（1）了解并熟悉实验装置及流程，搞清物料走向及加料、出料方法。（2）接通电源，使汽化器、反应器分别逐步升温至预定的温度，同时打开冷却水。（3）分别校正蒸馏水和乙苯的流量(0.75mLmin和0.5mLmin)（4）当汽化器温度达到300后，反应器温度达400左右开始加入已校正好流量的蒸馏水。当反应温度升至500左右，加入已校正好流量的乙苯，继续升温至540使之稳定半小时。（5）反应开始每隔1020分钟取一次数据，每个温度至少取两个数据，粗产品从分离器中放入量筒内。然后用分液漏斗分去水层，称出烃层液重量。（6）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。（7）打开油水分离器的油相出料口，同时抽真空，将反应生成的储物在压力作用下流向粗精馏的精馏塔侧进料口，再进入塔釜，等到塔釜大约有100ML物料后，打开预热器将温度设置为100，塔釜加热为160，形成全回流后稳定20min，控制冷凝液在每秒2-3滴，如高于则需要降低塔釜加热温度。最后调节回流比控制器为4:2。（视具体情况调节，进料应大于采出）。（8）当粗精馏塔釜的液面高于出料口时，在压力作用下，物料由粗精馏塔流向精馏塔釜，等到塔釜大约有100ML物料后，将塔釜加热为140，形成全回流后稳定20min，控制冷凝液在每秒2-3滴，如高于则需要降低塔釜加热温度。最后调节回流比控制器为4:2（视具体情况调节，进料应与采出大致相等）。（9）当油水分离器里油相的高度低于有相出料口时，反应结束，停止加乙苯。反应温度维持在500左右，继续通水蒸气，进行催化剂的清焦再生，约2-3小时后降温，当温度低于200时停止通水。五、实验报告：1、根据上述实验测得的数据填入到下列表格：实验日期： 实验人员： 学号： 温 大气压： 时间min预热温度反应温度水进料量(ml/h)乙苯进料量(ml/h)油层（g）水层（g）六、实验报告：1、通过气相色谱测出产物组成：反应温度乙苯进料量(ml/h)精产品苯甲苯乙苯苯乙烯含量质量g含量质量g含量质量g含