反应精馏制乙酸乙酯

1、实验一反应精馏法制乙酸乙酯一、实验目的1.了解反应精馏是既服从质量作用定律又服从相平衡规律的复杂过程。2.掌握反应精馏的操作。3.能进行全塔物料衡算和塔操作的过程分析。4.了解反应精馏与常规精馏的区别。5.学会分析塔内物料组成。二、实验原理反应精馏过程不同于一般精馏，它既有精馏的物理相变之传递现象，又有物质变性的化学反应现象。反应精馏对下列两种情况特别适用：（ 1）可逆平衡反应。一般情况下，反应受平衡影响，转化率只能维护在平衡转化的水平；但是，若生成物中有低沸点或高沸点物质存在，则精馏过程可使其连续地从系统中排出，结果超过平衡转化率，大大提高了效率。（ 2）异构体混合物分离。通常因它们的沸点接

2、近，靠一般精馏方法不易分离提纯，若异构体中某组分能发生化学反应并能生成沸点不同的物质，这时可在过程中得以分离。对于本实验来说，适于第一种情况，但但该反应若无催化剂存在，单独采用反应精馏存在也达不到高效分离的目的，这是因为反应速度非常缓慢，故一般都用催化反应方式。酸是有效的催化剂，常用硫酸。本实验是以乙酸和乙醇为原料，在催化剂作用下生成乙酸乙酯的可逆反应。反应的方程式为：CH 3COOH + C 2H5OH ? CH 3COOC 2H5+H 2O实验的进料有两种方式：一是直接从塔釜进料；另一种是在塔的某处进料。前者有间歇和连续式操作；后者只有连续式。可认为反应精馏的分离塔也是反应器。若采用塔釜进

3、料的间歇式操作，反应只在塔釜内进行。由于乙酸在气相中有缔合作用，除乙酸外， 其它三个组分形成三元或二元共沸物。水酯，水醇共沸物沸点较低，醇和酯能不断地从塔顶排出。由于乙酸的沸点较高，不能进入到塔体，故塔体内共有 3组分，即水、乙醇、乙酸乙酯。本实验采用间歇式进料方式，物料衡算式和热量衡算式为：（ 1）物料衡算方程对第 j 块理论板上的i 组分进行物料衡算如下1 / 9（ 2）气液平衡方程对平衡级上某组分i的有如下平衡关系：每块板上组成的总和应符合下式：（ 3）反应速率方程（ 4）热量衡算方程对平衡级进行热量衡算，最终得到下式：三、实验装置及实验流程示意图实验装置如图2所示。反应精馏塔用玻璃制成

4、。直径20mm，塔高 1500mm ，塔内填装 3×3mm不锈钢填料 (316L) ，填料高度1400mm 。塔外壁镀有金属膜，通电流使塔身加热保温。塔釜为一玻璃容器，并有电加热器加热。采用XCT-191 ，ZK-50 可控硅电压控制釜温。塔顶冷凝液体的回流采用摆动式回流比控制器操作。此控制系统由塔头上摆锤、电磁铁线圈、回流比计数拨码电子仪表组成。2 / 9所用的试剂有乙醇、乙酸、浓硫酸、蒸馏水。四、实验步骤1 称取乙醇、乙酸各 75g，用漏斗倒入塔釜内， 并向其中滴加 23滴浓硫酸，开启釜加热系统至 0.4A ，开启塔身保温电源 0.1A ，开启塔顶冷凝水。每 10min 记下温度

5、。2 当塔顶摆锤上有液体出现时，进行全回流操作，全回流 15min 后，开启回流， 调整回流比为 R=3:1（别忘了开小锤下边的塞子），30min 后，用微量注射器在1，3， 5三处同时取样，将取得的液体进行色谱分析， 30min后，再取一次进行色谱分析。3 将加热和保温开关关上，取出产物和塔釜原料，称重进行色谱分析，关上电源，将废液倒入废液瓶，收拾实验台。五、实验原始数据记录表实验时由于操作失误， 误将废液当做乙醇加入反应釜，导致实验彻底失败， 数据无法处理。故不得不采用他组数据，所用数据为第四组李远，吴刚等三人数据，所用原始实验数据见李3 / 9远。本组实验原始数据记录表见最后。六、实验数

6、据处理及举例1、计算塔内浓度分布已知：；Ai f i且 xiAi fi故以 11： 00 精馏塔上段液体的含量作为计算举例：已知乙酸的沸点较高，不能进入到塔内，故塔体内共有3 个组分，即水、乙醇、乙酸乙酯。对其余各组实验采用相同的处理，可得到以下表格：表 1：侧线采出样品的色谱分析结果组分水乙醇乙酸乙酯上段峰面积百分比 A 1%5.9866823.6753270.338（ 1100mm）质量百分比 w10.0175940.17749480.804911峰面积百分比 A 21.3061825.469272.2246210:30 中段（ 670mm）%质量百分比 w20.0037590.18696

7、440.809277峰面积百分比 A 36.362232.3313261.30649下段（ 230mm）%质量百分比 w30.0194230.25179460.728782上段峰面积百分比 A1%7.2811721.7269670.99187（ 1100mm）质量百分比 w10.0214690.16343040.815111:00峰面积百分比 A2%5.4536524.113870.43255中段（ 670mm）质量百分比 w20.0159830.18027680.803741下段（ 230mm） 峰面积百分比 A3%5.9866823.6753270.3384 / 9质量百分比w30.017

8、5940.17749480.804911根据上表分别绘制出10： 30 和 11:00 各个组分塔内分布，如下图所示。图 2： 10:30 塔内各组分浓度分布图图 3：11:00 塔内各组分浓度分布图如图所示，不同时间段分别在精馏塔的上部、中部和底部取样做色谱分析可知，原料乙醇在精馏塔底部含量最多；而产物乙酸乙酯在精馏塔上部含量最多，水在全塔含量大致相同。随时间增加，产物含量逐渐增加，反应物含量逐渐减少，反映了反应精馏可以起到分离产物和提高反应程度的作用。2、进行乙酸和乙醇的全塔物料衡算5 / 9塔顶产品的质量：m 顶=165.3-126=39.3g塔釜产品质量：m 釜 =177.53-78.

9、67=98.86g以塔顶产品分析作为计算举例：其他数据计算同理，计算结果如下表 3：塔顶、塔釜产品色谱分析结果组分水乙醇乙酸乙酯峰面积百分比 A41%7.8716619.684472.44395峰面积百分比 A42%7.8159719.6896672.49437塔顶产品平均峰面积百分比 A 4%7.84381519.6870372.46916质量百分比 w40.0230530.14760250.829345峰面积百分比 A51%16.4859735.744417.5758330.1938峰面积百分比 A52%15.4581734.146320.899429.49613塔釜产物平均峰面积百分比

10、A 5%15.9720734.9453519.2376229.84497质量百分比 w50.0644610.35978320.1067360.469023、物料衡算（1）塔顶产品中：水：39.3×0.023053=0.906g乙醇：39.3× 0.1476025=5.80g乙酸乙酯：39.3× 0.829345=32.59g（2）塔釜产品中：水：98.86× 0.064461=6.37g6 / 9乙醇：98.86× 0.3597832=35.56g乙酸：98.86× 0.106736=10.55g乙酸乙酯：98.86× 0.

11、46902=46.36g反应中产生的乙酸乙酯 =32.59 46.36=78.95g消耗的乙醇 78.95× 46/88=41.27g消耗的乙酸 78.95× 60/88=53.83g理论上剩余乙醇 75.45 41.2734.18g实际剩余乙醇 5.80+35.56 41.36g理论上剩余乙酸 75.67 53.8321.84g实际剩余乙酸 10.55g原料总质量75.45 75.67 150.12g产物总质量98.86 39.3 138.16g4、转化率及收率的计算乙酸转化率 = 乙酸加料量 -釜残液乙酸量 / 乙酸加料量× 100%=(75.67-98.86

12、 × 0.106736)/75.67 × 100%=86.01% ；乙醇转化率 = 乙醇加料量 -釜残液乙醇量 / 乙醇加料量× 100%=(75.45-98.86 × 0.3597832)/75.45 × 100%=52.86%乙酸乙酯的收率 =产品乙酸乙酯的物质的量 /原料乙酸的物质的量×100%=(39.3 × 0.829345+98.86 × 0.46902)/88/(75.67/60)×100%=71.15%七、实验结果分析与讨论1、实验注意事项使用微量注射器在3 个不同高度取样，应尽量保持同步

13、。在使用微量进样器进样时速度尽量要快。因水出峰较早，可以先点击开始后进样。在称取釜残液的质量时，尽量等到持液全部流至塔釜后才取釜残液，实验中等到塔釜温度降至50后取样。2、实验误差分析7 / 9可能是有部分液体残留在精馏塔中所致。可能是色谱分析中出现的误差所致。3、反应精馏的优点由于该反应是一个放热反应，反应精馏可以利用这部分能量推动精馏的进行，很大程度上的达到节能的效果；将精馏和反应过程耦合起来大大节省了空间和设备；破坏了可逆反应平衡，增加了反应的选择性和转化率，使反应速度提高，从而提高了生产能力。八、思考题1、试查文献找出除乙酸乙酯反应精馏外，还有那些产品能用反应精馏法制的？成醚反应，水解

14、反应，加成反应，醇脱水反应，苯取代反应，聚合物合成反应。2、连续反应精馏应怎样操作？简单叙述流程。连续精馏在塔某处或塔釜进料，在塔某处出料，在塔上部某处加带有酸催化剂的乙酸，塔下部某处加乙醇。连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（称为釜残液）；部分液体被汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器被全部冷凝，将部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔顶作为回流液体，其余部分作为塔顶产品（称为馏出液）采出。3、采用固体催化剂时，实验室和工业塔怎么装填？捆包式包装结构；将催化剂装在规整填料的夹层中；将催化剂装在塔板上的固定容器中；催化剂与填料混装的结构4、怎样提高酯化收率？答：对于本实验CH 3COOH + C 2H5OH ? CH3COOC 2H 5+H 2O是可逆反应，为提高酯化反应的收率，可以通过减小一种生成物的浓度，或者用反应精馏的方法，使生成物中高沸点或者低沸点的物质从系统中连续的排出，是平衡向生成产物的方向移动，以提高酯化收率。5、不同回流比对产物分布影响如何？答：当回流比增大时，乙酸乙酯的浓度会增加。6、采用釜内进料，操作条件要作哪些变化？酯化率能否提高？答：釜内进料，应保证在釜沸腾条件下进料，塔内轻组分上移，重组分下移，在不同的填料高度上均发生反应，生成酯和水，转化