天津大学化工学院：反应精馏法制乙酸乙酯

1、化工专业实验报告实验名称：反应精储法制乙酸乙酯 实验人员：同组人：实验地点：天大化工 技术实验中心 室实验时间：2012年10月9日班级/学号：09级 分子科学与工程 专业一班学号：实验组号：02指导教师：实验成绩：反应精微法制乙酸乙酯一、实验目的1.了解反应精储是既服从质量作用定律又服从相平衡规律的复杂过程。2.掌握反应精储的操作。3.能进行全塔物料衡算和塔操作的过程分析。4.了解反应精储与常规精储的区别。5.学会分析塔内物料组成。 二、实验原理反应精储过程不同于一般精储，它既有精储的物理相变之传递现象，又有物质 变性的化学反应现象。反应精储对下列两种情况特别适用：（1）可逆平衡反应。一般情

2、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，则精储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 近，靠一般精微方法不易分离提纯，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 应精储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。反应精储的催化剂用硫酸，是由于其 催化作用不受塔内温度限制，在全塔内都能进行催化反应，而

3、应用固体催化剂则由 于存在一个最适宜的温度，精储塔本身难以达到此条件，故很难实现最佳化操作。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 + C2H 50H ? CH3COOC 2H 5+H2O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。可认为反应精储的分离塔也是反应器。 若采用塔釜进料的间歇式操作，反应只在塔釜内进行。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

4、理论板上的i组分进行物料横算如下/-I fjT jH iJ-L J j J ij J ij j2这;=L23.4(2)气液平衡方程对平衡级上某组分i的有如下平衡关系：K.rX,j-Y.j =0每块板上组成的总和应符合下式：匕 T F . = 0有nV . = 1 - V x. = 1(3)反应速率方程(4)热量衡算方程(5)对平衡级进行热量衡算，最终得到下式:/跖一% = °三、实验装置示意图实验装置如图2所示反应精储塔用玻璃制成。直径 20mm ,塔高1500mm,塔内填装小3X 3mmp 锈钢填料(316L。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

5、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。所用的试剂有乙醇、乙酸、浓硫酸、丙酮和蒸储水四，实验步骤1 .称取乙醇、乙酸各80g,相对误差不超过0.5g,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0.2A ,开启 塔顶冷凝水。每10min记下温度。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），25min后，用微量注射器在1, 3,

6、 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、实验数据记录设备编号：01原始数据记录表见附页预习报告五、实验记录。六、实验数据处理1、计算塔内浓度分布已知：f 水=0.8141; f 醇=1.000; f 酸=1.4796; f 酯=1.2892 且 ii ii i f A f A x故以=15: 39精微塔上部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。11590.81414.024

7、%11590.814160881.000127351.2892i iA f x A f ?=E? +? +?水水水60881.00025.962%11590.814160881.000127351.2892i i a f x A f ? =E? +? +?乙醇乙醇乙醇127351.289270.014%11590.814160881.000127351.2892i i A f x A f ?=E? +? +?乙酸乙酯乙酸乙酯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:取样时间为15： 39组分箱饰塔上部将情塔中部精慵塔底部水含量（%）4.02434595.081乙醇含量（%）25,9

8、6226,S2937,426乙酸乙酯含收（%）70XH470,01357,493表9:取样时间为15: 39含量分析结果取样时间为15: 39含量在塔内的分布图 80.000 70.000 60.00的量（） 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0.00冰乙醇 乙酸乙酯 图3:取样时间为15: 39含量在塔内的分布图 取样时间为16: 09组分 水含量（）乙醇含量（）乙 酸乙酯含量（%）精微塔上部2.460 27.281 70.259精微塔中部2.061 31.208 66.731 精储塔底部5.503 72.628 21.87昧10:取样时间为16: 09含

9、量分析结果 取样时间 为 15: 39含量在塔内的分布图 80.000 70.000 60.00的量（） 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0.00咏 乙醇乙酸乙酯 图4:取样时间为16: 09含量在塔内 的分布图如图所示，不同时间段分别在精储塔的上部、中部和底部取样做色谱分 析可知，原料乙醇在精储塔 底部含量最多；而产物乙酸乙酯在精储塔上部含量最多，水在精储塔中部含量最多。我们知道若采用塔釜进料的间歇式操作，反应只在塔釜内进行，可能是各个组分的沸点不同所致。62、进行乙酸和乙醇的全塔物料衡算 以塔釜（1）色谱分析作为计算举例：x 水 A 水 f 水 Ait

10、i 0.8141 6603 21132% 0.8141 6603 2178 1.0009950 L4796xO? A 乙醇 f 乙醇 2178 1,0009778% Aifi0.8141 6603 2178WOO 9950 L4796A 乙酸 f 乙酸 9950 1.479666.091% Aifi0.814166032178 IO 9950 L4796x 乙酸乙酯组分水含量（%）乙醇含量（）乙酸含量（）乙酸乙酯含量 （%）塔顶（1）2.857 24.667 -72.475塔顶（2） 2.562 24.568 -72.869塔釜（1） 24.132 9.778 66.091 - -塔釜（2）

11、22.649 9.428 67.923 -表11:塔顶及塔釜两次色谱分析结果 由上表可 知塔顶产品含量平均值 水2.710%,乙醇24.618%,乙酸乙酯72.672%;67.007%。塔釜产品含量平均值 水23.391%,乙醇9.603%,乙酸且已知塔顶流出 液的质量为98.83g,故：m水 Hl总 X水 98.83 2.857% 2.678gm乙醇11!总 X乙醇 984 24.618%乙酸乙酯团总X乙酸乙酯98.83 72.672% 7L882g对其余各组实验采用相同的处理，可得到以下表格：组分水g乙醇g乙酸g乙酸乙酯g因此对乙醇进行物料衡算： 乙醇的量=塔 顶乙醇质量+塔釜乙醇质量+乙

12、醇反应质量80.00=24.330+4.3362醇反应质量 故： 乙醇反应质量=51.335 g n 乙醇=51.335/46=1.116 mol 7 塔顶 2.678 24.330 -71.82纬 釜 10.561 4.336 30.254 -对乙酸进行物料衡算：乙酸的量=塔顶乙酸质量+塔釜乙酸质量+乙酸反应质量 80.00=0+30.254+乙酸反应质量 故：乙酸反应质量=49.746g n乙酸=49.746/60=0.829 mol可以知道，理论上乙醇和乙酸的反应量应为1: 1,可能是因为有部分液体残留在精储塔中，也可能 是因为色谱分析存在误差所致。3、计算反应收率及转化率 对于间歇过程

13、，可根据下式计算反应转化率：转化率=乙酸加料量-釜残液乙酸量/乙酸加料量=（80.00-30.254） /80.00 =62.18 %收率=生成乙酸乙酯量/乙酸加料 量相对应生成的乙酸乙酯量MOO% （7L882 88 80 / 60 61.21%选择性=收率/转化率=61.21%/62.18%=98.44%七，实验反思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。在使用微量进样器进样时速度尽量要快。为保证停留时间的一致，进样和点击开始的时间尽量一致。在称取釜残液的质量时，必须等到持液全部流至塔釜后才取釜残液。2、实验误差分析可能是有部分液体残留在精储塔中所致。可能是色谱

14、分析中出现的误差所致。在实验 中，一直没有发现热电偶为固定在塔釜中，在实验开始半个多小时候，我在比较别 人的实验 数据时才发现这个问题，15:25将热电偶重新固定好，因此在此之前的塔 釜温度都是错误的，偏低。按照 常理在第一组温度测量出来时就应该可以发现问 题，因为塔釜温度应该会比塔顶温度高很多，但是我们 测的塔釜温度反而比塔顶 温度低，应该当场就发现，说明我们在实验中过度的主意数据的值，却忽略了数据信存在的原因及合理性。这是很不应该的，值得反思。希望下次不会出现这样的 问题。八，思考题1.怎样提高酯化收率？ 答：对于本实验CH3COOH + C2H5OH ? CH3COOC2H5+H2O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，或者用反应精储的方法，使生成物中高沸点或者低沸点的物质从系 统中连8续的排出，是平衡向生成产物的方向移动，以提高酯化收率。2.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。3.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，