lp固定床实验丰富讲义

1、实验日期20121020 成绩 组别 B组同组人 吴碧君、薛尾英、李陈玲、陈凌凌、廖嘉丽、刘斌、陈志祥、陈道临、 林朗功漳州师范学院应用化学专业实验报告题目：乙醇气固催化脱水制乙烯09应化2班 薛尾英 090604205一 实验目的1、掌握乙醇脱水实验的反应过程、实验流程和操作。2、掌握乙醇气相脱水操作条件对产物收率的影响，学会获取稳定的工艺条件的方法。3、了解固定床反应器的构造、原理和使用方法，学习反应器的正常操作和安装。4、学习气相色谱在线分析的方法和定性、定量分析，学习如何手动进样分析液体成分。了解气相色谱的原理和构造，掌握色谱的正常使用和分析条件选择。5、学习微量泵的使用方法，学会使用

2、湿式流量计测量流体流量。二、实验原理乙醇脱水属于平行反应，即可进行分子内脱水生成乙烯，又可进行分子间脱水生成乙醚。一般而言，较低的温度有利于生成乙醚，因此该复合反应条件改变，脱水机理也有不同。采用浓硫酸、氧化铝和分子筛催化剂可以有下列反应过程产生：浓硫酸： 2C2H5OH C2H5OC2H5H2O（140）C2H5OH C2H4H2O（170）氧化铝： C2H5OH C2H4H2O（360）分子筛： C2H5OH C2H4H2O（300）随着温度升高，反应可得到足够多的乙烯转化，而乙醚的生成量较少。乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的70%以上

3、，在国民经济中占有重要的地位。世界上已将乙烯产品作为衡量一个国家石油化工生产水平的重要标志之一。主要用于制聚乙烯、聚氯乙烯、醋酸、高级醇等，还可用来催熟水果。三、实验装置及流程 图6-1 乙醇气固催化制备乙烯实验流程图本实验选用固定床反应器，凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。固定床反应器的优点可归纳为：（1）、催化剂在床层内不易磨损；（2）床层内流体的流动接近于平推流，与返混式反应器相比，用较少的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力；（3）、结构简单。固定床反应器的缺点是：（1）、传热较差。反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（当某

4、一参数变化到一定程度时就可能使床层温度失去控制，急剧上升，超过允许范围，这种现象俗称飞温）。（2）操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用。实验流程：无水乙醇由进口泵泵入预热器后，进入填装有催化剂的固定床反应器中反应，反应产物经冷凝后，冷凝液流入收集器，不凝气体经湿式流量计计量后排空。反应产物由气相色谱仪进行分析。四、实验步骤及方法1、催化剂的填装松开反应器的下部热电偶套管密封件，拆去下部出口与分离器连接接头和上部与预热器连接接头，卸开大螺帽将反应器从加热炉上部拉出，再卸下反应器上部大螺帽，上部朝下用铁丝拉出玻璃棉，倒出催化剂，取出套管和支撑架，用丙酮或乙醇清洗干净后吹干

5、，再插入测温套管及催化剂支撑架和不锈钢支撑网后，连接下部大螺帽（从套管中穿过，用手拧紧螺帽再拧紧反应器的下部热电偶套管密封件，使套管不能移动），最后装入新催化剂，催化剂装填量为20ml。注意：装催化剂要将套管放在反应器中心位置，要用小直径的长棍测量催化剂的床层高度，最好使催化剂床层处于加热炉的中部。将上盖大螺帽通过测温套管安装好，用扳手拧紧后再卸下下部大螺帽，重新插入炉内，在拧紧上预热器后、用板手拧紧反应器下部大螺帽，再连接好分离器接头，插入测温热电偶。2、系统试漏通过稳压阀和调节阀进入空气或氮气，堵塞出口和液体进口，加压至0.1MPa，5分钟不下降为合格。试漏合格后打开被堵塞的管路，可进行实

6、验操作。3、微量泵的运行准备工作 将微量泵进料管浸于乙醇中，旋松中间吸液口，用针筒将甲醇吸出排气，旋紧中间吸液口，抽出针筒将针筒内的乙醇打入试剂瓶中。打开泵电源，设定值调为0.5ml/min，三通阀旋向“排空”位置，将原料瓶移至排空口，按“Run/Stop”，启动泵抽液，直到排空口出现连续均匀液滴时。先按“Run/Stop”，停泵，再将三通阀旋向“预热”位置，此时泵的运行准备工作完毕4、升温与温度控制升温前必须检查热电偶和加热电路接线是否正确，检查无误后方可开启电源总开关和分开关，此时控温仪表有温度数值显示出来。然后将反应器上下段温度设定为300，中段温度设置为320。预热器温度设定为110。

7、5、进料与反应在温度达到设定值后，继续稳定1020min，然后开始加入无水乙醇，乙醇的加料速度为0.5ml/min，正式开始实验。分别在气液分离器下放置干净的采样瓶。记录湿式流量计读数，应每隔一定时间记录反应温度等实验条件。反应时间为2030min。6、分析反应约2030min时将进料泵停下，记录湿式流量计的计量即为产生的乙烯体积。当反应结束后将分离器内液体取出称量，通过蒸馏手段，除去实验中可能产生的副产物乙醚，然后对液体进行气相色谱分析。7、改变反应条件改变进料速率为0.8ml/min，重复上述实验步骤，则得到不同进料速率下的原料转化率和产物收率。8、结束实验 将反应器各段的温度设定为室温后

8、关闭电源。关闭色谱（待柱温降至室温后，关闭色谱电源，最后停止通载气），停下实验。五、实验数据处理5.1原始数据表 设定温度（）实验参数320进料流量（ml/min）0.50.8反应时间（min）开始09:5210:38结束10:1911:05取样瓶质量（g）45.446.9取样瓶加产品质量（g）50.860.0反应开始时湿式流量计示数(L)1.6481.360反应开始时的圈数示数12211223反应结束时湿式流量计示数(L)1.3201.528反应结束时的圈数示数12231225蒸馏后瓶加样的质量（g）49.558.5色谱分析各组分比列水%76.3366.51乙醇%23.4233.185.2数

9、据处理举例（以进料速度0.8ml/min为例计算）由反应开始时间和结束时间可得反应时间为27分钟，所以乙醇进料体积=27*0.8ml=21.6ml.乙醇的密度为0.816g/cm3乙醇进料质量=21.6*0.816=17.6g 由反应式C2H5OH C2H4H2O 可得乙烯的理论产量=17.6*28/46=10.71g未蒸前产品质量=60.0-46.9g=13.1g 乙醚质量=60.0-58.5g=1.5g乙醇加水的质量=13.1-1.5g=11.6g 水的质量=11.6*76.33%=8.85g乙醇反应后剩余质量=11.6*23.42%=2.71g乙醇的转化率=（17.6-3.8）/17.6

10、*100%=78.4%乙烯气体的体积=（2-1.360）+1+（1.528-1）=2.168L 乙烯的密度为1.25g/L乙烯的质量=2.168*1.25g=2.71g 乙烯的收率=（2.71/10.7）*100%=25.3%乙烯的选择性=（25.3%/78.4%）*100%=32.3%5.3数据处理结果汇总序号12进料量qv/(mL/min)0.50.8乙醇的进料质量/g 11.0 17.6产物乙烯的质量/g 2.09 2.71产物水的质量/g3.17.7副产物乙醚的质量/g1.31.5反应后乙醇的剩余质量/g0.963.8乙醇的转化率/%91.3%78.4%乙烯的理论产量/g6.7010.

11、7乙烯的收率/%31.2%25.3%乙烯的选择性/%34.2%32.3%六、结果与讨论表6.1进料流量与转化率的关系乙醇进料流量ml/min乙醇转化率%0.591.30.856.3表6.2进料流量与收率的关系乙醇进料流量ml/min乙烯收率%0.531.2%0.825.3%表6.3进料流量与选择性的关系乙醇进料流量ml/min乙烯选择性%0.534.2%0.832.3%由以上三表可得随着流量的增大乙醇的转化率、乙烯的收率、乙烯的选择性随之降低。这是由于乙醇的流速增大表明了反应器中的空速加快，从而乙醇在催化剂内的停留时间减少，反应时间减少，所以转化率降低。生成乙烯的反应时可逆吸热反应，而生成乙醚的反应是微放热反应，在相同加热温度下，流速增大反应器内温度下降，导致反应速率总体下降，而主反应下降较多，更有利于副反应的发生，所以收率和选择性都显著下降。七、思考题（任选两题）4、反应转化率的提高和哪些因素有关？答：乙醇反应转化率的提高和空速、反应温度、进料乙醇浓度等因素有关。空速直接关系到反应停留时间长短。反应停留时间越长，反应越彻底，乙醇的转化率也就越高。反应温度关系到反应常数，反应温度越高，反应常数越大，因而反应速率提高，转化率也就跟着提高。而进料乙醇的浓度越高，从气体反应的碰撞理论上来看，反应器内分子碰撞次数也随之提高，因此反应速率提高，转化率提高。5、固定床反应器的特点？答：