反应精馏制乙酸乙酯

1、实验一反应精倍法制乙酸乙酯一、实验目的1了解反应精饰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了解反应精饰与常规精储的区别。5学会分析塔内物料组成。二、实验原理反应精谣过程不同于一般精储，它既有精谭的物理相变之传递现象，乂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，则精饰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

2、精饰方法不易分离提纯，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。本实验是以乙酸和乙醇为原料，在催化剂作用卜.生成乙酸乙酯的可逆反应。反应的方程式为：CH3COOH+C2H5OH1CH3COOC2H5+H2O实验的进料有两种方式：一是宜接从塔釜进料；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。可认为反应精谣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

3、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。水一酯，水一醉共沸物沸点较低，醉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）物料衡算方程乂寸第J块理论板上的1组分进行物料衡算如卜.+匕+广g+F-+九=5十小2可於11,7=132,3,4（2）气液平衡方程对平衡级上某组分1的有如卜平衡关系：MX-=。每块板匕组成的总和应符合卜式：ix；i=L（3）反应速率方程&/=£,号（4）热量衡算方程对平衡级进行热最衡算，最终得到卜.式：J

4、*-V-HJ-。也+%声汨+0+R.H.=0fij'uLf-iXij-IF/u-h-|用1第i块理论板上的气液流动示意图三、实验装置及实验流程示意图实验装置如图2所示。反应精饲塔用玻璃制成。直径20mm,塔高1500mm,塔内填装（p3x3rnm不锈钢填料G16L）,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拱锤、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、蒸储水。1测温热电阳2冷却水3提锤

5、4电磁铁5塔头6镭出液收集根7回流比控制器S取样口9塔体1C数字式温度显示器11控温仪12加料口13塔釜14电加热器15卸料U图2反应精谭流程及装置四、实验步骤1 .称取乙需、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04A,开启塔身保温电源0.1A,开启塔顶冷凝水。每10mm记卜温度。2 .当塔顶摆锤上有液体出现时，进行全回流操作，全回流15mm后，开启回流，调整回流比为R=31（别忘了开小锤卜.边的塞子），30mm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.匕取出产物和塔釜

6、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,误将废液当做乙静加入反应釜,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，所用原始实脸数据见李远。本组实验原始数据记录表见最后。六、实验数据处理及举例1、计算塔内浓度分布Af已知：f水=0.3920：f酊=1.0000/箧=0.5389fK，=1.5264且二故以11：00精馀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。6270X0.392_°.仆山6270X0.392

7、+18709X1.0000+61131X1.5264=2147%18709X1.0000=16.343%6270x0.392+18709X1.0000+61131X1.526461131X1.5264.=81.510%6270X0.392+18709X1.0000+61131X1.5264对其余各组实验采用相同的处理，可得到以卜表格:表1：侧线采出样品的色谱分析结果组分水乙醉乙酸乙酯10:30上段(llOOnun)峰面积百分比A15.9866823.6753270338质量百分比Wi0.0175940.17749480.804911中段(670mm)峰面积百分比a2%1.3061825.469

8、272.22462质量百分比W?0.0037590.18696440.809277下段(230nun)峰面积百分比a3%6.362232.3313261,30649质量百分比W30.0194230.25179460.72878211:00上段(llOOnun)峰面积百分比Af%7.2811721.7269670.99187质量百分比W,0.0214690.16343040.8151中段(670mm)峰面积百分比AN%5.4536524.113870.43255质量百分比W2，0.0159830.18027680.803741下段(230nun)峰面积百分比A15.9866823.6753270

9、.338质量百分比W3，0.0175940.17749480.804911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。10:30塔内各组分浓度分布T-乙醇在塔内的浓度分布T一水在塔内的浓度分布T"乙酸乙酯在塔内的浓度分布0.90.80.70.60.50.40.30.20.10020040060080010001200图2：1。30塔内各组分浓度分布图11:00塔内各组分浓度分布图T一水在塔内的浓度分布乙醇在塔内的浓度分布T-乙酸乙酯在塔内的浓度分布图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福塔的上部、中部和底部取样做色谱分析可.知，原料

10、乙醇在精储塔底部含量最多：而产物乙酸乙酯在精福塔上部含量最多，水在全塔含量大致相同。随时间增加，产物含最逐渐增加，反应物含最逐渐减少，反映了反应精储可以起到分离产物和提高反应程度的作用。2、进行乙酸和乙幅的全塔物料衡算塔顶产品的质量：m10=1653-126=39.3g塔釜产品质量：m1177.53-78.67=98.86g以塔顶产品分析作为计算举例:久="=7.843815X0.392=23053%24/7.843815X0.392+19.68703X1.0000+72.46916X1.52644醉f醉19.68703X1.0000y_L=14760%24/17.843815X0.

11、392+19.68703X1.0000+72.46916X1.5264'4常/酯72.46916X1.5264%'=829345%7.843815X0.392+19.68703X1.0000+72.46916X1.5264'水;X"水=393X0023053=0906g其他数据计算同理，计算结果如卜表3：塔顶、塔釜产品色谱分析结果组分水乙醉乙酸乙酯塔顶产品峰面积百分比a41%7.8716619.684472.44395峰面积百分比Aq%7.8159719.6896672.49437平均峰面积百分比A47.84381519.6870372.46916质量百分比W

12、40.0230530.14760250.829345塔釜产物峰面积百分比a51%16.4859735.744417.5758330.1938峰面积百分比A52%15.4581734.146320.899429.49613平均峰面积百分比As%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:乙醇：m=mXx=39.3X01476025=5.80g乙酸乙酯：X%.=393X0829345=3259gBaEgBb（2）塔釜产品中：水：m水=m水X无水=9886X0064461=

13、637g乙醇：m=mXx=98.86X03597832=3556g乙酸：m=m=9886X0106736=1055g酸酸酸乙酸乙酯：X=98.86X046902=4636gEaasBb2应r|1产生的乙酸乙酯=32.59+4636=7895g消耗的乙醇=7895X46/88=41.27g消耗的乙酸=7895X60/88=5383g理论上剩余乙醇=75.454127=3418g实际剩余乙醇=5.80+3556=41.36g理论上剩余乙酸=75675383=2184g实际剩余乙酸=1055g原料总质量=7545+7567=15012g产物总质量=98.86+393=13816g4、转化率及收率的计

14、算乙酸转化率=(乙酸加料量-釜残液乙酸量/乙酸加料最X103=<75,67-9886X0106736)/7567X109%=8601%：乙醇转化率=乙博加料量-釜残液乙醇最乙醇加料最X10期=(75.45-9886X03597832)/7545义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X100%=(393X0829345+98.86X046902)/88/C7567/60)X100%=7115%七、实验结果分析与讨论1、实验注意事项使用微量注射瑞在3个不同高度取样，应尽愿保持同步。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

15、样。在称取釜残液的质最时,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、实验误差分析可能是有部分液体残留在精播塔中所致。可能是色谱分析中出现的误差所致。3、反应精储的优点由于该反应是一个放热反应，反应精储可以利用这部分能量推动精储的进行，很大程度上的达到节能的效果：将精储和反应过程耦公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、试行文献找出除乙酸乙酯反应精储外，还有那些产品能用反应精储法制的？成酸反应，水解反应，加成反应，醉脱水反应，苯取代反应，聚合物合成反应。2、连续反应精馀应怎样操

16、作？简单叙述流程。连续精饰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（称为儒出液）采出。3、采用固体催化剂时，实验室和工业塔怎么装填？搠包式包装结构：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：时于本实验CH3coOH+C2H50HleH3coO6H5+H9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，或者用反应精饰的方法，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