乙醇气固相催化制备乙烯实验报告

1、化工专业实验报告实验六 乙醇气固催化脱水制乙烯姓 名:XXX学 号：XXXXXX班 级：同组人：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，

2、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 C2H5OC2H5+H2O (140C)C2H5OH C2H4+H2O (170C)氧化铝：C2H5OH C2H4+H2O (360C)分子筛：C2H5OH C2H4+H2O (300C)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，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

3、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固定床反应装置实图6-1固定床反应装置实物图TITCI-控温热电偶；TI-测温热电偶；PI-压力计；K-调节阀；V截止阀；VA-调节阀；TC-安温ft电偶；TI-测温热电偶；PI-压力计；K-调节阀；V 截止阀；VA-调节阀；VB-安全阀；1-气体钢瓶；2-钢瓶减压阀；3-稳压阀；4-干燥器；5-过滤器；6-质量流量控制器 ；17-,气7体-取钢样瓶；器2；-钢8-瓶预减热压炉阀；9-3预-稳热压器阀；140-干反燥应器炉；51-过1-滤固器定；床6反-质应量器流；量12控-制汽器液分离 器液器；体1；73泵

4、1,-73；冷-冷凝取凝器样器；器；1；1448-尾预尾液热液收收炉集集；器9器-；预11热55-器转转；子子10流流-反量量计应计；炉；1；166-1-1湿湿-式固式定流流床量量计反计；应；1器71-；7加-1加2料-料罐汽罐；液1分；8-离18- 液体泵；图 6-2 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

5、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

6、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，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

7、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，可进行实验操作。3、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。顺时针方向调节电流给定旋钮，电流表 有电流指示表明已开始加热。电流给定值最好反应器不超过2A；预热器不超过1A。反 应器温度设定为260400C（温度给定一般是上、下设定为同一温度，而且小于中段 20C）,预热器温度设定为110C。4、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10

8、30ml/hr，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。5、分析产生乙烯气体在湿式流量计内计量。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。6、改变反应条件改变反应温度，每次提高2030C，重复上述实验步骤，则得到不同反应温度下 的原料转化率和产物收率。改变进料速率，每次提高510ml/hr，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。改变催化剂用量，每次改变2.5ml，重复上述实验步骤，则得到不同催化剂用量下

9、的原料转化率和产物收率。7、结束实验 停止加料（液体），停止加热，将电流给定逆时针转至零后关闭电源。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、实验数据记录与处理表 1 原始记录表项目庁-号123进料流量Q/ ml min-i1.10.90.9反应温度T/C278.7287.2264.1进料时间t/min20.2126.3429.92气体体积V/L5.2527.1288.247烝发前样品质量m/g111.219212.461415.2300烝发后样品质里m/g210.72412.173212.6193乙醚质量A m/g0.49520.28822.6107表2 色谱

10、原始数据反应温度/c流量Qml/min物质保留时间/min峰面积288.71.1乙醇1.439675187水1.6556569287.20.9乙醇1.193532054水1.3725925264.10.9乙醇0.730683788水0.97796783表3 液体质量原始数据反应温度/c流量ml/min空离心 管质量 m /g空总质量m/g蒸发后总质量m /g总产物总质量m /g余288.71.17.03211.210.7243.692287.20.96.944112.512.17325.2291264.10.96.873615.212.61935.7457表4 转化率相关数据计算反应温度/c流

11、量Q ml/min乙醇总量 m进/g乙醇含量w产物乙醇剩余量m /g余转化率X/%288.71.116.6630.9893.65278.08287.20.917.7690.9883.02282.99264.10.920.1820.9895.68271.85表五收率与选择性相关数据计算反应温度/c流量Qml/min乙烯体 积V/Ln乙烯生成乙烯所用乙醇量收率/%选择性S/%288.71.15.2520.23410.78564.7382.89287.20.97.1280.31814.63882.3899.26264.10.95.4880.24511.27055.8477.73计算以反应温度288.

12、 7C，流量Q-1.1 ml/min数据为例1.乙醇转化率X计算以标准状态下处理温度与压力、气相色谱乙醇校正因子片=0.886、水校正 因子F=l、95%乙醇密度P=0.789g/ml加入乙醇总量 m 二 0.95Qtp 二 0.95 x 1.1 x 20.21 x 0.789 二 16.663g进FA产物中乙醇含量w=FA产物中乙醇含量w=亠iFA0.886 x 6751871 x 6569 + 0.886 x 675187=0.989产物中乙醇的剩余量=m w=3.692x0.989=3.652g余乙醇转化率 X = “进“余 x 100% = 16.663 3.652 x 100% =

13、78.08%m16.663进2. 乙烯的回收率乙烯体积V=5.252L，由理想气体状态方程PV=nRT得n乙烯101.325 x 103 x 5.252 x 10-n乙烯=0.234mol8.314 x 273.15生成乙烯所需要的乙醇量=Mn “=46x0.234=10.779g乙烯收率=生成所需乙醇量收率=生成所需乙醇量_乙醇总量_x 100% =10.779 x 100% = 64.69%16.6633. 乙烯选择性 S 计算64 69%S = = 6= 82.85%X 78.08%六、结果与讨论由上述数据可以看出，在温度相同下随着进料流量Q的增大，使得乙烯的收率与选择性都有一定程度的降

14、低，同时转化率也下降；II. 由原始数据表 1 中（2）、（3）两组数据降低温度促进了乙醚的生成降低了乙 烯的选择性以及转化率；III .实验中有较大的误差，引起误差的有：色谱仪器使用年限过久本身存在着较 大的系统误差；因实验仪器灵敏度而产生的读书等系统误差；乙醚未分离完 全使得产物乙醇剩余量偏大；计算过程中引入了计算误差。综合实验过程和结果实验中为了得到更高的乙烯选择性、收率以及转化率，实验条 件应采取升高反应温度、降低进料流量。七、思考题1、怎样对整个反应过程进行物料恒算？应该注意哪些问题？答：根据反应方程式，利用求出的乙烯和乙醚的质量可以算出反应所需的乙醇的总量，利 用下面表达式对乙醇进行物料恒算： 液体产物中乙醇质量 + 生成反应物消耗的乙醇质量 - 乙醇进量 若上式等于零，则表明物料守恒。要进行物料衡算应该注意下述条件： 1） 保 证反应过程应达到稳态。这可以根据设备仪表的读数是否稳定在目标温度确定； 2） 确保色 谱读数可靠。实验中，通过完成两次色谱测定，只有当两次色谱结果各值差 距不超过 2 时， 才能确保色谱操作可信。 3） 确保每次称量液体产品前，都要对三角锥瓶进行称重，不能以 第一次结果进行测量。 因为每次实验都要对容器进行彻底地清洗，凡士林不能保证每次涂 抹量一样。 4） 最好保证实验的时间控制精确到秒。