乙醇气固相催化制备乙烯实验报告

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：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：2C2H5－OHC2H5OC2H5＋H2O（140℃）C2H5OHC2H4＋H2O（170℃）氧化铝：C2H5OHC2H4＋H2O（360℃）分子筛：C2H5OHC2H4＋H2O（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，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固定床反应装置实物图图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260～400℃（温度给定一般是上、下设定为同一温度，而且小于中段20℃），预热器温度设定为14、进料与反应在温度达到设定值后，继续稳定10～20min，然后开始加入无水乙醇，乙醇的加料速度为10～30ml/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20～30min。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20～30℃，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5～10ml/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原始记录表序序号项目123进料流量Q/ml·min-反应温度T/℃278.7287.2264.1进料时间t/min20.2126.3429.92气体体积V/L5.2527.1288.247蒸发前样品质量m1/g11.219212.461415.2300蒸发后样品质量m2/g10.72412.173212.6193乙醚质量Δm/g0.49520.28822.6107表2色谱原始数据反应温度/℃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/℃流量ml/min空离心管质量m空/g总质量m/g蒸发后总质量m总/g产物总质量m余/g23211.210.7243.692244112.512.17325.2291273615.212.61935.7457表4转化率相关数据计算反应温度/℃流量Qml/min乙醇总量m进/g乙醇含量w产物乙醇剩余量m余/g转化率X/%2630.9893.65278.08287.20.917.7690.9883.02282.99264.10.920.1820.9895.68271.85表五收率与选择性相关数据计算反应温度/℃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/%2520.23410.78564.7382.892280.31814.63882.3899.262880.24511.27055.8477.73计算以反应温度288.7℃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Fi=0.886、水校正因子F=1、95%乙醇密度ρ=0.789g/ml加入乙醇总量产物中乙醇含量w==产物中乙醇的剩余量=m余w=3.692×0.989=3.652g乙醇转化率乙烯的回收率乙烯体积V=5.252L，由理想气体状态方程PV=nRT得生成乙烯所需要的乙醇量=M·n乙烯=46×0.234=10.779g收率乙烯选择性S计算六、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低，同时转化率也下降；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；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。这是因为乙醇进量是根据流量乘以时间求出，相差几十秒对实验衡算结果影响也是不小的。固定床反应器的特点？