乙苯脫氫制苯乙烯實驗報告.doc

乙苯脫氫制苯乙烯實驗報告 一 實驗?zāi)康模?）了解以乙苯為原料在鐵系催化劑上進行固定床制備苯乙烯的過程，學會設(shè)計實驗流程和操作；（2）掌握乙苯脫氫操作條件對產(chǎn)物收率的影響，學會獲取穩(wěn)定的工藝條件之方法。（3）掌握催化劑的填裝、活化、反應(yīng)使用方法。（4）掌握色譜分析方法。 二 實驗原理2.1主副反應(yīng)乙苯脫氫生成苯乙烯和氫氣是一個可逆的強烈吸熱反應(yīng)，只有在催化劑存在的高溫條件下才能提高產(chǎn)品收率，其反應(yīng)如下：主反應(yīng)C6H5C2H5 C6H5C2H3 + H2 副反應(yīng)C6H5C2H5 C6H6 + C2H4 C2H4 + H2 C2H6C6H5C2H5 + H2 C6H6+ C2H6 C6H5C2H5 C6H5CH3+ CH4此外，還有部分芳烴脫氫縮合、聚合物以及焦油和碳生成。2.2 影響因素2.2.1溫度的影響乙苯脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，H00，從平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系式可知，提高溫度可增大平衡常數(shù)，從而提高脫 氫 反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率。但是溫度過高副 反應(yīng)增加，使苯乙烯選擇性下降，能耗增大，設(shè)備材質(zhì)要求增加，故應(yīng)控制適應(yīng)的反應(yīng)溫度。2.2.2 壓力的影響 乙苯脫氫為體積增加的反應(yīng)，從平衡常數(shù)與壓力的關(guān)系式可知，當0時，降低總壓P總可使Kn增大,從而增加了反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率,故降低壓力有利于平衡向脫氫方向移動。實驗中加入惰性氣體或減壓條件下進行，通常均使用水蒸氣作稀釋劑，它可降低乙苯的分壓，以提高平衡轉(zhuǎn)化率。水蒸氣的加入還可向脫氫反應(yīng)提供部分熱量,使反應(yīng)溫度比較穩(wěn)定,能使反應(yīng)產(chǎn)物迅速脫離催化劑表面,有利于反應(yīng)向苯乙烯方向進行;同時還可以有利于燒掉催化劑表面的積碳。但水蒸汽增大到一定程度后，轉(zhuǎn)化率提高并不顯著，因此適宜的用量為：水：乙苯1.22.6：1（質(zhì)量比）。2.2.3 空速的影響乙苯脫氫反應(yīng)中的副反應(yīng)和連串副反應(yīng)，隨著接觸時間的增大而增大，產(chǎn)物苯乙烯的選擇性會下降，催化劑的最佳活性與適宜的空速及反應(yīng)溫度有關(guān)，本實驗乙苯的液空速以0.61h-1為宜。2.2.4 催化劑乙苯脫氫技術(shù)的關(guān)鍵是選擇催化劑。此反應(yīng)的催化劑種類頗多，其中鐵系催化劑是應(yīng)用最廣的一種。以氧化鐵為主，添加鉻、鉀助催化劑，可使乙苯的轉(zhuǎn)化率達到40，選擇性90。在應(yīng)用中，催化劑的形狀對反應(yīng)收率有很大影響。小粒徑、低表面積、星形、十字形截面等異形催化劑有利于提高選擇性。為提高轉(zhuǎn)化率和收率，對工業(yè)規(guī)模的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)要進行精心設(shè)計。實用效果較好的有等溫和絕熱反應(yīng)器。實驗室常用等溫反應(yīng)器，它以外部供熱方式控制反應(yīng)溫度，催化劑床層高度不宜過長。三 實驗裝置及儀器實驗流程見圖1。反應(yīng)器有石英玻璃管和不銹鋼管式反應(yīng)器兩種，內(nèi)部中心軸向有測溫熱電偶插入管，結(jié)構(gòu)如圖2、圖3。 圖1 實驗裝置流程圖反應(yīng)器有石英玻璃管和不銹鋼管式反應(yīng)器兩種，內(nèi)部中心軸向有測溫熱電偶插入管，結(jié)構(gòu)如圖2、圖3。所用儀器如下：（1）柱塞式液體加料泵 2臺； （2）氮氣鋼瓶 1個； （3）注射器（10l） 1支； （4）色譜儀 1臺； （5）取樣瓶 5只； （6）分液漏斗 1個； （7）反應(yīng)器及溫度控制儀 1套； （8）冷卻器 1個； （9）氣液分離器 1個； （10）儲液瓶 2支； （11）催化劑 20ml。四 實驗步驟（1）組裝流程（將催化劑按圖2、3所示裝入反應(yīng)器內(nèi)），檢查各接口，試漏（空氣或氮氣）。（2）檢查電路是否連接妥當。（3）上述準備工作完成后，開始升溫，預(yù)熱器溫度控制在200300。待反應(yīng)器溫度達到200后，開始啟動注水加料泵，同時調(diào)整流量（控制在0.3ml/min以內(nèi)）持續(xù)升溫，溫度升至500時，恒溫活化催化劑3個小時，此后逐漸升溫至550，啟動乙苯加料泵。調(diào)節(jié)流量在水：乙苯2：1（體積比）范圍內(nèi)，并嚴格控制進料速度使之穩(wěn)定。反應(yīng)溫度控制在550、575、600、625?？疾椴煌瑴囟认路磻?yīng)物的轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)品的收率。（4）在每個反應(yīng)條件下穩(wěn)定30分鐘后，取20分鐘樣品二次，取樣時用分液漏斗分離水相，用注射器進樣至色譜儀中測定其產(chǎn)物組成。分別稱量油相及水相重量，以便進行物料恒算。（5）反應(yīng)完畢后停止加乙苯原料，繼續(xù)通水維持3060分鐘，以清除催化劑上的焦狀物，使之再生后待用。（6）實驗結(jié)束后關(guān)閉水、電。五 數(shù)據(jù)記錄與處理根據(jù)實驗內(nèi)容自行設(shè)計記錄表格，記錄實驗數(shù)據(jù)：原始記錄 室溫：16 大氣壓：1.01325MPa時間min預(yù)熱溫度反應(yīng)溫度水進料量(ml/h)乙苯進料量(ml/h)油層（g）水層（g）14：20 200642.336183.39988.688314：40 200653.536183.30818.843315：00200679.636182.59168.4567反應(yīng)溫度乙苯進料量(ml/h)精產(chǎn)品苯甲苯乙苯苯乙烯含量質(zhì)量g含量質(zhì)量g含量質(zhì)量g含量質(zhì)量g642.3180.460.01560.610.020734.741.181164.192.1823653.5180.350.01162.090.069124.800.820472.762.4070679.6183.070.07966.250.162013.800.357676.881.9924以642.3數(shù)據(jù)計算為例乙苯轉(zhuǎn)化率=1-34.74=65.26苯乙烯選擇性=100=98.36苯乙烯收率=0.65260.9836=0.6419數(shù)據(jù)處理如下表:溫度轉(zhuǎn)化率選擇性收率642.365.26%98.36%0.6419653.575.20%96.75%0.7276679.686.20%89.19%0.7688六 結(jié)果分析乙苯脫氫生成苯乙烯和氫氣是一個可逆的強烈吸熱反應(yīng)，其反應(yīng)如下：主反應(yīng)C6H5C2H5 C6H5C2H3 + H2 副反應(yīng)C6H5C2H5 C6H6 + C2H4 C2H4 + H2 C2H6C6H5C2H5 + H2 C6H6+ C2H6 C6H5C2H5 C6H5CH3+ CH4溫度升高有利于主反應(yīng)的進行，轉(zhuǎn)化率明顯升高；由于副反應(yīng)的存在，溫度升高有利于副反應(yīng)的進行，選擇性降低。附錄（1）色譜儀使用方法實驗采用雙氣路恒溫型熱導(dǎo)檢測器氣相色譜儀進行乙苯及其反應(yīng)后的產(chǎn)物分析。色譜條件