1、實(shí)驗(yàn)日期 2016.3.18 成績 同組人 ： 閩南師范大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 題目：乙醇?xì)夤谭蔷啻呋苽湟蚁?13應(yīng)化1班言 乙烯是世界上產(chǎn)量最大的化學(xué)產(chǎn)品之一，乙烯工業(yè)是石油化工產(chǎn)業(yè)的核心，乙烯產(chǎn)品占石化產(chǎn)品的75%以上，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。世界上已將乙烯產(chǎn)量作為衡量一個(gè)國家石油化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。乙醇來源豐富,可以利用天然發(fā)酵法生產(chǎn),由乙醇脫水制乙烯的工藝會(huì)成為以后乙烯生產(chǎn)的主要工藝。乙烯的分離目前常采用的是深冷分離法、液體吸收法、吸附法、膜分離法等。乙醇脫水制乙烯的催化劑報(bào)道很多,主要分為液體無機(jī)酸、固體酸等。固定床反應(yīng)器在化工領(lǐng)域應(yīng)用十分

2、廣泛。工業(yè)上目前應(yīng)用較成熟的乙醇脫水催化劑是氧化鋁催化劑，他存在反應(yīng)溫度高、要求原料液濃度高等問題基本有機(jī)化工中，乙烯氧化制環(huán)氧乙烷、乙苯脫氧制 苯乙烯、乙烯水合制乙醇等反應(yīng)均在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行。1固定床反應(yīng)器床層薄，流速低，床層內(nèi)的流體軸向流動(dòng)可看作是理想置換流動(dòng)，因而化學(xué)反應(yīng)速率較快，完成同樣的生產(chǎn)任務(wù)所需的催化劑用 量和反應(yīng)器體積較小，流體停留時(shí)間可嚴(yán)格控制， 溫度分布可適當(dāng)調(diào)節(jié)，有利于提高化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性；固定床中催化劑不易磨損，可在高溫 高壓下操作。當(dāng)然，固定床也存在一些缺點(diǎn)，如傳 熱性能差；不能使用細(xì)粒催化劑（不能充分利用催 化劑內(nèi)表面），催化劑的再生、更換均不方便。其中

3、固定床有并流下行泡沫床，并流上行泡沫床，Monolith固定床反應(yīng)器和Katapk催化反應(yīng)器。劉紅等制備了用于固定床反應(yīng)器的負(fù)載型Ts-1分子篩催化劑，并以苯酚羥基為探針，研究了載體、鈦含量和預(yù)處理劑等對(duì)負(fù)載型Ts-1分子篩催化劑的影響，考察了固定床反應(yīng)器中苯酚羥基化反應(yīng)的工藝條件。2本文就研究利用乙醇的氣固催化來脫水制乙烯。 本次實(shí)驗(yàn)的主要目的： 1、掌握乙醇催化脫水實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)過程、實(shí)驗(yàn)流程和操作。 2、掌握乙醇非均相催化脫水操作條件對(duì)產(chǎn)物收率的影響，學(xué)會(huì)獲取穩(wěn)定的工藝條件的方法。 3、了解固定床反應(yīng)器的構(gòu)造、原理和使用方法，學(xué)習(xí)反應(yīng)器的正常操作和安裝。 4、學(xué)習(xí)氣相色譜在線分析的方法和定性

4、、定量分析，學(xué)習(xí)如何手動(dòng)進(jìn)樣分析液體成分。了解氣相色譜的原理和構(gòu)造，掌握色譜的正常使用和分析條件選擇。 5、學(xué)習(xí)微量泵的使用方法，學(xué)會(huì)使用濕式流量計(jì)測(cè)量流體流量。1.實(shí)驗(yàn)方案1.1.1實(shí)驗(yàn)原理：乙醇脫水屬于平行反應(yīng)，即可進(jìn)行分子內(nèi)脫水生成乙烯，又可進(jìn)行分子間脫水生成乙醚。一般而言，較低的溫度有利于生成乙醚，因此該復(fù)合反應(yīng)條件改變，脫水機(jī)理也有不同。采用濃硫酸、氧化鋁和分子篩催化劑可以有下列反應(yīng)過程產(chǎn)生：濃硫酸： 2C2H5OH C2H5OC2H5H2O（140）C2H5OH C2H4H2O（170）氧化鋁： C2H5OH C2H4H2O（360）分子篩： C2H5OH C2H4H2O（300）

5、隨著溫度升高，反應(yīng)可得到足夠多的乙烯轉(zhuǎn)化，而乙醚的生成量較少。1.1.2實(shí)驗(yàn)藥品及儀器：95%乙醇固定床反應(yīng)裝置、GC9800型氣相色譜儀配有氫火焰檢測(cè)器、HW-2000色譜工作站、微量進(jìn)樣器、錐形瓶1.1.3實(shí)驗(yàn)流程 本實(shí)驗(yàn)選用固定床反應(yīng)器，凡是流體通過不動(dòng)的固體物料所形成的床層而進(jìn)行反應(yīng)的裝置都稱作固定床反應(yīng)器。固定床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)可歸納為：（1）、催化劑在床層內(nèi)不易磨損；（2）床層內(nèi)流體的流動(dòng)接近于平推流，與返混式反應(yīng)器相比，用較少的催化劑和較小的反應(yīng)器容積來獲得較大的生產(chǎn)能力；（3）、結(jié)構(gòu)簡單。固定床反應(yīng)器的缺點(diǎn)是：（1）、傳熱較差。反應(yīng)放熱量很大時(shí)，即使是列管式反應(yīng)器也可能出現(xiàn)飛溫（當(dāng)

6、某一參數(shù)變化到一定程度時(shí)就可能使床層溫度失去控制，急劇上升，超過允許范圍，這種現(xiàn)象俗稱飛溫）。（2）操作過程中催化劑不能更換，催化劑需要頻繁再生的反應(yīng)一般不宜使用。實(shí)驗(yàn)流程：無水乙醇由進(jìn)口泵泵入預(yù)熱器后，進(jìn)入填裝有催化劑的固定床反應(yīng)器中反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷凝后，冷凝液流入收集器，不凝氣體經(jīng)濕式流量計(jì)計(jì)量后排空。反應(yīng)產(chǎn)物由氣相色譜儀進(jìn)行分析。1.2實(shí)驗(yàn)流程及步驟（1）催化劑的填裝松開反應(yīng)器的下部熱電偶套管密封件，拆去下部出口與分離器連接接頭和上部與預(yù)熱器連接接頭，卸開大螺帽將反應(yīng)器從加熱爐上部拉出，再卸下反應(yīng)器上部大螺帽，上部朝下用鐵絲拉出玻璃棉，倒出催化劑，取出套管和支撐架，用丙酮或乙醇清洗干凈

7、后吹干，再插入測(cè)溫套管及催化劑支撐架和不銹鋼支撐網(wǎng)后，連接下部大螺帽（從套管中穿過用手?jǐn)Q緊螺帽再擰緊反應(yīng)器的下部熱電偶套管密封件使套管不能移動(dòng)），最后裝入新催化劑，催化劑裝填量為20ml。 注意：裝催化劑要將套管放在反應(yīng)器中心位置，要用小直徑的長棍測(cè)量催化劑的床層高度，最好使催化劑床層處于加熱爐的中部。將上蓋大螺帽通過測(cè)溫套管安裝好，用扳手?jǐn)Q緊后再卸下下部大螺帽，重新插入爐內(nèi)，在擰緊上預(yù)熱器后、用板手?jǐn)Q緊反應(yīng)器下部大螺帽，再連接好分離器接頭插入測(cè)溫?zé)犭娕肌?（2）系統(tǒng)試漏 通過穩(wěn)壓閥和調(diào)節(jié)閥進(jìn)入空氣或氮?dú)?，堵塞出口和液體進(jìn)口，加壓至0.1MPa，5分鐘不下降為合格。試漏合格后打開被堵塞的管路，

8、可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。 （3）微量泵的運(yùn)行準(zhǔn)備工作將微量泵進(jìn)料管浸于乙醇中，旋松中間吸液口，用針筒將甲醇吸出排氣，旋緊中間吸液口，抽出針筒將針筒內(nèi)的乙醇打入試劑瓶中。打開泵電源，設(shè)定值調(diào)為0.8ml/min，三通閥旋向“排空”位置，將原料瓶移至排空口，按“Run/Stop”，啟動(dòng)泵抽液，直到排空口出現(xiàn)連續(xù)均勻液滴時(shí)。先按“Run/Stop”，停泵，再將三通閥旋向“預(yù)熱”位置，此時(shí)泵的運(yùn)行準(zhǔn)備工作完畢 （4）升溫與溫度控制 升溫前必須檢查熱電偶和加熱電路接線是否正確，檢查無誤后方可開啟電源總開關(guān)和分開關(guān)，此時(shí)控溫儀表有溫度數(shù)值顯示出來。然后將反應(yīng)器上下段溫度設(shè)定為295，中段溫度設(shè)置為315。預(yù)熱器溫

9、度設(shè)定為110。 （5）進(jìn)料與反應(yīng) 在溫度達(dá)到設(shè)定值后，繼續(xù)穩(wěn)定2030min，然后開始加入無水乙醇，乙醇的加料速度為0.8ml/min，正式開始實(shí)驗(yàn)。分別在氣液分離器下放置干凈的采樣瓶。記錄濕式流量計(jì)讀數(shù)，應(yīng)每隔一定時(shí)間記錄反應(yīng)溫度等實(shí)驗(yàn)條件。反應(yīng)時(shí)間為2030min。（6）分析反應(yīng)約2030min時(shí)將進(jìn)料泵停下，記錄濕式流量計(jì)的計(jì)量即為產(chǎn)生的乙烯體積。當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后將分離器內(nèi)液體取出稱量，通過蒸餾手段，除去實(shí)驗(yàn)中可能產(chǎn)生的副產(chǎn)物乙醚，后對(duì)液體進(jìn)行氣相色譜分析。 （7）改變反應(yīng)條件 改變進(jìn)料速率為0.6ml/min，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，則得到不同進(jìn)料速率下的原料轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物收率。（8）結(jié)束實(shí)驗(yàn)將

10、反應(yīng)器各段的溫度設(shè)定為室溫后關(guān)閉電源。關(guān)閉色譜，待柱溫降至室溫后，關(guān)閉色譜電源，最后停止通載氣，停下實(shí)驗(yàn)。1.3 分析條件與方法在設(shè)定溫度不變下，改變進(jìn)料流量速度。根據(jù)反應(yīng)開始前后時(shí)間差，得反應(yīng)時(shí)間，已知乙醇密度，計(jì)算得乙醇進(jìn)料質(zhì)量分析圖譜得乙醇組分比例，得出乙醇反應(yīng)后剩余質(zhì)量，再由此算出乙醇的轉(zhuǎn)化率讀出乙烯體積，算出乙烯質(zhì)量，得乙烯的收率乙烯選擇性等于乙烯收率與乙醇轉(zhuǎn)化率之比2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理2.1原始數(shù)據(jù) 表一 溫度記錄進(jìn)料流量Q（ml/min）反應(yīng)器上段T1（）反應(yīng)器中斷T2（）反應(yīng)器下端T3（）預(yù)熱溫度T5（）0.62953152951100.8295315295110 表二 樣品質(zhì)量溫度

11、/進(jìn)料流量Q/ml/min濕式流量計(jì)讀數(shù)/L瓶重/g瓶重+樣品質(zhì)量/g3150.63.80826.893830.73960.84.02427.458533.7893 表三 色譜分析溫度/進(jìn)料流量Q/ml/min物質(zhì)保留時(shí)間tR/min峰面積A峰面積平均值3150.6乙醇1.9741876081837901.970179972正丙醇2.370120527011853582.36111654460.8乙醇1.9722995402946111.948289682正丙醇2.3807218007070182.3536922362.2數(shù)據(jù)處理過程以0.8ml/min的進(jìn)料流量列舉計(jì)算過程已知：氣相色譜乙醇

12、相對(duì)校正因子fi=1.1841 內(nèi)標(biāo)物正丙醇的相對(duì)校正因子fs=1（1）乙醇轉(zhuǎn)化率X的計(jì)算由反應(yīng)開始前后時(shí)間得反應(yīng)時(shí)間=20min，95%乙醇的密度=0.789g/cm3則乙醇進(jìn)料體積V=20min×0.8ml/min=16.0ml，乙醇的進(jìn)料質(zhì)量m進(jìn)=16.0ml×0.810g/cm3=12.624g產(chǎn)物中乙醇含量樣品質(zhì)量m樣=33.7893-27.4585=6.3308g 乙醇反應(yīng)后剩余質(zhì)量m余=6.3303g ×24.67%=1.5618g乙醇的轉(zhuǎn)化率（2）乙烯的收率計(jì)算乙烯的體積V=4.024L，由PV=nRT得：由反應(yīng)式C2H5OH C2H4H2O 得：

13、生成乙烯所需的乙醇量=乙烯的收率(3)乙烯的選擇性S的計(jì)算2.3數(shù)據(jù)處理匯總乙醇進(jìn)料流量Q/ml/min0.60.8樣品質(zhì)量/g3.84586.3308乙醇的進(jìn)料質(zhì)量/g9.46812.624產(chǎn)物中乙醇含量%9.18 24.67 乙醇反應(yīng)后剩余質(zhì)量m余/g0.3530 1.5618 乙醇的轉(zhuǎn)化率X/%96.27 87.63乙烯摩爾量n/mol0.170 0.180 生成乙烯所需的乙醇量/g7.816 8.259 乙烯收率/%82.55 65.42乙烯選擇性/%85.74 74.663結(jié)果分析與討論3.1進(jìn)料流量對(duì)轉(zhuǎn)化率、選擇性、收率的影響本次實(shí)驗(yàn)的改變量是乙醇進(jìn)料流量，由上圖可以看出，隨著乙醇

14、進(jìn)料流量的增大，乙醇的轉(zhuǎn)化率、乙烯收率以及乙烯的選擇性都減小了。為此要提高乙烯的收率可適當(dāng)減少進(jìn)料流量。3.2實(shí)驗(yàn)誤差實(shí)驗(yàn)中有較大的誤差，引起誤差的原因有：色譜儀器使用年限過久本身存在著較大的系統(tǒng)誤差；因?qū)嶒?yàn)儀器靈敏度而產(chǎn)生的讀數(shù)等系統(tǒng)誤差；計(jì)算過程中引入了計(jì)算誤差；色譜分析過程中引起的誤差。4對(duì)本實(shí)驗(yàn)的建議為了減小誤差，在時(shí)間允許的情況下，變量盡可能分布較多點(diǎn)，以提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性。5思考題5.1反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的提高和哪些因素有關(guān)？ 答：乙醇反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的提高和空速、反應(yīng)溫度、進(jìn)料乙醇濃度等因素有關(guān)。空速直接關(guān)系到反應(yīng)停留時(shí)間長短。反應(yīng)停留時(shí)間越長，反應(yīng)越徹底，乙醇的轉(zhuǎn)化率也就越高。反應(yīng)溫度關(guān)系到反應(yīng)常數(shù)，反應(yīng)溫度越高，反應(yīng)常數(shù)越大，因而反應(yīng)速率提高，轉(zhuǎn)化率也就跟著提高。而進(jìn)料乙醇的濃度越高，從氣體反應(yīng)的碰撞理論上來看，反應(yīng)器內(nèi)分子碰撞次數(shù)也隨之提高，因此