乙苯脫氫制取苯乙烯

1、、實驗?zāi)康?、了解以乙苯為原料，氧化鐵系為催化劑，在固定床單管反應(yīng)器中制備苯乙烯的 過程。2、學(xué)會穩(wěn)定工藝操作條件的方法。二、實驗原理1、本實驗的主副反應(yīng)主反應(yīng)： 乙苯 ? 苯乙烯 + 氫氣 mol 副反應(yīng)： 乙苯 ? 苯 + 乙烯 mol 乙苯 +氫氣 ? 苯 +乙烷 mol乙苯 + 氫氣 ? 甲苯 + 乙烯 mol在水蒸汽存在的條件下，還可能發(fā)生下列反應(yīng)：乙苯 + 2水 ? 甲苯 + 二氧化碳 + 3氫氣 此外，還有芳烴脫氫縮合及苯乙烯聚合生成焦油和焦等。這些連串反應(yīng)的發(fā)生不僅 使反應(yīng)的選擇性下降，而且極易使催化劑表面結(jié)焦進(jìn)而活性下降。2、影響反應(yīng)的因素（1）溫度的影響 乙苯脫氫為吸熱反應(yīng)

2、，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，使苯乙烯的選擇性下降，能耗增加，設(shè)備材質(zhì)要求 增加，故應(yīng)控制適宜的反應(yīng)溫度。本實驗的反應(yīng)溫度為 540600oC。（2）壓力的影響 乙苯脫氫為體積增大的反應(yīng)，降低總壓可使平衡常數(shù)增大，從而增加反應(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。本實驗加水蒸汽的目的是降低乙苯 的分壓，以提高平衡轉(zhuǎn)化率。較適宜的水蒸汽用量為：水 /乙苯二1 （體積比）（3）空速的影響乙苯脫氫反應(yīng)系統(tǒng)中有平衡副反應(yīng)和連串副反應(yīng)，隨著接觸時間的增加，副反應(yīng)也 增加，苯乙烯的選擇性可能下降，適宜的空速與催化劑的活性及反應(yīng)溫度有關(guān)，本

3、實驗乙苯的液空速以為止。3、本實驗采用氧化鐵系催化劑，其組成為： Fe2O3-CuO-K2O3-CeO2。三、實驗裝置及流程實驗裝置及流程如圖 1 所示。圖 1 乙苯脫氫制苯乙烯工藝實驗流程圖1乙苯流量計； 2、4加料泵； 3水計量管； 5混合器； 6汽化器； 7反應(yīng)器； 8電熱夾套； 9、11冷凝器； 10分離器； 12熱電偶四、反應(yīng)條件控制汽化溫度300oC,脫氫反應(yīng)溫度540600OC,水：乙苯二：1 （體積比），相當(dāng)于乙苯加料min，蒸餾水min （ 50ml催化劑）。五、實驗步驟1、注入原料乙苯和水，接通電源，使汽化器、反應(yīng)器分別逐步升溫至預(yù)定溫度， 同時打開循環(huán)冷卻水。2、當(dāng)汽化溫

4、度（對應(yīng)控制面板的預(yù)熱控制）達(dá)到 300°C,反應(yīng)溫度達(dá)到400°C 時，加入已設(shè)定好流量的蒸餾水，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到 500° C時，加入已設(shè)定好流量的 乙苯，繼續(xù)升溫至540°Co穩(wěn)定15min,取出粗產(chǎn)品（不用分析）。在此期間，用 秒表標(biāo)定蒸餾水和乙醇的確切流量，記錄數(shù)據(jù)。3、繼續(xù)穩(wěn)定15mi n,取出粗產(chǎn)品，放入小燒杯內(nèi)，然后用分液漏斗分離水層和烴層（上層為烴層），分別稱重，記錄數(shù)據(jù)。4、取少量烴類樣品，用氣相色譜分析其組成，記錄數(shù)據(jù)。5、結(jié)束反應(yīng)，停止加乙苯，反應(yīng)溫度在 500°C以上時，繼續(xù)通水蒸氣進(jìn)行催化劑 的清焦再生，約20min后

5、停止通蒸餾水，且降溫。同時停止通冷卻水。整理清理 實驗儀器，結(jié)束實驗。六、實驗記錄及計算1 、數(shù)據(jù)記錄汽化器溫度： oC反應(yīng)器溫度： 580oC反應(yīng)溫度： oC乙苯流量：水流量：乙苯加入量（ 15min）：粗產(chǎn)品質(zhì)量（15mi n/烴層液）：粗產(chǎn)品色譜分析結(jié)果:峰號停留時間min峰高峰面積峰面積比值%推斷物質(zhì)1雜質(zhì)2苯3甲苯4乙苯5苯乙烯色譜條件：DNP色譜柱（浙大智達(dá)）、D3*2m ;載氣為氫氣；載氣流量40ml/min（柱頭壓；進(jìn)樣量1讓；柱溫90°檢測器（使用檢測器 山）溫度140° 橋流120mA;氣化室（使用氣化室I）溫度140°C理論色譜出峰順序及停留

6、時間：苯（），甲苯（），乙苯（），苯乙烯（）。色譜質(zhì)量相對校正因子fi：苯（），甲苯（），乙苯（），苯乙烯（）。組分i的質(zhì)量濃度wi=A*fi/刀（Afi）,其中Ai為組分i的色譜峰面積，fi為組分i的色 譜質(zhì)量相對校正因子。2、數(shù)據(jù)處理乙苯的密度為cm3,即乙苯加入質(zhì)量為*=色譜分析結(jié)果乙苯質(zhì)量濃度w乙苯A*£578011*1.1231276.7*1 2747* 0.969 578011*1.123 180528* 0.970乙苯轉(zhuǎn)化率=消耗的乙苯量原料加入量100%原料加入量-乙苯剩余量原料加入量6786:67831 血%6.78629.3%苯乙烯質(zhì)量濃度A 苯乙烯* f苯乙烯W

7、苯乙烯A* £180528* 0.9701276.7*1 2747* 0.969578011*1.123 180528*0.97021.14%計算苯乙烯選擇性苯乙烯選擇性=苯乙烯的產(chǎn)量100%6.12*0.211465.2%消耗的乙苯量6.786-6.12*0.7837苯乙烯的收率=乙苯轉(zhuǎn)化率苯乙烯選擇性100%0.293*0.6502 100%19.05%七、思考題1、乙苯脫氫生成苯乙烯反應(yīng)是吸熱還是放熱反應(yīng)如何判斷如果是吸熱反應(yīng)，則反應(yīng)溫度為多少本實驗采用的什么方法工業(yè)上又是如何來實現(xiàn)的答：乙苯脫氫生成苯乙烯反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。反應(yīng)溫度升高，平衡向生成乙苯的方向移動。反應(yīng)溫度為540

8、 C到600 C。本實驗采用的方法是接通電源使汽化器、反應(yīng)器分別逐步升溫至預(yù)定溫度。汽化器溫度達(dá)到300T，反應(yīng)器溫度達(dá)400C左右，開始加入已校正好流量的蒸餾 水。當(dāng)反應(yīng)度達(dá)到500C左右時，加入已校正好流量的乙苯，繼續(xù)升溫，到540r使之穩(wěn)定，加熱溫度用熱電偶控制。工業(yè)上乙苯脫氫時常加入適量 02,在合適的條件下，02與生成的H2化合成啟0,相當(dāng)于移走生成物H2，促進(jìn)平衡向生成苯乙烯的方向移動。2、本反應(yīng)是體積增大還是體積減小加壓有利還是減壓有利工業(yè)上如何實現(xiàn)減壓 操作本實驗采用什么方法為什么加入水蒸汽可以降低烴分壓答：乙苯脫氫生成苯乙烯為體積增加的反應(yīng)。從平衡常數(shù)與壓力的關(guān)系可知降低總壓 P總可使Kn增大，從而增加反應(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。工業(yè)上通過加水蒸氣和乙苯的混合氣降低乙苯的分壓，來實現(xiàn)減壓操作。本實驗采用加水蒸氣的方法來降低乙苯分壓以提高平衡轉(zhuǎn)化。因為水蒸氣熱 容量大，產(chǎn)物易分離，產(chǎn)物不起反應(yīng)，水蒸氣還可以保護(hù)裂解爐管，同時水蒸氣還 有清焦作用。3、本實驗有哪幾種液體產(chǎn)物生成哪幾種氣體產(chǎn)物生成如何分析答：液體產(chǎn)物：苯乙烯、乙苯、苯、甲苯、水氣體產(chǎn)物：甲烷、乙烷、乙烯、氫氣、二氧化碳、水蒸氣4、進(jìn)行反應(yīng)物