乙苯脫氫制苯乙烯實(shí)驗(yàn)報(bào)告

乙苯脫氫制苯乙烯實(shí)驗(yàn)報(bào)告一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 了解以乙苯為原料在鐵系催化劑上進(jìn)行固定床制備苯乙烯的過程，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程和操作；（2） 掌握乙苯脫氫操作條件對(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(shí)驗(yàn)原理2.1主副反應(yīng)乙苯脫氫生成苯乙烯和氫氣是一個(gè)可逆的強(qiáng)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)CHCH一-一、 6525副反應(yīng)CHCH6525 6H5C2H3+H2 6+C2H4TOC\o"1-5"\h\zCH+H CH24 2 *26CHCH+H H+CH6525 2 F6626CHCH CH-CH+CH6525 65 3 4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)，△Ho>O,從平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系式'史呸p]=竺°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"dT）RT2P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 Ip回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Kp=K\^I可ni二知，當(dāng)^Y>0時(shí)，降低總壓P可使K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(dòng)。實(shí)驗(yàn)中加入惰性氣體或減壓條件下進(jìn)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(jìn)行；同時(shí)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=1.2?2.6：1（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(shí)間的增大而增大，產(chǎn)物苯乙烯的選擇性會(huì)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(shí)驗(yàn)乙苯的液空速以0.6?1h-i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，添加格、鉀助催化劑，可使乙苯的轉(zhuǎn)化率達(dá)到40%，選擇性90%。在應(yīng)用中，催化劑的形狀對(duì)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(duì)工業(yè)規(guī)模的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)要進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。實(shí)用效果較好的有等溫和絕熱反應(yīng)器。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置及儀器實(shí)驗(yàn)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(cè)溫?zé)犭娕疾迦牍?，結(jié)構(gòu)如圖2、圖3。圖1實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1一反應(yīng)器,2—1一反應(yīng)器,2—測(cè)溫套置3-催化劑,4一耐高溫纖圖2,石莢玻璃反應(yīng)器反應(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(cè)溫?zé)犭娕疾迦牍埽Y(jié)構(gòu)如圖2、圖3。所用儀器如下：柱塞式液體加料泵2臺(tái)；TOC\o"1-5"\h\z氮?dú)怃撈?1個(gè)；注射器(10ul) 1支;色譜儀 1臺(tái)；取樣瓶 5只；分液漏斗 1個(gè)；反應(yīng)器及溫度控制儀1套；冷卻器 1個(gè)；氣液分離器 1個(gè)；5-\.wr、.BTCT-△用二5-\.wr、.BTCT-△用二f符導(dǎo)說明1一三崗栗2—絲網(wǎng).3、3?一破隔毛,4一催化剜5—測(cè)用音舍6—罟帽，7—熱電制儲(chǔ)液瓶催化劑2支；20ml。四實(shí)驗(yàn)步驟2支；20ml。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?dú)?。檢查電路是否連接妥當(dāng)。上述準(zhǔn)備工作完成后，開始升溫，預(yù)熱器溫度控制在200?300°C。待反應(yīng)器溫度達(dá)到200C后，開始啟動(dòng)注水加料泵，同時(shí)調(diào)整流量(控制在0.3ml/min以內(nèi))持續(xù)升溫，溫度升至500C時(shí)，恒溫活化催化劑3個(gè)小時(shí)，此后逐漸升溫至550C，啟動(dòng)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(yán)格控制進(jìn)料速度使之穩(wěn)定。反應(yīng)溫度控制在550C、575C、600C、625C?？疾椴煌瑴囟认路磻?yīng)物的轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)品的收率。在每個(gè)反應(yīng)條件下穩(wěn)定30分鐘后，取20分鐘樣品二次，取樣時(shí)用分液漏斗分離水相，用注射器進(jìn)樣至色譜儀中測(cè)定其產(chǎn)物組成。分別稱量油相及水相重量，以便進(jìn)行物料恒算。反應(yīng)完畢后停止加乙苯原料，繼續(xù)通水維持30?60分鐘，以清除催化劑上的焦?fàn)钗?，使之再生后待用。?shí)驗(yàn)結(jié)束后關(guān)閉水、電。五數(shù)據(jù)記錄與處理根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容自行設(shè)計(jì)記錄表格，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：原始記錄 室溫：16C 大氣壓：1.01325MPa時(shí)間min預(yù)熱溫度C反應(yīng)溫度C水進(jìn)料量(ml/h)乙苯進(jìn)料量(ml/h)油層(g)水層(g)14：20200642.336183.39988.688314：40200653.536183.30818.843315：00200679.636182.59168.4567反應(yīng)溫度C乙苯進(jìn)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642.3C數(shù)據(jù)計(jì)算為例乙苯轉(zhuǎn)化率=1-34.74%=65.26%

64.19苯乙烯選擇性二春X10°%=98.36%苯乙烯收率二0.6526X0.9836=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錯(cuò)誤!未找到引用源。轉(zhuǎn)化率-溫度收率—溫度六結(jié)果分析乙苯脫氫生成苯乙烯和氫氣是一個(gè)可逆的強(qiáng)烈吸熱反應(yīng)，其反應(yīng)如下:主反應(yīng)CHCH CHCH+H6525 6523 2

副反應(yīng)副反應(yīng)CHCH

6525

CH+CHCH

6525

CH+H

C2H4CH+

C6H5C2H5

65256H24 險(xiǎn)6CH+CH *66 26CH-CH+CH溫度升高有利于主反應(yīng)的進(jìn)行，有利于副反應(yīng)的進(jìn)行，選擇性降低。附錄溫度升高有利于主反應(yīng)的進(jìn)行，有利于副反應(yīng)的進(jìn)行，選擇性降低。附錄色譜儀使用方法實(shí)驗(yàn)采用雙氣路恒溫型熱導(dǎo)檢測(cè)器氣相