乙苯脫氫制苯乙烯試驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、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)副反應(yīng)此外，還有部分芳烴脫氫縮合、聚合物以及焦油和碳生成。2、影響因素（1）溫度的影響乙苯脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△排劉，從平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系式/2吧]=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IaT）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）壓力的影響「P[A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K=K|"|P nISIni」可知，當(dāng)△＞〉附，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(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)。(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?Ih-1為宜。(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，添加銘、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(zhǎng)。三、實(shí)驗(yàn)裝置及儀器實(shí)驗(yàn)流程見圖113TCI-控溫?zé)犭娕?；門-測(cè)溫?zé)犭娕?；PI-壓力計(jì)；Lr-氣體鋼瓶；減壓閥；3,3；13TCI-控溫?zé)犭娕?；門-測(cè)溫?zé)犭娕?；PI-壓力計(jì)；Lr-氣體鋼瓶；減壓閥；3,3；穩(wěn)壓閥;4-轉(zhuǎn)子流量計(jì)；又5:干燥器；瓢獷-取樣器；7-預(yù)熱爐；預(yù)熱器；9-反應(yīng)爐；固定床反應(yīng)器;11_必由工空-11_七狀畝組.r二國(guó)上二擊且「上一1tL,3他一1c*/kL,但石圖1實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1-反應(yīng)器,2-測(cè)溫套管,3-催化劑,4-耐高溫纖組5—石英砂圖2.石英玻璃反應(yīng)舞「■■⑷ m "寸l掙號(hào)說明1—三月里,2—投網(wǎng),3.3,—費(fèi)璃毛,4—傕化劑15—測(cè)用套管,6—善帽，7—熱電儡圖三不鑄制反曲嘉反應(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：TOC\o"1-5"\h\z（1）柱塞式液體加料泵 2臺(tái);（2）氮?dú)怃撈?1個(gè);（3）注射器（10〃D 1支;（4）色譜儀 1臺(tái);（5）取樣瓶 5只;（6）分液漏斗 1個(gè);（7）反應(yīng)器及溫度控制儀1套;（8）冷卻器 1個(gè);（9）氣液分離器 1個(gè);

2支；40mL。2支；40mL。(11)催化劑四、實(shí)驗(yàn)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?dú)?。(2)檢查電路是否連接妥當(dāng)。(3)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℃。待反應(yīng)器溫度達(dá)到200℃后，開始啟動(dòng)注水加料泵，同時(shí)調(diào)整流量(控制在0.6ml/min以內(nèi))持續(xù)升溫，溫度升至500℃時(shí)，恒溫活化催化劑1個(gè)小時(shí)，此后逐漸升溫至550℃,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550℃、575℃、600℃、625℃、650℃?？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(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。(5)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?6)實(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： 大氣壓：時(shí)間min預(yù)熱溫度℃反應(yīng)溫度℃水進(jìn)料量(mL/h)乙苯進(jìn)料量(mL/h)油層(g)水層(g)注11:14570.236185.4221.2612:04597.136182.215.3912:54621.936182.059.2813:44648.736183.8710.82

14:34673.236184.0211.03分析結(jié)果甲苯精產(chǎn)品注反應(yīng)溫度℃乙苯進(jìn)料量-（mL/h）苯乙苯含量%苯乙烯質(zhì)量g含量%質(zhì)量g含量%質(zhì)量g含量%質(zhì)量g570.2180.450.0240.270.01599.005.3660.280.015597.1180.370.0081.040.02394.962.0993.630.080621.9180.740.0151.860.03893.241.9114.170.086648.7181.630.0632.870.11148.521.87846.971.818673.2185.930.2827.450.30028.051.12858.572.355按下式處理數(shù)據(jù)乙苯轉(zhuǎn)化率=原料中乙苯量一產(chǎn)物中乙苯量原料中乙苯量10000苯乙烯選擇性=生成苯乙烯量（mol）反應(yīng)的乙苯量（mol）10000苯乙烯收率=轉(zhuǎn)化率x選擇性通過計(jì)算得出在各個(gè)反應(yīng)溫度下乙苯的轉(zhuǎn)化率和苯乙烯收率如下表所示:乙苯的轉(zhuǎn)化率和苯乙烯收率表反應(yīng)溫度/℃乙苯轉(zhuǎn)化率/%苯乙烯選擇性/%苯乙烯收率/%備注570.21.0028.260.28597.15.0471.953.63621.911.6633.893.95648.751.4891.2446.97673.271.9581.8458.57

結(jié)果分析：.隨著溫度的升高，轉(zhuǎn)化率增大，選擇性波動(dòng)，收率增大；.由于乙苯脫氫反應(yīng)