實(shí)驗(yàn)日期2013年4月20日成績同組人:A組1、2、3、19、20、21、36、37、38漳州師范學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目：乙醇?xì)夤檀呋撍埔蚁?0應(yīng)化1葉再妹100604103前言：乙烯是化工產(chǎn)品的重要原料,主要來源于石油,隨著石油資源的不斷枯竭，尋求新的乙烯生產(chǎn)工藝勢在必行。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。一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握乙醇脫水實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)過程、實(shí)驗(yàn)流程和操作。2、掌握乙醇?xì)庀嗝撍僮鳁l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、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)測量流體流量。二、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：2C2H5－OH→C2H5OC2H5＋H2O（140℃）C2H5OH→C2H4＋H2O（170℃氧化鋁：C2H5OH→C2H4＋H2O（360℃）分子篩：C2H5OH→C2H4＋H2O（300℃）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。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70%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)品作為衡量一個(gè)國家石油化工生產(chǎn)水平的重要標(biāo)志之一。主要用于制聚乙烯、聚氯乙烯、醋酸、高級(jí)醇等，還可用來催熟水果。三、實(shí)驗(yàn)裝置及流程圖1乙醇?xì)夤檀呋苽湟蚁?shí)驗(yàn)流程圖本實(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)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。四、實(shí)驗(yàn)步驟及方法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后吹干，再插入測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，插入測溫?zé)犭娕肌?、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)猓氯隹诤鸵后w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，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0.5ml/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。順時(shí)針方向調(diào)節(jié)電流給定旋鈕，電流表有電流指示表明已開始加熱。電流給定值最好反應(yīng)器不超過2A，預(yù)熱器不超過1A。然后將反應(yīng)器上下段溫度設(shè)定為330℃，中段溫度設(shè)置為350℃。預(yù)熱器溫度設(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10～20min，然后開始加入無水乙醇，乙醇的加料速度為0.6ml/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20～30min。6、分析反應(yīng)約20~30min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，然后對(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，每次提高0.8ml/hr，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)停止加料（液體）停止加熱，將反應(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)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理5.1原始數(shù)據(jù)表350進(jìn)料流量qv/（ml/min）0.60.8反應(yīng)時(shí)間（min）2020取樣瓶質(zhì)量(g)35.453931.3255蒸餾前稱重質(zhì)量/g41.632739.1881蒸餾后稱重質(zhì)量/g37.454934.2112反應(yīng)開始時(shí)濕式流量計(jì)讀數(shù)(m3/h)0.2321.864反應(yīng)結(jié)束時(shí)濕式流量計(jì)讀數(shù)(m3/h)1.8641.584乙烯總體積（m3/h）3.6323.720色譜各分析組分比例水%98.3587.11乙醇%1.59512.835.2數(shù)據(jù)處理舉例（流量為0.8ml/min）乙醇進(jìn)料體積：20*0.8=16.0ml乙醇密度：0.816g/cm3乙醇進(jìn)料的質(zhì)量：16.0*0.816=13.056g因?yàn)镃2H5OHC2H4＋H2O，則乙烯的理論產(chǎn)量=13.056*28/46=7.95g未蒸前產(chǎn)品質(zhì)量:39.1881-31.3255=7.8626乙醚質(zhì)量：39.1881-34.2112=4.9769g乙醇加水質(zhì)量:7.8626-4.9769=2.8857g水的質(zhì)量：2.8857*0.8711=2.514g乙醇反應(yīng)后剩余的質(zhì)量：2.8857*0.1283=0.37g乙醇的轉(zhuǎn)化率：[(13.056-0.37)/13.056]*100%=97.2%乙烯密度：1.25g/L乙烯質(zhì)量：1.25*3.720=4.65g乙烯收率：4.65/7.95*100％=58.5％乙烯選擇性：58.5％/97.2%=60.19%5.3數(shù)據(jù)處理結(jié)果匯總序號(hào)12進(jìn)料量qv/(mL/min)0.60.8乙醇的進(jìn)料質(zhì)量/g9.79213.056產(chǎn)物乙烯的質(zhì)量/g4.544.65產(chǎn)物水的質(zhì)量/g2.0002.514副產(chǎn)物乙醚的質(zhì)量/g4.17784.9769反應(yīng)后乙醇的剩余質(zhì)量/g0.0320.37乙醇的轉(zhuǎn)化率99.797.2乙烯的理論產(chǎn)量/g5.967.947乙烯的收率/％76.258.5乙烯的選擇性76.4360.19六、結(jié)果與討論表1進(jìn)料流量與轉(zhuǎn)化率、收率、選擇性的關(guān)系乙醇進(jìn)料流量ml/min乙醇轉(zhuǎn)化率%乙烯收率%乙烯選擇性%0.699.776.276.430.897.258.560.19由上表可得隨著流量的增大乙醇的轉(zhuǎn)化率、乙烯的收率及乙烯的選擇性隨之降低。這是由于乙醇的流速增大表明了反應(yīng)器中的空速加快，從而乙醇在催化劑內(nèi)的停留時(shí)間減少，反應(yīng)時(shí)間減少，所以轉(zhuǎn)化率降低。生成乙烯的反應(yīng)時(shí)可逆吸熱反應(yīng)，而生成乙醚的反應(yīng)是微放熱反應(yīng)，在相同加熱溫度下，流速增大反應(yīng)器內(nèi)溫度下降，導(dǎo)致反應(yīng)速率總體下降，而主反應(yīng)下降較多，更有利于副反應(yīng)的發(fā)生，所以收率和選擇性都應(yīng)下降。誤差分析：本次實(shí)驗(yàn)由于在出去乙醚的過程中水浴溫度過高高導(dǎo)致乙醇和水也隨之蒸餾出去，這樣計(jì)算所得乙醚的產(chǎn)量與乙醚實(shí)際產(chǎn)量偏大，導(dǎo)致較大的誤差。實(shí)驗(yàn)過程中由于儀器以使用多年已出現(xiàn)老化不太穩(wěn)定，因而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)誤差。七、思考題4、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，因此反應(yīng)速率提高，轉(zhuǎn)化率提高。5、固定床反應(yīng)器的特點(diǎn)？答：固定床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)：1、返混小，流體同催化劑可進(jìn)行有效接觸，當(dāng)反應(yīng)有副反應(yīng)時(shí)可得到較高選擇性。2、催化劑機(jī)械損耗小。3、結(jié)構(gòu)簡單。固定床反應(yīng)器的缺點(diǎn)：1、傳熱差，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（反應(yīng)溫度失去控制，急劇上升，超過允許范圍）。2、操作過程中催化劑不能更換，催化劑需要頻繁再生反應(yīng)一般不宜使用，常代之以流化床反應(yīng)器或移動(dòng)床反應(yīng)器。色譜分析附圖如下：進(jìn)料速率為0.6ml/min分析報(bào)告───────────────────────────序號(hào)保留時(shí)間名稱峰面積%峰面積───────────────────────────10.0120.0014355020.1520.0010493630.2450.0005872040.3020.03522122150.5020.0019136660.6470.00093393270.7410.001455080.8570.0018436490.9450.004101142101.15698.353409518113.1980.00544189123.8271.59555295───────────────────────────總計(jì)1003466683進(jìn)料速率為0.8ml/min分析報(bào)告───────────────────────────序號(hào)保留時(shí)間名稱峰面積%峰面積───────────────────────────10.3190.037611371