乙苯气固相催化脱氢反应实验

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1、乙苯气固相催化脱氢反应实验武汉工程大学环境与化工清洁生产实验教学中心2009年5月实验目的(1)掌握乙苯脱氢实验的反应过程和反应机理、特点，了解副反应的发生和生产副产物的过程。(2)学习气固相管式催化反应器的构造、原理和使用方法，学习反应器的正常操作和安装，掌握催化剂评价的一般方法和获得适宜工艺条件的研究步骤和方法。(3)自动控制仪表的使用，如何设定温度和加热电流大小。怎样控制床层温度分布。(4)学习气体在线分析的方法和定性、定量分析，学习如何手动进样分析液体成分。了解气相色谱的原理和构造，掌握色谱的正常使用和分析条件选择。(5)学习微量泵的原理和使用方法，学会

2、使用湿式流量计测量流体流量。（6）掌握由实验数据获得反应器设计数据的基本方法，和反应动力学数据。实验任务1）获得该实验装置乙苯气固脱氢反应器转化率、生成苯乙烯收率和选择性；2）动力学实验，获得主副反应反应速率和反应速率常数随温度变化关系。实验原理实验仍然采用一步反应，即乙苯脱氢生成苯乙烯。该反应所用催化剂为Fe2O3系列。乙苯脱氢生产苯乙烯，在水蒸气存在下，主要有以下反应：（1）（2）（3）实验原理不同反应温度下，反应(1)、(2)、(3)的反应热可以用下式估算：(7)主反应乙苯脱氢的化学平衡方程可以用下式来表示：(6)(5)(4)实验原理乙苯脱氢反应的动力学模

3、型可以用Carra双曲模型:(mol/kg.s)分别表示苯乙烯、苯和甲苯生成速度。(kPa)分别表示混合气中乙苯、苯乙烯、氢气的分压。式中：(8)(9)(10)实验原理对于不同的反应温度，通过计算不同的转化率和反应速率，可以得到不同反应温度下的反应速率常数k，并得到与温度T的关联式:（11）实验条件1）苯乙烯收率实验：反应温度：650℃进料速率：0.5ml/min.水油比（体积比）1∶1反应时间：1h2）动力学实验:温度590℃、610℃、630℃、650℃、670℃每个温度下反应20min，其余条件不变。实验步骤1.在反应器底部放入少量岩棉，然后放入10～20

4、cm高的瓷环，准确量取瓷环高度并记录，瓷环应预先在稀盐酸中浸泡，并经过水洗、高温烧结，以除去催化活性。2.用量筒量取20ml催化剂，然后用天平称量出催化剂重量，并记录。3.将称好的催化剂缓慢加入到反应器中，并轻微震动，然后记录催化剂高度，确定催化剂在反应器内的填装高度。4.在催化剂上方继续加入瓷环，一直到反应管顶部，然后将反应器顶部密封。实验步骤5.将反应器放入到加热炉中，连接乙苯和水的进口，拧紧卡套。连接好空气冷凝器和反应器的接口，并把玻璃收集瓶和冷凝器连接好。使冷凝的产物用收集瓶收集，没有冷凝的氢气和甲烷、乙烯则经过尾气湿式气体流量计进入到六通阀内进行分析。

5、6.按照实验要求，将反应器加热温度设定为590～670℃，预热器温度设定为400℃。在反应温度达到400℃时开始进水10min，当达到设定的反应温度时，开始进乙苯。乙苯加料速度为0.5ml/min，水的进料速率是0.5ml/mol。实验步骤7.反应进行20分钟后，正式开始实验。先换掉反应器下的吸收瓶，并换上清洗干净的新瓶，检查升降台的高度。记录湿式流量计读数，应每隔一段时间记录反应温度等实验条件。8.每个温度反应30～60min，可以由每组学生自己确定。然后取下玻璃瓶，用分液漏斗将收集的产物分出，再对所收集的产物进行色谱分析。9.改变反应温度，每次提高20～30

6、℃，重复上述实验步骤，则得到不同反应温度下的原料转化率，产物苯乙烯收率、副产物苯和甲苯生成速率等。实验步骤10.检查色谱仪是否完好。11.将色谱仪的载气H2打开，待表压达到0.3MPa时，打开色谱仪电源，设置参数。柱温100℃，进样器温度160℃，检测器温度180℃。待设定温度达到以后，调节基线，使其平稳。12.将所得产品用气相色谱进行分析。13.分析完后，将温度都设置成30℃，将量程设为0，待温度都降到80℃以下时，关闭电源开关，再关闭载气。实验数据记录1.在实验中，应每隔一定时间记录反应器和预热器加热温度、催化剂床层温度。如有必要，也可以轻轻拉动反应器内的测

7、温热电偶，测定催化剂床层的温度分布。2.每次完成一个温度下的实验时，应记录实验前后尾气流量计的体积，同时称量反应时间内得到的液体产物的重量，并用气相色谱进行分析。3.至少分析两次所得液体产物的组成，并用校正因子校正所得的含量，对液体进行物料衡算。数据处理1转化率、收率和选择性计算设乙苯加入质量为1，将摩尔分数带入下式计算:(14)(13)(12)实验数据处理2.动力学方程的计算计算不同反应温度下的反应平衡常数，并按照上面所述反应模型，计算出各步反应的反应速率和反应速率常数，并画图得到温度和反应速率常数的关系。(15)（16）式中：Pi－各物质的分压,kPa；ni

8、－各物质的摩尔数；p0－