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1、实验二十二实验二十二 乙苯脱氢制苯乙烯乙苯脱氢制苯乙烯一一实验目的实验目的1了解以乙苯为原料，氧化铁为催化剂，在固定床单管反应器种制备苯乙烯的过程。2学会使用化学工艺类实验中温度控制和流量控制的仪表、仪器。3学会稳定工艺操作条件的方法。二二实验原理实验原理1本实验的主副反应主反应：CH2CH3 _CH=CH2 + H2 117.8KJ/mol副反应：C2H5 C2H4 105KJ/molC2H5+H2 C2H6 -31.5KJ/molC2H5+H2 CH3CH4 -54.4KJ/mol在水蒸气存在的条件下，还可能发生下列反应：C2H5+2H2O CH3CO2+3H2 此外还有芳烃缩合及苯乙烯聚
2、合生成焦油和焦等。这些连串副反应的发生不仅使反应选择性下降，而且极易使催化剂表面结焦进而活性下降。2影响本反应的因素1）温度的影响乙苯脱氢反应为吸热反应，从平衡常数与温度的关系式00H可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平20lnRTH TKPp 衡转化率。但是温度过高副反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适宜的反应温度。本实验的反应温度为：540600。2）压力的影响乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式可知，当时，降低总压 P总可使 Kn增大，从而增加 inpnPKK总0了反应的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。本实验加水
3、蒸气的目的使降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。较适宜的水蒸气用量为：水：乙苯=1.5：1（体积比）或 8：1（摩尔比） 。3）空速的影响乙苯脱氢反应系统中有平衡副反应和连串副反应，随着接触时间的增加，副反应也增加，苯乙烯的选择性可能下降，适宜的空速与催化剂的活性及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以 0.6/h 为宜。3催化剂本实验采用氧化铁系催化剂。其组成为：Fe2O3CuOK2OCr2O3CeO2。三三实验装置及流程（见图实验装置及流程（见图 22-822-8）图 22-8 实验装置流程图四预习与思考四预习与思考（1）乙苯脱氢生成苯乙烯反应是吸热还是放热反应？如何判断？如果是吸热反应，则反应
4、温度为多少？本实验采用的什么方法？工业上又是如何来实现的？（2）对本反应而言使体积增大还是减小？加压有利还是减压有利？工业上使如何来实现加减压操作的？本实验采用什么方法？为什么加入水蒸气可以降低烃的分压？（3）在本实验中你认为有哪几种液体产物生成？哪几种气体产物生成？如何分析？（4）进行反应物料衡算，需要一些什么数据？如何收集并进行处理？五实验步骤与方法五实验步骤与方法（1）反应条件控制：汽化温度 300，脱氢反应温度 540600，水：乙苯=1.5：1（体积比） ，相当于乙苯加料 0.5 毫升/分钟，蒸馏水 0.75 毫升/分钟（50 毫升催化剂） 。（2）操作步骤1）了解并熟悉实验装置及流
5、程，搞清物料走向及加料、出料方法。2）接通电源，使汽化器、反应器分别逐步升温至预定的温度，同时打开冷却水。3) 分别校正蒸馏水和乙苯的流量（0.75 毫升/分钟和 0.5 毫升/分钟） 。当汽化器温度达到 300，反应器升至 400，开始加入蒸馏水，并校正好流量为 0.75ml/分。4) 当反应温度升至 500，加入乙苯，并校正好流量 0.5ml/分，继续升温至 540，使之稳定半小时。5）反应开始每隔 1020 分钟取一次数据，每个温度至少取两个数据，粗产品从分离器中放入量筒内。然后用分液漏斗分去水层，称出烃层重量。6）取少量烃层液样品，用气相色谱分析其组成，并计算出各组分的百分含量。7）反
6、应结束后，停止加乙苯。反应温度维持在 500左右。继续通水蒸气，进行催化剂的清焦再生，约半小时后停止通水，并降温。（3）实验记录及计算1）原始记录温度原料流量 ml/min粗产品（g）尾气乙苯(g)水(g)烃液层水层时间汽化器反应器始终始终2）粗产品分析结果粗 产 品苯甲 苯乙 苯苯乙烯反应温度()乙苯加入量(g)含量%质量 (g)含量%质量 (g)含量%质量 (g)含量%质量 (g)3)计算结果乙苯的转化率： %100FFRF苯乙烯的选择性： %100RFPS苯乙烯的收率： %100SY六结果与讨论六结果与讨论对以上的实验数据进行处理，分别将转化率、选择性及收率对反应温度作图，找出最适宜的反
7、应温度区域，并对所得得实验结果进行讨论。 （包括曲线图趋势得合理性、误差分析、成败原因等） 。七符号说明七符号说明298K 下标准热焓，KJ/mol；0 298HKP，Kn平衡常数；nii 组分的摩尔分数；P总压力，Pa；R气体常数；T温度，K；反应前后摩尔数变化；原料的转化率%；S目的产物的选择性%；Y目的产物的收率；RF原料消耗量，g；FF原料加入量，g；P目的产物的量，g。参考文献参考文献1 吴指南主编，基本有机化工工艺学，化学工业出版社，1990 年。2 Kirk-Othemer, Encyclopedia of chemical Technology.3rd ed,Vol.4 Vol.21 3 安东新午等，石油化学工业手册，化学工业出版社，1966。
