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1、1 异丙醇脱氢法合成丙酮1. 实验目的（1）掌握非均相催化脱氢化反应的原理和影响反应转化率和收率的因素；（2）掌握换热式固定反应器的特点及应用；（3）熟悉异丙醇脱氢法合成丙酮的工艺过程；（4）熟悉原料与产品的分析方法；（5）熟悉常见温度、压力及流量仪表在化工过程的应用。2. 实验原理2.1 丙酮及异丙醇的性质丙酮(一般工厂俗称ACE) ，CH3COCH3，分子量 58.08 ，密度：在 25时比重0.788 ，熔点 :-94 ，沸点 :56.48 ，闪点 :-17.78 ( 闭杯)，又名二甲基甲酮，为最简单的饱和酮。一种无色透明液体，有特殊的辛辣气味。易溶于水和甲醇、乙醇、乙醚、氯仿、吡啶等有
2、机溶剂。易燃、易挥发，化学性质较活泼。丙酮是一种重要的有机化工原料，用于生产甲基丙烯酸甲酯等， 丙酮也是用途广泛的溶剂。异丙醇（ CH3）2CHOH 是无色透明可燃性液体，有与乙醇、丙酮混合物相似的气味。比重 0.7851、熔点 88、沸 82.5 。异丙醇能溶于水、醇、醚、氯仿。蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限3.8 10.2%(体积) 。与水能形成共沸物。用于制取丙酮、二异丙醚、醋酸异丙酯和麝香草酚等；用于防冻剂、快干油等，更可作树脂、香精油等溶剂；也可用作涂料，松香水，混合脂等方面。2.2 丙酮的生产方法主要有异丙醇法、异丙苯法、发酵法、乙炔水合法和丙烯直接氧化法。目前世界上丙酮的工
3、业生产以异丙苯法为主。世界上三分之二的丙酮是制备苯酚的副产品，是异丙苯氧化后的产物之一。2.3 异丙醇脱氢法异丙醇催化脱氢生成丙酮的反应：主反应： (CH3)2CHOH(CH3)2CO+H2 副反应： (CH3)2CHOH+(CH3)2CO (CH3)3CHCH2CO+H2O 2 2(CH3)2CHOH(CH3)2CHOCH(CH3)2+H2O 脱氢反应是脱氢催化剂（ Dehydrogenation catalysts）下进行的气固相催化反应，且反应是吸热的。所用催化剂有铜、 银、铂、钯等金属以及过渡金属的硫化物，负载于惰性载体上，反应在管式反应器中进行，温度400600。在使用氧化锌 - 氧
4、化锆、铜- 铬氧化物或铜 - 二氧化硅催化剂时，脱氢温度降低为300500。也有的采用二段反应，以提高收率。以异丙醇计丙酮收率为90，此法开发较早，目前在丙酮生产中尚占有一定的地位。3. 实验装置流程及试剂3.1 装置本装置由四部分构成。第一部分是加料及预热系统。由加料泵汽化预热器、 温度显示仪表等组成。第二部分为反应系统。由管式反应器、加热炉、温度控制器和显示仪表等组成。第三部分为取样和分析系统。包括六通阀、产品收集器和在线气相色谱仪等组成。第四部分精馏分离系统。由多个侧线的精馏塔（填料塔）、塔釜、塔头及温度控制、显示，回流比调节装置等组成。3.2 、流程实验流程见附图 . 3.3 试剂和催
5、化剂异丙醇，优级纯。催化剂：试验装置生产厂家提供。4. 实验步骤开始实验前，必须熟悉流程中所有设备、仪器、仪表的性能及使用方法。然后方可按实验步骤进行实验。4.1. 有关装置容器的称重准确称量冷凝器和气液分离器的质量，为后面数据处理提供条件。3 4.2. 催化剂装填与系统试漏（1）催化剂装填松开反应器的下部热电偶套管密封件， 拆去下部出口与分离器连接接头和上部预热器连接接头， 卸开大螺帽将反应器从加热炉上部拉出，再卸下反应器上部大螺帽，上部朝下用铁丝拉出玻璃棉，倒出催化剂， 取出套管和支撑架， 用丙酮或乙醇清洗干净后吹干， 再插入测温套管及催化剂支撑架和不锈钢支撑网后，连接大螺帽 （从套管中穿
6、过，用手拧紧螺帽再拧紧反应器的下部热电偶套管密封件，是套管不能移动），最后装入经准确称量质量和体积的新催化剂。注意！装催化剂要将套管放在反应器中心位置，要用小直径长棍测量催化剂床层高度，使床层处于加热炉的中部。 将上盖大螺帽通过测温套管安装好，用扳手拧紧反应器下部大螺帽，再连接好分离器接头，插入测温热电偶。（2）系统试漏通过稳压阀和调节阀通入空气或其他气体，卡死出口，充压至0.1MPa ，5分钟不下降为合格。 否则要用毛刷涂肥皂水在各接点涂试，找出漏点重新处理后再次试漏，直至合格为止。打开卡死出口，可进行实验。4.3. 反应器升温向反应系统通入一定流量的氢气， 打开反应器温度控制器的电源开关使
7、反应器加热升温，同时接通冷却水。控制上段温度230左右，中段温度300，下段温度 230左右。4.4. 预热器升温同时打开预热器温度控制器的电源开关加热升温，控制温度在 100150。（同时记录 4.2 ，4.3 项的相关实验数据，此后每分钟记录一次）4.5. 进料打开进料泵，以小流量向汽化器内通入原料异丙醇。流量0.5 1.0 毫升/分钟。4.6. 温度控制过程中通过调节控温电流及进料速率保证反应温度在300400，并控制上段和下段温度较中段低50100。实验数据记录表格式样：4 实验序号时间预热，上段，中段，下段，测温，异 丙 醇流量ml/h 备注4.7. 停车反应结束后停止加料，停止加热
8、，关闭电源后将电流逆时针转至零。电源关闭后要继续通气，待温度降至300以下时可关闭气体。4.8. 取样分析反应结束后，准确称量产物质量，取样由色谱仪分析产物液的组成，并记录色谱处理器打印出的峰值面积。4.9. 注意事项（1）必须熟悉仪器使用方法；（2）升温操作一定要有耐心，不能忽高忽低，乱改乱动；（3）流量调节要随时观察及时调节，否则温度不容易稳定。5. 数据处理根据获取数据计算异丙醇的转化率，以异丙醇计丙酮的选择性和收率，作过程的物料衡算。可能时计算本过程的空间速度及接触时间。并进行误差分析。理论产量按通入异丙醇计丙酮的实际获得丙酮的量以异丙醇计丙酮的收率理论产量按反应异丙醇计丙酮的实际获得
9、丙酮的量性以异丙醇计丙酮的选择 通入的异丙醇的量反应的异丙醇的量异丙醇转化率1001001005 6. 思考题（1）换热式固定床反应器有何特点，可通过那些措施调节床层温度？（2）该反应的转化率、选择性和收率和那些因素有关，分析其原因。（3）若系统不能满足物料守恒关系，试分析原因。附: 气固相反应器相关技术指标反应器直径 20mm；长度 550mm 。反应炉直径 220mm；长度 500mm ；各段加热功率1kW 。预热器直径 12mm；长度 300mm ，加热功率 0.5kW。热电偶 K 型铠装式 10mm ；长度 550mm 。催化剂装填量 30 50ml；气体流量 0500ml/min。最
10、高反应压力 0.2MPa ：最高使用温度600。讨论：异丙醇脱氢过程热力学分析主反应： （1） (CH3)2CHOH(CH3)2CO+H2 副反应： （2） (CH3)2CHOH+(CH3)2CO (CH3)3CHCH2CO+H2O （3） 2(CH3)2CHOH (CH3)2CHOCH(CH3)2+H2O 查有关手册得 298K各相关物质的fH和fG 值于下表 ： （kcal/mol ）组分水丙酮异丙醇氢异丙醚4-甲基 -2- 戊酮fH-57.80 -52.00 -65.11 0 -76.20 -67.84 fG-54.64 -36.58 -41.44 0 -29.13 求出各反应在 298
11、K的rH 、rG 和 Kp值列于下表：反应molkcalHrmolkcalGrKp（1）13.11 4.88 0.0002635 （2）-3.78 -0.89 4.495 （3）-8.53 6 由方程211211lnTTRHKpKpr求出多个温度的 Kp值列于下表：反应温度 K 298 573 598 623 648 673 （1）lnKp -8.2415 2.3844 2.8658 3.3086 3.7171 4.0954 Kp 0.00026 10.8525 17.5632 27.345 41.146 60.061 （2）lnKp 1.5031 -1.5607 -1.6995 -1.8271 -1.9449 -2.0539 Kp 4.495 0.210 0.1828 0.1609 0.143 0.1282 1、计算反应的平衡转化率，分析温度对热力学因素的影响。2、讨论可采用哪些措施提高主反应的趋向性。3、是否高温一定使主反应选择性提高，为什么？
