1、YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化工工艺实验化工工艺实验教师：腾晓旭教师：腾晓旭 时建伟时建伟E-mail：YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化工工艺实验的目的：化工工艺实验的目的：1、通过实验验证和掌握本学科的有关基本原理及概念，、通过实验验证和掌握本学科的有关基本原理及概念，加深对课堂教学中知识的理解。培养学生运用所学的理论加深对课堂教学中知识的理解。培养学生运用所学的理论分析和解决实际问题的能力；分析和解决实际问题的能力；2、使学生认识和熟悉化工设备的结构原理、性能及操作、使学生认识和熟悉化工设备的结构原理、性能及操作技术，熟悉基本的化工工艺流程；技术，
2、熟悉基本的化工工艺流程；3、使学生熟练掌握有关化工工艺实验研究方法和实验技、使学生熟练掌握有关化工工艺实验研究方法和实验技巧，培养对化工过程进行分析获得结论的能力，为巧，培养对化工过程进行分析获得结论的能力，为将来独立工作，研究和解决实际问题打好基础。将来独立工作，研究和解决实际问题打好基础。化工工艺实验的目的和要求化工工艺实验的目的和要求YANGTZE NORMAL UNIVERSITY1 1、实验目的、实验目的2 2、实验原理、实验原理3 3、实验装置流程和试剂、实验装置流程和试剂4 4、实验操作方法和注意事项、实验操作方法和注意事项5 5、实验结果的分析讨论、实验结果的分析讨论 要求将实
3、验数据整理、加工成表格或图形的形式，并要求将实验数据整理、加工成表格或图形的形式，并要求以某一组原始数据为例，列出各项计算过程，说明要求以某一组原始数据为例，列出各项计算过程，说明数据图表中结果的来源。并进行误差分析和异常分析。数据图表中结果的来源。并进行误差分析和异常分析。6 6、解答思考题、解答思考题实验报告的书写内容实验报告的书写内容YANGTZE NORMAL UNIVERSITY预习报告预习报告1 1、实验目的、实验目的2 2、实验原理、实验原理3 3、实验内容、实验内容4 4、实验操作方法和注意事项、实验操作方法和注意事项 画出所需的记录实验数据的表格等。画出所需的记录实验数据的表
4、格等。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY实验一实验一 乙苯脱氢气固相催化反应实验乙苯脱氢气固相催化反应实验一、实验目的一、实验目的 1 1、了解以乙苯为原料在铁系催化剂上进行固定床制备苯了解以乙苯为原料在铁系催化剂上进行固定床制备苯 乙烯的过程，学会设计实验流程和操作；乙烯的过程，学会设计实验流程和操作；2、掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响，学会获取、掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响，学会获取稳定的工艺条件之方法。稳定的工艺条件之方法。3、掌握催化剂的填装、活化、反应使用方法。、掌握催化剂的填装、活化、反应使用方法。4、掌握色谱分析方法。掌握色谱分析方法。YANGTZE
5、 NORMAL UNIVERSITY二、实验原理实验原理：1、本实验的主副反应、本实验的主副反应 乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，只有在催化剂存在的高温条件下才能提高产品收率，其反应只有在催化剂存在的高温条件下才能提高产品收率，其反应如下：如下：主反应：主反应：C6H5C2H5 C6H5C2H3+H2 副反应：副反应：C6H5C2H5 C6H6+C2H4 C2H4+H2 C2H6 C6H5C2H5+H2 C6H6+C2H6 C6H5C2H5 C6H5CH3+CH4此外，还有部分芳烃脱氢缩合、聚合物以及焦油和碳生成此外，还有部分
6、芳烃脱氢缩合、聚合物以及焦油和碳生成。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY2 2、影响本实验的因素、影响本实验的因素1 1）、温度的影响）、温度的影响 乙苯脱氢反应为吸热反应，乙苯脱氢反应为吸热反应，H H0 000，从平衡常数与温度的关，从平衡常数与温度的关系式系式 可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡转化率。但是温度过高副反应的平衡转化率。但是温度过高副 反应增加，使苯乙烯选择反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适应的反应温性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适应的反应温度。度。2
7、 2）、压力的影响）、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，当可知，当00时，降低总压时，降低总压P P总可使总可使KnKn增大增大,从而增从而增加了反应的平衡转化率加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。故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。实验中加入惰性气体或减压条件下进行，通常均使用水蒸气作稀实验中加入惰性气体或减压条件下进行，通常均使用水蒸气作稀释剂，它可降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。水蒸气的加入释剂，它可降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。水蒸气的加入还可向脱氢反应提供部分热量还可向脱
8、氢反应提供部分热量,使反应温度比较稳定使反应温度比较稳定,能使反应产能使反应产YANGTZE NORMAL UNIVERSITY物迅速脱离催化剂表面物迅速脱离催化剂表面,有利于反应向苯乙烯方向进行有利于反应向苯乙烯方向进行;同时还可同时还可以有利于烧掉催化剂表面的积碳。但水蒸汽增大到一定程度后，以有利于烧掉催化剂表面的积碳。但水蒸汽增大到一定程度后，转化率提高并不显著，因此适宜的用量为：水：乙苯转化率提高并不显著，因此适宜的用量为：水：乙苯1.22.6：1（质量比）。（质量比）。3）、空速的影响）、空速的影响 乙苯脱氢反应中的副反应和连串副反应，随着接触时间的乙苯脱氢反应中的副反应和连串副反应
9、，随着接触时间的增大而增大，产物苯乙烯的选择性会下降，催化剂的最佳活性增大而增大，产物苯乙烯的选择性会下降，催化剂的最佳活性与适宜的空速及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以与适宜的空速及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以0.61h-1为宜。为宜。4）、催化剂）、催化剂 乙苯脱氢技术的关键是选择催化剂。此反应的催化剂种类乙苯脱氢技术的关键是选择催化剂。此反应的催化剂种类颇多，其中铁系催化剂是应用最广的一种。以氧化铁为主，添颇多，其中铁系催化剂是应用最广的一种。以氧化铁为主，添加铬、钾助催化剂，可使乙苯的转化率达到加铬、钾助催化剂，可使乙苯的转化率达到40，选择性，选择性90。在应用中，催化剂的形
10、状对反应收率有很大影响。小粒径、低在应用中，催化剂的形状对反应收率有很大影响。小粒径、低表面积、星形、十字形截面等异形催化剂有利于提高选择性。表面积、星形、十字形截面等异形催化剂有利于提高选择性。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY 为提高转化率和收率，对工业规模的反应器的结构要进行精心为提高转化率和收率，对工业规模的反应器的结构要进行精心设计。实用效果较好的有等温和绝热反应器。实验室常用等温反设计。实用效果较好的有等温和绝热反应器。实验室常用等温反应器，它以外部供热方式控制反应温度，催化剂床层高度不宜过应器，它以外部供热方式控制反应温度，催化剂床层高度不宜过长长三、实验装置与试
11、剂三、实验装置与试剂1、实验流程见图、实验流程见图1。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 反应器有石英玻璃管和不锈钢管式反应器两种，内部中心轴向反应器有石英玻璃管和不锈钢管式反应器两种，内部中心轴向有测温热电偶插入管，结构如图有测温热电偶插入管，结构如图2 2、图、图3 3。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY 2、试剂：乙苯，化学纯试剂：乙苯，化学纯 3 3、仪器：柱塞式液体加料泵、仪器：柱塞式液体加料泵 2 2台台 氮气钢瓶氮气钢瓶 1 1个个 注射器（注射器（1010l l）1 1支支 色谱仪色谱仪 1 1台
12、台 取样瓶取样瓶 5 5只只 分液漏斗分液漏斗 1 1个个 反应器及温度控制仪反应器及温度控制仪 1 1套套 冷却器冷却器 1 1个个 气液分离器气液分离器 1 1个个 储液瓶储液瓶 2 2支支 催化剂催化剂 20ml 20mlYANGTZE NORMAL UNIVERSITY四、实验步骤四、实验步骤1、组装流程（将催化剂按图、组装流程（将催化剂按图2、3所示装入反应器内），检查各接所示装入反应器内），检查各接口，试漏（空气或氮气）。口，试漏（空气或氮气）。2、检查电路是否连接妥当。、检查电路是否连接妥当。3、上述准备工作完成后，开始升温，预热器温度控制在、上述准备工作完成后，开始升温，预热器
13、温度控制在200300。待反应器温度达到。待反应器温度达到200后，开始启动注水加料泵，同后，开始启动注水加料泵，同时调整流量（控制在时调整流量（控制在0.3ml/min以内）持续升温，温度升至以内）持续升温，温度升至500时，恒温活化催化剂时，恒温活化催化剂3个小时，此后逐渐升温至个小时，此后逐渐升温至550，启，启动乙苯加料泵。调节流量在水：乙苯动乙苯加料泵。调节流量在水：乙苯2：1（体积比）范围内，（体积比）范围内，并严格控制进料速度使之稳定。反应温度控制在并严格控制进料速度使之稳定。反应温度控制在550、575、600、625。考查不同温度下反应物的转化率与产品的收。考查不同温度下反应
14、物的转化率与产品的收率。率。4、在每个反应条件下稳定在每个反应条件下稳定3030分钟后，取分钟后，取2020分钟样品二次，取样时分钟样品二次，取样时用分液漏斗分离水相，用注射器进样至色谱仪中测定其产物组成用分液漏斗分离水相，用注射器进样至色谱仪中测定其产物组成。分别称量油相及水相重量，以便进行物料恒算。分别称量油相及水相重量，以便进行物料恒算。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY5、反应完毕后停止加乙苯原料，继续通水维持、反应完毕后停止加乙苯原料，继续通水维持3060分钟，以清分钟，以清除催化剂上的焦状物，使之再生后待用。除催化剂上的焦状物，使之再生后待用。6、实验结束后关闭水、
15、电。、实验结束后关闭水、电。五、数据处理五、数据处理YANGTZE NORMAL UNIVERSITY3、按下式处理数据、按下式处理数据苯乙烯收率转化率苯乙烯收率转化率x选择性选择性以单位时间为基准进行计算。绘出转化率和收率随温度变化以单位时间为基准进行计算。绘出转化率和收率随温度变化的曲线，并解释和分析实验结果的曲线，并解释和分析实验结果。00100原料中乙苯量乙苯量原料中乙苯量产物中乙苯转化率00100mol)mol)反应的乙苯量（生成苯乙烯量（苯乙烯选择性YANGTZE NORMAL UNIVERSITY六、注意事项六、注意事项 1、必须熟悉仪器的使用方法；、必须熟悉仪器的使用方法；2、
16、升温操作一定要有耐心，不能忽高忽低乱改乱动；、升温操作一定要有耐心，不能忽高忽低乱改乱动；3、流量的调节要随时观查及时调节，否则温度也不容易稳、流量的调节要随时观查及时调节，否则温度也不容易稳定；定；4、长期不使用时，应将湿式流量计的水放净，将装置放在、长期不使用时，应将湿式流量计的水放净，将装置放在干燥通风的地方。如果再次使用，一定要在低温度下通电干燥通风的地方。如果再次使用，一定要在低温度下通电加热一段时间以除去加热炉保温材料吸附的水分。加热一段时间以除去加热炉保温材料吸附的水分。七、故障处理七、故障处理 1、开启电源开关指示灯不亮，并且没有交流接触器吸合、开启电源开关指示灯不亮，并且没有
17、交流接触器吸合声，则保险坏或电源线没有接好。声，则保险坏或电源线没有接好。2、开启仪表各开关时指示灯不亮，并且没有继电器吸合、开启仪表各开关时指示灯不亮，并且没有继电器吸合声，则分保险坏或接线有脱落的地方。声，则分保险坏或接线有脱落的地方。3、开启电源开关有强烈的交流震动声，则是接触器接触、开启电源开关有强烈的交流震动声，则是接触器接触不良，应反复按动开关可消除。不良，应反复按动开关可消除。4、仪表正常但固态变压或固态继电器坏。、仪表正常但固态变压或固态继电器坏。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY5、控温仪表、显示仪表出现四位数字，则告知热电偶有断路、控温仪表、显示仪表出现四位数字，则告知热电偶有断路现象。现象。6、反应系统压力突然下降，则有大泄露点、反应系统压力突然下降，则有大泄露点,应停车检查。应停车检查。7、电路时通时断，有接触不良的地方。、电路时通时断，有接触不良的地方。8、压力增高，尾气流量减少，系统有堵塞的地方，应停车检、压力增高，尾气流量减少，系统有堵塞的地方，应停车检查。查。9、电磁泵不进料，可能泵头的单向阀粘连，应打开用丙酮冲、电磁泵不进料，可能泵头的单向阀粘连，应打开用丙酮冲洗干净后继续使用。洗干净后继续使用。
