乙苯脱氢制苯乙烯实验报告 (2)

乙苯脱氢制苯乙烯实验报告一实验目的（1）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；（2）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。（3）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。二实验原理2.1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，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：主反应C6H5C2H5C6H5C2H3+H2副反应C6H5C2H5C6H6+C2H4

1C2H4+H2C2H6C6H5C2H5+H2C6H6+C2H6C6H5C2H5C6H5－CH3+CH4此外，还有|部分芳烃脱氢缩合、聚合物以及焦油和碳生成。2.2影响因素2.2.1温度的影响乙苯脱氢反应为吸热反应，△H0>0，从平衡常数与温度的关系式可知，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度。2.2.2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△γ>0时，降低总压P总可使Kn增大,从而增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。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。水蒸气的加入还可向脱氢反|应提供部分热量,使反应温度比较稳定,能使反应产物迅速脱离催化剂表面,有利于反应向苯乙烯方向进行;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，转化率提高并不显著，因此适宜的用量为：水：乙苯＝1.2～2.6：1（质量比）。2.2.3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0.6～1h-1为宜。2.2.4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40％|，选择性90％。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。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。三实验装置及仪器实验流程见图1。

2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2、图3。图1实验装置流程图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2、图3。所用仪器如下：（1）柱塞式液体加料泵2台；（2）氮气钢瓶1个；（|3）注射器（10μl）1支；（4）色谱仪1台；（5）取样瓶5只；（6）分液漏斗1个；（7）反应器及温度控制仪1套；（8）冷却器1个；（9）气液分离器1个；（10）储液瓶2支；（11）催化剂20ml。四实验步骤（1）组装流程（将催化剂按图2、3所示装入反应器内），检查各接口，试漏（空气或氮气）。（2）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200～300℃。待反应器温度达到200℃后，开始启动注水加料泵，同时调整流量（控制在0.3ml/min以内）持续升温，温度升至500℃时，恒温活化催化剂3个小时，此后逐渐升温至550℃，启动乙苯加料泵。调节流量在水：乙苯|＝2：1（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550℃、575℃、600℃、625℃。考查不同温度下反应物的转化率与产品的收率。

3（4）在每个反应条件下稳定30分钟后，取20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。分别称量油相及水相重量，以便进行物料恒算。（5）反应完毕后停止加乙苯原料，继续通水维持30～60分钟，以清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、电。五数据记录与处理根据实验内容自行设计记录表格，记录实验数据：原始记录室温：16℃大气压：1.01325MPa时间min预热温度℃反应温度℃水进料量(m|l/h)乙苯进料量(ml/h)油层（g）水层（g）14：20200642.336183.39988.688314：40200653.536183.30818.843315：00200679.636182.59168.4567反应温度℃乙苯进料量(ml/h)精产品苯甲苯乙苯苯乙烯含量％质量g含量％质量g含量％质量g含量％质量g642.3180.460.01560.610.020734.741.181164.192.1823653.5180.350.01162.090.069124.800.820472.762.4070679.6183.070.07966.250.162013.800.357|676.881.9924以642.3℃数据计算为例乙苯转化率=1-34.74％=65.26％苯乙烯选择性=×100％=98.36％苯乙烯收率=0.6526×0.9836=0.6419数据处理如下表:温度转化率选择性收率642.365.26%98.36%0.6419653.575.20%96.75%0.7276679.686.20%89.19%0.7688Error!Referencesourcenotfound.

4六结果分析乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，其反应如下：主反应C6H5C2H5C6H5C2H3+H2副反应C6H5C2H5C6H6+C2H4C2H4+H2C2H|6C6H5C2H5+H2C6H6+C2H6C6H5C2H5C6H5－CH3+CH4温度升高有利于主反应的进行，转化率明显升高；由于副反应的存在，温度升高有利于副反应的进行，选择性降低。附录（1）色谱仪使用方法

5实验采用双气路恒温型