乙苯脱氢实验

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1、乙苯脱氢实验摘要苯乙烯(SM)是生产塑料和合成橡胶的重要根本有机原料，主要用于生产聚苯乙烯，也可 用于制备丁苯橡胶、苯乙烯一顺丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、不饱和聚酯等。乙苯催化脱氢法 是目前国内外生产苯乙烯的主要方法，采用的催化剂主要是Fe-K系催化剂，其中Fe2O3。 是活性组分、K2O是活性促进剂，K2O的引入使铁系催化剂的活性有了显著提高，可以在 较低的水比下应用，但K2O含量过高存在着钾的流失问题。.为了解决催化剂在使用过程中 存在的问题，作者采用固定床反响器，以自制的高铁低钾氧化铁为催化剂，考察反响温度、 进料比和催化剂活性对乙苯转化率、苯乙烯选择性和苯乙烯收率的影响，确定了最正确的工

2、艺条件。乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的主要组分是铁和钾。在新鲜催化剂中,铁和钾形成铁钾化合 物，最稳定的构造为KFe11O17(或K2Fe22O34).添加铈、钼、镁等，改善催化活性，提高反响 产率。关键词：乙苯脱氢，催化剂，铁化合物AbstractStyrene (SM) is the production of plastics and synthetic rubber in important basic o rganic raw materials, mainly for the production of polystyrene, can also be used for the prep

3、aration of a styrene-butadiene rubber, maleate-styrene block copolymers, unsaturated polyester, etc. Ethylbenzene catalytic dehydrogenation method is by far the major domes tic and foreign production of styrene, used catalyst methodology mainly Fe-K catalysts, F e2O3. Is the active component, K2O is

4、 active promoters, K2O introduction to iron-base d catalysts activity has been significantly improved, can lower water ratios apply, K2O co ntent too high potassium loss exists. in order to solve the catalyst in the use process pro blems, the author takes a fixed bed reactor to self-made iron and lo

5、w potassium oxide as a catalyst, visit reaction temperature, feed ratio and catalyst activity on Ethylbenzene con version rate, the selectivity of polystyrene and styrene yield, determine the best process c onditions.Keywords: Ethylbenzene; catalyst;iron compound;一、实验目的1、了解以乙苯为原料，氧化铁系为催化剂，利用固定床反响器装置

6、制备苯 乙烯的过程。2、熟悉催化剂的制备、成型及表征方法；认识催化根本原理的应用。3、掌握反响管催化剂装填及安装，装置各部件连接，以及常用化工仪表的 使用。4、学习“三传一反在实际反响体系中的应用。5、熟悉气相色谱法检测各反响组分的方法，确定乙苯转化率、苯乙烯收率 与选择性；关联脱氢反响的转化率、选择性、收率及化学平衡组成与反响温度、 压力的关系。二、实验的综合知识点完本钱实验的测试和数据处理与分析需要综合应用以下知识：1?化工热力学?关于反响工艺参数对平衡常数的影响，工艺参数与平衡 组成间的关系。2?化学反响工程?关于反响转化率、收率、选择性等概念及其计算、绝 热式固定床催化反响器的特点。3

7、?化工工艺学?关于加氢、脱氢反响的一般规律，乙苯脱氢制苯乙烯的 根本原理、反响条件选择、工艺流程和反响器等。4?催化剂工程导论?关于工业催化剂的失活原因及再生方法。5?仪器分析?关于气相色谱分析的测试方法。三、实验原理1、本实验的主副反响主反响：AfJ(873K)H 3K)H(298K)AH 3K)=8C rSH2AH0,即对于吸热反 响而言，提高温度可增大平衡常数。由于乙苯脱氢反响为可逆吸热反响，因而提 高温度有利于提高反响的平衡转化率。但是温度过高副反响增加，使苯乙烯选择 性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适宜的反响温度。本实验的反 响温度为：540600C。2压力d ln Kx

8、An由平衡常数与压力的关系式护）T p可得，当An0时，降低反响 体系总压P ,可使K增大，也就是反响体系中产物组分增大，即平衡向产物方 总x向移动。由于乙苯脱氢为气体反响分子数增加的反响，因而降低压力有利于平衡 向右-脱氢方向移动，从而增加了反响的平衡转化率。本实验采用水蒸气作为稀 释剂，目的就是降低乙苯的分压，以提高乙苯的平衡转化率。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）o3空速 乙苯脱氢反响系统中有平行副反响和连串副反响，随着接触时间的增加，副 反响也增加，苯乙烯的选择性可能下降，故需采用较高的空速，以提高选择性。 适宜的空速与催化剂的活性及反响温度

9、有关，本实验乙苯的液态空速为0.6 h-i， 考虑乙苯体积变化，即以0.5 mL/min速率进料为宜。4水蒸气的用量降低反响体系压力，有利于提高乙苯转化率，实际反响体系中采用水蒸气作 为稀释剂，目的：1降低乙苯的分压，提高平衡转化率；2抑制催化剂外表结 焦，消除积碳；3提供反响所需的热量，且易于与产物的别离。3、催化剂本实验采用氧化铁系催化剂，其组成为：Fe O-CuO-K O-CeO等，另外还2 3 2 3 2有硅藻土、CMC等。活性组分为FeO，助催化剂为KO-CeO等，改变催化剂2 3 2 3 2外表酸度，减少裂解反响的发生。1. 配方的选择通过查阅相关资料确定催化剂配方；按照设计的配方

10、用天平称量，在500ml的烧杯中混合均匀。2. 捏合在催化剂中参加去离子水，视催化剂体系有所不同，一般10ml/100g。水可 以分屡次参加，总量10ml。由于催化剂量太少，所以直接在催化剂成型机上用 挤条方式捏合，不装孔板，让催化剂混合均匀。3. 挤条开机，从漏斗中参加适量用水混合过的催化剂。在面板上的“功能选择框 内按下“挤条按钮，在运行框内按下“正转，调节“调速旋钮使螺杆转速调 至工作状态。注意：挤条过程中，假设压力仪假设出现超压停机，应检查物料粘度是否过 大或其他原因，反转卸料，待查明原因后重新开机工作，以免挤坏挤出头。4. 造粒转盘共两件，每件正反均有大小不同大花纹，安装前应选择适当

11、，以适应不 同的调料造粒。下料前应检查一下物料干湿是否适当，水分含量过大时造粒易结 团变形，物料太干太硬易整形。在面板上的“功能选择框内按下“整形按钮，在运行框内按下“正转， 调节其速度由快到慢，检查运转是否正常，如正常将转速调至零。调节转盘转速开动鼓风机。造粒完毕后，让转盘继续工作，翻开出料口挡板， 物料自动从出料口排出。5. 灼烧活化 根据不同催化剂体系确定灼烧温度。如果催化剂体系在空气中不稳定可以在 氮气保护下进展活化。6. 催化剂表征对催化剂的堆密度、孔隙率、比外表进展测定。4、实验准备及催化剂装填先准备好催化剂，然后用托盘天平秤取催化剂6g,装入反响管内长度约为 4cm，根据测得的管

12、长78cm，预热段与反响段长度比约为6:4，强催化剂填充至 反响段中央位置。准备23c m的碎瓷环，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。从装置上卸下反响管，在反响管底部放入少量玻璃棉，然后放入适量高度的 瓷环以确保催化剂处于反响段的最正确位置为准，准备量取瓷环高度并记录。再参加 4cm 石英砂，将称量好的催化剂缓慢地参加到反响器中，并轻微震动，然后记录催化剂的高度，确定催化剂在反响器内填装高度。再装入碎瓷环至 反响管口切记不要填至反响管密封口处。填装过程中需要轻轻敲打反响管外壁，以保证管内没有阻塞现象，然后将反 响器顶部密封。反响管每次使用前应该先将其从固定床反响

13、器上卸下，用石油醚或其它低沸 点有机物清洗，以出去闭上的残渣。如果上次残留有催化剂，应先将催化剂清洗 干净。催化剂填装前应该用分样筛对其进展筛分，一般为1 3m m,其颗粒直径越 小对反响结果影响越小，但过小也会造成催化剂流失。连接色谱，检查作为色谱载气的氮气钢瓶压力是否大于10MPa,如小于，那 么更换钢瓶。检查无误后，接好色谱载气接口，处理好色谱尾气接口，检查色谱 柱的连接情况。校正蠕动泵流量：根据实验要求，校正两个蠕动泵的流量，调整用作乙苯进料量11.5ml/min量筒测量流量，用秒表计时，以5ml为准，蒸馏水按折算 1.21.5ml/min，调整后记录当前状态下的转数值。湿式流量计准备

14、：把湿式流量计拆下，拧下反面的溢水口接头，从顶口处往 里灌水，到溢流口刚好有水流出，拧上接头，装回流量计，装好各配件，连好尾 气出口。连接好所有部件。冷凝管下用橡胶管连接分液漏斗。分液漏斗固定在铁架台 上，下端尽可能多地浸泡在冰水混合物中。5、乙苯脱氢操作过程1、将反响管放入到加热炉中，连接已苯和水的进口，拧紧卡套，连接好空气 冷凝器和反响器的接口，并将玻璃收集瓶和冷凝器连接好。玻璃收集瓶应放置在 烧杯内，烧杯内装入适量的水、冰、食盐混合物，以保持冷却温度在零度以上， 使产物能完全冷凝成液体，而被收集起来，没有冷凝的氢气和甲烷、已烷那么进 入到六通阀内进展分析，然后尾气湿式气体流量计计量尾气流

15、量。2、各流程及元件安装无误，连接良好后，插上电源设备开关。3、翻开钢瓶开关，调节钢瓶输出压力为0.2Mpa，调节色谱两通道压力阀，均为 0.08Mpa。4、翻开装置总电源开关，翻开泵开关，翻开色谱开关。按照实际要求，调节 好色谱条件，载气，氮气，柱箱温度：80C，进样器温度：100C，检测器温度: 120C，色谱柱，液晶柱。5、将炉内温度设定为600C，反响器温度设定为600C，预热器温度设定为 460C。温度设定无误后，翻开加热开关，在开场加热时可用自整定设置。6、在温度到达设定值后，继续稳定1 0min 左右，然后开场参加已苯和水。乙 苯的加料速度为1.1ml/min，水的加料速度为1.

16、3ml/min。7、反响进展20min后正式开场实验。先换掉反响器下的吸水瓶，并换上清洗 干净的新瓶，检查升降台的高度，应该调节升降台，是冰水混合物尽可能多的浸 没别离器。记录湿式流量计的读数、反响温度、压力等实验条件。8、固定温度在600C，反响没进展10min取一次样并记录数据，粗产品从别 离器中放入量筒内。然后用分液漏斗分去水层，称出烃层液重量及水层体积。9、取1 ul烃层液样品，用气象色谱分析其组成，并计算出各组分的百分含量。6、色谱操作通载气，调节钢瓶输出压力为0.2MPa,开总电源，开泵开关，开色谱开关。 色谱设定：柱箱温度：80C ；进样器温度：100C ；检测器温度：120C

17、；色 谱柱箱压力均为0.08MPa;衰减：1/1 :进样量：0.5小。使用软件是 N2000。实验完毕后，先关加热器，色谱，待检测其温度降至80C以下时再关载气，关电脑，关总电源。7、考前须知1、压力表不应超过满量程的 2/3，如果超过应立即停顿试验；2、使用色谱前应先通载气再开色谱，关色谱时，要先关色谱再关载气；3、用来抽已苯的泵应选用硅橡胶管，并在使用完毕后马上清洗。四、问题与思考1、乙苯脱氢生成苯乙烯反响是吸热反响，实验室是如何来实现的？工业上 又是如何来实现的?本实验采用采用的方法是接通电源使汽化器、反响器分别逐步升温至预定温 度。汽化器温度到达300度，反响器温度达400度左右开场参

18、加已校正好流量的 蒸馏水。当反响度到达 500 度左右时，参加已校正好流量的乙苯，继续升温至 540 度使之稳定。加热温度用热电偶控制。工业上乙苯脱氢时常参加适量 O2， 在适宜的条件下，02与生成的H2化合成H2O，相当于移走生成物H2,促进平 衡向生成苯乙烯的方向移动。2、对本反响而言是体积增大还是减小?加压有利还是减压有利，工业上是如 何来实现加减压操作的 ?本实验采用什么方法?为什么参加水蒸气可以降低烃分 压?乙苯脱氢生成苯乙烯为体积增加的反响。从平衡常数与压力的关系可知降低 总压P总可使Kn增大，从而增加反响的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向 脱氢方向移动。工业上，通过加水蒸气和乙

19、苯的混合气来实现减压操作。本实验 采用加水蒸气的方法来降低乙苯分压以提高平衡转化。因为水蒸气热容量大；产 物易别离；产物不起反响；水蒸气还可以保护裂解炉管；水蒸气还有清焦作用。3、在本实验中你认为有哪几种液体产物生成?有哪几种气体产物生成?如何 分析?液体产物：苯乙烯、乙苯、苯、甲苯 气体产物：甲烷、乙烷、乙烯、氢气、二氧化碳、水蒸气4、进展反响物料衡算，需要哪些数据？ 进展反响物料衡算需要乙苯的和水的参加量，精产品水层量和烃层量，并对 粗产品中苯、甲苯、乙苯和苯乙烯含量进展分析，从而计算乙苯的转化率、苯乙 烯的先择性和收率。五、实验装置及流程汽化温度460C，脱氢反响温度600660C，水：

20、乙苯=1.5：1（体积比），相当于乙苯加料0 . 5mLmin ，蒸馏水 0.75 mLmin （50 毫升催化剂）。2、操作步骤1了解并熟悉实验装置及流程，搞清物料走向及加料、出料方法。2接通电源，使汽化器、反响器分别逐步升温至预定的温度，同时翻开 冷却水。3分别校正蒸馏水和乙苯的流量(0.75mL/min和0.5mL/min)4当汽化器温度到达460C后，反响器温度达600C左右，翻开进料泵， 反响稳定15-20 min。5反响开场后，每隔1020分钟取一次数据，每个温度至少取两个数据， 粗产品从别离器中放入量筒内。然后用分液漏斗分去水层，称出上层油相重量。6取少量上层油相样品，用气相色谱

21、分析其组成，并计算出各组分的百 分含量。7反响完毕后，停顿加乙苯。反响温度维持在600C左右，继续通水蒸气，进展催化剂的清焦再生，约半小时后停顿通水，并降温。3、实验记录及计算1原始记录600 C时间峰高面积含量2.44082.154164.6500.09252.79052.600117.4500.06603.33242553.825172328.18896.82124.9481110.4445375.7833.0203650 C时间峰高面积含量2.4239199.27823211.8268.72612.7824906.52314892.5915.59863.32340010.77714586

22、9.84454.83764.96510539.09158228.11521.8900700 C时间峰高面积含量2.42338017.14590294.43922.63462.78217733.84252270.91413.10313.31541406.879149815.50037.55514.98218208.846104418.14826.1751750 C时间峰高面积含量2.44844919.094103216.50029.56172.81520425.76660967.21917.46133.32315152.8375111.62114.63865.04821338.383130152

23、.68831.2763乙苯转化率=原料中乙苯量-产物乙苯量 原料中乙苯量xlOO%2计算结果乙苯的转化率：n - nAOanAOC -CAOAxlOO%AO苯乙烯选择性=生成苯乙烯的乙苯量反应的乙苯量xlOO%苯乙烯的选择性：xlOO%AO苯乙烯的收率：苯乙烯收率=乙苯转化率X苯乙烯选择性Y = S X XA00042 eltiTsixAY反响温度/c产物乙苯转 化率 苯乙烯选择性苯乙烯 收率苯甲苯乙苯苯乙烯含量0含量0含量0含量06000.930.0796.823.0213.1895.003.026508.735.5954.8421.8945.1448.4921.8970022.6313.1

24、137.5626.1862.4441.9326.1875029.5617.4614.6437.2885.3643.6737.28580 600 620 640 660 680 700 720 740 760X Axis TitleeltiTsixAYeltiTsixA转化率随温度的升高而升高，同时升高温度也有利于副反响的进展，进而选 择性随着温度的升高而降低。与实际情况一致。七、结果及讨论1计算原料乙苯的转化率，产物苯乙烯收率，副产物苯和甲苯含量，2讨论乙苯转化率、苯乙烯的选择性随温度变化的规律，并作图表示。3讨论反响温度变化对反响平衡常数的影响，反响动力学常数变化的影响，并作图讨论。a.b.

25、c.4催化剂制备过程中，哪些因素影响其反响活性？ 催化剂的配方。配方中主催化剂和助催化剂的成分与含量是影响反响活性的 主要原因； 水的用量。水是常用的润滑剂，参加到原料干粉中能起较弱的胶溶作用。在 挤条成型时，含水量交大会导致挤出的条容易瘫软，水分少导致挤出的条较 短，甚至挤不出条； 搅拌程度。在捏合过程中，搅拌程度会影响实验催化剂的混合均匀程度，搅 拌的剧烈，而且搅拌的均匀，催化剂混合的就会越均匀，效果也就会较好， 搅拌的不充分，可能导致催化剂中的多种成分没有混合均匀，导致催化剂活 性不好。八、主要符号说明Ho 298K 下标准热焓，kj/mol；298K ，K 平衡常数；pxni 组分的物质的量（摩尔）；iP 压力，Pa；总R气体常数；T温度，K;An反响前后物质的量（摩尔）变化；a原料的转化率；S目的产物的选择性 ；Y目的产物的收率；七、参考文献1 陈慧贞,何淡云,肖漳龄,蔡启瑞;乙苯脱氢制苯乙烯氧化铁系催化剂的研究晶格氧的作用J;高等学校化学学报;1985年05期2 肖漳龄，蔡庆叠;乙苯脱氢制苯乙烯工业无铬210催化剂活性衰退的原因J;燃料 化学学报;1984年02期3 缪长喜;苯乙烯制造技术的研究及工业化前景J;化学世界;2000年06期4 刘延跃，张晶，魏寿彭；乙苯脱氢制苯乙烯工业生产过程的模拟与优化J;北京化 工大学学报;2000年04期