一氧化碳中溫—低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn)

1、一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn),目錄,預(yù)習(xí)要求,實(shí)驗(yàn)原理,實(shí)驗(yàn)裝置和步驟,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理,注意事項(xiàng),思考題,1,2,3,4,一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn),1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?初步接觸工藝設(shè)計(jì)思想,通過用直流流動(dòng)法同時(shí)測定銅基與鐵基催化劑的相對(duì)活性,掌握氣固相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法及催化劑活性的評(píng)比方法,獲得兩種催化劑上變換反應(yīng)的速率常數(shù)kT與活化能E,一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn),2、預(yù)習(xí)要求,復(fù)習(xí)多相催化反應(yīng)有關(guān)知識(shí),復(fù)習(xí)合成氨生產(chǎn)工藝，尤其是一氧化碳變換反應(yīng)的操作過程,明確實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中氣體如何凈化，氮?dú)庠趯?shí)驗(yàn)中的作用,水飽和器的作用和原理是什么，反應(yīng)器采用哪種形式,寫預(yù)習(xí)報(bào)告

2、，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求、實(shí)驗(yàn)原理與方 法、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)裝置、流程、設(shè)備和操作步驟等,3、實(shí)驗(yàn)原理,反應(yīng)必須在催化劑存在的條件下進(jìn)行。中溫變換采用鐵基催化劑四氧化三鐵，反應(yīng)溫度為350500 ，低溫變換采用銅基催化劑，反應(yīng)溫度為220320 。低溫變換以銅或硫化鈷-硫化鉬為催化劑，操作溫度為180280 。實(shí)驗(yàn)原理如下,主反應(yīng),一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn),4、實(shí)驗(yàn)裝置和步驟,圖4.5.1 中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程圖,1鋼瓶；2凈化器；3穩(wěn)壓器；4流量計(jì)；5混合器； 6脫氧槽；7飽和器；8反應(yīng)器；9熱電偶；10分離器；11氣相色譜儀,一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)步驟如下,1

3、）開車步驟 檢查系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)； 開啟氮?dú)怃撈?，置換系統(tǒng)約5 min； 接通電源，緩慢升反應(yīng)器溫度，同時(shí)把脫氧槽緩慢升溫至200 ，恒定； 中、低變床層溫度升至100 時(shí)，開啟管道保溫控制儀，開啟水飽和器，同時(shí)打開冷卻水，管道保溫，水飽和器溫度恒定在實(shí)驗(yàn)溫度下； 調(diào)節(jié)中、低變反應(yīng)器溫度到實(shí)驗(yàn)條件后，切換成原料氣，穩(wěn)定20 min左右，隨后進(jìn)行分析，記錄實(shí)驗(yàn)條件和分析數(shù)據(jù),一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn),2）停車步驟 關(guān)閉原料氣鋼瓶，切換成氮?dú)?，關(guān)閉反應(yīng)器控溫儀； 稍后關(guān)閉水飽和器加熱電源，置換水浴熱水； 關(guān)閉管道保溫，待反應(yīng)床溫低于200 以下，關(guān)閉脫氧槽加熱電源，關(guān)閉冷卻水，關(guān)閉氮?dú)?/p>

4、鋼瓶，關(guān)閉各儀表電源及總電源,一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn),5、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理,1）記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，列出原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，見表4-5-1,表4-5-1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格示例,一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn),2）用以計(jì)量的轉(zhuǎn)子流量計(jì)的標(biāo)定條件與實(shí)驗(yàn)條件不同，需進(jìn)行密度換算。濕氣體中的水蒸氣在飽和器內(nèi)加入，飽和器中總壓為大氣壓pa與靜壓pg之和，因而，水氣比R0計(jì)算式為,式中：水汽飽和蒸汽壓,用安托因公式計(jì)算,一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn),式中：A、B、C安托因系數(shù)，可查表4-5-2；t飽和溫度，,一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn),一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn),3）清理計(jì)算思路列出主要公式，

5、計(jì)算一點(diǎn)數(shù)據(jù)得到結(jié)果。 （4）計(jì)算不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)。 （5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，淺談中低變串聯(lián)反應(yīng)器工藝條件。 （6）分析本實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論本實(shí)驗(yàn)方法,6、注意事項(xiàng),1. 實(shí)驗(yàn)條件控制 （1）流量：控制一氧化碳、二氧化碳、氫氣、氮?dú)饬髁糠謩e為24 L/h左右，總量為815 L/h，中變出口分流量為24 L/h左右。 （2）飽和器溫度：用精密接觸溫度計(jì)配以晶體管繼電器控制飽和器恒溫水浴（或油?。┑臏囟仍?2.080.00.1 。 （3）催化劑床層溫度：反應(yīng)管內(nèi)中變催化床溫度先后控制在360 、390 、420 ，低變催化床溫度先后控制在220 ，240 、260,一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn)

6、,2. 請(qǐng)?zhí)貏e注意安全、環(huán)保問題的提示 （1）由于實(shí)驗(yàn)過程有水蒸汽加入，為避免水汽在反應(yīng)器內(nèi)冷凝使催化劑結(jié)塊，必須在反應(yīng)床溫升至150 以后才能啟用水飽和器，而停車時(shí)，在床溫降到150 以前關(guān)閉飽和器。 （2）由于催化劑在無水條件下，原料氣會(huì)將它過度還原而失活，故在原料氣通入系統(tǒng)前要先加入水蒸汽，相反停車時(shí)，必須先切斷原料氣，后切斷水蒸汽,7、思考題,1）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的氣體如何凈化？凈化的作用有那些？ （2）如何判斷內(nèi)、外擴(kuò)散的消除？ （3）如何確證床層的等溫條件？ （4）試分析本實(shí)驗(yàn)中的誤差來源與影響程度。 （5）在進(jìn)行本征動(dòng)力學(xué)測定時(shí)，應(yīng)用哪些原則選擇實(shí)驗(yàn)條件？ （6）試分析實(shí)驗(yàn)操作過程中應(yīng)

7、注意哪些事項(xiàng),一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn),一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實(shí)驗(yàn),8、思考題及參考答案,1）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的氣體如何凈化？凈化的作用有那些？ 實(shí)驗(yàn)通過U型管中的凈化劑 使氣體得到凈化。由于變換催化劑對(duì)硫、氧、酸霧等易于中毒，凈化可防止催化劑中毒，增加實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。 （2）如何判斷內(nèi)、外擴(kuò)散的消除？ 當(dāng)所選擇的催化劑粒徑（足夠?。┎挥绊憣?shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)刻判斷為消除了內(nèi)擴(kuò)散的影響，當(dāng)實(shí)驗(yàn)所選氣體空速（足夠大，2000030000 mol/g.h）不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)刻判斷為消除了外擴(kuò)散的影響。 （3）如何確證床層的等溫條件？ 采用惰性物料石英砂稀釋催化劑，裝填較少量的催化劑，使反應(yīng)熱不至于過分集

8、中。選用適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)管內(nèi)徑與顆粒的直徑之比，選用較小的反應(yīng)管徑，減小壁效應(yīng)。將反應(yīng)管置于恒溫銅塊中，銅塊置于管式電阻爐內(nèi)，用DWK702控制爐溫，用電熱偶和數(shù)字顯示儀測量和讀取反應(yīng)溫度。實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)精心操作，防止溫度大幅度波動(dòng)或超溫,4）試分析本實(shí)驗(yàn)中的誤差來源與影響程度。 氣體的凈化效果，對(duì)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性影響很大。催化劑粒徑和氣體空速的選擇 也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。當(dāng)催化劑粒徑足夠小，氣體空速足夠大時(shí)影響可基本消除。 （5）在進(jìn)行本征動(dòng)力學(xué)測定時(shí)，應(yīng)用哪些原則選擇實(shí)驗(yàn)條件？ 化學(xué)動(dòng)力學(xué)過程包括：吸附、脫附和表面化學(xué)反應(yīng)，三者串聯(lián)進(jìn)行 本征動(dòng)力學(xué)方程確立原則：在三個(gè)化學(xué)動(dòng)力學(xué)步驟中，速度最慢的為過程控制步驟，其進(jìn)行速率即為整個(gè)化學(xué)動(dòng)力學(xué)過程的速率。反應(yīng)氣體需高度