化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)：乙苯脫氫制苯乙烯實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、乙苯脫氫制苯乙烯實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解以乙苯為原料，氧化鐵系為催化劑，在固定床單管反應(yīng)器中制備苯乙烯的過(guò)程。2、學(xué)會(huì)穩(wěn)定工藝操作條件的方法。3、掌握乙苯脫氫制苯乙烯的轉(zhuǎn)化率、選擇性、收率與反應(yīng)溫度的關(guān)系；找出最適宜的反應(yīng)溫度區(qū)域。4、了解氣相色譜分析方法。二、實(shí)驗(yàn)的綜合知識(shí)點(diǎn)完成本實(shí)驗(yàn)的測(cè)試和數(shù)據(jù)處理與分析需要綜合應(yīng)用以下知識(shí)：（1）化工熱力學(xué)關(guān)于反應(yīng)工藝參數(shù)對(duì)平衡常數(shù)的影響，工藝參數(shù)與平衡組成間的關(guān)系。（2）化學(xué)反應(yīng)工程關(guān)于反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、收率、選擇性等概念及其計(jì)算、絕熱式固定床催化反應(yīng)器的特點(diǎn)。（3）化工工藝學(xué)關(guān)于加氫、脫氫反應(yīng)的一般規(guī)律，乙苯脫氫制苯乙烯的基本原理、反應(yīng)條件選擇、工藝

2、流程和反應(yīng)器等。（4）催化劑工程導(dǎo)論關(guān)于工業(yè)催化劑的失活原因及再生方法。（5）儀器分析關(guān)于氣相色譜分析的測(cè)試方法。三、實(shí)驗(yàn)原理1、本實(shí)驗(yàn)的主副反應(yīng)主反應(yīng)：副反應(yīng)：在水蒸氣存在的條件下，還可能發(fā)生下列反應(yīng)：此外還有芳烴脫氫縮合及苯乙烯聚合生成焦油和焦等。這些連串副反應(yīng)的發(fā)生不僅使反應(yīng)的選擇性下降，而且極易使催化劑表面結(jié)焦進(jìn)而活性下降。2、影響本反應(yīng)的因素（1）溫度的影響乙苯脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，Ho0，從平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系式可知，提高溫度可增大平衡常數(shù)，從而提高脫氫反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率。但是溫度過(guò)高副反應(yīng)增加，使苯乙烯選擇性下降，能耗增大，設(shè)備材質(zhì)要求增加，故應(yīng)控制適宜的反應(yīng)溫度。本實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)溫度為

3、：540600。（2）壓力的影響乙苯脫氫為體積增加的反應(yīng)，從平衡常數(shù)與壓力的關(guān)系式KpKn=可知，當(dāng)0時(shí)，降低總壓P總可使Kn增大，從而增加了反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率，故降低壓力有利于平衡向脫氫方向移動(dòng)。本實(shí)驗(yàn)加水蒸氣的目的是降低乙苯的分壓，以提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率。較適宜的水蒸氣用量為：水乙苯1.51(體積比)或81(摩爾比)。（3）空速的影響乙苯脫氫反應(yīng)系統(tǒng)中有平行副反應(yīng)和連串副反應(yīng)，隨著接觸時(shí)間的增加，副反應(yīng)也增加，苯乙烯的選擇性可能下降，故需采用較高的空速，以提高選擇性。適宜的空速與催化劑的活性及反應(yīng)溫度有關(guān)，本實(shí)驗(yàn)乙苯的液空速以0.6h-1為宜。3、催化劑本實(shí)驗(yàn)采用氧化鐵系催化劑，其組成為：

4、Fe2O3-CuO-K2O3-CeO2。四、預(yù)習(xí)與思考1、乙苯脫氫生成苯乙烯反應(yīng)是吸熱還是放熱反應(yīng)?如何判斷?如果是吸熱反應(yīng)，則反應(yīng)溫度為多少?實(shí)驗(yàn)室是如何來(lái)實(shí)現(xiàn)的，工業(yè)上又是如何來(lái)實(shí)現(xiàn)的?2、對(duì)本反應(yīng)而言是體積增大還是減小?加壓有利還是減壓有利，工業(yè)上是如何來(lái)實(shí)現(xiàn)加減壓操作的?本實(shí)驗(yàn)采用什么方法?為什么加入水蒸氣可以降低烴分壓?3、在本實(shí)驗(yàn)中你認(rèn)為有哪幾種液體產(chǎn)物生成?有哪幾種氣體產(chǎn)物生成?如何分析?4、進(jìn)行反應(yīng)物料衡算，需要些什么數(shù)據(jù)?如何搜集并進(jìn)行處理?五、實(shí)驗(yàn)裝置及流程乙苯脫氫制苯乙烯實(shí)驗(yàn)裝置及流程見(jiàn)圖1。六、實(shí)驗(yàn)步驟及方法1、反應(yīng)條件控制汽化溫度300，脫氫反應(yīng)溫度540600，水乙

5、苯1.51(體積比)，相當(dāng)于乙苯加料0.5mLmin，蒸餾水0.75 mLmin (50毫升催化劑)。2、操作步驟（1）了解并熟悉實(shí)驗(yàn)裝置及流程，搞清物料走向及加料、出料方法。（2）接通電源，使汽化器、反應(yīng)器分別逐步升溫至預(yù)定的溫度，同時(shí)打開(kāi)冷卻水。（3）分別校正蒸餾水和乙苯的流量(0.75mLmin和0.5mLmin)（4）當(dāng)汽化器溫度達(dá)到300后，反應(yīng)器溫度達(dá)400左右開(kāi)始加入已校正好流量的蒸餾水。當(dāng)反應(yīng)溫度升至500左右，加入已校正好流量的乙苯，繼續(xù)升溫至540使之穩(wěn)定半小時(shí)。（5）反應(yīng)開(kāi)始每隔1020分鐘取一次數(shù)據(jù)，每個(gè)溫度至少取兩個(gè)數(shù)據(jù)，粗產(chǎn)品從分離器中放入量筒內(nèi)。然后用分液漏斗分去

6、水層，稱出烴層液重量。（6）取少量烴層液樣品，用氣相色譜分析其組成，并計(jì)算出各組分的百分含量。（7）反應(yīng)結(jié)束后，停止加乙苯。反應(yīng)溫度維持在500左右，繼續(xù)通水蒸氣，進(jìn)行催化劑的清焦再生，約半小時(shí)后停止通水，并降溫。圖1 乙苯脫氫制苯乙烯實(shí)驗(yàn)流程圖1乙苯計(jì)量管；2，4加料泵 ；3水計(jì)量管；5混合器；6汽化器；7反應(yīng)器；8電熱夾套；9，11冷凝器；10分離器；12熱電偶3、實(shí)驗(yàn)記錄及計(jì)算（1）原始記錄時(shí)間溫度/原料流量/（mLmin）粗產(chǎn)品/g尾氣汽化器反應(yīng)器乙苯水烴層液水層始終始終（2）粗產(chǎn)品分析結(jié)果反應(yīng)溫度/乙苯加入量/g粗產(chǎn)品苯甲苯乙苯苯乙烯含量（%）質(zhì)量/g含量（%）質(zhì)量/g含量（%）質(zhì)量

7、/g含量（%）質(zhì)量/g3)計(jì)算結(jié)果乙苯的轉(zhuǎn)化率： 苯乙烯的選擇性： 苯乙烯的收率： 七、結(jié)果及討論對(duì)以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別將轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率對(duì)反應(yīng)溫度作出圖表，找出最適宜的反應(yīng)溫度區(qū)域，并對(duì)所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論。(包括曲線圖趨勢(shì)的合理性，誤差分折，成敗原因等)八、主要符號(hào)說(shuō)明H0298298K下標(biāo)準(zhǔn)熱焓，kJmol；Kp，Kn平衡常數(shù)； nii組分的物質(zhì)的量(摩爾)； P總壓力，Pa； R氣體常數(shù)； T溫度，K； 反應(yīng)前后物質(zhì)的量(摩爾)變化； 原料的轉(zhuǎn)化率； S目的產(chǎn)物的選擇性%； Y目的產(chǎn)物的收率%；PP苯乙烯的生成量，g；RF消耗的原料量，g；FF原料加入量，g。實(shí)驗(yàn)二 超臨界

8、二氧化碳流體茶葉中茶多酚實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖箤W(xué)生了解超臨界二氧化碳流體萃取植物油的基本原理和超臨界二氧化碳流體萃取裝置的操作技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理 超臨界萃取技術(shù)是現(xiàn)代化工分離中出現(xiàn)的最新學(xué)科，是目前國(guó)際上興起的一種先進(jìn)的分離工藝。所謂超臨界流體是指熱力學(xué)狀態(tài)處于臨界點(diǎn)CP(Pc、Tc)之上的流體，臨界點(diǎn)是氣、液界面剛剛消失的狀態(tài)點(diǎn)，超臨界流體具有十分獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，它的密度接近于液體，粘度接近于氣體，而擴(kuò)散系數(shù)大、粘度小、介電常數(shù)大等特點(diǎn)，使其分離效果較好，是很好的溶劑。超臨界萃取即高壓下、合適溫度下在萃取缸中溶劑與被萃取物接觸，溶質(zhì)擴(kuò)散到溶劑中，再在分離器中改變操作條件，使溶解物質(zhì)析出以達(dá)到

9、分離目的。超臨界裝置由于選擇了C02介質(zhì)作為超臨界萃取劑，使其具有以下特點(diǎn)： 1、操作范圍廣，便于調(diào)節(jié)。 2、選擇性好，可通過(guò)控制壓力和溫度，有針對(duì)性地萃取所需成份。 3、操作溫度低，在接近室溫條件下進(jìn)行萃馭，這對(duì)于熱敏性成份尤其適宜，萃取過(guò)程中排除了遇氧氧化和見(jiàn)光反應(yīng)的可能性，萃取物能夠保持其自然風(fēng)味。 4、從萃取到分離一步完成，萃取后的C02不殘留在萃取物上。 5、CO2無(wú)毒、無(wú)味、不然、價(jià)廉易得，且可循環(huán)使用。6、萃取速度快。近幾年來(lái)，超臨界萃取技術(shù)的國(guó)內(nèi)外得到迅猛發(fā)展，先后在啤酒花、香料、中草藥、油脂、石油化工、食品保健等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化。三、儀器、設(shè)備及試劑、材料1、儀器1）超臨界二氧

10、化碳流體萃取裝置；2）天平；3）紫外分光光度計(jì)；4）篩子；5）烘箱6）粉碎機(jī)；7）量筒、容量瓶、移液管。2、試劑茶多酚標(biāo)準(zhǔn)品：成都偉暉生物科技有限公司；瓶裝CO2氣體；無(wú)水乙醇;乙腈，色譜純；甲醇，碳酸鈉，福林酚，沒(méi)食子酸，以上皆為分析純。3、材料帶蓋塑料瓶、封口塑料袋四、實(shí)驗(yàn)步驟1、原料預(yù)處理取400克茶葉用多功能粉碎機(jī)破碎，過(guò)80目篩。2、萃取稱取粉碎后過(guò)80目的綠茶粉末400g裝入萃取釜E，將65%乙醇200 mL裝入萃取釜，CO2由高壓泵H加壓至2535MPa（第一組27MPa，第二組30MPa，第三組35MPa），經(jīng)過(guò)換熱器R加溫至45-50左右，使其成為既具有氣體的擴(kuò)散性而又有液體

11、密度的超臨界流體，該流體通過(guò)萃取釜萃取后（萃取時(shí)間60min第一次采集洋，90min第二次，運(yùn)行120 min后關(guān)泵，排氣降壓，第三次收集萃取液），進(jìn)人第一級(jí)分離柱S，經(jīng)減壓至4-6MPa左右，升溫至55，由于壓力降低，CO2流體密度減小，溶解能力降低，萃取物便被分離出來(lái)。 CO2流體在第二級(jí)分離釜S2進(jìn)一步經(jīng)減壓，植物油料中的水分，游離脂肪酸便全部析出，純CO2由冷凝器K冷凝，經(jīng)儲(chǔ)罐M后，再由高壓泵加壓，如此循環(huán)使用。見(jiàn)圖1。1、通三相電源后，打開(kāi)總電源開(kāi)關(guān)；2、加熱：打開(kāi)萃取和解析釜的加熱開(kāi)關(guān)，并在控溫儀表上設(shè)定其各自的溫度參數(shù)；3、裝料：將物料先裝入物料筒，再將物料筒裝入萃取釜；4、冷卻

12、：打開(kāi)冷水機(jī)組，并設(shè)定溫度5左右，等待制冷溫度達(dá)到設(shè)定值；5、進(jìn)氣：打開(kāi)CO2 氣瓶。先關(guān)閉閥V4、V6、V8、V9，然后打開(kāi)閥V2、V3、V5 讓CO2 進(jìn)入萃取釜；6、升壓：在溫度到達(dá)設(shè)定值后，打開(kāi)高壓泵開(kāi)關(guān)，高壓泵開(kāi)始加壓，在萃取壓力達(dá)到所需壓力時(shí)，打開(kāi)并調(diào)節(jié)閥V9 使解析釜的壓力穩(wěn)定在所需的壓力之上；同樣當(dāng)解析釜到達(dá)所需壓力時(shí)，打開(kāi)并調(diào)節(jié)閥V7，使解析釜的壓力穩(wěn)定在所需的壓力之上萃取完成后，打開(kāi)閥V8 放出解析物；7、出料：先關(guān)閉各個(gè)控制電源，再關(guān)閉總電源。關(guān)閉閥V5，等萃取釜壓力排完后，打開(kāi)萃取釜的蓋頭，取出物料筒，倒出物料。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)試分析1.炒青綠茶中茶多酚總量的測(cè)定按GB/

13、T 8313-2008測(cè)定茶多酚總量。2. 超臨界CO2提取炒青綠茶中茶多酚吸光度值的測(cè)定(1)茶多酚標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制稱取茶多酚標(biāo)準(zhǔn)品0.025 0 g，加入65乙醇溶解定容至250 mL，混勻。配制成濃度為0.1 mg/mL茶多酚標(biāo)準(zhǔn)溶液，備用。分別吸取茶多酚標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.1 mg/mL)0.0 mL、2.0 mL、4.0 mL、6.0 mL、8.0 mL、10.0 mL于6個(gè)50 mL的容量瓶中。各補(bǔ)加65乙醇至10 mL，再加入酒石酸亞鐵溶液5 mL，加入pH為7.5的磷酸緩沖液至標(biāo)定刻度，混勻后用石英比色皿，以空白試劑作對(duì)照，在波長(zhǎng)為540 nm處測(cè)定吸光度值(A)，繪出標(biāo)準(zhǔn)曲線，建立回

14、歸方程。(2)收集超臨界CO2萃取液，離心、減壓抽濾，取4.0 mL濾液，測(cè)定吸光度方法同上，吸光度值根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線得相應(yīng)濃度值。3. 炒青綠茶茶多酚提取率的計(jì)算方法茶多酚含量=NC/ W100% (1)式中：N-稀釋倍數(shù)；C-茶多酚濃度(mg/mL)；W-原料投料量中干物質(zhì)含量(g)。茶多酚提取率=提取茶多酚含量/茶多酚總量100%實(shí)驗(yàn)三 一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)A 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊谎趸甲儞Q生成氫和二氧化碳的反應(yīng)是石油化工與合成氨生產(chǎn)中的重要過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)?zāi)M中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)過(guò)程，用直流流動(dòng)法同時(shí)測(cè)定中溫變換鐵基催化劑與低溫變換銅基催化劑的相對(duì)活性，達(dá)到以下實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）進(jìn)一步理解多相催化

15、反應(yīng)有關(guān)知識(shí)，初步接觸工藝設(shè)計(jì)思想。（2）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。（3）獲得兩種催化劑上變換反應(yīng)的速率常數(shù)與活化能E。B 實(shí)驗(yàn)原理一氧化碳的變換反應(yīng)為反應(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，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。設(shè)反應(yīng)前氣體混合物中各組分干基摩爾分率為；初始汽氣比為R0；反應(yīng)后氣體混合物中各組分干基摩爾率為，一氧化碳的變換率為 (1)根據(jù)研究，鐵基催化劑上一氧化碳中溫變換反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)方程可表示為 (2)銅基催化劑上一氧化碳低溫變換反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)方程可表示為 (3) (4)在恒溫下，由積分

16、反應(yīng)器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可按下式計(jì)算反應(yīng)速率常數(shù)kTi； (5)采用圖解法或編制程序計(jì)算，就可由式（5）得某一溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)值。測(cè)得多個(gè)溫度的反應(yīng)速率常數(shù)值，根據(jù)阿累尼烏斯方程即可求得指前因子k0和活化能E。由于中變以后引出部分氣體分析，故低變氣體的流量需重新計(jì)量，低變氣體的入口組成需由中變氣體經(jīng)物料衡算得到，即等于中變氣體的出口組成：(6)(7)(8)(9)(10)(11)轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量的V分,d，需進(jìn)行分子量換算，從而需求出中變出口各組分干基分率y1i,d：(12)(13)(14)(15)同中變計(jì)算方法，可得到低變反應(yīng)速率常數(shù)及活化能。圖251 中低變串聯(lián)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程1鋼瓶；2凈化器；3穩(wěn)

17、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C 實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖251。實(shí)驗(yàn)用原料氣N2、H2、CO2 、CO取自鋼瓶，四種氣體分別經(jīng)過(guò)凈化后，由穩(wěn)壓器穩(wěn)定壓力，經(jīng)過(guò)各自的流量計(jì)計(jì)量后，匯成一股，放空部分多余氣體。所需流量的氣體進(jìn)脫氧槽脫除微量氧，經(jīng)總流量計(jì)計(jì)量，進(jìn)入水飽和器，定量加入水汽，再由保溫管進(jìn)入中變反應(yīng)器。反應(yīng)后的少量氣體引出冷卻、分離水分后進(jìn)行計(jì)量、分析，大量氣體再送入低變反應(yīng)器，反應(yīng)后的氣體冷卻分離水分，經(jīng)分析后排放。D 實(shí)驗(yàn)步驟及方法(1) 開(kāi)車及實(shí)驗(yàn)步驟1) 檢查系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)；2) 開(kāi)啟氮?dú)怃撈?，置換系統(tǒng)約5分鐘；3

18、) 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；4) 中、低變床層溫度升至100時(shí)，開(kāi)啟管道保溫控制儀，開(kāi)啟水飽和器，同時(shí)打開(kāi)冷卻水，管道保溫，水飽和器溫度恒定在實(shí)驗(yàn)溫度下；5) 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分鐘左右，隨后進(jìn)行分析，記錄實(shí)驗(yàn)條件和分析數(shù)據(jù)。(2) 停車步驟1) 關(guān)閉原料氣鋼瓶，切換成氮?dú)猓P(guān)閉反應(yīng)器控溫儀；2) 稍后關(guān)閉水飽和器加熱電源，置換水浴熱水；3) 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)怃撈?，關(guān)閉各儀表電源及總電源。(3) 注意事項(xiàng)1) 由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程有水蒸汽加入，為避免水汽在反應(yīng)

19、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(wú)水條件下，原料氣會(huì)將它過(guò)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。(4) 實(shí)驗(yàn)條件1) 流量 控制CO、CO2、H2、N2流量分別為24 l/h左右，總流量為815 l/h，中變出口分流量為24 l/h左右。2) 飽和器溫度控制在72.880.00.1。3) 催化劑床層溫度 反應(yīng)器內(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。E 數(shù)據(jù)記錄及處理(1) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

20、表格室溫_ 大氣壓_ 序號(hào)反應(yīng)溫度,流量, l/h飽和器溫度系統(tǒng)靜壓PaCO2分析值（）中變低變COCO2H2N2總分中變低變12(2) 數(shù)據(jù)處理1) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的校正轉(zhuǎn)子流量計(jì)是直接用20的水或20、0.1MPa的空氣進(jìn)行標(biāo)定，因此各氣體流體需校正。， （16）2) 水汽比的計(jì)算， （17）式中水飽和蒸汽壓用安托因公式計(jì)算。（19）式中：F 實(shí)驗(yàn)報(bào)告項(xiàng)目（1）說(shuō)明實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求；（2）描繪實(shí)驗(yàn)流程與設(shè)備；（3）敘述實(shí)驗(yàn)原理與方法；（4）記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程與現(xiàn)象；（5）列出原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；（6）理清計(jì)算思路，列出主要公式，計(jì)算一點(diǎn)數(shù)據(jù)得到結(jié)果；（7）計(jì)算不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)，從而計(jì)算出頻率因子與活化能；（8）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，淺談中低變串聯(lián)反應(yīng)工藝條件；（9）分析本實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論本實(shí)驗(yàn)方法。G 主要符號(hào)說(shuō)明A、B、C - 安托因系數(shù)；KP - 以分壓表示的平衡常數(shù)；- 反應(yīng)速率常數(shù)，；Mi - 氣體摩爾質(zhì)量，k