乙苯脫氫制取苯乙烯

1、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。二、實(shí)驗(yàn)原理1、本實(shí)驗(yàn)的主副反應(yīng)主反應(yīng)：117.8kJ/mol副反應(yīng)：105.0kJ/mol-31.5kJ/mol-54.4kJ/mol在水蒸汽存在的條件下，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、影響反應(yīng)的因素（1）溫度的影響乙苯脫氫為吸熱反應(yīng)，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，使苯乙烯的選擇性下降，能耗增加，設(shè)備材

2、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540600ºC。（2）壓力的影響乙苯脫氫為體積增大的反應(yīng)，降低總壓可使平衡常數(shù)增大，從而增加反應(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)加水蒸汽的目的是降低乙苯的分壓，以提高平衡轉(zhuǎn)化率。較適宜的水蒸汽用量為：水/乙苯1.5/1（體積比）。（3）空速的影響乙苯脫氫反應(yīng)系統(tǒng)中有平衡副反應(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，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為止。3、本實(shí)驗(yàn)采用氧化鐵系催化劑，其組成為：Fe2O3-CuO-K2O3-CeO2。三、

3、實(shí)驗(yàn)裝置及流程實(shí)驗(yàn)裝置及流程如圖1所示。圖1乙苯脫氫制苯乙烯工藝實(shí)驗(yàn)流程圖1乙苯流量計(jì)；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熱電偶四、反應(yīng)條件控制汽化溫度300ºC，脫氫反應(yīng)溫度540600ºC，水：乙苯1.5：1（體積比），相當(dāng)于乙苯加料0.5ml/min，蒸餾水0.75ml/min（50ml催化劑）。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、注入原料乙苯和水，接通電源，使汽化器、反應(yīng)器分別逐步升溫至預(yù)定溫度，同時(shí)打開(kāi)循環(huán)冷卻水。2、當(dāng)汽化溫度（對(duì)應(yīng)控制面板的預(yù)熱控制）達(dá)到300°C，反應(yīng)溫度達(dá)到400°C時(shí)，加入

4、已設(shè)定好流量的蒸餾水，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到500°C時(shí)，加入已設(shè)定好流量的乙苯，繼續(xù)升溫至540°C。穩(wěn)定15min，取出粗產(chǎn)品（不用分析）。在此期間，用秒表標(biāo)定蒸餾水和乙醇的確切流量，記錄數(shù)據(jù)。3、繼續(xù)穩(wěn)定15min，取出粗產(chǎn)品，放入小燒杯內(nèi)，然后用分液漏斗分離水層和烴層（上層為烴層），分別稱(chēng)重，記錄數(shù)據(jù)。4、取少量烴類(lèi)樣品，用氣相色譜分析其組成，記錄數(shù)據(jù)。5、結(jié)束反應(yīng)，停止加乙苯，反應(yīng)溫度在500°C以上時(shí)，繼續(xù)通水蒸氣進(jìn)行催化劑的清焦再生，約20min后停止通蒸餾水，且降溫。同時(shí)停止通冷卻水。整理清理實(shí)驗(yàn)儀器，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。6、 實(shí)驗(yàn)記錄及計(jì)算1、數(shù)據(jù)記錄汽化器溫度：

5、299.8。C反應(yīng)器溫度：580。C反應(yīng)溫度：546.8。C乙苯流量：2.2水流量：2.7乙苯加入量（15min）：7.8cm3粗產(chǎn)品質(zhì)量（15min/烴層液）：6.12g粗產(chǎn)品色譜分析結(jié)果：峰號(hào)停留時(shí)間min峰高峰面積峰面積比值%推斷物質(zhì)10.190105.6204.50.0268雜質(zhì)20.957229.8481276.70.1674苯31.940293.7782747.60.3602甲苯43.94828256.158578011.81375.7781乙苯55.6487854.442180528.70323.6675苯乙烯 色譜條件：DNP色譜柱（浙大智達(dá)）、D3*2m；載氣為氫氣；載氣流量

6、40ml/min(柱頭壓0.06MPa)；進(jìn)樣量1L；柱溫90°C；檢測(cè)器（使用檢測(cè)器III）溫度140°C橋流120mA；氣化室（使用氣化室I）溫度140°C理論色譜出峰順序及停留時(shí)間：苯（0.87min），甲苯（1.9min），乙苯（3.8min），苯乙烯（5.7min）。色譜質(zhì)量相對(duì)校正因子fi：苯（1.000），甲苯（0.969），乙苯（1.123），苯乙烯（0.970）。組分i的質(zhì)量濃度wi=Ai*fi/(Ai*fi)，其中Ai為組分i的色譜峰面積，fi為組分i的色譜質(zhì)量相對(duì)校正因子。2、 數(shù)據(jù)處理乙苯的密度為0.87g/cm3,即乙苯加入質(zhì)量為0.87

7、*7.8=6.786g色譜分析結(jié)果乙苯質(zhì)量濃度 苯乙烯質(zhì)量濃度計(jì)算苯乙烯選擇性七、思考題 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？本實(shí)驗(yàn)采用的什么方法？工業(yè)上又是如何來(lái)實(shí)現(xiàn)的？ 答：乙苯脫氫生成苯乙烯反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。 反應(yīng)溫度升高，平衡向生成乙苯的方向移動(dòng)。 反應(yīng)溫度為540到600。 本實(shí)驗(yàn)采用的方法是接通電源使汽化器、反應(yīng)器分別逐步升溫至預(yù)定溫度。汽化器溫度達(dá)到300，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)度達(dá)到500左右時(shí)，加入已校正好流量的乙苯，繼續(xù)升溫，到540使之穩(wěn)定，加熱溫度用熱電偶控制。 工業(yè)上乙苯脫氫時(shí)常

8、加入適量O2，在合適的條件下，O2與生成的H2化合成H2O，相當(dāng)于移走生成物H2，促進(jìn)平衡向生成苯乙烯的方向移動(dòng)。 2、本反應(yīng)是體積增大還是體積減?。考訅河欣€是減壓有利？工業(yè)上如何實(shí)現(xiàn)減壓操作？本實(shí)驗(yàn)采用什么方法？為什么加入水蒸汽可以降低烴分壓？ 答：乙苯脫氫生成苯乙烯為體積增加的反應(yīng)。 從平衡常數(shù)與壓力的關(guān)系可知降低總壓P總可使Kn增大，從而增加反應(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)。 工業(yè)上通過(guò)加水蒸氣和乙苯的混合氣降低乙苯的分壓，來(lái)實(shí)現(xiàn)減壓操作。 本實(shí)驗(yàn)采用加水蒸氣的方法來(lái)降低乙苯分壓以提高平衡轉(zhuǎn)化。因?yàn)樗魵鉄崛萘看螅a(chǎn)物易分離，產(chǎn)物不起反應(yīng)，水蒸氣還可以保護(hù)裂解爐管，同時(shí)水蒸氣還有清焦作用。 3、本實(shí)驗(yàn)有哪幾種液體產(chǎn)物生成？哪幾種氣體產(chǎn)物生成？如何分析？ 答：液體產(chǎn)物：苯乙烯、乙苯、苯、甲苯、水 氣體產(chǎn)物：甲烷、乙烷、乙烯、氫氣、二氧化碳、水蒸氣 4、進(jìn)行反應(yīng)物料衡算，需要哪些數(shù)