乙醇气相脱水制乙烯动力学

序号：40

化工专业实验报告

实验名称：乙醇气相脱水制乙烯动力学实验学院：化学工程学院

专业：化学工程与工艺

班级：化工095班

姓名：何小龙

学号：09402010541

指导教师：杨春风

日期：2012年3月22日

一.实验目的

1. 巩固所学有关反应动力学方面的知识；

2. 掌握获得反应动力学数据的手段和方法；

3. 学会动力学数据的处理方法，根据动力学方程求出相应的参数值；

4. 熟悉内循环式无剃度反应器的特点及其它有关设备的使用方法，提高实验技能。

二.实验原理及原理图

乙醇脱水属于平行反应，既可以进行分子内脱水生成乙烯，又可以进行分子间脱水生成乙醚。一般而言，较高的温度有利于生成乙烯，而较低的温度有利于生成乙醚。乙醇在分子筛催化剂作用下的脱水过程可描述成：

2C2H5OH→C2H5OC2H5+H2O

C2H5OH→C2H4+H2O

三.实验装置、流程及试剂

1. 装置

本实验装置由三部分构成：

第一部分是由微量进料泵、氢气钢瓶、汽化器和取样六通阀组成的进料系统。

第二部分是反应系统，它是由一台内循环式无剃度反应器、温度控制器和显示仪表组成。反应器的结构如图1所示。

1-直流电机；2-磁钢固定片；3-磁钢；

4-上法兰；5-磁钢；6-磁钢固定片；7-轴承；

8-密封垫片；9-冷却水夹套；10-反应器上部；

11-轴承；12-密封垫片；13-密封垫片；

14-反应器下部；15-旋转轴；16-反应器外壁；

17-旋转叶片；18-催化剂及固定框；19-加热

电炉；20-热电偶套管；21-进气口；22-出气口

图1无梯度反应器结构图

第三部分是取样和分析系统。包括取样六通阀、产品收集器和在线气相色谱仪。

整套实验装置安装在一个实验柜中，操作方便。

2.实验流程

PI

内循环无梯度反应色谱实验装置流程示意图10

17

TI

TCI 8

911

TIC-控温;TT-测温；PI-压力计;V1-进气截止；V2-进气预热截止阀；

K3-进气旁路调节阀；K2-阀箱产物流量调节；K3-气液分离后尾气调节；J-进液排放三通阀；1-气体钢瓶；2－稳压阀；3-转子流量计；4-过滤器；5-质量流量计；6-缓冲器；7－压力传感器；8－预热器；9-预热炉；10-反应器；11-反应炉；12-马达;13-恒温箱;14-气液分离器；15-调压阀;16-皂膜流量计；17-加料泵

12

1

1

V 1

PI

色谱

TCI

TCI

TCI

2

3

4

56

13

14

15

3

16

18

K 1

K 2

V 2

进气预热截止

K 3

7

J

内循环无梯度反应色谱实验装置流程示意图

3. 试剂和催化剂：无水乙醇，优级纯；分子筛催化剂，装填量为0.8g 。

四.实验步骤

开始实验之前，需熟悉流程中所有设备、仪器、仪表的性能及使用方法。然后才可以按步骤进行实验。

1.打开H 2钢瓶调整色谱仪的柱前压力至0.05kg/cm 2确认色谱检测器有载气通过后启动色谱仪。柱温110℃，汽化室130℃，检测室温达到120℃，待温度稳定后，打开热导池－微电流放大器的开关，并调整桥电流至150mA 。

2.在色谱仪升温同时，打开阀恒温箱加热器开关，使之升温到110℃。开启保温加热器升温至150℃。

3.打开反应器温度控制器的电源开关使反应器加热升温，同时向反应器的冷水夹套中通入冷却水。

4.打开微量进料泵，以小流量向汽化器内通入原料乙醇。

5.用阀箱内旋转六通阀取样分析尾气组成，记录色谱处理的浓度值。。

6.在200～380℃之间选择三个温度，在各温度下各测三次，测定各种条件下的数据。

五.实验数据处理

实验过程中，应将有用的数据及时、准确地记录下来。记录表格可参见表1。

ρ（乙醇）=0.79g/ml 操作时间t=5min

m总（乙醇）=0.79 g/ml×0.3ml/min×5min=1.185g

n总（乙醇）=1.185/46=0.0258mol

表1：

序号设定温

度℃乙醇进料

mol

乙醇剩余量

g

乙醇剩余量

mol

m平均值（乙烯）

g

n平均值（乙烯）

mol

1 202.0 0.0258 1.17 0.02540.0150.000536

2 246.9 0.0258 1.1

3 0.02460.0550.001964

3 288.7 0.0258 0.845 0.01840.3400.012143由第一组数据：

n乙醇剩余量=1.17g/46g/mol=0.0254mol

m平均值（乙烯）=1.185-1.17=0.015g

n平均值（乙烯）=0.015g/28g/mol=0.000536mol

乙醇的转化率=反应掉的乙醇摩尔数/原料中乙醇的摩尔数

乙烯的收率=生成乙烯的摩尔数/原料中乙醇的摩尔数

乙醇的进料速度=乙醇液的体积流量×0.79（乙醇的密度）/46（乙醇的分子量）

乙烯的生成速度=（乙醇进料速度×乙烯的收率）/[催化剂用量（g）] mol/（g·h）

反应器内乙醇的浓度：C A=P A/（R·T）

式中P A为乙醇的分压；反应的总压为0.1Mpa。所以可将反应器内的混合气视为理

想气体。生成乙烯的反应步骤的速率常数k可以通过下式求出：

k =r/c A

由阿仑尼乌斯方程k=k0exp(-E/RT),将lnk对1/T作图，即可求出k0和E。

由第一组数据：乙醇的转化率=(0.0258-0.0254) /0.0258=0.0142

乙烯的收率=0.000536/0.0258=0.02076

乙醇的进料速度=0.3 × 0.79 / 46= 5.15×10-3mol/min=0.309 mol/h

乙烯的生成速率=（0.309×0.02077）/0.8=8.02×10-3mol/（g·h）