乙醇脱水制乙烯

乙醇脱水制乙烯

一.实验目的

1. 了解乙醇脱水的反应机理及实验操作方法。

2. 学会气相产物的收集方法和产物的分析方法。

3. 巩固气相色谱的使用方法。

乙烯是重要的基本有机合成原料，工业上主要是通过石油裂解气的分离而大量获得；而实验室内少量乙烯或者高纯度的乙烯，通常是以乙醇脱水制得的。

目前，由于石油短缺的影响，煤化工得到迅速发展，由煤生产的合成气可以合成甲醇，进而得到乙醇，脱水后得到合成原料-乙烯。这个以C1化学为基础的技术路线，对于将来的发展有着极其深远的意义。

二.实验原理

乙醇脱水是在酸性催化剂存在下进行的，常用的催化剂是γ-Al2O3，γ-Al2O3是在低于400℃时沉淀的Al(OH)3脱水制得的，它具有良好的催化能力，但强烈锻烧后的γ-Al2O3活性不高。

乙醇在γ-Al2O3存在下的反应有两种可能：一种是脱水反应，另一种是脱氢反应。

(a) 脱水反应

乙醇脱水能够生成烯烃和醚类，其反应式如下：

C2H5OH⇔C2H4+H2O

2C2H5OH⇔C2H5OC2H5 + H2O

反应的方向决定于温度，温度愈低，醚类的产率愈高。图2-1表示了这个关系。

从图中我们可以看到在γ-Al2O3存在下，在350℃时乙醇实际可以全部分解为乙烯。

图2-1 1.乙烯的产率 2.醚的产率 3.被分解的醇

在酸性非均相催化剂存在下，乙醇脱水的反应机理很可能是在催化剂表面吸附层中，醇与H +先形成正碳离子，然后分解为烯烃。

C 2H 5OH + H +→ C 2H 5OH 2+

C 2H 5OH 2+→ C 2H 5++ H 2O

C 2H 5+→ C 2H 4+ H +

如果一个C 2H 5+与一个分子的乙醇作用，则生成醚。

C 2H 5++ C 2H 5OH → C 2H 5OC 2H 5+ H +

(b) 脱氢反应

γ-Al 2O 3不仅能有脱水作用，也能使乙醇脱氢生成乙醛。

由上述分析我们可以看到，控制反应温度是比较关键的一步。温度过低，乙醚的产率太高；温度太高，则有深度反应发生，产生甲烷、氢、焦油、炭黑、CO 2、CO 等。实验中采用的脱水温度为340-360℃。

三.实验步骤

1. 如图2-2安装好仪器，并检查气路的密闭性。 产

率

%

图

2-2

1.可控硅控温仪

2.三口烧瓶

3.反应器及加热套管

4.滴液漏斗

5.酸洗瓶

6.碱洗瓶

7.水洗瓶

8.干燥瓶

9.气袋 10.塞子

2. 催化剂的活化

关闭a、c打开b，拔去滴液漏斗上的塞子(保持系统与大气相通)，然后放水抽气。插上电源，先用小电流予热，当炉温升至100℃左右时调大电流，炉温升至300℃时降低电压，控制炉温在340-360℃之间。

维持1-2小时。

3. 脱水

活化完毕后，在滴液漏斗中加入100ml无水乙醇，打开c、关闭b，盖上塞子，打开d。以每分钟1ml的速度缓缓滴加乙醇。收集1-2L乙烯气体后，停止滴加乙醇，打开排空口c将乙烯排空。反复2-3次，除去系统中残留的气体后，开始正式集气。当气袋中收集10-20L气体后，关闭a，停止加热和滴加乙醇，打开排空阀c，吹扫乙烯反应器20分钟。记下消耗的乙醇量。

4. 产物的纯度分析

用气相色谱分析产物乙烯中的乙醛、乙醚、乙烯的含量

型北京分析仪器厂

色谱2305

检测器热导池

固定相GDX-502 天津

柱长2m

载气氢气

桥流180mA

流速60ml/min

柱温80℃

检测室温度 110℃

汽化室温度 150℃

思考题:

1. 酸洗的目的是什么?

2. 热导池检测器的基本原理。

3. 为什么在乙烯分析中桥流选180mA?

4. 为什么选择氢气作载气?

5. 催化剂为什么要活化?