当前位置：文档之家 › 乙苯脱氢制苯乙烯

乙苯脱氢制苯乙烯

  • 格式：doc
  • 大小：573.50 KB
  • 文档页数：5

实验13 乙苯脱氢制苯乙烯
一．实验目的
1．熟悉乙苯气相催化脱氢制备苯乙烯的过程，明确乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响。

2．掌握反应温度控制和测量方法以及加料的控制与计量方法。

3．掌握反应产物的分析测试方法。

二．实验原理
乙苯脱氢为可逆吸热反应：
主反应: C 8H 10 C 8H 8 + H 2 △H 873K = 125 kJ/mol （2-13-１）
除脱氢反应外，还发生一系列副反应，生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、烯烃、焦油等，如：
C 8H 10 C 6H 6+ C 2H 4 △H 873K = 102 kJ/mol （2-13-２）
C 8H 10 + H 2 C 7H 8 + CH 4 △H 873K = - 64.4 kJ/mol （2-13-３） C 8H 10 + H 2 C 6H 6 + C 2H 6 △H 873K = - 41.8 kJ/mol （2-13-４） C 8H 10 8C + 5H 2 △H 873K = - 1.72kJ/mol （2-13-５） 乙苯脱氢反应是一个吸热、摩尔数增多并需要催化剂的复杂过程。

由于反应是吸热反应，随着温度的升高，脱氢反应加快，苯乙烯收率也迅速增加。

反应温度过高，脱氢反应加快，但苯乙烯收率增加变慢，即副反应大大加快，所以反应温度一般控制在550-610℃范围内。

反应（2-13-2）、（2-13-3）是两个主要的平行副反应，这两个副反应的平衡常数大于乙苯脱氢生成苯乙烯的平衡常数，因此，如果从热力学分析看，乙苯脱氢生产苯乙烯的可能性确实不大,所以要采用高选择性的催化剂，增加主反应的反应速率。

常用的乙苯气相催化脱氢制取苯乙烯的催化剂种类很多，通常是以铁(Fe 2O 3)为基础的多组分催化剂，助催化剂有钾（K 2O ），铬（Cr 2O 3）等。

本试验采用铁系催化剂作为乙苯气相脱氢制苯乙烯反应的催化剂。

乙苯气相脱氢制苯乙烯是一个摩尔数增多、体积增大的过程，因而在减压条件下进行对生成苯乙烯有利。

工业生产中，常压下常以水蒸气为稀释剂，这样，一方面可以降低反应物乙苯的分压，有利于平衡转化，提高乙苯转化率，另一方面，水蒸气可以与沉积在催化剂表面的炭发生反应：
C+2H 2O CO 2+2H 2 （2-13-6） 从而使催化剂在反应过程中自动获得再生，延长了催化剂的使用寿命。

本实验水蒸气的用量为乙苯：水＝1：1.4～1.6（v ）。

乙苯脱氢反应体系有平行副反应和连串副反应，随着接触时间增加，副反应也增加，苯乙烯的选择性会下降，因此，根据催化剂的活性及反应温度选择适宜的空速。

三．实验装置和流程
实验流程如图2-13-1所示，装置实物图如图2-13-2所示。

水和乙苯由计量泵泵入汽化器，经汽化器汽化并进入反应器反应，离开反应器的反应产物经过冷凝器冷凝进入气液分离器，不凝气体经尾气冷凝器后排空，冷凝的液相产物（粗产品）收集于气液分离器下部，待
Cat
873K
实验结束后称重、取样。

图2-13-1 苯乙烯制备实验流程
图 2-13-2 苯乙烯制备实验装置实物图
反应器为不锈钢反应器，反应管置于圆形电加热炉中。

反应管中心有一热电偶套管，用以测量反应温度。

反应管预热段装填磁环，反应段装填50ml催化剂。

用加热炉的热电偶配温度显示控制仪表作为反应器温度测量调节系统。

反应产物由气相色谱仪分析其中的苯、甲苯、乙苯、苯乙烯等含量。

原料乙苯化学纯，含量大于99％。

四．实验步骤及分析方法
1．反应条件
汽化温度250℃，脱氢反应温度550～620℃，水﹕乙苯＝1.5﹕1（v），相当于乙苯加料0.5ml/min, 水0.75ml/min。

2．操作步骤
（1）了解并熟悉实验装置及流程，弄清物料走向、加料及取样方法。

（2）接通电源，使汽化器、反应器分别逐步升温至预定的温度，同时打开冷凝、冷却水。

（3）打开水旁通阀、乙苯旁通阀，分别校正水和乙苯的流量（水0.75ml/min、乙苯0.5ml/min）。

（4）汽化器温度达到250℃后，反应器温度达350℃左右，加入已校正好流量的水。

当反应温度达550℃左右，加入已校正好流量的乙苯。

继续升温至580℃左右并稳定半小时以上。

（5）反应每20～30分钟取一次数据，每个试验条件取两个数据。

粗产品从气液分离器中取出，然后用分液漏斗分去水层，称出上层烃液重量。

（6）气相色谱分析烃层液组成，得到烃液各组份的百分含量。

（7）反应结束后，停止加乙苯。

反应温度维持在500℃左右，继续通水，进行催化剂的水蒸气清焦再生，半小时后停止通水并降温。

五．实验数据记录
1．实验记录
实验过程中，应将实验数据及时、准确地记录下来，记录表如表2-13-1
表2-13-1 乙苯脱氢制苯乙烯实验结果
2．烃层液分析结果，按表2-13-2。

表2-13-2 烃层液分析结果
六．实验数据处理
1．根据实验结果求出乙苯的转化率、苯乙烯选择性及苯乙烯收率。

乙苯转化率＝[（原料中乙苯量（g）－产物中乙苯量（g））/ 原料中乙苯量（g）]×100％苯乙烯选择性＝［生成苯乙烯量（g）／已反应的乙苯量（g）］×100％
苯乙烯收率＝［生成苯乙烯量（g）／原料中乙苯量（g）］×100％
2．计算示例
实验数据列于表2-13-3。

表2-13-3 乙苯脱氢制苯乙烯实验数据
烃层液分析结果：
表2-13-4 烃层液分析结果
3．实验数据处理：
加入乙苯量：7.6×0.8671＝6.59g
产物中乙苯：6.4×0.4759＝3.05g
产物中苯乙烯：6.4×0.4971＝3.18g
则
乙苯转化率＝[（6.59－3.05）/ 6.59 ]×100％＝53.72％
苯乙烯选择性＝[3.18/（6.59－3.05）]×100％＝89.83％
苯乙烯收率＝［0.5372×0.8983］×100％＝48.25％
如改变反应操作条件，则得到不同实验结果，分析并讨论不同反应操作条件对乙苯转化率、苯乙烯选择性和苯乙烯收率的影响。

七．实验结果和讨论
1．实验结果讨论
根据实验结果求出乙苯的转化率、苯乙烯选择性及苯乙烯收率，并讨论实验条件对乙苯转化率和苯乙烯选择性的影响。

2．思考题
（1）为什么脱氢反应要在高温低压下进行?
（2）提高转化率和产率有哪些措施?
（3）反应中为何要加入水蒸气?
（4）为什么要进行催化剂的再生?如何进行再生?
八．实验注意事项
1．实验过程中称量要准确,烃水分层要仔细操作, 乙苯、水的进料切换要迅速。

2．在开启柱塞泵之前，料液管路上的阀门要处于恰当的开或关的状态。

3．反应器、汽化器温度较高，勿触摸。

4．实验中要防止物料泄漏，保持室内良好通风。

九．参考文献
1．吴指南主编．基本有机化工工艺学（修订版）. 北京：化学工业出版社，2004 2．Kirk-Othemer．Encyclopedia of chemical Technology. 3rd ed，Vol.4 V ol.21
附录
有关物质的物理性质：
1．苯乙烯
沸点145 ℃
分子量104.14
闪点(Tag开杯法) 34.4℃
爆炸极限(空气中) 1.1~6.1%
在水中的溶解度（25℃）0.032%(wt)
密度(20℃) 0.9059g/cm3
2．乙苯
沸点136.19℃
分子量106.17℃
密度（25℃） 0.8671g/cm3。

合集下载

实验一 乙苯脱氢制苯乙烯

实验一 乙苯脱氢制苯乙烯

4.2 实验一 乙苯脱氢制苯乙烯一 实验目的（1）了解以乙苯为原料，氧化铁系为催化剂，在固定床单管反应器中制备苯乙烯的过程。

（2）学会稳定工艺操作条件的方法。

二 实验原理1．本实验的主副反应 主反应：副反应：在水蒸气存在的条件下，还可能发生下列反应：此外还有芳烃脱氢缩合苯乙烯聚合生成焦油和焦等。

这些连串副反应的发生不仅使反应的选择性下降，而且极易使催化剂表面结焦进而活性下降。

（1）影响本反应的因素 1）温度的影响乙苯脱氢反应为吸热反应，00>∆H，从平衡常数与温度的关系式20ln RT H T K pp ∆=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡转化率。

但是温度过高副反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适宜的反应温度。

本实验的反应温度为：540~600℃。

2）压力的影响乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式n p K K =γ∆⎪⎪⎭⎫⎝⎛∑i nP 总可知，当γ∆>时，降低总压总P 可使n K 增大，从而增加了反应的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。

本实验加水蒸气的目的是降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。

较适宜的水蒸气用量为：水∶乙苯=1.5∶1（体积比）或8∶1（摩尔比）。

3）空速的影响乙苯脱氢反应系统中有平衡副反应和连串副反应，随着接触时间的增加，副反应也增加，苯乙烯的选择性可能下降，适宜的空速与催化剂的活性及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以0.6h-1为宜。

（2）催化剂本实验采用氧化铁系催化剂其组成为：Fe2O3—CuO—K2O3—CeO2。

三预习与思考（1）乙苯脱氢生成苯乙烯反应是吸热还是放热反应？如何判断？如果是吸热反应，则反应温度为多少？实验室是如何来实现的？工业上又是如何实现的？（2）对本反应而言是体积增大还是减小？加压有利还是减压有利？工业上是如何来实现加减压操作的？本实验采用什么方法？为什么加入水蒸气可以降低烃分压？（3）在本实验中你认为有哪几种液体产物生成？哪几种气体产物生成？如何分析？四实验装置及流程见图4.2-1。

苯乙烯生产—乙苯催化脱氢生产苯乙烯的工艺参数

苯乙烯生产—乙苯催化脱氢生产苯乙烯的工艺参数


本讲学习了苯烷基化和乙苯催化脱氢两个反应过程中的工艺参数及确 定，理解工艺参数对反应过程产生的影响，对学习乙苯脱氢生成苯乙烯 的工艺流程有重要帮助。 思考题： 请根据生产原理确定乙苯催化脱氢过程的工艺参数。
2、脱氢反应工艺参数
（3）水蒸气用量 目的：降低原料乙苯的分压，有利于主反应的进行。 选用水蒸气做稀释剂的好处： ①降低乙苯分压，改善化学平衡，提高平衡转化率； ②热容大，利于反应温度稳定； ③脱除催化剂表面的积炭，恢复催化剂活性，延长催化剂再生周期； ④置换吸附在催化剂表面的产物，有利于产物脱离催化剂表面，加快产品生成速度； ⑤容易与反应物分离。
1、苯烷基化反应工艺参数
（2）反应压力
压力对气液相反应平衡影响不大。 热力学计算：乙烯在接近常压5～6MPa下操作。 使用AlCl3催化剂：乙烯与苯通常在常压下进行反应。
（3）原料配比
1、苯烷基化反应工艺参数
乙烯对苯摩尔比增加，乙苯的生成 量增加，多乙苯的生成量也增加。
原料配比超过0.6，乙苯生成量增 加不显著，多乙苯生成量显著加大。
1、苯烷基化反应工艺参数
苯中的硫化物：总质量含量＜0.1%。 甲苯：在AlCl3作用下生成甲乙苯，造成乙苯分离困难，且增加原料乙烯 的消耗。 过量水：将AlCl3水解，HCl腐蚀设备，Al(OH)3堵塞管道和设备。苯中 含水量一定要精确计算，一般含水量应小于500～700mg/kg。
2、脱氢反应工艺参数
2、脱氢反应工艺参数
转化率 反应温度/K
853 873 893 913
0 0.35 0.41 0.48 0.55
n(水蒸气)：n(乙苯) 16
0.76 0.82 0.86 0.90
18 0.77 0.83 0.87 0.90
乙苯脱氢制苯乙烯

乙苯脱氢制苯乙烯

实验7 乙苯脱氢制苯乙烯苯乙烯，C 6H 5CH=CH 2，C 8H 8，是不饱和芳烃最简单，最重要的成员，广泛用作生产塑料和合成橡胶的原料，如结晶型苯乙烯，橡胶改性抗冲聚苯乙烯，丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物（ABS ），苯乙烯—丙烯腈共聚物(SAN)，苯乙烯—顺丁烯二酸酐共聚物(SMA)和丁苯橡胶(SBR)等。

苯乙烯的生产方法很多，主要有乙苯脱氢法和共氧化法（联产环氧丙烷），乙苯脱氢法占世界苯乙烯总产量的90％。

本实验是以乙苯为原料，用气—固相催化脱氢法制苯乙烯。

一．实验目的１．掌握乙苯气相催化脱氢的基本原理和实验方法，掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响；2． 熟悉反应器、汽化器等结构特点；3． 了解反应温度控制和测量方法以及加料的控制与计量方法； 4． 了解反应产物的分析测试方法。

二．实验原理乙苯脱氢为可逆吸热反应：主反应: C 8H 10 C 8H 8 + H 2 △H 873K = 125 kJ/mol （１）除脱氢反应外，还发生一系列副反应，生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、烯烃、焦油等，如：C 8H 10 C 6H 6+ C 2H 4 △H 873K = 102 kJ/mol （２）C 8H 10 + H 2 C 7H 8 + CH 4 △H 873K = - 64.4 kJ/mol （３） C 8H 10 + H 2 C 6H 6 + C 2H 6 △H 873K = - 41.8 kJ/mol （４） C 8H 10 8C + 5H 2 △H 873K = - 1.72kJ/mol （５） 乙苯脱氢反应是一个吸热、摩尔数增多并需要催化剂的复杂过程。

由于反应是吸热反应，随着温度的升高，脱氢反应加快，苯乙烯收率也迅速增加。

反应温度过高，脱氢反应加快，但苯乙烯收率增加变慢，即副反应大大加快，所以反应温度一般控制在550-62０℃范围内。

反应（2）、（3）是两个主要的平行副反应，这两个副反应的平衡常数大于乙苯脱氢生成苯乙烯的平衡常数，因此，如果从热力学分析看，乙苯脱氢生产苯乙烯的可能性确实不大,所以要采用高选择性的催化剂，增加主反应的反应速率，反应是可以实现的。

乙苯脱氢制苯乙烯

乙苯脱氢制苯乙烯

⼄苯脱氢制苯⼄烯实验报告课程名称：化⼯专业实验指导⽼师：王晓钟成绩：实验名称：⼄苯脱氢制苯⼄烯实验类型：同组学⽣姓名：王乐涛刘博⽅梦哲⼀、实验⽬的和要求（必填）⼆、实验内容和原理（必填）三、实验材料与试剂（必填）四、实验器材与仪器（必填）五、操作⽅法和实验步骤（必填）六、实验数据记录和处理七、实验结果与分析（必填）⼋、讨论、⼼得⼀、实验⽬的1．了解以⼄苯为原料，氧化铁为催化剂，在固定床单管反应器种制备苯⼄烯的过程;2．学会使⽤化学⼯艺类实验中温度控制和流量控制的仪表、仪器;3．学会稳定⼯艺操作条件的⽅法。

⼆、实验原理 1．本实验的主副反应主反应：CH 2－CH CH=CH 2 + H 2 117.8KJ/mol副反应：C 2H ＋C 2H 4 105KJ/mol C 2H 5+H ＋C 2H 6 -31.5KJ/mol C 2H 5+H －CH 3＋CH 4 -54.4KJ/mol 在⽔蒸⽓存在的条件下，还可能发⽣下列反应： C 2H 5+2H 2－CH 3＋CO 2+3H 2此外还有芳烃缩合及苯⼄烯聚合⽣成焦油和焦等。

这些连串副反应的发⽣不仅使反应选择性下降，⽽且极易使催化剂表⾯结焦进⽽活性下降。

2．影响本反应的因素 1）温度的影响⼄苯脱氢反应为吸热反应，00>?H ，从平衡常数与温度的关系式20ln RT H T K Pp=可知，提⾼温度可增⼤平衡常数，从⽽提⾼脱氢反应的平衡转化率。

但是温度过⾼副反应增加，使苯⼄烯选择性下降，能耗增⼤，设备材质要求增加，故应控制适宜的反应温度。

本实验的反应温度为：540~600℃。

2）压⼒的影响⼄苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压⼒的关系式?=∑in pn P K K 总可知，当时0>?υ，降低总压P 总可使K n 增⼤，从⽽增加了反应的平衡转化率，故降低压⼒有利于平衡向脱氢⽅向移动。

本实验加⽔蒸⽓的⽬的使降低⼄苯的分压，以提⾼平衡转化率。