乙醇脱水实验汇报.doc

化工专业实验报告 实验名称： 乙醇脱水反应研究实验 实验人员： xxxx 同组人： xxx xxx 实验地点：天大化工技术实验中心 630 室 实验时间： 2014年4月25日 班级/学号： 11 级 化材 班 2 组 xxxxxxxxxxx号 实验成绩： 乙醇脱水反应研究实验 一、实验目的 掌握乙醇脱水实验的反应过程和反应机理、特点，了解针对不同目的产 物的反应条件对正、副反应的影响规律和生成的过程； 学习气固相管式催化反应器的构造、原理和使用方法，学习反应器正常 操作和安装，掌握催化剂评价的一般方法和获得适宜工艺条件的研究步 骤和方法； 学习动态控制仪表的使用，如何设定温度和加热电流大小，怎样控制床 层温度分布； 学习气体在线分析的方法和定性、定量分析，学习如何手动进样分析液 体成分。了解气相色谱的原理和构造，掌握色谱的正常使用和分析条件 选择； 学习微量泵和蠕动泵的原理和使用方法，学会使用湿式流量计测量流体 流量。 二、实验仪器和药品 乙醇脱水气固反应器，气相色谱及计算机数据采集和处理系统，精密微量液体泵，蠕动泵。ZSM-5型分子筛乙醇脱水催化剂，分析纯乙醇，蒸馏水。 三、实验原理 乙烯是重要的基本有机化工产品。乙烯主要来源于石油化工，但是由乙醇脱水制乙烯在南非、非洲、亚洲的一些国家中仍占有重要地位。 乙醇脱水生成乙烯和乙醚，是一个吸热、分子数增多的可逆反应。提高反应温度、降低反应压力，都能提高反应转化率。乙醇脱水可生成乙烯和乙醚，但高温有利于乙烯的生在，较低温度时主要生成乙醚，有人解释这大概是因为反应过程中生成的碳正离子比较活泼，尤其在高温，它的存在寿命更短，来不及与乙醇相遇时已经失去质子变成乙烯．而在较低温度时，碳正离子存在时间长些，与乙醇分子相遇的机率增多，生成乙醚。有人认为在生成产物的决定步骤中，生成乙烯要断裂C—H 键，需要的活化能较高，所以要在高温才有和于乙烯的生成。 乙醇在催化剂存在下受热发生脱水反应，既可分子内脱水生成乙烯，也可分子间脱水生成乙醚。现有的研究报道认为，乙醇分子内脱水可看成单分子的消去反应，分子间脱水一般认为是双分子的亲核取代反应，这也是两种相互竞争的反应过程，具体反应式如下： C2H5OH → C2H4 + H2O (1) C2H5OH → C2H5OC2H5 +H2O (2) 目前，在工业生产方面，乙醚绝大多数是由乙醇在浓硫酸液相作用下直接脱水制得。但生产设备会受到严重腐蚀，而且排出的废酸会造成严重的环境污染。研究发现，通过对反应热力学函数的计算分析可了解到乙醇脱水制乙烯、制乙醚是热效应相反的两个过程，升高温度有利于脱水制乙烯(吸热反应)，而降低温度对脱水制乙醚更为有利(微放热反应)，所以要使反应向要求的方向进行，必须要选择相适应的反应温度区域，另外还应该考虑动力学因素的影响。 本实验采用ZSM－5 反应物分子有气相主体扩散到催化剂颗粒外表面； 分子由颗粒外表面向孔内扩散，到达可进行吸附/反应的活性中心； 5) 依次进行的吸附，在表面上的反应生成 产物分子，产物分子自表面解吸，这个过程称为表面反应过程； 6) 产物分子由颗粒内表面扩散到外表面； 7) 产物分子由外表面扩散到气相主体； 从以上过程可以看出，气固相催化反应的反应速率由以下三个方面共同 决定: 外扩散速率：可用费克第一定律描述，与气相主体和颗粒表面的浓度差和分子扩散系数有关； 内扩散速率：与内扩散有效因子，颗粒表面与活性中心处的浓度差有关； 表面反应速率：由反应本征动力学决定； 对于不同的催化剂，可以通过计算内扩算有效因子、外扩散有效因子 及总有效因子得到扩散对反应速率的影响。当空速较小时，气相主体浓度 较低，内、外扩散都有影响，反应速率低；当空速 (本实验中通过乙醇流速 反应) 增大时，外扩散影响逐渐减少，内扩散其主要作用；当空速进一步增 大时，内外扩散影响均可忽略，反应本征动力学是主要作用，因此，增大空 速，对反应速率的影响较小，只能通过改变温度、压力才能使转化率进一步 提高。 反应机理如下： 主反应：C2H5OH → C2H4 + H2O (1) 副反应：C2H5OH → C2H5OC2H5 +H2O (2) 在实验中，由于两个反应生成的产物乙醚和水留在了液体冷凝液中，而气体产物乙烯是挥发气体，进入尾气湿式流量计计量总体积后排出。 对于在相同的反应温度，不同的进样量下，稳态反应30分钟，研究进样量对反应转化率，收率及选择性的影