乙醇脱水反应实验报告

乙醇脱水反应研究实验
一、实验目的
１．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、付反应的影响规律和生成的过程。

２．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。

３．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。

４．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。

5．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、实验仪器和药品及装置图
乙醇脱水固反应器，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
乙醇脱水生成乙烯和乙醚，是一个吸热、分子数增不变的可逆反应。

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。

本实验采用ZSM－5分子筛为催化剂，在固定床反应器中进行乙醇脱水反应研究，通过改变反应的进料速度，可以得到不同反应条件下的实验数据，通过对气体和液体产物的分析，可以得到在一定反应温度条件下的反应最佳工艺条件和动力学方程。

反应机理为：
主反应：
副反应：
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。

A、B、ФPOOT研究了在Al2O3上乙醇脱水的动力学，导出了一级反应速度方程式：
其中：v0—乙醇的加料速度(毫克分子／分)
y—乙醇转化率(％ )
对υ0y作图，可得一条等温直线，其中的截距为α，斜率为β由υ0ln1
1−y
四、实验步骤
1、打开装置总电源将反应器加热温度设定为280℃，预热器温度设定为150℃。

2、在温度达到设定值后，继续稳定10～20分钟，然后启动精密微量液体泵开始加入乙醇。

乙醇的加料速度为0.5ml/min。

3、反应进行10分钟后，正式开始实验。

放出反应器下吸收瓶中的液体，并记下此时湿式流量计的读数，然后关闭吸收瓶上的放液活塞，开始实验。

每隔10分钟记录湿式流量计读数，并记录反应温度等实验条件。

4、在一个恒定的乙醇进料速率的条件下反应30分钟，然后放出吸收瓶中的液体准确称重，并及时对此液体进行色谱分析。

5、将乙醇的加料速率设定为1.0ml/min，重复步骤3、4的操作；
6、将乙醇的加料速率设定为1.5ml/min，重复步骤3、4的操作；
7、在实验的间隙中配制合适浓度的水、无水乙醇、无水乙醚的标准溶液，并对标准溶液进行色谱分析，以确定水、无水乙醇、无水乙醚的相对校正因子，为后续的反应残液的定量分析作准备。

五、实验数据记录及处理
乙醇脱水反应原始数据记录
实验时间：2010年10月20日下午2:00—5:30 室温：10℃
1、标准溶液的配制及其色谱分析
（1）标准溶液配制数据记录表
2
3
4、样品色谱分析数据记录表
（1）进料速率为0.5ml.min-1时的样品色谱分析数据
（1）进料速率为1.5ml.min时的样品色谱分析数据
5、数据计算举例
1、计算相对校正因子
根据标准溶液的配比及公式W i=f i A i
∑f i A i
可得三个方程：
0.34247=
0.41318f1
0.41318f1+0.29402f2+0.29281f3
0.30137=
0.29402f2
0.41318f1+0.29402f2+0.29281f3
0.35616=
0.29281f3
0.41318f1+0.29402f2+0.29281f3
解方程组得到水、无水乙醇、无水乙醚的相对校正因子分别为：
f1=0.8086
f2=1
f3=1.1867
关于相对校正因子计算的说明：由于利用自己所测的峰面积百分比列方程计算得到水的相对校正因子为大于3,明显有错误，可能的原因是在标准溶液进样动作不标准所致。

因而我采用了使用同台色谱小组的数据计算得到上面的相对校正因子。

3、反应温度为280℃时原料乙醇的转化率、产物乙烯收率、选择性等的计算
以乙醇的进料体积速率为1.0ml/min为例进行计算
无水乙醇的密度为0.790g/ml，摩尔质量为46.07g/mol
进料质量流率为：0.790×1.0g/min=0.790g/min
30min内进料的物质的量为：n0乙醇=0.790×30/46.07mol=0.5144mol
由湿式流量计测得30min内产品乙烯的体积为：4.740-0=4.740L
乙烯的物质的量为：n
乙烯=PV
RT
=101.325×4.740
8.314×283.15
=0.2040mol
液体产品中乙醇的物质的量为：n
乙醇=14.03×0.44444
46.07
=0.1353mol
液体产品中乙醚的物质的量为：n
乙醚=6.36×0。

04494
74
=3.862×10−3mol
乙醇的转化率为：X
乙醇=
n
乙醇
0−n
乙醇
n
乙醇
=0.2572−0.04565
0.2572
=82.25%
乙烯的收率：y=生成乙烯的物质的量
乙烯的理论产量=0.1661
0.2572
=64.58%
乙烯的选择性：S=生成乙烯所需的乙醇的物质的量
转化的乙醇的量=0.1661
0.2572×0.8225
=78.52%
同理计算得到不同乙醇流率的条件下乙醇的转化率、乙烯收率及乙烯选择性的结果如下表：
进料速率
/ml.min-1
进料时间/mim 乙醇转化率/% 乙烯收率/% 乙烯选择性/%
0.5 30 82.25 64.58 78.52
1.0 30 73.69 39.54 53.65
1.5 30 7
2.44 35.25 48.67。