乙苯脱氢制取苯乙烯

、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：乙苯？苯乙烯+氢气117.8kJ/mol
副反应：乙苯？苯+乙烯105.0kJ/mol
乙苯+氢气?苯+乙烷-31.5kJ/mol
乙苯+氢气？甲苯+乙烯-54.4kJ/mol
在水蒸汽存在的条件下，还可能发生下列反应：
乙苯+ 2水？甲苯+二氧化碳+3氢气
此外，还有芳烃脱氢缩合及苯乙烯聚合生成焦油和焦等。

这些连串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。

2、影响反应的因素
（1）温度的影响
乙苯脱氢为吸热反应，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，使苯乙烯的选择性下降，能耗增加，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心。

（2）压力的影响
乙苯脱氢为体积增大的反应，降低总压可使平衡常数增大，从而增加反应的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。

本实验加水蒸汽的目的是降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。

较适宜的水蒸汽用量为：水/乙苯二1.5/1 （体积比）。

（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，畐阪应也增加，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为止。

3、本实验采用氧化铁系催化剂，其组成为：FaO3-CuO-K2O3-CeO2。

三、实验装置及流程
实验装置及流程如图1所示。

图1乙苯脱氢制苯乙烯工艺实验流程图
1 —乙苯流量计；2、4—加料泵；3—水计量管；5—混合器；6—汽化器；7—反应
器；8—电热夹套；9、11—冷凝器；10—分离器；12—热电偶
四、反应条件控制
汽化温度3000C，脱氢反应温度540〜6000C，水：乙苯二1.5: 1 （体积比），相当
于乙苯加料0.5ml/min，蒸馏水0.75ml/min （50ml催化剂）。

五、实验步骤
1、注入原料乙苯和水，接通电源，使汽化器、反应器分别逐步升温至预定温度,
同时打开循环冷却水。

2、当汽化温度（对应控制面板的预热控制）达到300°，反应温度达到400°
时，加入已设定好流量的蒸馏水，当反应温度达到500°C时，加入已设定好流量
的乙苯，继续升温至540°C。

稳定15min，取出粗产品（不用分析）。

在此期间，用秒表标定蒸馏水和乙醇的确切流量，记录数据。

3、继续稳定15mi n,取出粗产品，放入小烧杯，然后用分液漏斗分离水层和烃层（上层为烃层），分别称重，记录数据。

4、取少量烃类样品，用气相色谱分析其组成，记录数据。

5、结束反应，停止加乙苯，反应温度在500°C以上时，继续通水蒸气进行催化剂的清焦再生，约20min后停止通蒸馏水，且降温。

同时停止通冷却水。

整理清理实验仪器，结束实验。

六、实验记录及计算
1、数据记录
汽化器温度：299.8。

C
反应器温度：580。

C
反应温度：546.8 C
乙苯流量：2.2
水流量：2.7
乙苯加入量（15min） : 7.8cm3
粗产品质量（15mi n/烃层液）：6.12g
粗产品色谱分析结果:
色谱条件：DNP色谱柱（浙大智达）、D3*2m ;载气为氢气；载气流量
40ml/min（柱头压0.06MPa）;进样量1丄；柱温90°C;检测器（使用检测器III ）温度140°C桥流120mA;气化室（使用气化室I）温度140°C
理论色谱出峰顺序及停留时间：苯（0.87min）,甲苯（1.9min）,乙苯
（3.8min），苯乙烯（5.7min ）。

色谱质量相对校正因子f i：苯（1.000），甲苯（0.969），乙苯（1.123），苯
乙烯（0.970）。

组分i的质量浓度w i=A i*f i/刀（A*f i），其中A i为组分i的色谱峰面积，f i为组分i的色谱质量相对校正因子。

2、数据处理
乙苯的密度为0.87g/cm3,即乙苯加入质量为0.87*7.8=6.786g
色谱分析结果乙苯质量浓度
w乙苯比苯* f乙苯
A*f i
578011*1.123
1276.7*1 2747*0.969 578011*1.123 180528* 0.970
78.37%
乙苯转化率=
消耗的乙苯量
原料加入量
100%
原料加入量-乙苯剩余量
原料加入量
6.786-6.12*0.7837
6.786
100% 29.3%
苯乙烯质量浓度
A
苯乙烯f
苯乙烯
w
苯乙烯
A* £180528* 0.970
21.14%
计算苯乙烯选择性
1276.7*1 2747*0.969 578011*1.123 180528*0.970
七、思考题
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？本实验采用的什么方法？工业上又是如何来实现的？ 答：乙苯脱氢生成苯乙烯反应是吸热反应。

反应温度升高，平衡向生成乙苯的方向移动。

反应温度为540 C 到600 C 。

本实验采用的方法是接通电源使汽化器、反应器分别逐步升温至预定温度。

汽化器温度达到300r ，反应器温度达400C 左右，开始加入已校正好流量的蒸馏 水。

当反应度达到500C 左右时，加入已校正好流量的乙苯，继续升温，到 540C
使之稳定，加热温度用热电偶控制。

工业上乙苯脱氢时常加入适量 02,在合适的条件下，02与生成的H 2化合成 H 2O ，相当于移走生成物H 2，促进平衡向生成苯乙烯的方向移动。

2、 本反应是体积增大还是体积减小？加压有利还是减压有利？工业上如何实现
减压操作？本实验采用什么方法？为什么加入水蒸汽可以降低烃分压？ 答：乙苯脱氢生成苯乙烯为体积增加的反应。

从平衡常数与压力的关系可知降低总压 P 总可使Kn 增大，从而增加反应的 平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。

工业上通过加水蒸气和乙苯的混合气降低乙苯的分压，来实现减压操作。

本实验采用加水蒸气的方法来降低乙苯分压以提高平衡转化。

因为水蒸气热 容量大，产物易分离，产物不起反应，水蒸气还可以保护裂解炉管，同时水蒸气还 有清用。

3、本实验有哪几种液体产物生成？哪几种气体产物生成？如何分析? 答：液体产物：苯乙
烯、乙苯、苯、甲苯、水
苯乙烯选择性=
苯乙烯的产量 消耗的乙苯量
100%
6.12*0.2114 6.786-6.12* 0.7837
65.2%
苯乙烯的收率=乙苯转
化率苯乙烯选择性 100% 0.293*0.6502 100% 19.05%
气体产物：甲烷、乙烷、乙烯、氢气、二氧化碳、水蒸气
4、进行反应物料衡算，需要哪些数据？如何采集？
答：进行反应物料衡算需要乙苯的和水的加入量，精产品水层量和烃层量，并对粗产品中苯、甲苯、乙苯和苯乙烯含量进行分析，从而计算乙苯的转化率、苯乙烯的先择性和收率。

采集通过冷凝器将产物冷凝成液体，通过气液分离器分理出液体，自取样口取出，并进行称量。