一氧化碳中温—低温串联变换反应实验

一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
实验步骤如下： （1）开车步骤 ① 检查系统是否处于正常状态； ② 开启氮气钢瓶，置换系统约5 min； ③ 接通电源，缓慢升反应器温度，同时把脱氧槽缓慢升温至200 ℃， 恒定； ④ 中、低变床层温度升至100 ℃时，开启管道保温控制仪，开启水饱 和器，同时打开冷却水，管道保温，水饱和器温度恒定在实验温度下； ⑤ 调节中、低变反应器温度到实验条件后，切换成原料气，稳定20 min左右，随后进行分析，记录实验条件和分析数据。
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
6、注意事项
1. 实验条件控制 （1）流量：控制一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气流量分别为2~4 L/h 左右，总量为8~15 L/h，中变出口分流量为2~4 L/h左右。 （2）饱和器温度：用精密接触温度计配以晶体管继电器控制饱和器恒 温水浴（或油浴）的温度在72.0~80.0±0.1 ℃ 。 （3）催化剂床层温度：反应管内中变催化床温度先后控制在360 ℃ 、390 ℃ 、420 ℃ ，低变催化床温度先后控制在220 ℃ ，240 ℃ 、260 ℃ 。
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
目录
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实验目的
预习要求 实验原理
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5 6
实验装置和步骤
实验数据处理 注意事项 思考题
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一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
1、实பைடு நூலகம்目的
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初步接触 工艺设计 思想。
通过用直流 流动法同时 测定铜基与 铁基催化剂 的相对活性。
掌握气固相 催化反应动 力学实验研 究方法及催 化剂活性的 评比方法。
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
8、思考题及参考答案
（1）实验系统中的气体如何净化？净化的作用有那些？ 实验通过U型管中的净化剂 使气体得到净化。由于变换催化剂对硫、氧、酸雾等易 于中毒，净化可防止催化剂中毒，增加实验的准确性。 （2）如何判断内、外扩散的消除？ 当所选择的催化剂粒径（足够小）不影响实验结果时刻判断为消除了内扩散的影响， 当实验所选气体空速（足够大，20000~30000 mol/g.h）不影响实验结果时刻判断为 消除了外扩散的影响。 （3）如何确证床层的等温条件？ 采用惰性物料石英砂稀释催化剂，装填较少量的催化剂，使反应热不至于过分集中。 选用适当的反应管内径与颗粒的直径之比，选用较小的反应管径，减小壁效应。将 反应管置于恒温铜块中，铜块置于管式电阻炉内，用DWK—702控制炉温，用电热 偶和数字显示仪测量和读取反应温度。实验人员应精心操作，防止温度大幅度波动 或超温。
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（2）停车步骤 ① 关闭原料气钢瓶，切换成氮气，关闭反应器控温仪； ② 稍后关闭水饱和器加热电源，置换水浴热水； ③ 关闭管道保温，待反应床温低于200 ℃以下，关闭脱氧槽加热电 源，关闭冷却水，关闭氮气钢瓶，关闭各仪表电源及总电源。
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R0 p H 2O p a p g p H 2O
式中：水汽饱和蒸汽压
p H 2O
用安托因公式计算：
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式中：A、B、C——安托因系数，可查表4-5-2；t——饱和温度， ℃ 。
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（3）清理计算思路列出主要公式，计算一点数据得到结果。 （4）计算不同温度下的反应速率常数。 （5）根据实验结果，浅谈中—低变串联反应器工艺条件。 （6）分析本实验结果，讨论本实验方法。
获得两种催 化剂上变换 反应的速率 常数kT与活 化能E。
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2、预习要求
（1） （2）
（3） （4） （5）
复习多相催化反应有关知识。 复习合成氨生产工艺，尤其是一氧化碳变换反应 的操作过程 。
明确实验系统中气体如何净化，氮气在实验中的作用。
水饱和器的作用和原理是什么，反应器采用哪种形式。
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7、思考题
（1）实验系统中的气体如何净化？净化的作用有那些？ （2）如何判断内、外扩散的消除？ （3）如何确证床层的等温条件？ （4）试分析本实验中的误差来源与影响程度。 （5）在进行本征动力学测定时，应用哪些原则选择实验条件？ （6）试分析实验操作过程中应注意哪些事项？
主反应：
CO + H2O Cat CO2 + H2
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4、实验装置和步骤
2 1 4 2 1 2 1 2 1 3 3 3 4 6 4 4 7 9 10 8 5 9 10 3 4 8 4 11
图4.5.1 中温—低温串联变换反应实验系统流程图 1–钢瓶；2–净化器；3–稳压器；4–流量计；5–混合器； 6–脱氧槽；7–饱和器；8–反应器；9–热电偶；10–分离器；11–气相色谱仪
5、实验数据处理
（1）记录实验现象，列出原始实验数据，见表4-5-1： 表4-5-1 实验数据记录表格示例
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（2）用以计量的转子流量计的标定条件与实验条件不同 ，需进行密度换算。湿气体中的水蒸气在饱和器内加入， 饱和器中总压为大气压pa与静压pg之和，因而，水气比R0 计算式为：
（6）试分析实验操作过程中应注意哪些事项？ ①注意实验条件的控制，保证实验的准确性。 ②注意规范操作，确保实验的安全性。
写预习报告，包括实验目的与要求、实验原理与方 法、实验内容、实验装置、流程、设备和操作步骤等
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3、实验原理
反应必须在催化剂存在的条件下进行。中温变换采用铁基催化剂— 四氧化三铁，反应温度为350~500 ℃ ，低温变换采用铜基催化剂，反 应温度为220~320 ℃ 。低温变换以铜或硫化钴-硫化钼为催化剂，操作 温度为180~280℃ 。实验原理如下：
（4）试分析本实验中的误差来源与影响程度。 气体的净化效果，对实验的准确性影响很大。催化剂粒径和气体空速的选择 也会影响实验的准确性。当催化剂粒径足够小，气体空速足够大时影响可基本消 除。 （5）在进行本征动力学测定时，应用哪些原则选择实验条件？ 化学动力学过程包括：吸附、脱附和表面化学反应，三者串联进行 本征动力学方程确立原则：在三个化学动力学步骤中，速度最慢的为过程控 制步骤，其进行速率即为整个化学动力学过程的速率。反应气体需高度净化， 严格控制有害杂质含量，测试用反应器应严格控温（等温或绝热），根据物 系特性，选取适宜分析和流量计量方法，严格消除内、外扩散过程的影响。
2. 请特别注意安全、环保问题的提示 （1）由于实验过程有水蒸汽加入，为避免水汽在反应器内冷凝使催化剂结块，必须 在反应床温升至150 ℃以后才能启用水饱和器，而停车时，在床温降到150 ℃以前关 闭饱和器。 （2）由于催化剂在无水条件下，原料气会将它过度还原而失活，故在原料气通入系 统前要先加入水蒸汽，相反停车时，必须先切断原料气，后切断水蒸汽。