实验 乙苯脱氢制苯乙烯

A 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，包括用计算机在线控制和手动控制的操作方法。 B 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的选择性下降，而且极易使催化剂表面结焦而活性下降。

（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，∆H0˃0，从平衡常数与温度的关系式

(lnKTp)PHRT02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 乙苯脱氢为体积增大的反应，从平衡常数与压力的关系式

PKp=Kn总ni可知，当∆γ˃0时，降低总压P

总

可使Kn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，

-1

本实验乙苯的液空速以0.6h为宜。

（3）催化剂

本实验采用氧化铁系催化剂其组成为：Fe2O3-CuO-K2O3-CeO2 。

C 预习与思考

（1）乙苯脱氢生成苯乙烯反应时吸热反应还是放热反应？如何判断？若果是吸热反应，则反应温度为多少？实验室是如何来实现的？工业上又是如何来实现的？

（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于？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)在本实验中有哪几种液体产物生成？哪几种气体产物生成？如何分析？ （4）进行反应物料衡算，需要一些生么数据？如何收集并进行处理？ D 实验装置及流程 见图 7-2 。

1 6 3 7 14 12 2 4 8 10 9 11 14 5 13

图7-2 乙苯脱氢制苯乙烯工业实验流程

1,3—计量管；2,4—计量泵；5—排空阀；6—混合器；7—汽化器；8—反应器；

9，10—冷凝器；11—分离器；12—尾气；13—取样阀；14—热电偶

Ｅ 实验步骤及方法 （1）反应条件控制

汽化温度300℃。脱氢反应温度540~600℃，水：乙苯=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） （2）操作步骤

①了解并熟悉实验装置及流程，高清物料走向及加料、出料方法。 ②接通电源，使汽化器、反应器、分别逐步升温至预定的温度，同时打开冷却水。 ③分别校正蒸馏水和乙苯的流量 （0.75ｍL/min和0.5mL/min）。 ④当汽化器温度达到300℃后，反应器温度达400℃左右开始加入已校正好流量的蒸馏水。当反应温度升至500℃左右，加入已校正好流量的乙苯，继续升温至540℃使之稳定半小时。

⑤反应开始每隔15min取一次数据，每个温度至少取两个数据，粗产品从分离器中放入量筒内。然后用分液漏斗分去水层，称出烃层液质量。

⑥取少量烃层液样品，用气相色谱分析其组成，并计算出各组分的百分含量。 ⑦反应结束后，停止加乙苯。反应温度维持在500℃左右，继续通水蒸气，进行催化剂的清焦再生，约半小时后停止通水，并降温。 ⑧关闭总电源，关闭冷却水阀门。 （3）实验记录及计算 ①原始记录 温度/℃ 时间 汽化器

②粗产品分析结果 粗产品 乙苯加入量反应温度/℃ /g ③ 计算结果

RFFF100%原料加入量/(ｍL/min) 乙苯 始 终 质量 始 水 终 质量 粗产品/g 水层 烃层液 尾气 反应器 苯 苯 含量/g 甲苯 含量/％ 含量/g 乙苯 含量/％ 含量/g 苯乙烯 含量/％ 含量/g 含量/％ 乙苯的转化率：

S

P/M苯乙烯RF/M乙苯100% 苯乙烯的选择性：

苯乙烯的收率：YS100%

Ｆ 结果与讨论

对以上的实验数据进行处理，分别将转化率、选择性及收率对反应温度作出图表，找出最适宜的反应温度区域，并对所得实验结果进行讨论。 （包括曲线图趋势的合理性，误差分析，成败原因等）

符号说明

H0298 ——298K下标准热焓，KJ/mol; K p,Kn ——平衡常数； ni——i组分的物质的量，mol; P总——总压，Pa; R——气体常数； T——温度，K； ∆γ——反应前后物质的量的变化，mol;

α——原料的转化率，％；

S——目的产物的选择性，％； Y——目的产物的收率，％； RF——消耗的原料量，g； FF——原料加入量，g； p——目的产物的量，g；