乙苯脱氢制苯乙烯

乙苯脱氢制苯乙烯

实验指导书

青海大学化学工程系化工工艺实验室

2015/8/24

乙苯脱氢制苯乙烯

一、实验目的

1. 了解以乙苯为原料，氧化铁为催化剂，在固定床单管反应器中制备苯乙烯的过程。 2. 学会使用化工实验中温度控制和流量控制的仪表、仪器。 3. 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：副反应：

CH2 CH3 C2H5 C2H5 + H2 C2H5 + H2 CH=CH2 + H2 117.8kJ/mol + C2H4 105 kJ/mol + C2H6 -31.5 kJ/mol CH3 + CH4 -54.4 kJ/mol

在水蒸气存在的条件下，还可能发生下列反应：

C2H5 +2 H2O CH3 +CO2 + 3H2

此外还有芳烃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. 影响本反应的因素 （1） 温度的影响

乙苯脱氢反应为吸热反应，ΔH2980>0，从平衡常数与温度的关系式

?H298??lnKP?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。???2?TRT??P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

0?P总 乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式：KP?Kn???ni??? ????可知，Δυ>0，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

2

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，本实验乙苯的液空速以0.6h-1 为宜。 3. 催化剂

本实验采用氧化铁系催化剂。其组成为：Fe2O3-CuO-K2O-Cr2O3-CeO2。

三、实验装置及流程（见图1）

排水 图1 乙苯脱氢制苯乙烯工艺实验流程图 烧杯

四、预习与思考

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？

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？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减低烃的分压？ 3、在本实验中你认为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，需要一些什么数据？如何收集并进行处理？

五、实验步骤与方法

1、反应条件控制

气化温度300℃，脱氢反应温度540～600℃，水：乙苯＝1.5：1（体积比），相当

3

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，搞清物料走向及加料、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， 并关闭乙苯加料泵旁放料阀。

3）当汽化器温度达到300℃，反应器升至400℃左右开始校蒸馏水流量为0.75 mL/min。当反应温度升至500℃左右，校正乙苯流量0.5 mL/min，继续升温至540℃，使之稳定10min。

4）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烧杯内。再倒入预先称好的量筒中，进行称量，扣除水的重量（用体积换算）即为烃液重量。

5）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。 6）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。

3、实验记录及计算

（1）原始记录（详见下发原始记录表）

（2）粗产品分析结果（详见下发粗产品分析结果表） （3）计算结果 乙苯的转化率： x?RF?10%0 FFP苯乙烯的选择性： S??100%

RF苯乙烯的收率： Y?x?S?10%0 六、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图，找出最适宜的反应温度区域，并对所得的实验结果进行讨论。（包括曲线图趋势的合理性、误差分析、成败原因等）。

七、符号说明

ΔH0298—298K下标准热焓； KP，Kn—平衡常数； ni—i组分的摩尔分数； P总—压力,Pa； R—气体常数； T—温度,K； Δυ—反应前后摩尔数变化；

x—原料的转化率%； S—目的产物的选择性%； Y—目的产物的摩尔收率；

4

RF—原料乙苯消耗量，g； FF—原料乙苯加入量，g； P—生成目的产物（苯乙烯）所消耗原料乙苯的量，g。

参考文献

[1] 刘光永编.化工开发实验技术[M]（第一版）.天津：天津大学出版社，1994.4

[2] 吴指南主编.基本有机化工工艺学[M]（修订版）.北京：化学工业出版社，1990.6. [3] 魏文德编.有机化工原料大全[M]（第三卷）. 北京：化学工业出版社，1990.6.

备注：1、每组学生在实验前，在教师指定日期下午4：00~5：00到实验室预习。

2、每组学生实验前由组长负责上交实验分工。

3、每位学生在正式实验前上交预习实验报告。预习实验报告、实验报告格式请按下发格式要求编写。

4、请在预习报告中分别画出原始记录、粗产品分析结果两个表（格式参考下发样表）。

5、粗产品色谱结果表由指导教师打印下发，学生个人复印色谱表，并附在实验报告书后面。

5