5-乙醇氣相脫水制乙烯動力學實驗

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1、一、實驗目的1、鞏固所學的有關動力學方面的知識；2、掌握獲得的反應動力學數(shù)據(jù)的方法和手段；3、學會動力學數(shù)據(jù)的處理方法，根據(jù)動力學方程求出相應的參數(shù)值；4、熟悉內(nèi)循環(huán)式無梯度反應器的特點以及其他有關設備的特點以及其它有關設備的使用方法，提高自己的實驗技能。二、實驗原理乙醇脫水屬于平等反應。既可以進行分子內(nèi)脫水成乙烯，又可以分子間脫水生成乙醚。一般而言，較高的溫度有利于生成乙烯，而較低的溫度則有利于生成乙醚。因此，對于乙醇脫水這樣一個復合反應，隨著條件的變化，脫水過程的機理也會有所不同。借鑒前人在這方面做的工作，講乙醇在分子篩催化劑作業(yè)下的脫水過程描述成：較低溫度：較高溫度：三、實驗裝置、流程及

2、試劑1.實驗裝置裝置由三部分組成：第一部分是有微量進料泵，氫氣鋼瓶，汽化器和取樣六通閥組成的系統(tǒng)；第二部分是反應系統(tǒng)，它是由一臺內(nèi)循環(huán)式無梯度反應器，溫度控制器和顯示儀表組成；第三部分是取樣和分析系統(tǒng)，包括六通閥，產(chǎn)品收集器和在線氣相色譜信。2.實驗流程如下圖所示：3.試劑和催化劑：無水乙醇，優(yōu)級純；分子篩催化劑，60～80目，重0.4克。圖1、內(nèi)循環(huán)無梯度反應色譜實驗裝置流程示意圖四、實驗步驟1、打開H2鋼瓶使柱前壓達到0.5kg/cm2確認色譜檢測中截氣通過后啟動色譜，柱溫110℃，汽化室130℃，檢測室溫達到120℃，待溫度穩(wěn)定后，打開導熱池——微電流放大器開關，橋電流至100mA；2、

3、在色譜儀升溫的同時，開啟閥恒溫箱加熱器升溫至110℃，開啟保溫加熱器升溫至160℃；3、打開反應器溫度控制開關，升溫，同時向反應器冷卻水夾套通冷卻水。4、打開微量泵，以小流量向氣化器內(nèi)通原料乙醇；5、用閥箱內(nèi)旋轉(zhuǎn)六通閥取樣分析尾氣組成，記錄色譜處理的濃度值；6、在200～380℃之間選擇三個溫度，測定各種條件下的數(shù)據(jù)。五、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理Ⅰ原始數(shù)據(jù)記錄：表1、實驗基本數(shù)據(jù)記錄①燒杯質(zhì)量g②燒杯質(zhì)量g乙醇流量g乙醇密度g/cm3催化劑用量g115.56112.620.300.790.4表2、實驗時數(shù)據(jù)記錄組號總質(zhì)量g燒杯中液體質(zhì)量g溫度℃平均溫度℃①1116.711.15182.8~184.4

4、185.2℃2113.761.14184.4~185.03113.761.14185.6~188.8②1116.681.12221.5~230.5228.2℃2113.771.15230.5~230.2③1116.661.10260.0~260.9258.6℃2113.751.13257.4~260.03113.721.10255.7~257.4Ⅱ數(shù)據(jù)處理：①數(shù)據(jù)處理表格：表3、乙烯質(zhì)量的求取組號溫度℃乙烯質(zhì)量g乙烯平均質(zhì)量g①1185.20.0350.04220.04530.045②1228.20.0650.05020.035③1258.60.0850.07520.05530.085m(乙醇

5、)=0.79g/cm3×1.5ml=1.185g表4、乙烯重要計算數(shù)據(jù)記錄組號乙烯轉(zhuǎn)化率乙烯收率乙烯進料速度mol/h乙烯生成速率mol/(g·h)①5.82%5.82%0.3080.0448②6.93%6.93%0.3080.0534③10.4%10.4%0.3080.0801表5、活化能求取過程所需數(shù)據(jù)組號X(乙醇)PAPaCAmol/lKlnK1/T℃①88.36%883600.02321.930.662.18×10-3②86.14%861400.02072.580.951.99×10-3③79.20%792000.01794.471.501.88×10-3①數(shù)據(jù)處理舉例：以第為①例：m

6、(乙烯)=0.042gn(乙烯)=m/M=0.042/28=0.0015moln(乙醇)=n(乙烯)=0.0015mol乙醇的轉(zhuǎn)化率=反應掉的乙醇的摩爾數(shù)/原料中乙醇的摩爾數(shù)=0.0015/(1.185/46)=5.82%乙醇的收率=生成乙烯的摩爾數(shù)/原料中乙醇的摩爾數(shù)=0.0015/(1.185/46)=5.82%乙醇的進料速度=乙醇液的體積流量×0.7893(乙醇的密度)/46.07(乙醇分子量)=0.30×0.7893/46.07=5.14×10-3mol/min=0.308mol/h乙烯的生成速率=乙醇進料速度×乙烯收率/催化劑用量(mol/g·h)=0.308×5.82%/0.4=0

7、.0448mol/g·hX(乙醇)=100%-5.82%-5.82%=88.36%PA=X(乙醇)×P=88.36%×0.1×106=88360PaT=185.2+273.15=458.35K反應器中乙醇的濃度：CA=PA/RT=88360/(8.314×458.35)=23.2mol/m3=0.0232mol/lK=γ/CA=0.0448/0.0232=1.93lnK=0.658同理可得表4數(shù)據(jù)