氣固相催化反應(yīng)實驗-預(yù)習(xí).docx

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1、化工專業(yè)實驗預(yù)習(xí)報告實驗名稱氣固相催化反應(yīng)實驗班級姓名學(xué)號成績實驗時間同組成員一、實驗預(yù)習(xí)1.實驗?zāi)康模?）掌握乙醇脫水實驗的反應(yīng)過程和反應(yīng)機(jī)理、特點。（2）學(xué)習(xí)氣固管式催化反應(yīng)器的構(gòu)造、原理和使用方法。（3）學(xué)習(xí)如何對實驗體系進(jìn)行物料衡算，確定收率和轉(zhuǎn)化率。（4）學(xué)習(xí)氣體在線分析的方法和定性、定量分析，學(xué)習(xí)手動進(jìn)樣分析液體成分。（5）學(xué)習(xí)微量泵的使用，學(xué)會使用濕式流量計測量氣體流量。2.實驗原理1）乙醇脫水反應(yīng)歷程或Al2O3,260℃或Al2O3,350~400℃實驗表明，乙醇脫水可生成乙烯和乙醚兩種化合物，但在濃硫酸或三氧化二鋁催化下，控制溫度可使反應(yīng)生成其中一種化

2、合物為主，反應(yīng)如下：CH3CH2OH濃H2SO4,170℃CH2=CH2+H2O2CH3CH2OH濃H2SO4,140℃C2H5OC2H5+H2O可見，乙醇的脫水方式隨反應(yīng)溫度而異，在較高溫度時主要發(fā)生分子內(nèi)脫水生成乙烯，在較低溫度下則發(fā)生分子間脫水生成乙醚。對于乙醇脫水反應(yīng)，由于對機(jī)理及動力學(xué)的研究結(jié)論很難達(dá)成一致，主要存在兩方面的爭論：乙醇脫水機(jī)理是連串反應(yīng)機(jī)理、平行反應(yīng)機(jī)理還是平行-連串反應(yīng)機(jī)理；反應(yīng)機(jī)理是吸附于催化劑上的兩個臨近乙醇分子間進(jìn)行的L-H模型，還是一個氣相乙醇分子和一個催化劑上處于吸附態(tài)的乙醇分子之間進(jìn)行的R-E模型。乙醇脫水反應(yīng)的催化劑主要由γ-Al

3、2O3和酸性ZSM-5分子篩兩大類。Blaszkowski和VanSanten指出：氧化鋁型催化劑的催化機(jī)理和分子篩不同，γ-Al2O3的催化活性與其表面脫氫過程中形成的Lewis酸-Lewis堿對有關(guān)，富電子的陰離子氧表現(xiàn)出堿的特性，缺電子的陽離子鋁表現(xiàn)出酸的特性。相反，酸性分子篩的催化活性與Bronst酸-Lewis堿對有關(guān)，Bronst酸發(fā)生氫轉(zhuǎn)移，而它鄰近的Lewis堿能接受質(zhì)子。在此基礎(chǔ)上，CoryB.Phillips等以ZSM-5分子篩為催化劑，提出乙醇脫水反應(yīng)屬于平行反應(yīng)，會生成乙氧基這一中間產(chǎn)物，并且他們認(rèn)為生成乙醚的過程與甲醇脫水生成二甲醚的過程非常相似

4、。JunkoN.Kondo等利用原位紅外檢測也證實在反應(yīng)過程中乙氧基這一中間產(chǎn)物的存在。Chang等提出只要催化劑上存在足夠多的酸性位，乙醇可以直接反應(yīng)生成乙烯。R.LeVanMao等在ZSM-5分子篩基礎(chǔ)上提出在523~598K范圍內(nèi)乙醇直接生成乙烯，448~498K范圍內(nèi)乙醇生成乙醚，而498~523K范圍內(nèi)生成乙烯和乙醚，反應(yīng)是在Bronst酸中心上進(jìn)行的。河北工業(yè)大學(xué)及上海石油化工研究院等對乙醇脫水反應(yīng)進(jìn)行了研究，同樣認(rèn)為乙醇脫水反應(yīng)符合平行反應(yīng)機(jī)理。實驗以改性分子篩為催化劑，在消除內(nèi)外擴(kuò)散的前提下，對乙醇脫水反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)合文獻(xiàn)，對本體系條件下提出如下

5、反應(yīng)機(jī)理：乙醇脫水生成乙烯和乙醚的反應(yīng)屬于平行反應(yīng)，反應(yīng)機(jī)理模型是吸附于催化劑上的2個鄰近乙醇分子之間進(jìn)行的L-H模型，具體反應(yīng)歷程如下：CH3CH2OH+HXHXCH3CH2OH(1)HXCH3CH2OHCH3CH2OH2++X-(2)CH3CH2OH2++HXCH3+CH2+HXH2O(3)CH3+CH2+X-CH3CH2X(4)CH3CH2X+HXCH3CH2OHHXCH3CH2OCH2CH3+H+X-(5)CH3CH2XC2H4+HX(6)HXCH3CH2OCH2CH3+HHXCH3CH2OCH2CH3H+(7)HXCH3CH2OCH2CH3+HHXCH3CH2O

6、CH2CH3+H+(8)HXCH3CH2OCH2CH3HX+CH3CH2OCH2CH3(9)HXH2OHX+H2O(10)H++X-HX(11)反應(yīng)（3）、（7）或（8）、（12）分別為乙醇吸附、表面反應(yīng)、水脫附的反應(yīng)，均有可能成為反應(yīng)的控制步驟，其余步驟為快速平衡的過程。2）乙醇脫水反應(yīng)所采用的催化劑目前已報道的乙醇脫水催化劑有:白土、活性氧化鋁、氧化硅、磷酸、硫酸、氧化釷、氧化鎘、氧化鋯、磷酸鈣、雜多酸鹽、分子篩、鋁酸鋅、Al2O3/SiO2、Al2O3/Cr2O3、Al2O32MgO/SiO2等,在工業(yè)上有應(yīng)用報道的乙醇脫水催化劑主要有:活性氧化鋁、活性白土、Al2

7、O3/SiO2、Al2O32MgO/SiO2等。本實驗采用的催化劑（ZSM-5分子篩）。ZSM一5沸石分子篩的晶體，具有豐富的微孔通道和孔穴，在ZSM一5分子篩中進(jìn)行的催化反應(yīng)面臨以下三種不同的條件和結(jié)果（即選擇性）：(1)由于大多數(shù)活性中心都已被限制在孔結(jié)構(gòu)之內(nèi)，所以，只有那些半徑與分子篩孔徑相當(dāng)（較大或略大）的反應(yīng)物分子，才有可能進(jìn)入孔內(nèi)，并在其中的活性中心上發(fā)生反應(yīng)。而無法進(jìn)入孔內(nèi)的反應(yīng)物，只有在為數(shù)很少的外表面的活性中心上反應(yīng)。(2)只有那些進(jìn)入孔后而又能再從孔中擴(kuò)散出來的分子，才可能作為產(chǎn)品出現(xiàn)。當(dāng)然，這種分子也只占