化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱氣固相催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)成績(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)間同組成員一、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)一、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握乙醇脫水實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)過程和反應(yīng)機(jī)理、特點(diǎn)。（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(duì)實(shí)驗(yàn)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(dòng)進(jìn)樣分析液體成分。（5）學(xué)習(xí)微量泵的使用，學(xué)會(huì)使用濕式流量計(jì)測(cè)量氣體流量。2.實(shí)驗(yàn)原理

2、實(shí)驗(yàn)原理1）乙醇脫水反應(yīng)歷程）乙醇脫水反應(yīng)歷程實(shí)驗(yàn)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)生成其中一種化合物為主，反應(yīng)如下：32濃24170℃→2=22232濃24140℃→25252可見，乙醇的脫水方式隨反應(yīng)溫度而異，在較高溫度時(shí)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(duì)于乙醇脫水反應(yīng)，由于對(duì)機(jī)理及動(dòng)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(zhēng)論：乙醇脫水機(jī)理

3、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；○1反應(yīng)機(jī)理是吸附于催化劑上的兩個(gè)臨近乙醇分子間進(jìn)行的LH模型，還是一個(gè)氣相乙醇分子和一個(gè)○2催化劑上處于吸附態(tài)的乙醇分子之間進(jìn)行的RE模型。乙醇脫水反應(yīng)的催化劑主要由γAl2O3和酸性ZSM5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，γAl2O3的催化活性與其表面脫氫過程中形成的Lewis酸Lewis堿對(duì)有關(guān)，富電子的陰離子氧表

4、現(xiàn)出堿的特性，缺電子的陽(yáng)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(duì)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，CyB.Phillips等以ZSM5分子篩為催化劑，提出乙醇脫水反應(yīng)屬于平行反應(yīng)，會(huì)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。JunkoN.Kondo等利用原位紅外檢測(cè)也證實(shí)在反應(yīng)過程中乙氧基這一中間產(chǎn)物的存在。Ch

5、ang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ZSM5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(duì)乙醇脫水反應(yīng)進(jìn)行了研究，同樣認(rèn)為乙醇或23350~400℃或23260℃本實(shí)驗(yàn)采用的催化劑（ZSM5分子篩）。ZSM一5沸石分子篩的

6、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?gòu)目字袛U(kuò)散出來的分子，才可能作為產(chǎn)品出現(xiàn)。當(dāng)然，這種分子也只占一部分，而其余的產(chǎn)

7、物分子，或者體積較大，或裂解成堵塞孔道、或使催化劑失活的小分子，則也不能從孔中排除作為產(chǎn)物出現(xiàn)。(3)某些孔內(nèi)反應(yīng)，因?yàn)樾枰纬审w積較大的過度狀態(tài)（或中間態(tài)）分子，由于它們受到分子篩孔道孔穴尺寸的約束和限制，使得這些過度態(tài)的中間產(chǎn)物，難以在孔中形成；反之，分子較小的過度態(tài)產(chǎn)物，則可以形成。由于ZSM5分子篩具有巨大的內(nèi)表面因此分子篩的活性中心不僅存在于分子篩表面上，而且內(nèi)表面業(yè)存在催化活性中心起到催化作用。在實(shí)驗(yàn)中，由于反應(yīng)生成的產(chǎn)物乙

8、醚和未反應(yīng)的乙醇留在了液體冷凝器中，而其他幾個(gè)產(chǎn)物都是揮發(fā)氣體，進(jìn)入尾氣濕式流量計(jì)計(jì)量總體積后排出。對(duì)于不同的反應(yīng)溫度，通過計(jì)算不同的轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率，可以得到不同反應(yīng)溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)，并得到溫度的關(guān)聯(lián)式。3.實(shí)驗(yàn)儀器和藥品實(shí)驗(yàn)儀器和藥品儀器：乙醇脫水氣固反應(yīng)器、氣相色譜及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)、精密微量液體泵。藥品：乙醇脫水催化劑、化學(xué)純乙醇、分析純乙醚、蒸餾水。4.實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟（1）裝填催化劑（2）流量計(jì)準(zhǔn)備（3）安裝反應(yīng)

9、器（以上三步實(shí)驗(yàn)時(shí)已做好）（4）打開電源總開關(guān)，按照實(shí)驗(yàn)要求，調(diào)整好色譜條件：載氣；氫氣（氫氣發(fā)生器）；柱箱溫度：150oC；進(jìn)樣器溫度：150oC；檢測(cè)器溫度：150oC；色譜柱：乙醇脫水專用（內(nèi)徑4mm，長(zhǎng)3m）。（5）將反應(yīng)器加熱溫度設(shè)定為260oC，預(yù)熱器溫度設(shè)定為200oC（可以根據(jù)反應(yīng)器溫度的分配情況調(diào)節(jié)）。溫度設(shè)定無誤后打開加熱開關(guān)在開始加熱時(shí)可用自整定設(shè)置。（6）在溫度達(dá)到設(shè)定值后，繼續(xù)穩(wěn)定10～20分鐘，然后開始加入乙