实验一 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种制备苯乙烯的过程。 2．学会使用化学工艺类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
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
??lnKp 乙苯脱氢反应为吸热反应，?H?0，从平衡常数与温度的关系式???T?0??H0???RT2?P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
??乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式
?PKp?Kn?总??ni?????可知，当时???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使降低乙苯的分压，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，本实验乙苯的液空速以0.6/h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
图4-1-1 实验装置流程图
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？
答：吸热反应；反应温度升高，平衡向生成乙苯的方向移动；反应温度为540℃；本实验采用采用的方法是接通电源使汽化器、反应器分别逐步升温至预定温度。汽化器温度达到300度后反应 器温度达400度左右开始加入已校正好流量的蒸馏水。当反应度达到500度左右时，加入已校正好流量的乙苯，继续升温至540度使之稳定。加热温度用热电偶控制。工业上乙苯脱
氢时常加入适量氧气，在合适的条件下，氧气与生成的氢气化合成水，相当于移走生成物氢气，促进平衡向生成苯乙烯的方向移动
（2）对本反应而言使体积增大还是减小？加压有利还是减压有利？工业上使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的分压？
答：乙苯脱氢生成苯乙烯为体积增加的反应；从平衡常数与压力的关系可知降低总压P总可使Kn增大，从而增加反应的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。工业上，通过加水蒸气和乙苯的混合气来实现减压操作；本实验采用加水蒸气的方法来降低乙苯分压以提高平衡转化，因为水蒸气热容量大；产物易分离；产物不起反应；水蒸气还可以保护裂解炉管；水蒸气还有清焦作用。
（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？
答：液体产物：苯乙烯、乙苯、苯、甲苯 。气体产物：甲烷、乙烷、乙烯、氢气、二氧化碳、（水蒸气） （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？
答：进行反应物料衡算需要乙苯的和水的加入量，精产品水层量和烃层量，并对粗产品中苯、甲苯、乙 苯和苯乙烯含量进行分析，从而计算乙苯的转化率、苯乙烯的先择性和收率。
五．实验步骤与方法 （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0.5毫升/分钟，蒸馏水
0.75毫升/分钟（50毫升催化剂）。
（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。
3) 分别校正蒸馏水和乙苯的流量（0.75毫升/分钟和0.5毫升/分钟）。当汽化器温度达到300℃，反应器升至400℃，
开始加入蒸馏水，并校正好流量为0.75ml/分。
4) 当反应温度升至500℃，加入乙苯，并校正好流量0.5ml/分，继续升温至540℃，使之稳定半小时。
5）反应开始每隔10～20分钟取一次数据，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，称出烃层重量。
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。
3)计算结果 乙苯的转化率：
RFP?100% 苯乙烯的选择性： S??100% FFRF苯乙烯的收率： Y???S?100%
??七．符号说明
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；
?—原料的转化率%；
S—目的产物的选择性%； Y—目的产物的收率； RF—原料消耗量，g； FF—原料加入量，g； P—目的产物的量，g。
??
—反应前后摩尔数变化；
0—298K下标准热焓，KJ/mol； ?H298