【精选】实验22 乙苯脱氢制苯乙烯

实验22 乙苯脱氢制苯乙烯

一、实验目的与要求

1、了解苯乙烯制备过程，设计合理工艺流程，并安装好实验装置。

2、掌握检查实验装置漏气的方法。

3、学会稳定操作条件的方法，正确取好数据，并计算其结果，如空速，转化率、产率及收率。

4、学会使用温度控制和流量控制的一般仪表、仪器。

5、作出反应温度对转化率，选择性、收率的影响曲线图。

二、原料及产品性质（略）

三、主副反应及影响反应的因素

主反应：

ΔH 298K =115千焦/摩尔 副反应：C 6H 5C 2H 5→C 6H 6+C 2H 4等

在水蒸汽存在下还能发生下列转化反应：

CH 4+H 2O →CO+3H 2，C 6H 5C 2H 5+2H 2O →C 6H 5CH 3+CO 2+3H 2 C 2H 4+2H 2O →2CO+4H 2

此外还有芳烃脱氢缩合及苯乙烯聚合，生成焦油和焦炭，也可能有深度裂解生成C 和H 2等副反应发生。

1、温度的影响

乙苯脱氢反应为吸热反应，故温度对反应影响很大，本实验一般控制在540℃～600℃。

2、压力的影响

乙苯脱氢为增加体积的反应，降低压力有利于平衡向脱氢方向移动，本实验加水蒸汽的目的是降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。较适宜的水蒸汽用量为水蒸汽： 乙苯=8:1（摩尔）=1.5:1（体积）

3、空速的影响

乙苯脱氢反应系统中有平行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，适宜的接触时间与催化剂的活性及反应温度有关，在实验所用的铁系催化剂上，乙苯的液空速以0.6hr -1为宜。

四、催化剂

本实验脱氢催化剂采用氧化铁系催化剂，其组成为 Fe 2O 3—CuO —K 2O —Cr 2O 5—CeO 2。

C 6H 5C 2H 5H 2

C 6H 5CH CH 2+℃

五、实验部分

1、实验装置

图1 实验装置流程图

1.乙苯计量管

2.加料泵

3.水计量管

4.加料泵

5.温度显示仪

6.管式电炉

7.管式反应器8.温度控制器9. 冷凝器10.气液分离器11.冷凝器12.湿式流量计

2、反应条件控制

预热温度300℃,脱氢反应温度540℃～600℃，水：乙苯=1.5:1（体积比）。

相等于乙苯加料0.5ml/分，蒸馏水0.75ml/分左右（50毫升催化剂）。

3、操作步骤

（1）安装好设备及电路，待教师检查后认为合格后，方可开始操作。检查

反应系统的密封性，用0.1MPa压力表，数分钟内压力不变即符合要求，也可用

肥皂泡试漏。

（2）接通电源，使反应器的预热段、反应段分别逐步升温至预定的温度，

同时打开冷却水。

（3）当预热温度达到300℃，反应温度达400℃左右开始加入蒸馏水，校正

水流量，（0.75ml/分），然后校正乙苯流量（0.5ml/分）并使之稳定半小时。

（4）反应开始每隔10～20分钟取一次样品，每个温度至少取二个样品，产

品液从分离器中放入量筒，然后用分液漏斗分去水层，称出烃液重量。

（5）反应结束，停止加乙苯原料，反应温度维持在500℃左右，继续通水

蒸汽，进行催化剂的清焦再生，约半小时后停止通水蒸汽，并降温。

4、脱氢液用液相色谱分析，然后算出各组份的百分含量。

六、实验记录及计算

1、原始记录

乙苯转化率=

%100)

()

(?克投入乙苯量克反应掉乙苯量

苯乙烯选择性=

%100)

()

(?摩尔数反应掉乙苯量摩尔数生成苯乙烯量

苯乙烯收率=转化率×选择性

4、将转化率、选择性、收率对脱氢温度作出图表，找出最适宜的反应温度区。

六、思考题

1、乙苯脱氢反应中对于等温式反应器与绝热式反应器，它们的催化剂床层反应温度分布情况如何，本实验装置的温度差在哪里？

2、进行反应物料衡算，需要一些什么数据，已有的数据如何来进行处理？

3、为什么乙苯脱氢制苯乙烯反应需要控制适宜温度？

实验23 乙苯脱氢产物的高效液相色谱分析

一、实验目的

1、了解高效液相色谱分析的基本原理。

2、了解高效液相色谱仪的基本构成单元和各单元的作用。

3、了解高效液相色谱分析的定量分析基础，掌握外标法和内标法进行定量分析的基本原理和应用场合。

二、实验原理

1、分离原理

色谱分析是流动相载着样品在固定相上的分离过程，分气相色谱和液相色谱两大类。气相色谱的流动相是气体，固定相可以是固体，也可以是液体，称气固色谱和气液色谱。在气相色谱的各类分析技术中，根据分析柱种类不同分填充柱气相色谱、毛细管柱气相色谱；根据柱温分类，有等温气相色谱法和程序升温气相色谱法。气相色谱分离原理通常是吸附和分配平衡原理。流动相是液体的统称为液相色谱，经典的纸层析、薄板层析、柱层析都属于液相色谱范畴，现代的液相色谱具有流动相高压输送，分离效率高和分离速度快的特点，称为高压液相色谱或高效液相色谱或高速液相色谱，简称HPLC ，其分离原理是被分离组分在流动相和固定相之间进行的一种连续多次的交换过程，它是借被分离组分在两相间分配系数、亲合力、吸附能力、离子交换能力或分子大小不同引起的排阻作用的差别使样品中的不同成分实现分离。根据液相色谱的分离原理分类，有分配色谱、吸附色谱、离子色谱和凝胶色谱等。

乙苯脱氢产物的高效液相色谱分析是将产物（含乙苯、苯乙烯、甲苯、苯等）靠流动相的洗脱在色谱柱（固定相）上实现分配分离，分配系数小的组分（分配系数K=

组分在流动相的浓度

组分在固定相中的浓度

）先被洗脱，出峰保留时间小，分配系数大的组

分后被洗脱，出峰时间长，从而实现分离。被分离的组分按先后顺序通过紫外可见分光检测器（根据产物具有紫外吸收的特点）被检测，转变为电信号后在色谱工作站上记录峰的位置（保留时间）和大小（峰面积），进行定性和定量计算。

2、内标、外标面积定量分析方法的理论依据

色谱分析的定量分析方法主要有带校正因子的面积归一法（当被分离的各组分为同系物，且各组分都能出峰时，其校正因子近似相等，可采用面积归一法）、内标定量法和外标定量法。

（1）内标法：准确称取样品，加入一定量某纯物质作为内标物，然后进行色谱分析，根据被测组分和内标物在色谱图上相应的峰面积（或峰高）和相对校正因子，求出某组分的含量：

∵

002f A f A G G i i i = ∴0

00f A G

f A G i i i = （1） G i %=

%100%100000?=?m

i i m i G f A G

f A G G (2) 式中 G 0、G m 、G i 分别为内标、样品和组分重量

A 0、A i 为内标，组分各自峰面积；

f 0、f i 为内标，组分各自重量校正因子，通常取f 0=1 G i %=

m

i i G A G f A 00

(3) 简化内标法： 将式（1）可写成：

0i 00'G G · G G k f f A A i i i == 得到以

G G i

对A i /A 0作用为过原点的直线，其斜率为k ′，若各次加入的内标物相等，得

i i

G k A A "0

= 内标法的适应范围：混合物组分不能完全流出的样品，检测器不能对所有组分都有响应者，分离不完全的样品而只需测定某几个能分离组分者。

内标法的要求：内标物必须是待测组分中不存在的，内标峰与试样中的所有组分峰能彻底分开，内标峰应尽量与被测峰接近，内标加入量也应接近被测组分量。

简化内标法是工厂经常用的一种方法，其优点是不必知道校正因子，也消除了外标法进样量要求相当精确，操作条件要求严格控制的制约。

（2）外标法：将欲测组分的纯物质配制成不同浓度的标准溶液，使浓度与待测组分的浓度相近，然后取固定量的上述溶液进行色谱分析，得到标准样品对应的色谱图，以峰面积（峰高）对标准样品量（浓度）作图，得标准曲线（外标曲线）。分析样品，在前述完全相同的色谱条件下，进与标准样品同样量的试样，测得该试样的响应信号后，由标准曲线即可查出待测试样的量（浓度）。

外标法是优点是：定量直观，但操作条件要求一致，进样量要求精确，标准曲线需要经常更换（重新制作标准曲线）。

三、液相色谱仪器框图与仪器和试剂

仪器框图

—→色谱分离柱—→—→馏分收集器

1、各组成单元的作用：

（1）载液：作流动相用，一般由一混合溶液组分，本实验用一定比例的CH3OH/H2O作流动相。

（2）泵：输送流动相之用，严格计量，一般流量设定在1ml/min左右。有往复、脉冲泵等之分，可用单元、双元、三元泵，是高压泵。

（3）进样器：有自动进样器和手动进样器（六通阀）之分，进样之用。

（4）色谱分离柱：色谱仪的心脏，样品组分在此实现分离。

（5）检测器：使被分离组分在此被检出，液相色谱检测器通常有示差折元检测器（RID），紫外可见分光光度检测器（SPD）、荧光检测器（RF），电导检测器（CD），电化学检测器（ECD）等，根据不同样品的性质，选取不同的检测器。

（6）色谱工作站，将被检测器检测到的不同物理信号转变为电信号（mv），记录峰的位置与大小。

2、所用仪器与试剂：

（1）带紫外可见分光光度检测器、色谱工作站的高效液相色谱仪

（2）超声波清洗器（3）电子分析天平（4）各种玻璃仪器（容量瓶、量筒等）

（5）甲醇（A.R）（6）乙苯、苯乙烯（A.R）、甲苯、苯（7）二次去离子水

四、实验步骤

1、安装色谱柱、检查流路；

2、用分析纯的纯甲醇清洗流路，流量1ml/min,平衡色谱柱（30分钟）；

3、配制流动相，甲醇/水，体积比70/30，并脱气；

4、2步完成后，用流动相平衡色谱柱，流速0.5ml/min～1ml/min；

5、设定色谱条件（紫外吸收波长λ=254nm）；

6、称取标准样品和待测样品并配制样品溶液和标准溶液；

7、进样分析。

五、实验记录

以外标法分析乙苯脱氢产物中乙苯和苯乙烯的百分含量

1、标准溶液的配制（称取一定量标样乙苯和苯乙烯于25ml容量瓶中，用甲

2、样品溶液的配制（同1）

六、数据处理

1、作乙苯和苯乙烯的外标曲线图

2、计算样品中乙苯和苯乙烯的量

根据被分析样品中乙苯和苯乙烯的峰面积，从上两标准曲线中，查得乙苯和苯乙烯的量m i ,m j ，再计算样品中乙苯和苯乙烯的含量。

乙苯%=

%100?样品m m i

苯乙烯%=%100?样品

m m j

七、思考题

1、外标法和内标法的优缺点是什么？什么情况下适应外标法。

2、液相色谱的分离原理有哪些，怎么选择液相色谱检测器？