实验二十八 乙苯脱氢制苯乙烯

A 实验目的

(1) 了解以乙苯为原料，氧化铁系为催化剂，在固定床单管反应器中制备苯乙烯的过程。

(2) 学会稳定工艺操作条件的方法。 B 实验原理 1．本实验的主副反应 主反应：

-CH2 -CH3-CH=CH2+ H2117.8 KJ/mol 副反应：

-C2H5+ C2H4

105 KJ/mol-C2H5+H2+ C2H6-31.5 KJ/mol-C2H5+H2£«£­£­£­-CH3£­£­+ C2H4-.4 KJ/mol

在水蒸汽存在的条件下，还可能发生下列反应：

-C2H5+2H2O£­£­£­- CH­£­3£«+CO2+

3H2

此外还有芳烃脱氢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的选择性下降，而且极易使催化剂表面结焦进而活性下降。

(1) 影响本反应的因素 1) 温度的影响

2

H0lnKPH0，乙苯脱氢反应为吸热反应，从平衡常数与温度的关系式2TPRT0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：0～600℃。

2) 压力的影响

P总乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式KPKnni可知，当0时，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：乙苯=1.5:1（体积比）=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0.6h为宜。

(2) 催化剂

本实验采用氧化铁系催化剂其组成为:Fe2O3CuOK2O3CeO2。 C 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？实验室是如何来实现的？工业上又是如何来实现的？

(2) 对本反应而言是体积增大还是减小？加压有利还是减压有利？工业上是如何来实现加减压操作的？本实验采用什么方法？为什么加入水蒸汽可以降低烃分压？

(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？ (4) 进行反应物料衡算，需要一些什么数据？如何搜集并进行处理？ D 实验装置及流程 见图2–52。

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-1

E 实验步骤与方法

563111247(1) 反应条件控制:

尾气汽化温度300℃，脱氢反应温度0～600℃，水:乙苯=1.5:1(体积

水比)，相当于乙苯加料0.5毫升/分，蒸馏水0.75毫

10升/分(50毫升催化剂)

(2) 操作步骤

12 水粗产品1) 了解并熟悉实验搞清物料走 装置及流程，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

图2–52 乙苯脱氢制苯乙烯工艺实验流程图

1–乙苯计量管；2、4–加料泵；3–水计量管；5–混合器；

6–汽化器；7–反应器；8–电热夹套；9、11–冷凝器；

10–分离器；12–热电偶

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/分和0.5毫升/分)

4) 当汽化器温度达到300℃后，反应器温度达400℃左右开始加入已校正好流量的蒸馏水。当反应温度升至500℃左右，加入已校正好流量的乙苯，继续升温至0℃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，称出烃层液重量。

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，继续通水蒸汽，进行催化剂的清焦再生，约半小时后停止通水，并降温。

(3) 实验记录及计算

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1) 原始记录

温度， ℃ 时间 原料流量， ml/10～20分 乙 苯 汽化器 反应器 始 终 始 水 终 粗产品， g 烃层液 水 层 尾气

2) 粗产品分析结果

反 应 温 度 ℃ 乙苯 加入 量 g 苯 含量% 重（g） 甲苯 乙苯 苯乙烯 粗 产 品 含量% 重（g） 含量% 重（g） 含量% 重（g） 3) 计算结果 乙苯的转化率：



RF100% FFSP100% RF苯乙烯的选择性： 苯乙烯的收率： F 结果与讨论

YS100%

对以上的实验数据进行处理，分别将转化率、选择性及收率对反应温度作出图表，找出最适宜的反应温度区域，并对所得实验结果进行讨论。

(包括曲线图趋势的合理性，误差分析，成败原因等) G 符号说明

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0 - 298K下标准热焓， KJ/mol； H298KP，Kn - 平衡常数； ni - i组分的摩尔数； P总 - 压力，Pa；

R - 气体常数； T - 温度，K；

 - 反应前后摩尔数变化；

 - 原料的转化率％；

S - 目的产物的选择性％；

Y - 目的产物的收率％； RF - 消耗的原料量， g； FF - 原料加入量， g； P - 目的产物的量， g。

参 考 文 献

[1] 吴指南主编 . 基本有机化工工艺学 . 北京：化学工业出版社，1990

[2] Kirk-Othemer . Encyclopedia of chemical Technology, 3rd ed ,Vol.4 Vol.21 [3] 安东新午等 . 石油化学工业手册 . 北京：化学工业出版社，1966

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