文档介绍：课程名称:
物理化学实验
实验题目:
Cu-Zn-Zr-Al-O催化剂催化
乙酸乙酯的合成
指导教师:
报告作者:
2010-09-20
Cu-Zn-Zr-Al-O催化剂催化乙酸乙酯的合成
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乙酸乙酯作为重要的精细化工原料,广泛应用于油漆、涂料、人造革、硝酸纤维素、粘合剂、医药等领域。近年来乙酸乙酯在国内外的应用增长较快,随着国内涂料、粘合剂产品环保要求的进一步提高,早期的甲苯等芳香族化合物已经逐渐被酯类化合物尤其是乙酸乙酯所取代,乙酸乙酯作为无毒溶剂,其应用得到广泛的重视,因此将会进一步推动乙酸乙酯的市场增长。
乙酸乙酯的主要生产工艺可以分为三类:
①.经典的Fischer乙酸乙醇酯化法,该方法以硫酸或对甲基苯磺酸为催化剂:
②.以三乙醇铝为催化剂催化乙醛发生羰基加成反应,在德国和日本绝大多数乙酸乙酯都是利用该反应来制备的:
③.最近才被商业使用的是以粘土和杂多酸为催化剂,使乙酸和乙烯加成从而制备乙酸乙酯:
以上三种工艺都有或多或少的缺点,如传统的酯化法和乙烯乙酸加成法都必须使用储料罐等类似设备来供料,而且乙酸原料会造成设备腐蚀。尽管羰基加成只使用一种原料,但是乙醛并非石油化工直接产品而且具有毒性,给生产操作带来很大的困难。在这种条件下。急需一种改进的乙酸乙酯生产工艺。
乙醇脱氢二聚法由于其工艺过程简单、无腐蚀性、毒性小和只使用乙醇一种原料已经成为一种非常吸引人的工艺。因此,我们可以为该过程设计一个简单的反应器,并且粮食发酵产生的乙醇就可以作为原料加以利用,实现了原料的可再生。关于乙醇脱氢二聚还有几项开创性研究,主要分为两类,包括氧化和非氧化过程:
前者由于反应器中存在乙醇和氧气的混合型气体,存在爆炸的危险。相比较而言,后者作为化工生产过程就有许多优点,包括不使用具有爆炸性的混合物,副产物氢气可以被其他加氢过程所利用。早在1953年就报道了利用多项催化剂Ranny铜催化乙醇脱氢形成乙酸乙酯。此后,许多科学家相继报道了各种含铜催化剂催化该反应的文章。从纯铜到Cu-Al-Zn-O再到Cu-Zr-O都具有催化能力。常压下乙酸乙酯的选择性最高达到56%。1999年Kvaerner公司推出了一种新型催化剂,即商业化的Cu-Cr-O催化剂,尽管其具有开创性,但其时空产率却不高,
496K %,%。
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前面提到的技术却还没有达到化工生产所需的经济要求,特别要考虑的是乙酸乙酯的时空产率,乙酸乙酯的选择性和丁酮副产物的产量。在实际的工厂运转中,产物中的丁酮将为乙酸乙酯的纯化带来一系列的问题。这是因为丁酮和乙酸乙酯会形成共沸混合物。简单蒸馏和减压蒸馏都不能将混合物完全分离的。
本实验的意义就在于我们已经设计出了一种高效性的,高选择性的同时抑制丁酮形成的催化剂。除此以外,催化剂的活性比较高,从而使乙酸乙酯的时空产率高,并且有利于脱氢反应器的小型化。
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①了解到催化剂常用的制备方法和微型催化剂反应器各部件的工作原理。
②掌握测定催化剂活性和选择性的基本方法。
③考察各种催化剂的制备方法、制备条件和反应条件对低碳醇脱氢反应的影响
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①.了解乙醇转化为乙酸乙酯的发展现状。查阅所用催化剂体系的合成方法,物理性质及结构性质的表征方法。查阅该反应的反应条件,反应产物的分析方法。
②.选择催化剂的组成,根据资料确定合成方法:包括所用原料、仪器设备、合成条件、组成及结构的测定方法。设计确立催化反应装置,反应条件;确定反应产物的分析方法和实验数据的处理方法。
③.设计详细的实验步骤,将拟订方案经交指导老师审阅同意后按方案完成实验。
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名称
规格
厂家
无水乙醇
三水合硝酸铜
六水合硝酸锌
五水合硝酸锆
九水合硝酸铝
氢氧化钠
AR
AR
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AR
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北京北化精细化学品有限责任公司 
天津市福晨化学试剂厂
天津市福晨化学试剂厂
天津市光复精细化工研究说
天津市天大化工实验厂
北京化工厂
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微型反应器,气相色谱仪,双柱塞微量泵,超微量泵,加热炉(附带温控仪),六通阀,四通阀,秒表,流量计。
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①催化剂的制备:
对照参考文献[2],我们已知了当催化剂各组成成分的比例满足Cu:ZnO:ZrO2:Al2O3=12:1:2:2时,该型催化剂的转化率,选择性和使用寿命是最好的。因此本次实验我们即制备这种比例的催化剂。
以相应的硝酸盐溶液为原料,3mol/L NaOH溶液为沉淀剂,采用传统的共沉淀的方法制备该铜基催化剂,向500ml烧杯