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实验4 乙醇脱水
化工专业实验报告
实验名称：固定床乙醇脱水反应研究实验 姓名： 邢瑞哲 实验时间： 同组人： 徐晗、苟泽浩 专业： 化学工程与工艺 组号： 3 学号： 3011207058 指导教师： 实验成绩：
固定床乙醇脱水反应研究实验实验报告
固定床乙醇脱水反应研究实验
1. 实验目的
① 掌握乙醇脱水实验的反应过程和反应机理特点，了解针对不同目的产物的反应条件对正、副反应的影响规律和生成的过程；
② 学****气固相管式催化反应器的构造、原理和使用方法，学****反应器正常操作和安装，掌握催化剂评价的一般方法和获得适宜工艺条件的研究步骤和方法；
③ 学****动态控制仪表的使用，如何设定温度和加热电流大小，怎样控制床层温度分布；
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④ 学****气体在线分析的方法和定性、定量分析，学****如何手动进样分析液体成分。了解气相色谱的原理和构造，掌握色谱的正常使用和分析条件选择；
⑤ 学****微量泵和蠕动泵的原理和使用方法，学会使用湿式流量计测量流体流量。
2. 实验仪器和药品
实验仪器：乙醇脱水气固反应器；气相色谱及计算机数据采集和处理系统；精密微量液体泵；蠕动泵。
药品：ZSM-5型分子筛乙醇脱水催化剂；分析纯乙醇；蒸馏水。
3. 实验原理
乙烯是重要的基本有机化工产品。乙烯主要来源于石油化工，但是由乙醇脱水制乙烯在南非、非洲、亚洲的一些国家中仍占有重要地位。
乙醇脱水生成乙烯和***，是一个吸热、分子数增多的可逆反应。提高反应温度、降低反应压力，都能提高反应转化率。乙醇脱水可生成乙烯和***，但高温有利于乙烯的生在，较低温度时主要生成***，有人解释这大概是因为反应过程中生成的碳正离子比较活泼，尤其在高温，它的存在寿命更短，来不及与乙醇相遇时已经失去质子变成乙烯．而在较低温度时，碳正离子存在时间长些，与乙醇分子相遇的机率增多，生成***。有人认为在生成产物的决定步骤中，生成乙烯要断裂C-H 键，需要的活化能较高，所以要在高温才有和于乙烯的生成。
目前，在工业生产方面，***绝大多数是由乙醇在浓硫酸液相作用下直接脱水制得。但生产设备会受到严重腐蚀，而且排出的废酸会造成严重的环境污染。因此，研究开发可以取代硫酸的新型催化体系已成为当代化工生产中普遍关注的问题。目前，在这方面的探索性研究已逐渐引起人们的注意，大多致力于固体酸催化剂的开发，主要集中在分子筛上，特别是ZSM-5分子筛。
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研究发现，通过对反应热力学函数的计算分析可了解到乙醇脱水制乙烯、制
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固定床乙醇脱水反应研究实验
***是热效应相反的两个过程，升高温度有利于脱水制乙烯（吸热反应），而降低温度对脱水制***更为有利（微放热反应），所以要使反应向要求的方向进行，必须要选择相适应的反应温度区域，另外还应该考虑动力学因素的影响。
本实验采用ZSM-5分子筛为催化剂，在固定床反应器中进行乙醇脱水反应研究，反应类型为气固相催化反应。其反应过程可以分为以下几个过程：
① 反应物分子??2??5????有气相主体扩散到催化剂颗粒外表面；
② C2H5OH分子由颗粒外表面向孔内扩散，到达可进行吸附/反应的活性中心； ③ 依次进行C2H5OH的吸附，C2H5OH在表面上的反应生成产物分子，产物分子自表面解吸，这个过程称为表面反应过程；
④ 产物分子由颗粒内表面扩散到外表面； ⑤ 产物分子由外表面扩散到气相主体；
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从以上过程可以看出，气固相催化反应的反应速率由以下三个方面共同决定： ① 外扩散速率：可用费克第一定律描述，与气相主体和颗粒表面的浓度差和分子扩散系数有关；
② 内扩散速率：与内扩散有效因子，颗粒表面与活性中心处的浓度差有关； ③ 表面反应速率：由反应本征动力学决定；
对于不同的催化剂，可以通过计算内扩算有效因子η、外扩散有效因子ηx及总有效因子η得到扩散对反应速率的影响。当空速较小时，气相主体浓度较低，内、外扩散都有影响，反应速率低；当空速（本实验中通过乙醇流速反应）增大时，外扩散影响逐渐减少，内扩散其主要作用；当空速进一步增大时，内外扩散影响均可忽略，反应本征动力学是主要作用，因此，增大空速，对反应速率的影响较小，只能通过改变温度、压力才能使转化率进一步提高。