正丁烷氧化制顺丁烯二酸酐Word下载.docx

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3、反应器

反应器由不锈钢制造，内径20mm，长度为500mm。

反应器底部装有支撑作用的瓷环，然后在中部装填催化剂，装填量20毫升（堆体积），催化剂上部再装入瓷环，用于对原料气加热。

反应管插入三个加热炉，分别给反应管的上、中、下三台仪表控制，为了达到最好的恒温区，三块仪表的温度通常设置相同，一般和反应所需要的温度一样。

为了准确测定催化剂的温度，在开始装填催化剂的时候，首先在反应器中心插入一根一端封死的φ3mm金属管。

准确测量催化剂在反应器内的起始高度，然后慢慢震荡加入用量筒准确测量体积的催化剂，并用天平称量重量。

在催化剂加入完毕后，再测量出催化剂在反应器内的高度。

金属管内可以插入热电偶，用于测量催化剂床层的中心温度，当热电偶在床层上下移动时，可以测定催化剂床层的轴向温度分布，并确定床层的热点温度和位置。

4、产物吸收

丁烷气通过催化剂床层时被空气氧化，部分变成产物顺丁烯二酸，还有少量的变成CO和CO2，产物和没有反应的气体一起从反应器下部流出，进入到水吸收瓶，吸收瓶加入少量蒸馏水，产物中的顺丁烯二酸酐被水吸收，变成顺丁烯二酸，没有反应的气体经过六通阀，可以分析丁烷含量，然后经过湿式气体流量计，记录尾气总体积后排入大气中。

5、色谱在线分析

混合好的原料气和反应完毕的气体，均分别通过不同的六通阀进入气相色谱进行分析，色谱柱为邻苯二甲酸二壬酯，使用95℃，检测室100℃温度，柱前压0.05Mpa，色谱出峰的顺序为空气（0.2min），水（0.4min），丁烷（1.4～1.7min），由于水对结果没有太大的影响，且尾气里的水多数是由于吸收饱和，含量不高，故为了方便数据处理，一般把空气和水峰放在一起。

丁烷的含量采用归一法处理，因为原料气用质量流量计配制，可以作为标准气体来分析，用原料分析进样，可以得到原料气在色谱的分析结果，由此计算出丁烷相对空气的校正因子，然后，将几次分析得到的校正因子平均。

将用尾气分析阀进样得到数值用校正因子计算，可得到尾气里丁烷的真实含量。

四、实验流程图

五、操作步骤

1.调节转子流量计，使流量在0.2L/min。

取下尾气吸收瓶，将其洗净，并换上蒸馏水（约

2/3处），并记下湿式流量计的读数。

2.打开主电源，然后在分别打开上、中、下三段加热电源，再打开显示仪表电源。

按仪表使用说明，调节三段的加热温度为360℃、360℃、360℃，保持每段的加热电流不得超过1.5A。

3.反应器中段状填催化剂，使用程序仪表控制。

按“设定”键，设定灯开始闪亮，此时可通过上下光标键调节温度值到需要的数值，然后再按设定键即可完成。

4.当反应器每段温度都达到设定值后，再稳定15分钟，然后开始正式实验。

将吸收瓶清洗干净，然后加入适量的水，使出气管能在水中鼓泡即可。

记录尾气流量计的读数，记录开始实验的时间，以吸收瓶开始换上的时间为准。

5.每个温度条件下实验持续30分钟，在30分钟内应分析原料和尾气含量两次，并记录反应温度和床层中心轴向温度分布和热点温度。

实验结束时换下吸收瓶，记录尾气流量计的读数，前后的差值即30分钟内渡过反应器的尾气（原料）气体体积。

吸收瓶内的酸溶液用稀碱滴定。

6.改变反应器各段的温度为380℃和380℃，当温度稳定时，再重复上述步骤，再做两组实验,完成后再改变各段温度为400℃，完成相同的步骤。

7.色谱分析采用六通阀进样，一般阀应顺时针放置在进样位置，在点击工作站到出现

“确定”键的界面后，向逆时针方向转动阀，使分析样品进入六通阀的定量管，20秒以后再点击工作站的“确定”键的同时将阀转到进样位置。

六、原始数据记录

表1反应温度与流量计读数原始数据表

温度/℃

时间

上段温度/℃

下段温度/℃

中段温度/℃

热点温度/℃

空气流量计读数

泵（丁烷）读数

360

9:

44

200

365.9

983.7

50.4

10:

04

205

365.6

985.6

50.1

14

207

986.3

50.3

380

37

218

386.1

987.1

50.5

47

221

986.8

50.0

57

222

386.0

986.1

11:

05

223

385.8

985.7

400

28

233

406.5

927.9

51.5

35

234

406.7

958.3

50.9

43

235

406.3

957.0

50.7

51

236

956.5

50.8

58

237

406.4

957.3

表2原料和尾气含量原始数据表

项目

物质

保留时间

峰面积

峰面积%

原料气1

空气

0.219

1483014

98.95162

丁烷

1.234

15712

1.04838

原料气2

0.211

1484620

98.93596

1.221

15967

1.06404

尾气1

0.458

1283276

99.10071

2.179

11645

0.89929

尾气2

0.399

1184707

99.14820

1.902

10178

0.85180

0.224

1509882

98.96804

1.226

15744

1.03196

0.247

1795560

98.99752

1.313

18182

1.00248

0.293

806106

99.74740

1.341

2041

0.25260

0.296

848475

99.74775

1.421

2146

0.25225

0.229

1775596

98.43241

1.674

2/781

1.15205

0.209

1646566

98.95495

1.591

17389

1.04505

0.298

842380

99.85693

1.382

1207

0.14307

0.303

850334

99.87568

1.403

934

0.2432

表3产物滴定原始数据表

设定温度/℃

流量计初始读数/L

结束读数/L

所测量体积数值/L

所用NaOH溶液体积/mL

29763.77

29771.14

7.37

2.32

29775.36

29783.36

8.00

2.30

29787.28

29796.49

9.21

3.45

七、实验数据处理及计算举例

表4原料气丁烷浓度数据表

原料气丁烷平均浓度

尾气取样总体积/L

360

0.01458

380

0.01453

400

0.01529

表5丁烷相对空气校正因子f表

项目

丁烷相对空气校正因子f

第一组原料气

第二组原料气

平均值

1.39659

1.37577

1.38618

1.41394

1.45600

1.43497

1.32647

1.47002

1.39825

表6尾气丁烷浓度CA表

尾气丁烷浓度CA

第一组尾气

第二组尾气

0.012515

0.011681

0.012098

0.003567

0.003669

0.003618

0.001897

0.001612

0.001755

表7正丁烷转化率、顺酐收率、选择性数据表

转化率X/%

收率Y/%

选择性S/%

17.03

4.13

14.37

75.10

3.79

2.99

88.52

4.69

3.14

计算举例：

以380℃时，第一组原料气和第一组尾气为例：

1、原料气丁烷浓度计算

2、丁烷相对空气校正因子计算

可得：

3、尾气丁烷浓度CA计算

4、正丁烷转化率计算

5、顺酐收率计算

6、顺酐选择性计算

八、实验结果分析与讨论

由数据分析可知，正丁烷转化率随反应温度升高而增大，本反应是可逆放热反应，故反应温度应该尽量靠近处在最佳反应温度的一侧，这样既可以保证实验快速高效地完成；

顺酐收率随反应温度升高先减小后增大，而可以观察到顺酐选择性随反应温度减小。

这就说明当反应温度过高时，副反应加剧是引起收率降低的主要原因。

其深层次原因是该反应的副反应属于连串反应，因此转化率最大时收率并不会同时达到最大而是有一最适温度和转化率。

而本实验存在较大误差，本组实验时，由于柱温较低，导致保留时间很长，当时后两组温度采用的是老师预实验的数据，使得实验结果不理想。

九、思考题

1、为什么在用质量流量计准确配置原料气浓度后，仍然用色谱分析原料浓度？

答：

原料气采用质量流量计配置，可以作为标准气体来分析，用原料气分析进样，则可以得到原料气在色谱的分析结果，由此可以反算出丁烷相对空气的校正因子。

将几次分析得到的校正因子平均，将用尾气分析阀进样得到数值用校正因子计算，可得到尾气里丁烷的真实含量。

2、如何利用质量流量计读数计算气体的摩尔浓度？

气体浓度

本实验中，校正后丁烷质量流量计读数为丁烷质量流量计读数乘以0.29后的值，而校正后的空气质量流量计读数等于空气质量流量计读数。

3、如何计算气体的校正因子？

如何计算气体的准确浓度？

利用流量计定量进样配置标准气体，而后根据气相色谱峰面积，利用下面公式列出方程组，即可以得到气体中各组成的相对校正因子。

已知利用此公式正向运算，就可以求出气体的准确浓度。

4、怎样选择反应温度？

反应温度对实验结果有什么影响？

本反应是可逆放热反应，故反应温度应该尽量靠近处在最佳反应温度的一侧，这样既可以保证实验快速高效地完成，如果反应温度离最佳反应温度较远，则反应速率很慢，改变反应温度，达到稳态需要较长的时间，不利于实验的操作。

在本次实验中，反应温度越高，反应转化率越高。

5、如何测定反应温度？

如何确定反应器热点温度？

有什么意义？

温度即床层温度，在开始装填催化剂时，首先在反应器中心插入一根一端金属管，金属管内可以插入热电偶，用语测量催化剂床层的中心温度，当热电偶在床层上下移动时，还可以测定催化剂床层的轴向温度分布，并确定床层的热点温度和位置。

确定反应热点温度，有助于判断反应是否正常进行。

6、利用尾气流量计计算收率和选择性有什么误差？

如何修正？

实验中测量的数据是在非标准状态下的，而流量计的刻度是以标准状况下的气体标定的。

需将其换算成标准状态的体积。

7、六通阀在线分析的原理是什么？

画图说明。

有一个固定的气孔和一个可60°

转动的芯，转芯上有可以覆盖两个孔的联通凹槽。

随着转芯的左右转动，起到一个气路切换的作用。

比如六个固定气孔如上图，当六通阀的转芯如第一幅图时，联通的三路气路是载气-载气，空气-右通路，空气-样品；

当六通阀的转芯如第三幅图时，被联通的气路就改变为载气-样品，载气-左通路，空气-空气。

六通阀在线分析的工作原理基本如上。

8、如何使用温度控制仪表？

控制仪表有那些不同？

旧式加热仪表，先按para键，仪表显示窗显示L－AL，通过按down或up键可以减少或增加温度到需要设定的温度下限数值，再按para键，仪表显示窗显示L，可设定该值为0。

再按para键，仪表显示窗显示LH－AL，按down或up键调节温度到需要的上限值（为了控制准确，可以将上下限设为相同的数值，以提高控制精度）。

旧式控制仪表的控温必须通过设定上下限温度使温度在此范围内波动。

对于新式温度控制仪表，按“设定”键，设定灯开始闪亮，此时可通过上下光标键调节温度值到需要的数值，然后再按设定键即可完成。

新式仪表的控温只需通过改变目标温度，就可以使温度在设定值上下波动。