化 工 专 业 实 验 报 告
实 验 名 称：乙醇气相脱水制乙烯动力学实验学 院：专 业：班 级：姓 名：同 组 者 姓 名：指 导 教 师：日 期：
化学工程学院 化学工程与工艺 化工、班 、 学 号 、
杨春风 2012年3月8日
一、实验目的
1.巩固所学的有关动力学方面的知识。 2.掌握获得反应动力学数据的方法和手段。
3.学会动力学数据的处理方法，根据动力学方程求出相应的参数值。 4.熟悉内循环式无梯度反应器的特点以及其它有关设备的使用方法，提高自己的实验技能。
二、实验原理
乙醇属于平行反应。既可以进行分子内脱水生成乙烯，又可以进行分子间脱水生成乙醚。一般而言，较高的温度有利于生成乙烯，而较低的温度有利于生成乙醚。因此，对于乙醇脱水这样一个复合反应，随着反应条件的变化，脱水过程的机理也会有所不同。借鉴前人在这方面做的工作，将乙醇在分子筛催化剂作用下的脱水过程描述成：
2C2H5OH→C2H5OC2H5+H2O C2H5OH→C2H4+H2O
三、实验装置及流程
实验装置：无梯度反应器
试剂和催化剂：无水乙醇，优级纯；分子筛催化剂，重3.0克。
内循环无梯度反应色谱实验装置流程示意图
四、实验步骤
开始实验之前，需熟悉流程中所有设备、仪器、仪表的性能及使用方法。然后才可按实验步骤进行实验。
1.打开H2钢瓶使柱前压达到0.5kg/cm2确认色谱检测中截气通过后启动色谱，柱温110℃，气化室130℃，检测室温达到120℃，待温度稳定后，打开热导池—微电流放大器开关，桥电流至100mA。
2.在色谱仪升温的同时，开启阀恒温箱加热器升温至110℃，开启保温加热器升温至150℃。
3.打开反应器温度控制器开关，升温，同时向反应器冷却水夹套通冷却水。。 4.打开微量泵，以小流量向气化器内通原料乙醇。
5.用阀箱内旋转六通阀取样分析尾气组成，记录色谱处理的浓度值。
6.在260-360℃之间选两个温度，改变三次进料速度，测定各种条件下的数据。
五、原始实验数据（附页）
六、实验数据记录及处理
乙醇密度：0.79g/ml 进料速度：0.3ml/min 乙醇进料质量：3.0g 实验号 1 2 3 4 5 6 反应温度/℃ 189.2 186.8 225.5 222.7 264.55 263.55 表1 数据记录表 乙醇进料量/g 1.185 1.185 1.185 1.185 1.185 1.185 液相质量/g 1.18 1.17 1.13 1.15 1.11 1.10 气相质量/g 0.005 0.015 0.055 0.035 0.075 0.085 计算说明：
乙醇的转化率=反应掉的乙醇摩尔数/原料中乙醇的摩尔数 乙烯的收率=生成乙烯的摩尔数/原料中乙醇的摩尔数
乙醇的进料速度=乙醇液的体积流量×0.79（乙醇的密度）/46（乙醇的分子量） 乙烯的生成速度=（乙醇进料速度×乙烯的收率）/[催化剂用量（g）] mol/（g·h） 反应器内乙醇的浓度：CA=PA/（R·T）
式中PA为乙醇的分压；反应的总压为0.1Mpa。所以可将反应器内的混合气视为理想气体。生成乙烯的反应步骤的速率常数k可以通过下式求出：
k =r/CA
由阿仑尼乌斯方程k=k0exp(-E/RT),将lnk对1/T作图，即可求出k0和E。 由第一组数据：
ρ（乙醇）=0.79g/ml t=5min m总（乙醇）=0.79×0.3×5=1.185g n总（乙醇）=1.185/46=0.0258mol m（乙烯）=1.185-1.18=0.005g n（乙烯）=0.005/28=1.786×10-4mol 序号 1 2 3 4 5 6 反应温度℃ 189.2 186.8 225.5 222.7 264.55 263.55 乙醇进料mol 0.0258 0.0258 0.0258 0.0258 0.0258 0.0258 乙醇剩余量g 1.18 1.17 1.13 1.15 1.11 1.10 乙醇剩余乙烯量g 乙烯量mol 量mol 0.000.02565 1.786×10-4 5 0.010.02543 5.357×10-4 5 0.050.02457 1.964×10-3 5 0.030.025 1.25×10-3 5 0.070.02413 2.679×10-3 5 0.080.02391 3.036×10-3 5 由第一组数据：乙醇的转化率=0.00015/0.0258=5.814×10-3
乙烯的收率=1.786×10-4/0.0258=6.922×10-3
乙醇的进料速度=0.3×0.79/46=5.15×10-3mol/min=0.309 mol/h 乙烯的生成速率=（0.309×6.922×10-3）=2.139×10-3 mol/（g·h） 反应器内乙醇的浓度：CA=PA/（R·T）
0.1：PA =0.0258：0.02565 PA=0.0994MPa
CA=PA/（R·T）=0.0994×106/(8.3145*462.35)=25.86mol/m3=0.02586mol/L 生成乙烯的反应步骤的速率常数k可以通过下式求出： K =r/CA=2.139×10-3 /0.02586=0.0827L/（g·h） 同理可得如下： 1/T 序反应温（1/K）号 度T/℃ ×103 乙醇的转化率 乙烯的收率 乙烯的生成速率mol/（g·h）×103 PA MPa CA mol/L K L/（g·h） ln K 1 2 3 4 5 6
189.2 186.8 225.5 222.7 264.55 263.55 2.163 2.174 2.005 2.017 1.860 1.863 5.814×10-3 6.922×10-3 2.139 0.0994 0.02586 0.0827 -2.4925 0.0143 0.0477 0.0310 0.0647 0.0733 0.0208 0.0761 0.0484 0.1038 0.1177 6.427 0.0986 0.02578 0.249 -1.3903 23.51 0.0953 0.02299 1.0226 0.0223 14.96 0.0969 0.02350 0.6366 -0.4516 32.07 0.0935 0.02091 1.5337 0.4277 36.37 0.0927 0.02077 1.7511 0.5602 由阿仑尼乌斯方程k=k0exp(-E/RT),将lnK对1/T作图，即可求出k0和E。 以lnK为纵坐标，1/T为横坐标作图如下：
1.00.50.0-0.5-1.0-1.5-2.0-2.51.851.901.952.002.052.102.15 B Linear Fit of Data1_BY Axis Title2.20X Axis Title
由k=k0exp(-E/RT)得，
lnk=lnk0－E/(R·T),由图中可知：-E/R=-7.912，lnk0=15.378 解得：E=65.784kJ/mol，k0=4.771×106 L/(g·h)
七、实验结论
根据实验过程记录的数据，计算分析后得到的lnk对1/T的图可以看出，基本成线性关系。在实验误差允许的范围内，实验得到的数据准确。通过实验我们了解到用无梯度反应器测定化学反应动力学的优点是反应器进口浓度物料循环，使累计的转化率较高,但起缺点是进料浓度和出口浓度有较大的差值,因此对组成分析没有过苛要求和出口浓度十分接近,反应器内不存在浓度梯度和温度梯度。
八、思考题
1. 用无梯度反应器测定化学反应动力学的优、缺点是什么？
答：反应器进口浓度物料循环，使累计的转化率较高,进料浓度和出口浓度有较大的差值,因此对组成分析没有过苛要求和出口浓度十分接近,反应器内不存在浓度梯度和温度梯度。
2. 要证明测定的本证动力学数据，还需要补充哪些实验内容？
答：还需要补充热量传递，质量传递，动量传递等内容，加上前面的反应，即三传一反是化学动力学的本证特性。