化工基础实验报告

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1、化工专业实验预习报告实验名称气固相催化反应实验班级姓名学号成绩实验时间同组成员一、实验预习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。（2）学习气固管式催化反应器的构造、原理和使用方法。（3）学习如何对实验体系进行物料衡算，确定收率和转化率。（4）学习气体在线分析的方法和定性、定量分析，学习手动进样分析液体成分。（5）学习微量泵的使用，学会使用湿式流量计测量气体流量。2.实验原理1）乙醇脱水反应历程或Al2O3,260℃或Al2O3,350~400℃实验表明，乙醇脱水可生成乙烯和乙醚两种化合物，但

2、在浓硫酸或三氧化二铝催化下，控制温度可使反应生成其中一种化合物为主，反应如下：CH3CH2OH浓H2SO4,170℃CH2=CH2+H2O2CH3CH2OH浓H2SO4,140℃C2H5OC2H5+H2O可见，乙醇的脱水方式随反应温度而异，在较高温度时主要发生分子内脱水生成乙烯，在较低温度下则发生分子间脱水生成乙醚。对于乙醇脱水反应，由于对机理及动力学的研究结论很难达成一致，主要存在两方面的争论：乙醇脱水机理是连串反应机理、平行反应机理还是平行-连串反应机理；反应机理是吸附于催化剂上的两个临近乙醇分子间进行的L-H

3、模型，还是一个气相乙醇分子和一个催化剂上处于吸附态的乙醇分子之间进行的R-E模型。乙醇脱水反应的催化剂主要由γ-Al2O3和酸性ZSM-5分子筛两大类。Blaszkowski和VanSanten指出：氧化铝型催化剂的催化机理和分子筛不同，γ-Al2O3的催化活性与其表面脱氢过程中形成的Lewis酸-Lewis碱对有关，富电子的阴离子氧表现出碱的特性，缺电子的阳离子铝表现出酸的特性。相反，酸性分子筛的催化活性与Bronst酸-Lewis碱对有关，Bronst酸发生氢转移，而它邻近的Lewis碱能接受质子。在此基础上，

4、CoryB.Phillips等以ZSM-5分子筛为催化剂，提出乙醇脱水反应属于平行反应，会生成乙氧基这一中间产物，并且他们认为生成乙醚的过程与甲醇脱水生成二甲醚的过程非常相似。JunkoN.Kondo等利用原位红外检测也证实在反应过程中乙氧基这一中间产物的存在。Chang等提出只要催化剂上存在足够多的酸性位，乙醇可以直接反应生成乙烯。R.LeVanMao等在ZSM-5分子筛基础上提出在523~598K范围内乙醇直接生成乙烯，448~498K范围内乙醇生成乙醚，而498~523K范围内生成乙烯和乙醚，反应是在Bron

5、st酸中心上进行的。河北工业大学及上海石油化工研究院等对乙醇脱水反应进行了研究，同样认为乙醇脱水反应符合平行反应机理。实验以改性分子筛为催化剂，在消除内外扩散的前提下，对乙醇脱水反应的机理进行了研究。结合文献，对本体系条件下提出如下反应机理：乙醇脱水生成乙烯和乙醚的反应属于平行反应，反应机理模型是吸附于催化剂上的2个邻近乙醇分子之间进行的L-H模型，具体反应历程如下：CH3CH2OH+HXHXCH3CH2OH(1)HXCH3CH2OHCH3CH2OH2++X-(2)CH3CH2OH2++HXCH3+CH2+HXH2

6、O(3)CH3+CH2+X-CH3CH2X(4)CH3CH2X+HXCH3CH2OHHXCH3CH2OCH2CH3+H+X-(5)CH3CH2XC2H4+HX(6)HXCH3CH2OCH2CH3+HHXCH3CH2OCH2CH3H+(7)HXCH3CH2OCH2CH3+HHXCH3CH2OCH2CH3+H+(8)HXCH3CH2OCH2CH3HX+CH3CH2OCH2CH3(9)HXH2OHX+H2O(10)H++X-HX(11)反应（3）、（7）或（8）、（12）分别为乙醇吸附、表面反应、水脱附的反应，均有可能成

7、为反应的控制步骤，其余步骤为快速平衡的过程。2）乙醇脱水反应所采用的催化剂目前已报道的乙醇脱水催化剂有:白土、活性氧化铝、氧化硅、磷酸、硫酸、氧化钍、氧化镉、氧化锆、磷酸钙、杂多酸盐、分子筛、铝酸锌、Al2O3/SiO2、Al2O3/Cr2O3、Al2O32MgO/SiO2等,在工业上有应用报道的乙醇脱水催化剂主要有:活性氧化铝、活性白土、Al2O3/SiO2、Al2O32MgO/SiO2等。本实验采用的催化剂（ZSM-5分子筛）。ZSM一5沸石分子筛的晶体，具有丰富的微孔通道和孔穴，在ZSM一5分子筛中进行的催化

8、反应面临以下三种不同的条件和结果（即选择性）：(1)由于大多数活性中心都已被限制在孔结构之内，所以，只有那些半径与分子筛孔径相当（较大或略大）的反应物分子，才有可能进入孔内，并在其中的活性中心上发生反应。而无法进入孔内的反应物，只有在为数很少的外表面的活性中心上反应。(2)只有那些进入孔后而又能再从孔中扩散出来的分子，才可能作为产品出现。当然，这种分子也只占