一．实验目的
1．熟悉乙苯气相催化脱氢制备苯乙烯的过程，明确乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响。
2．掌握反应温度控制和测量方法以及加料的控制与计量方法。 3．掌握反应产物的分析测试方法。
二．实验原理
乙苯脱氢为可逆吸热反应：
主反应: C8H10 C8H8 + H2 △H873K = 125 kJ/mol （2-13-１）
除脱氢反应外，还发生一系列副反应，生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、烯烃、焦油等，如：
C8H10 C6H6+ C2H4 △哀情口令 电影H873K = 102 kJ/mol （2-13-２）
C8H10 + H2 C7H8 + CH4 △H873K = - 64.4 kJ/mol（2-13-３）
C8H10 + H2 C6H6 + C2H6 △H873K = - 41.8 kJ/mol （2-13-４）
C8H10 8C + 5H2 △H873K = - 1.72kJ/mol （2-13-５）
乙苯脱氢反应是一个吸热、摩尔数增多并需要催化剂的复杂过程。
由于反应是吸热反应，随着温度的升高，脱氢反应加快，苯乙烯收率也迅速增加。反应温度过高，脱氢反应加快，但苯乙烯收率增加变慢，即副反应大大加快，所以反应温度一般控制在550-610℃范围内。
反应（2-13-2）、（2-13-3）是两个主要的平行副反应，这两个副反应的平衡常数大于乙苯脱氢生成苯乙烯的平衡常数，因此，如果从热力学分析看，乙苯脱氢生产苯乙烯的可能性确实不大,所以要采用高选择性的催化剂，增加主反应的反应速率。
常用的乙苯气相催化脱氢制取苯乙烯的催化剂种类很多，通常是以铁(Fe2O3)为基础的多组分催化剂，助催化剂有钾（K2O），铬（Cr2O3）等。本试验采用铁系催化剂作为乙苯气相脱氢制苯乙烯反应的催化剂。
乙苯气相脱氢制苯乙烯是一个摩尔数增多、体积增大的过程，因而在减压条件下进行对生成苯乙烯有利。工业生产中，常压下常以水蒸气为稀释剂，这样，一方面可以降低反应物乙苯的分压，有利于平衡转化，提高乙苯转化率，另一方面，水蒸气可以与沉积在催化剂表面的炭发生反应：
C+2H2O CO2+2H2 （2-13-6）
从而使催化剂在反应过程中自动获得再生，延长了催化剂的使用寿命。本实验水蒸气的用量为乙苯：水＝1：1.4～1.6（v）。
乙苯脱氢反应体系有平行副反应和连串副反应，随着接触时间增加，副反应也增加，苯乙烯的选择性会下降，因此，根据催化剂的活性及反应温度选择适宜的空速。
三．实验装置和流程
实验流程如图2-13-1所示，装置实物图如图2-13-2所示。水和乙苯由计量泵泵入汽化器，经汽化器汽化并进入反应器反应，离开反应器的反应产物经过冷凝器冷凝进入气液分离器，不凝气体经尾气冷凝器后排空，冷凝的液相产物（粗产品）收集于气液分离器下部，
待实验结束后称重、取样。
图2-13-1 苯乙烯制备实验流程
图 2-13-2 苯乙烯制备实验装置实物图
bpt反应器为不锈钢反应器，反应管置于圆形电加热炉中。反应管中心有一热电偶套管，用以测量反应温度。反应管预热段装填磁环，反应段装填50ml催化剂。用加热炉的热电偶配温度显示控制仪表作为反应器温度测量调节系统。
反应产物由气相谱仪分析其中的苯、甲苯、乙苯、苯乙烯等含量。
原料乙苯 化学纯，含量大于99％。
四．实验步骤及分析方法
1．反应条件
汽化温度250℃，脱氢反应温度550～620℃，水﹕乙苯＝1.5﹕1（v），相当于乙苯加料0.5ml/min, 水0.75ml/min。
2．操作步骤
（1）了解并熟悉实验装置及流程，弄清物料走向、加料及取样方法。
（2）接通电源，使汽化器、反应器分别逐步升温至预定的温度，同时打开冷凝、冷却水。
（3）打开水旁通阀、乙苯旁通阀，分别校正水和乙苯的流量（水0.75ml/min、乙苯0.5ml/min）。
（4）汽化器温度达到250℃后，反应器温度达350℃左右，加入已校正好流量的水。当反应温度达550℃左右，加入已校正好流量的乙苯。继续升温至580℃左右并稳定半小时以上。
（5）反应每20～30分钟取一次数据，每个试验条件取两个数据。粗产品从气液分离器中取出，然后用分液漏斗分去水层，称出上层烃液重量。
（6）气相谱分析烃层液组成，得到烃液各组份的百分含量。
（7）反应结束后，停止加乙苯。反应温度维持在500℃左右，继续通水，进行催化剂的水蒸气清焦再生，半小时后停止通水并降温。
五．实验数据记录
1． 实验记录
实验过程中，应将实验数据及时、准确地记录下来，记录表如表2-13-1
表2-13-1 乙苯脱氢制苯乙烯实验结果
时间 min | 温度/℃ | 原料 | 粗产品/g |
汽化器 | 反应器 | 乙苯/ ml | 水/ ml | 烃层液 | 水层 |
始 | 终 | | 始 | 终 | |
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2．烃层液分析结果，按表2-13-2。
表2-13-2 烃层液分析结果
反应温度/℃ | 乙苯加入量/g | 烃层液 |
苯 | 甲苯 | 乙苯 | 苯乙烯 |
含量(%) | 质量/g | 含量(%) | 质量/g | 含量(%) | 质量/g | 含量(%) | 质量/g |
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| | | | | | | | 三诺n20g | |
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六．实验数据处理
1．根据实验结果求出乙苯的转化率、苯乙烯选择性及苯乙烯收率。
乙苯转化率＝[（原料中乙苯量（g）－产物中乙苯量（g））/ 原料中乙苯量（g）]×100％
苯乙烯选择性＝［生成苯乙烯量（g）／已反应的乙苯量（g）］×100％
苯乙烯收率＝［生成苯乙烯量（g）／原料中乙苯量（g）］×100％
2．计算示例
实验数据列于表2-13-3。
表2-13-3 乙苯脱氢制苯乙烯实验数据
时间 min | 温度/℃ | 原料 | 粗产品/g |
汽化器 | 反应器 | 乙苯/ ml | 水/ ml | 烃层液 | 水层 |
始 | 终 | | 始 | 终 | |
20 | 250 | 595 | 30 | 22.4 | 7.6 | 46 | 25.2 | 20.8 | 6.4 | |
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烃层液分析结果：
表2-13-4 烃层液分析结果
反应温度/℃ | 乙苯加入量/g | 烃层液 |
苯 | 甲苯 | 乙苯 | 苯乙烯 |
含量(%) 数字魔盒 | 质量/g | 含量(%) | 质量/g | 含量(%) | 质量/g | 含量(%) | 质量/g |
595 | 6.59 | 0.63 | | 2.27 | | 47.59 | 3.05 | 49.71 | 3.18 |
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3．实验数据处理：
加入乙苯量：7.6×0.8671＝6.59g
产物中乙苯：6.4×0.4759＝3.05g小肥羊军博店
产物中苯乙烯：6.4×0.4971＝3.18g
则
乙苯转化率＝[（6.59－3.05）/ 6.59 ]×100％＝53.72％
苯乙烯选择性＝[3.18/（6.59－3.05）]×100％＝89.83％
苯乙烯收率＝［0.5372×0.8983］×100％＝48.25％
如改变反应操作条件，则得到不同实验结果，分析并讨论不同反应操作条件对乙苯转化率、苯乙烯选择性和苯乙烯收率的影响。
七．实验结果和讨论
1．实验结果讨论
根据实验结果求出乙苯的转化率、苯乙烯选择性及苯乙烯收率，并讨论实验条件对乙苯转化率和苯乙烯选择性的影响。
2．思考题
（1）为什么脱氢反应要在高温低压下进行?
（2）提高转化率和产率有哪些措施?
（3）反应中为何要加入水蒸气?
（4）为什么要进行催化剂的再生?如何进行再生?
毛果绣线菊八．实验注意事项
1．实验过程中称量要准确,烃水分层要仔细操作, 乙苯、水的进料切换要迅速。
2．在开启柱塞泵之前，料液管路上的阀门要处于恰当的开或关的状态。
3．反应器、汽化器温度较高，勿触摸。
4．实验中要防止物料泄漏，保持室内良好通风。
九．参考文献
1．吴指南主编．基本有机化工工艺学（修订版）. 北京：化学工业出版社，2004
2．Kirk-Othemer．Encyclopedia of chemical Technology. 3rd ed，Vol.4 Vol.21
附录
有关物质的物理性质：
1．苯乙烯
沸点 145 ℃
分子量 104.14
闪点(Tag开杯法) 34.4℃
爆炸极限(空气中) 1.1~6.1%
在水中的溶解度（25℃） 0.032%(wt)
密度 (20℃) 0.9059g/cm3
2．乙苯
沸点 136.19℃
分子量 106.17℃
密度（25℃） 0.8671g/cm3
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