异丙醇催化脱氢制备丙酮.docx

异丙醇气固相催化脱氢制备丙酮操作说明一、前言丙酮（Acetone）亦称2-丙酮（2-Propanone）,无色透明，易燃，易挥发液 体，有微香气味分子式C Vh O,结构简式（CH ） CO,分子量58.08,熔点-94.6°C,3 6 3 2沸点56.5C，密度（20C） 0.7898g/cm3.能与水、甲醇、乙醇、乙醚、氯仿、吡 啶等混溶，能溶解油脂肪、树脂和橡胶，是制造醋酐、双丙酮醇、氯仿、碘仿、 环氧树脂、聚异戊二烯橡胶、甲基丙烯酸甲酯等，是一种重要的溶解原料在无 烟火药、赛璐珞、醋酯纤维、喷漆等工业中做溶剂生产中，丙酮的制备和来源主要有以下几种途径：1、淀粉发酵；2、丙烯 水和成异丙醇，再经催化脱氢或催化氧化；3、异丙苯氧化水解；4、丙烯在钯作 催化剂液相氧化此外，也可从木材干馏而得实验室中常用乙酸钙干馏制得 本实训采用的反应装置是一种典型的气固相催化脱氢工艺当市场上异丙醇大量 过剩情况下，为寻找出路，它仍有一定的生产意义因此通过本实训掌握有关脱 氢工艺技术还有实用价值本实训的内容包括掌握气固相固定体催化剂脱氢反应的工艺条件，了解脱 氢催化剂的组成作用测试活性方法，了解固定床反应器的结构与操作使用方法； 了解脱氢产物组分的精制方法；了解精馏塔操作控制工艺，掌握实验仪器的使用， 及色谱分析方法，能够独立进行操作。

本实训的优点是：①催化剂的反应温度较低，易于操作；②精制反应条件易 于操作；③产品易于分析；④物料易于购买二、反应原理常压200-300C，异丙醇在催化剂表面，脱氢吸热生成丙酮，并产生大量氢 气本实验主要涉及两个过程温度适中时，发生主反应（ CH ） CHOH-32（CH ） CO+H ；起始时，由于（CH ） CHOH的加入，汽化需要吸收大量的热，导致3 2 2 3 2反应温度降低，发生副反应（CH）CO+ （CH ） CHOHf（CH） CHCHCOCH+HO温3 2 3 2 3 2 2 3 2度过高时，发生分子内脱水，生成丙烯，（CH） CHOH-CH =CHCH+HO3 2 2 3 2因此温度控制的是否得当是生成目的产物的关键三、装置配置及流程与面板布置1.装置配置反应器：申30x750mm；预热器：申12x220mm；反应炉：三段加热，每段功率1.5kw，最高使用温度700°C；预热炉：加热功率 0.5kw；气液分离器：申50mm,长220mm；精馏塔1:塔径15mm、塔高1400mm, 5侧口，两段加热保温，功率300W；塔釜250m 1，加热功率200—300W；预热器 加热功率 70W；精馏塔2：塔径15mm、塔高1200mm，3侧口，一段加热保温，功率300W；塔釜250m 1，加热功率200W；回流比控制器：0—99 秒可调，数码显示。

3.装置面板布置图流程示意图塔烯乙苯脱塔苯乙脱器应反床定固四、分离方案本实验中产品的分离是采用常压精馏的方法常压下，丙酮的沸点56.5°C，异丙醇的沸点82.5°C副反应是导致产物中含水的原因，分离方案要依据具体需要而确定情况主要有两种：1.若反应控制得当，反应产物中水的含 量较少，即副产物少，采取连续式精馏，将产品流进塔 1，得到较高纯度的丙酮；再流进塔2，得到更高纯度的丙酮产品2.若反应产物中水的含量较高，即反应 选择性差，负反应剧烈，采取连续精馏和间歇精馏组合方式分离将反应产物用 连续精馏的方法进入塔 1，大回流比控制，得到高纯度的丙酮将塔1 釜液采用 间歇精馏的方式放入塔 2，回收异丙醇此方案需要注意的是，异丙醇和水会形 成共沸物，它们的分离只能采取特殊的分离方法例如：共沸精馏，萃取精馏等五、 分析条件采用C-Z-A基-NiO催化剂，装填600ml,在200-300C下，进料量控制 UNL在0.8T.6ml/min，反应器为管式固定床 反应原料与产物均系用色谱仪进行分析色谱仪使用条件如下：色谱柱：GDX-104 ①3X2000mm；载气：氢气；热导检测器：桥流100mA，温度100C；柱前压：O.IMpa；柱温：100C；汽化器：100C。

六、 操作1. 反应操作① 催化剂装填由于反应器直径较大，两端密封螺帽难以拧紧，故必须在台钳上进行操作， 催化剂装填要在振动情况下从上部倒入，反应器结构示意图如下：—1符号说明1-三角架,2-丝网，3 3'-玻璃毛,4-催化剂,5-测温套管,6-锣帽，7-热电偶图3.固定床反应器结构图将反应器用丙醇或乙醇擦拭干净后，插入热电偶套管，调整支撑架高度， 使管靠向下部，留出部分空间约200mm，在支架上部放油80-100 目的不锈钢网， 网上添加玻璃棉（高硅铝棉），用棒插入，测量高度后记录该值，并在反应器外部 做一记号注意此时必须先将反应器下部的接头拧上，并将热电偶套管的螺帽 拧紧，使套管不再移动，否则套管再装填催化剂时要移动，不能准确定位此 后添加催化剂，最好为直径①3mm，长5-6mm颗粒，边装边振动反应器，使催化 剂均匀堆积，不形成架桥现象当加入400-500ml催化剂（取一定量，按催化剂 堆比重决定，不能太多）再量此时床层高度并记录，后加玻璃棉少许或上部装填 玻璃球①5X5或SiO2①4X4mm直至顶部后再加玻璃棉，擦拭干净封头后拧紧接 头，并用力拧紧大螺帽，最后装入反应炉内，连接上进出口接头。

注意：操作 时要观察反应器出入口接头位置是否与现场一致，不一致要调整过来，免去在现 场调整，现场不易拧紧螺帽② 试漏开车前首先对设备进行试漏，这一点很重要，务必认真进行将压缩气体 接入氮气进气口，如果连接在氮气钢瓶上，打开减压阀，调整进气，使流量维持 最低进气即可，关闭气液分离器的出口阀，使系统密闭，进气维持压力在 0.05Mpa,关闭进气阀，停留5分钟，开启测压电源，在仪表上有压力数值显示， （压力表上也有指示），当压力不下降时认为合格可开启各路阀门，后检查电 路③ 电路检查将各热电偶插入相应位置，开启各路电源，相应控制或测定温度仪表上有 数值显示，分别拔掉热电偶插件，在相应的仪表上有四位数闪烁，说明连接正确， 再将热电偶插回原插件内，把所有的热电偶检查完毕后可通氮气，开启加热系统 升温至所需温度④ 升温反应当温度达到200°C时，停止进氮气，开始进液体原料保持进料速度不变，在160－300度之间每隔十五摄氏度，稳定20分钟后， 取样称量后进行色谱分析，记录尾气量，并记录下数据；然后保持温度不变，比 如250C，改变进料速度，测定产物含量，并记录数据实验完毕，先关反应器，后关冷却水先关色谱仪，后关闭氢气。

2. 精馏操作① 精馏塔的安装 装置法兰采用凸凹面，内有聚四氟乙烯垫片，装塔时应对正法兰口，放入 后左右不能推动认为已插好，可以对角上紧螺栓在连接好后，接上管路接头，在塔顶回流段或釜下通入压缩空气，观察压 力计在0.15Mpa时下有无下降，五分钟内不降为合格如下降要用肥皂水涂各接 口处查漏，直至不降为止可进行试验② 将各部分的控温、测温热电偶放入相应位置的孔内③ 检查操作台板面各电路接头，检查各接线端子与线上标记是否吻合检查仪表 柜内接线有无脱落④ 加料进行间歇精馏时，要打开釜的加料口或取样口，加入被精馏的样品；连续 精馏初次操作还要在釜内加入一些被精馏的物质或釜残液⑤ 升温开启釜热控温开关，调整到所需温度保温温度调节不要超过物料的沸点， 要低于沸点15 C左右，避免形成再沸现象仪表的具体操作参看仪表操作说明 书（AI人工智能工业调节器说明书）升温注意事项：釜热控温仪表的给定温度要高于沸点温度20-30°C，使加热有足够的温差以进行 传热其值可根据实验要求而取舍，边升温边调整，当很长时间还没有蒸汽上升 到塔头内时，说明加热温度不够高，还需提高此温度过低蒸发量少，没有馏出 物；温度过高蒸发量大，易造成液泛。

还要再次检查是否给塔头通入冷却水，此操作必须在升温前进行，不能在塔顶有 蒸汽出现时再通水升温后观察塔釜和塔顶温度变化，当塔顶出现气体并在塔头内冷凝时，进行全回 流一段时间后可开始出料有回流比操作时，应开启回流比控制器给定比例(通电时间与停电时间的比值， 通常是以秒计)，此比例即采出量与回流量之比连续精馏时，在一定的回流比和一定的加料速度下，当塔底和塔顶的温度不再变 化时，认为已达到稳定，可取样分析，并收集之⑥ 停车操作 停止操作时，关闭各部分开关，关闭泵，待无蒸汽上升时停止通冷却水由于塔 釜保温较好，釜降温较慢，故停车后还有较多气体在塔顶馏出七、试验记录与数据处理1. 产物的计算方法异丙醇转化率=原料异丙醇量-液体产物异丙醇量/原料异丙醇量X 100%；丙酮收率二液体产物丙酮量/液体产物总量X100%； 选择性=丙酮收率/异丙醇转化率2．原始数据表：(1)保持进料流量不变,改变反应温度，控制异丙醇进料流量为1.6mL/min温度(C)丙酮含量(%)异丙醇含量(%)22248.8539.9623358.135.824964.8829.9263.374.2521.69275.883.912.58283.886.579.907异丙醇实验分析报告温度为222C时，色谱分析图样如下:mV-6"-6.5"-8"-8.5"-9"-9.5"-10迪!-1134—^248 _79 10 11min序号保留时间 名称峰面积%峰面积10.541水5.7531153423.013丙酮48.859795134.520异丙醇39.968011447.842未知物5.43610900当温度为283.8°C时，色谱分析图样如下:10 8 12 3 4 56 7 8910 1112 13 min序号保留时间 名称峰面积%峰面积10.546水2.217399422.954丙酮86.5715597234.888异丙醇9.9071784848.253未知物1.3012343当温度为292.2°C时，色谱分析图样如下:序号保留时间 名称峰面积%峰面积10.501水3.9361408922.629丙酮80.0728658533.847异丙醇15.485541046.278未知物0.51251834八、实验讨论1. 异丙醇脱氢是强烈的吸热反应，从实验中可以看出，当反应器稳定在某个温度 下，并开始进料反应时，反应器温度会迅速的降温，这时，必须等到反应器温度 稳定不再降低时，才能取样分析。

2. 随着进料量的逐渐增多，丙酮的转化率会逐渐降低3. 随着温度的上升，丙酮的转化率也随着上升九、注意事项1.。