正丁烷氧化制顺酐.doc

实验名称:正丁烷氧化制顺丁烯二酸酐二、实验原理1、苯氧化法:通常采用V-P-Ti-O催化剂,在固定床或流化床反应器于380~450℃下反应。该方法工艺路线成熟,原料易得,是国内应用比较普遍的方法,但是由于在苯的六个碳中有两个变成CO2,对原料浪费较大,在国际上开始被正丁烷氧化代替。C6H6+→C4H2O3+CO2+H2O2、碳四馏分氧化法CH3-CH2-CH2-CH3+2O2→C4H2O3+H2O丁烷是碳四馏分中最廉价又容易获得的原料,它与空气混合氧化生产成本较低,采用V-O-P催化剂,由于能充分利用原料,且原料的重量收率较高,近年来该法发展迅速,工业上已有替代苯氧化法的趋势,本实验采用此方法。但是,由于近年国际市场石油价格变动较大,丁烷气的价格也变化较大,使该工艺在原料材料价格上不占优势。同时,%,在用固定床进行生产时,反应放热剧烈,反应器体积和操作空速要求较高,生产的工艺要求和技术比苯直接氧化法高,现在国际上使用流化床反应器,可以使原料气浓度在丁烷的爆炸上限范围,即40%以上,但该反应器对催化剂强度和活性要求较高,在我国尚未投入生产。三、实验流程及仪器设备本实验由原料气配气系统,反应器控温系统,催化反应器,产物吸收及气相色谱分析系统组成。具体介绍如下:1、原料气配气系统由液化丁烷气罐、空气压缩机、空气储罐、丁烷气体及空气质量流量计、原料气混合罐组成。空气首先由压缩机压缩到空气储气罐里,然后经过减压阀到空气流量计,流量计的读数由显示仪控制,一般为1000ml/min左右,注意流量计的读数是指气体在标准状态下的体积,不是实际测定状态下的体积或质量流量,流量计的读数和气体温度、压力没有太大关系。可以换算摩尔或质量。丁烷经过减压阀也到质量流量计,并根据实验的条件,%以下,以免发生爆炸危险。,才是丁烷的标准体积。和空气分别进入红色混合罐的上部,并在罐内进行混合,,才能开始实验。配好的反应原料气从罐的下部出来,分别进入到稳压阀、压力表和气体六通阀,然后进入每个反应器的转子流量计,可以根据实验要求调节进入反应器的流量。2、反应器控温系统反应器采用三段加热系统控制,每段加热功率1000W,分别控制反应器上段、中段和下段。反应器上段加热主要起对原料气进行预热,由位式仪表控制,该仪表使用时需设定高限和低限温度,控温精度较差,。反应器中段温度采用人工智能仪表控制,只需要设定一个温度,使用方便,控制精度高,被用来控制床层中段的催化剂温度,。下段加热和上段加热一样,使用位式仪表控制,主要是防止产物顺丁烯二酸酐在出口和反应器底部凝结堵塞。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,,色谱出峰的顺序为空气(),水(),丁烷(~),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