一氧化碳中溫—串聯(lián)變換反應(yīng)實驗

1、一氧化碳中溫一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗 目錄1234預(yù)習(xí)要求預(yù)習(xí)要求 實驗原理實驗原理 實驗裝置和步驟實驗裝置和步驟 5實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康膶嶒灁?shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)處理 6注意事項注意事項7思考題思考題1234一氧化碳中溫一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗1、實驗?zāi)康?、實驗?zāi)康某醪浇佑|初步接觸工藝設(shè)計工藝設(shè)計思想。思想。 通過用直流通過用直流流動法同時流動法同時測定銅基與測定銅基與鐵基催化劑鐵基催化劑的相對活性。的相對活性。 掌握氣固相掌握氣固相催化反應(yīng)動催化反應(yīng)動力學(xué)實驗研力學(xué)實驗研究方法及催究方法及催化劑活性的化劑活性的評比方法。評比方法。獲得兩種催獲得

2、兩種催化劑上變換化劑上變換反應(yīng)的速率反應(yīng)的速率常數(shù)常數(shù)kt與活與活化能化能e。 一氧化碳中溫一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗2、預(yù)習(xí)要求、預(yù)習(xí)要求復(fù)習(xí)多相催化反應(yīng)有關(guān)知識。復(fù)習(xí)多相催化反應(yīng)有關(guān)知識。 復(fù)習(xí)合成氨生產(chǎn)工藝，尤其是一氧化碳變換反應(yīng)復(fù)習(xí)合成氨生產(chǎn)工藝，尤其是一氧化碳變換反應(yīng)的操作過程的操作過程 。明確實驗系統(tǒng)中氣體如何凈化，氮氣在實驗中的作用。明確實驗系統(tǒng)中氣體如何凈化，氮氣在實驗中的作用。 水飽和器的作用和原理是什么，反應(yīng)器采用哪種形式。水飽和器的作用和原理是什么，反應(yīng)器采用哪種形式。 寫預(yù)習(xí)報告，包括實驗?zāi)康呐c要求、實驗原理與方寫預(yù)習(xí)報告，包括實驗?zāi)康呐c要求、

3、實驗原理與方法、實驗內(nèi)容、實驗裝置、流程、設(shè)備和操作步驟等法、實驗內(nèi)容、實驗裝置、流程、設(shè)備和操作步驟等 3、實驗原理、實驗原理反應(yīng)必須在催化劑存在的條件下進行。中溫變換采用鐵基催化劑反應(yīng)必須在催化劑存在的條件下進行。中溫變換采用鐵基催化劑四氧化三鐵，反應(yīng)溫度為四氧化三鐵，反應(yīng)溫度為350500 ，低溫變換采用銅基催化劑，反，低溫變換采用銅基催化劑，反應(yīng)溫度為應(yīng)溫度為220320 。低溫變換以銅或硫化鈷。低溫變換以銅或硫化鈷-硫化鉬為催化劑，操作硫化鉬為催化劑，操作溫度為溫度為180280 。實驗原理如下：。實驗原理如下：主反應(yīng)：主反應(yīng)：222h+co oh+cocat一氧化碳中溫一氧化碳中溫

4、低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗4、實驗裝置和步驟、實驗裝置和步驟11112222333344445674889910101144圖圖4.5.1 中溫中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗系統(tǒng)流程圖低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗系統(tǒng)流程圖1鋼瓶；鋼瓶；2凈化器；凈化器；3穩(wěn)壓器；穩(wěn)壓器；4流量計；流量計；5混合器；混合器；6脫氧槽；脫氧槽；7飽和器；飽和器；8反應(yīng)器；反應(yīng)器；9熱電偶；熱電偶；10分離器；分離器；11氣相色譜儀氣相色譜儀一氧化碳中溫一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗實驗步驟如下：實驗步驟如下：（1）開車步驟）開車步驟 檢查系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)；檢查系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)； 開啟

5、氮氣鋼瓶，置換系統(tǒng)約開啟氮氣鋼瓶，置換系統(tǒng)約5 min； 接通電源，緩慢升反應(yīng)器溫度，同時把脫氧槽緩慢升溫至接通電源，緩慢升反應(yīng)器溫度，同時把脫氧槽緩慢升溫至200 ，恒定；恒定； 中、低變床層溫度升至中、低變床層溫度升至100 時，開啟管道保溫控制儀，開啟水飽時，開啟管道保溫控制儀，開啟水飽和器，同時打開冷卻水，管道保溫，水飽和器溫度恒定在實驗溫度下；和器，同時打開冷卻水，管道保溫，水飽和器溫度恒定在實驗溫度下； 調(diào)節(jié)中、低變反應(yīng)器溫度到實驗條件后，切換成原料氣，穩(wěn)定調(diào)節(jié)中、低變反應(yīng)器溫度到實驗條件后，切換成原料氣，穩(wěn)定20 min左右，隨后進行分析，記錄實驗條件和分析數(shù)據(jù)。左右，隨后進行分

6、析，記錄實驗條件和分析數(shù)據(jù)。一氧化碳中溫一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗（2）停車步驟）停車步驟 關(guān)閉原料氣鋼瓶，切換成氮氣，關(guān)閉反應(yīng)器控溫儀；關(guān)閉原料氣鋼瓶，切換成氮氣，關(guān)閉反應(yīng)器控溫儀； 稍后關(guān)閉水飽和器加熱電源，置換水浴熱水；稍后關(guān)閉水飽和器加熱電源，置換水浴熱水； 關(guān)閉管道保溫，待反應(yīng)床溫低于關(guān)閉管道保溫，待反應(yīng)床溫低于200 以下，關(guān)閉脫氧槽加熱電以下，關(guān)閉脫氧槽加熱電源，關(guān)閉冷卻水，關(guān)閉氮氣鋼瓶，關(guān)閉各儀表電源及總電源。源，關(guān)閉冷卻水，關(guān)閉氮氣鋼瓶，關(guān)閉各儀表電源及總電源。一氧化碳中溫一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗5、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗數(shù)據(jù)

7、處理（1）記錄實驗現(xiàn)象，列出原始實驗數(shù)據(jù)，見表）記錄實驗現(xiàn)象，列出原始實驗數(shù)據(jù)，見表4-5-1：表表4-5-1 實驗數(shù)據(jù)記錄表格示例實驗數(shù)據(jù)記錄表格示例一氧化碳中溫一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗（2）用以計量的轉(zhuǎn)子流量計的標(biāo)定條件與實驗條件不同）用以計量的轉(zhuǎn)子流量計的標(biāo)定條件與實驗條件不同，需進行密度換算。濕氣體中的水蒸氣在飽和器內(nèi)加入，需進行密度換算。濕氣體中的水蒸氣在飽和器內(nèi)加入，飽和器中總壓為大氣壓飽和器中總壓為大氣壓pa與靜壓與靜壓pg之和，因而，水氣比之和，因而，水氣比r0計算式為：計算式為：ohgaohppppr220ohp2式中：水汽飽和蒸汽壓式中：水汽飽和

8、蒸汽壓 用安托因公式計算：用安托因公式計算：一氧化碳中溫一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗式中：式中：a、b、c安托因系數(shù)，可查表安托因系數(shù)，可查表4-5-2；t飽和溫度，飽和溫度， 。一氧化碳中溫一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗一氧化碳中溫一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗（3）清理計算思路列出主要公式，計算一點數(shù)據(jù)得到結(jié)果。）清理計算思路列出主要公式，計算一點數(shù)據(jù)得到結(jié)果。（4）計算不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)。）計算不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)。（5）根據(jù)實驗結(jié)果，淺談中）根據(jù)實驗結(jié)果，淺談中低變串聯(lián)反應(yīng)器工藝條件。低變串聯(lián)反應(yīng)器工藝條件。

9、（6）分析本實驗結(jié)果，討論本實驗方法。）分析本實驗結(jié)果，討論本實驗方法。6、注意事項、注意事項1. 實驗條件控制實驗條件控制 （1）流量：控制一氧化碳、二氧化碳、氫氣、氮氣流量分別為）流量：控制一氧化碳、二氧化碳、氫氣、氮氣流量分別為24 l/h左右，總量為左右，總量為815 l/h，中變出口分流量為，中變出口分流量為24 l/h左右。左右。 （2）飽和器溫度：用精密接觸溫度計配以晶體管繼電器控制飽和器恒）飽和器溫度：用精密接觸溫度計配以晶體管繼電器控制飽和器恒溫水?。ɑ蛴驮。┑臏囟仍跍厮。ɑ蛴驮。┑臏囟仍?2.080.00.1 。（3）催化劑床層溫度：反應(yīng)管內(nèi)中變催化床溫度先后控制在）催化

10、劑床層溫度：反應(yīng)管內(nèi)中變催化床溫度先后控制在360 、390 、420 ，低變催化床溫度先后控制在，低變催化床溫度先后控制在220 ，240 、260 。一氧化碳中溫一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗2. 請?zhí)貏e注意安全、環(huán)保問題的提示請?zhí)貏e注意安全、環(huán)保問題的提示（1）由于實驗過程有水蒸汽加入，為避免水汽在反應(yīng)器內(nèi)冷凝使催化劑結(jié)塊，必須）由于實驗過程有水蒸汽加入，為避免水汽在反應(yīng)器內(nèi)冷凝使催化劑結(jié)塊，必須在反應(yīng)床溫升至在反應(yīng)床溫升至150 以后才能啟用水飽和器，而停車時，在床溫降到以后才能啟用水飽和器，而停車時，在床溫降到150 以前關(guān)以前關(guān)閉飽和器。閉飽和器。（2）由于催

11、化劑在無水條件下，原料氣會將它過度還原而失活，故在原料氣通入系）由于催化劑在無水條件下，原料氣會將它過度還原而失活，故在原料氣通入系統(tǒng)前要先加入水蒸汽，相反停車時，必須先切斷原料氣，后切斷水蒸汽。統(tǒng)前要先加入水蒸汽，相反停車時，必須先切斷原料氣，后切斷水蒸汽。7、思考題、思考題（1）實驗系統(tǒng)中的氣體如何凈化？凈化的作用有那些？）實驗系統(tǒng)中的氣體如何凈化？凈化的作用有那些？（2）如何判斷內(nèi)、外擴散的消除？）如何判斷內(nèi)、外擴散的消除？（3）如何確證床層的等溫條件？）如何確證床層的等溫條件？（4）試分析本實驗中的誤差來源與影響程度。）試分析本實驗中的誤差來源與影響程度。（5）在進行本征動力學(xué)測定時，

12、應(yīng)用哪些原則選擇實驗條件？）在進行本征動力學(xué)測定時，應(yīng)用哪些原則選擇實驗條件？（6）試分析實驗操作過程中應(yīng)注意哪些事項？）試分析實驗操作過程中應(yīng)注意哪些事項？一氧化碳中溫一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗一氧化碳中溫一氧化碳中溫低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗低溫串聯(lián)變換反應(yīng)實驗8、思考題及參考答案、思考題及參考答案（1）實驗系統(tǒng)中的氣體如何凈化？凈化的作用有那些？）實驗系統(tǒng)中的氣體如何凈化？凈化的作用有那些？實驗通過實驗通過u型管中的凈化劑型管中的凈化劑 使氣體得到凈化。由于變換催化劑對硫、氧、酸霧等易使氣體得到凈化。由于變換催化劑對硫、氧、酸霧等易于中毒，凈化可防止催化劑中毒，增加實

13、驗的準(zhǔn)確性。于中毒，凈化可防止催化劑中毒，增加實驗的準(zhǔn)確性。 （2）如何判斷內(nèi)、外擴散的消除？）如何判斷內(nèi)、外擴散的消除？當(dāng)所選擇的催化劑粒徑（足夠小）不影響實驗結(jié)果時刻判斷為消除了內(nèi)擴散的影響，當(dāng)所選擇的催化劑粒徑（足夠?。┎挥绊憣嶒灲Y(jié)果時刻判斷為消除了內(nèi)擴散的影響，當(dāng)實驗所選氣體空速（足夠大，當(dāng)實驗所選氣體空速（足夠大，2000030000 mol/g.h）不影響實驗結(jié)果時刻判斷為）不影響實驗結(jié)果時刻判斷為消除了外擴散的影響。消除了外擴散的影響。（3）如何確證床層的等溫條件？）如何確證床層的等溫條件？采用惰性物料石英砂稀釋催化劑，裝填較少量的催化劑，使反應(yīng)熱不至于過分集中。采用惰性物料石英

14、砂稀釋催化劑，裝填較少量的催化劑，使反應(yīng)熱不至于過分集中。選用適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)管內(nèi)徑與顆粒的直徑之比，選用較小的反應(yīng)管徑，減小壁效應(yīng)。將選用適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)管內(nèi)徑與顆粒的直徑之比，選用較小的反應(yīng)管徑，減小壁效應(yīng)。將反應(yīng)管置于恒溫銅塊中，銅塊置于管式電阻爐內(nèi)，用反應(yīng)管置于恒溫銅塊中，銅塊置于管式電阻爐內(nèi)，用dwk702控制爐溫，用電熱控制爐溫，用電熱偶和數(shù)字顯示儀測量和讀取反應(yīng)溫度。實驗人員應(yīng)精心操作，防止溫度大幅度波動偶和數(shù)字顯示儀測量和讀取反應(yīng)溫度。實驗人員應(yīng)精心操作，防止溫度大幅度波動或超溫?；虺瑴?。（4）試分析本實驗中的誤差來源與影響程度。）試分析本實驗中的誤差來源與影響程度。 氣體的凈化效果，對實

15、驗的準(zhǔn)確性影響很大。催化劑粒徑和氣體空速的選擇氣體的凈化效果，對實驗的準(zhǔn)確性影響很大。催化劑粒徑和氣體空速的選擇 也會影響實驗的準(zhǔn)確性。當(dāng)催化劑粒徑足夠小，氣體空速足夠大時影響可基本消也會影響實驗的準(zhǔn)確性。當(dāng)催化劑粒徑足夠小，氣體空速足夠大時影響可基本消除。除。（5）在進行本征動力學(xué)測定時，應(yīng)用哪些原則選擇實驗條件？）在進行本征動力學(xué)測定時，應(yīng)用哪些原則選擇實驗條件？化學(xué)動力學(xué)過程包括：化學(xué)動力學(xué)過程包括：吸附、脫附和表面化學(xué)反應(yīng)，三者串聯(lián)進行吸附、脫附和表面化學(xué)反應(yīng)，三者串聯(lián)進行本征動力學(xué)方程確立原則：在三個化學(xué)動力學(xué)步驟中，速度最慢的為過程控本征動力學(xué)方程確立原則：在三個化學(xué)動力學(xué)步驟中，速度最慢的為過程控制步驟，其進行速率即為整個化學(xué)動力學(xué)過程的速率。反應(yīng)氣體需高度凈化，制步驟，其進行速率即為整個化學(xué)動力學(xué)過程的速率。反應(yīng)氣體需高度凈化，嚴(yán)格控