反應精餾制乙酸乙酯

1、實驗一反應精倍法制乙酸乙酯一、實驗目的1了解反應精飾是既服從質(zhì)量作用定律又服從相平衡規(guī)律的復雜過程。2掌握反應精儲的操作。3.能進行全塔物料衡算和塔操作的過程分析。4了解反應精飾與常規(guī)精儲的區(qū)別。5學會分析塔內(nèi)物料組成。二、實驗原理反應精謠過程不同于一般精儲，它既有精譚的物理相變之傳遞現(xiàn)象，乂有物質(zhì)變性的化學反應現(xiàn)象。反應精儲對下列兩種情況特別適用：（1）可逆平衡反應。一,般情況下，反應受平衡影響，轉(zhuǎn)化率只能維護在平衡轉(zhuǎn)化的水平；但是，若生成物中有低沸點或高沸點物質(zhì)存在，則精飾過程可使其連續(xù)地從系統(tǒng)中排出，結果超過平衡轉(zhuǎn)化率，大大提高了效率。（2）異構體混合物分離。通常因它們的沸點接近，靠一般

2、精飾方法不易分離提純，若異構體中某組分能發(fā)生化學反應并能生成沸點不同的物質(zhì)，這時可在過程中得以分離。對于本實驗來說，適于第一種情況，但但該反應若無催化劑存在，單獨采用反應精儲存在也達不到高效分離的目的，這是因為反應速度非常緩慢，故一般都用催化反應方式。酸是有效的催化劑，常用硫酸。本實驗是以乙酸和乙醇為原料，在催化劑作用卜.生成乙酸乙酯的可逆反應。反應的方程式為：CH3COOH+C2H5OH1CH3COOC2H5+H2O實驗的進料有兩種方式：一是宜接從塔釜進料；另一種是在塔的某處進料。前者有間歇和連續(xù)式操作；后者只有連續(xù)式。可認為反應精謠的分離塔也是反應器。若采用塔釜進料的間歇式操作，反應只在塔

3、釜內(nèi)進行。由于乙酸在氣相中有締合作用，除乙酸外，其它三個組分形成三元或二元共沸物。水一酯，水一醉共沸物沸點較低，醉和酯能不斷地從塔頂排出。由于乙酸的沸點較高，不能進入到塔體，故塔體內(nèi)共有3組分，即水、乙醇、乙酸乙酯。本實驗采用間歇式進料方式，物料衡算式和熱量衡算式為：（1）物料衡算方程乂寸第J塊理論板上的1組分進行物料衡算如卜.+匕+廣g+F-+九=5十小2可於11,7=132,3,4（2）氣液平衡方程對平衡級上某組分1的有如卜平衡關系：MX-=。每塊板匕組成的總和應符合卜式：ix；i=L（3）反應速率方程&/=£,號（4）熱量衡算方程對平衡級進行熱最衡算，最終得到卜.式：J

4、*-V-HJ-。也+%聲汨+0+R.H.=0fij'uLf-iXij-IF/u-h-|用1第i塊理論板上的氣液流動示意圖三、實驗裝置及實驗流程示意圖實驗裝置如圖2所示。反應精飼塔用玻璃制成。直徑20mm,塔高1500mm,塔內(nèi)填裝（p3x3rnm不銹鋼填料G16L）,填料高度1400mm。塔外壁鍍有金屬膜，通電流使塔身加熱保溫。塔釜為一玻璃容器，并有電加熱器加熱。采用XCT-191,ZK-50可控硅電壓控制釜溫。塔頂冷凝液體的回流采用擺動式回流比控制器操作。此控制系統(tǒng)由塔頭上拱錘、電磁鐵線圈、回流比計數(shù)撥碼電子儀表組成。所用的試劑有乙醇、乙酸、濃硫酸、蒸儲水。1測溫熱電陽2冷卻水3提錘

5、4電磁鐵5塔頭6鐳出液收集根7回流比控制器S取樣口9塔體1C數(shù)字式溫度顯示器11控溫儀12加料口13塔釜14電加熱器15卸料U圖2反應精譚流程及裝置四、實驗步驟1 .稱取乙需、乙酸各75g,用漏斗倒入塔釜內(nèi)，并向其中滴加23滴濃硫酸，開啟釜加熱系統(tǒng)至04A,開啟塔身保溫電源0.1A,開啟塔頂冷凝水。每10mm記卜溫度。2 .當塔頂擺錘上有液體出現(xiàn)時，進行全回流操作，全回流15mm后，開啟回流，調(diào)整回流比為R=31（別忘了開小錘卜.邊的塞子），30mm后，用微量注射器在1,3,5三處同時取樣，將取得的液體進行色譜分析，30min后，再取一次進行色譜分析。3 .將加熱和保溫開關關.匕取出產(chǎn)物和塔釜

6、原料，稱重進行色譜分析，關上電源，將廢液倒入廢液瓶，收拾實驗臺。五、實驗原始數(shù)據(jù)記錄表實驗時由于操作失誤,誤將廢液當做乙靜加入反應釜,導致實驗徹底失敗,數(shù)據(jù)無法處理。故不得不采用他組數(shù)據(jù)，所用數(shù)據(jù)為第四組李遠，吳剛等三人數(shù)據(jù)，所用原始實臉數(shù)據(jù)見李遠。本組實驗原始數(shù)據(jù)記錄表見最后。六、實驗數(shù)據(jù)處理及舉例1、計算塔內(nèi)濃度分布Af已知：f水=0.3920：f酊=1.0000/篋=0.5389fK，=1.5264且二故以11：00精馀塔上段液體的含量作為計算舉例:已知乙酸的沸點較高，不能進入到塔內(nèi)，故塔體內(nèi)共有3個組分，即水、乙醇、乙酸乙酯。6270X0.392_°.仆山6270X0.392

7、+18709X1.0000+61131X1.5264=2147%18709X1.0000=16.343%6270x0.392+18709X1.0000+61131X1.526461131X1.5264.=81.510%6270X0.392+18709X1.0000+61131X1.5264對其余各組實驗采用相同的處理，可得到以卜表格:表1：側線采出樣品的色譜分析結果組分水乙醉乙酸乙酯10:30上段(llOOnun)峰面積百分比A15.9866823.6753270338質(zhì)量百分比Wi0.0175940.17749480.804911中段(670mm)峰面積百分比a2%1.3061825.469

8、272.22462質(zhì)量百分比W?0.0037590.18696440.809277下段(230nun)峰面積百分比a3%6.362232.3313261,30649質(zhì)量百分比W30.0194230.25179460.72878211:00上段(llOOnun)峰面積百分比Af%7.2811721.7269670.99187質(zhì)量百分比W,0.0214690.16343040.8151中段(670mm)峰面積百分比AN%5.4536524.113870.43255質(zhì)量百分比W2，0.0159830.18027680.803741下段(230nun)峰面積百分比A15.9866823.6753270

9、.338質(zhì)量百分比W3，0.0175940.17749480.804911根據(jù)上表分別繪制出10：30和11.00各個組分塔內(nèi)分布，如下圖所示。10:30塔內(nèi)各組分濃度分布T-乙醇在塔內(nèi)的濃度分布T一水在塔內(nèi)的濃度分布T"乙酸乙酯在塔內(nèi)的濃度分布0.90.80.70.60.50.40.30.20.10020040060080010001200圖2：1。30塔內(nèi)各組分濃度分布圖11:00塔內(nèi)各組分濃度分布圖T一水在塔內(nèi)的濃度分布乙醇在塔內(nèi)的濃度分布T-乙酸乙酯在塔內(nèi)的濃度分布圖3：11:00塔內(nèi)各組分濃度分布圖如圖所示，不同時間段分別在精福塔的上部、中部和底部取樣做色譜分析可.知，原料

10、乙醇在精儲塔底部含量最多：而產(chǎn)物乙酸乙酯在精福塔上部含量最多，水在全塔含量大致相同。隨時間增加，產(chǎn)物含最逐漸增加，反應物含最逐漸減少，反映了反應精儲可以起到分離產(chǎn)物和提高反應程度的作用。2、進行乙酸和乙幅的全塔物料衡算塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量：m10=1653-126=39.3g塔釜產(chǎn)品質(zhì)量：m1177.53-78.67=98.86g以塔頂產(chǎn)品分析作為計算舉例:久="=7.843815X0.392=23053%24/7.843815X0.392+19.68703X1.0000+72.46916X1.52644醉f醉19.68703X1.0000y_L=14760%24/17.843815X0.

11、392+19.68703X1.0000+72.46916X1.5264'4常/酯72.46916X1.5264%'=829345%7.843815X0.392+19.68703X1.0000+72.46916X1.5264'水;X"水=393X0023053=0906g其他數(shù)據(jù)計算同理，計算結果如卜表3：塔頂、塔釜產(chǎn)品色譜分析結果組分水乙醉乙酸乙酯塔頂產(chǎn)品峰面積百分比a41%7.8716619.684472.44395峰面積百分比Aq%7.8159719.6896672.49437平均峰面積百分比A47.84381519.6870372.46916質(zhì)量百分比W

12、40.0230530.14760250.829345塔釜產(chǎn)物峰面積百分比a51%16.4859735.744417.5758330.1938峰面積百分比A52%15.4581734.146320.899429.49613平均峰面積百分比As%15.9720734.9453519.2376229.84497質(zhì)量百分比W50.0644610.35978320.1067360.469023、物料衡算（1）塔頂產(chǎn)品中:乙醇：m=mXx=39.3X01476025=5.80g乙酸乙酯：X%.=393X0829345=3259gBaEgBb（2）塔釜產(chǎn)品中：水：m水=m水X無水=9886X0064461=

13、637g乙醇：m=mXx=98.86X03597832=3556g乙酸：m=m=9886X0106736=1055g酸酸酸乙酸乙酯：X=98.86X046902=4636gEaasBb2應r|1產(chǎn)生的乙酸乙酯=32.59+4636=7895g消耗的乙醇=7895X46/88=41.27g消耗的乙酸=7895X60/88=5383g理論上剩余乙醇=75.454127=3418g實際剩余乙醇=5.80+3556=41.36g理論上剩余乙酸=75675383=2184g實際剩余乙酸=1055g原料總質(zhì)量=7545+7567=15012g產(chǎn)物總質(zhì)量=98.86+393=13816g4、轉(zhuǎn)化率及收率的計

14、算乙酸轉(zhuǎn)化率=(乙酸加料量-釜殘液乙酸量/乙酸加料最X103=<75,67-9886X0106736)/7567X109%=8601%：乙醇轉(zhuǎn)化率=乙博加料量-釜殘液乙醇最乙醇加料最X10期=(75.45-9886X03597832)/7545義100%=52.86%乙酸乙酯的收率=產(chǎn)品乙酸乙酯的物質(zhì)的量/原料乙酸的物質(zhì)的量X100%=(393X0829345+98.86X046902)/88/C7567/60)X100%=7115%七、實驗結果分析與討論1、實驗注意事項使用微量注射瑞在3個不同高度取樣，應盡愿保持同步。在使用微量進樣器進樣時速度盡量要快。因水出峰較早，可以先點擊開始后進

15、樣。在稱取釜殘液的質(zhì)最時,盡量等到持液全部流至塔釜后才取釜殘液，實驗中等到塔釜溫度降至50后取樣。2、實驗誤差分析可能是有部分液體殘留在精播塔中所致?？赡苁巧V分析中出現(xiàn)的誤差所致。3、反應精儲的優(yōu)點由于該反應是一個放熱反應，反應精儲可以利用這部分能量推動精儲的進行，很大程度上的達到節(jié)能的效果：將精儲和反應過程耦公起來大大節(jié)省了空間和設備；破壞了可逆反應平衡，增加了反應的選擇性和轉(zhuǎn)化率，使反應速度提高，從而提高了生產(chǎn)能力。八、思考題1、試行文獻找出除乙酸乙酯反應精儲外，還有那些產(chǎn)品能用反應精儲法制的？成酸反應，水解反應，加成反應，醉脫水反應，苯取代反應，聚合物合成反應。2、連續(xù)反應精馀應怎樣操

16、作？簡單敘述流程。連續(xù)精飾在塔某處或塔釜進料，在塔某處出料，在塔上部某處加帶有酸催化劑的乙酸，塔下部某處加乙醇。連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（稱為釜殘液）；部分液體被汽化，產(chǎn)生上升蒸汽，依次通過各層塔板。塔頂蒸汽進入冷凝器被全部冷凝，將部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔頂作為回流液體，其余部分作為塔頂產(chǎn)品（稱為儒出液）采出。3、采用固體催化劑時，實驗室和工業(yè)塔怎么裝填？搠包式包裝結構：將催化劑裝在規(guī)整填料的夾層中：將催化劑裝在塔板上的固定容器中；催化劑與填料混裝的結構4、怎樣提高酯化收率？答：時于本實驗CH3coOH+C2H50HleH3coO6H5+H9是可逆反應，為提高酯化反應的收率，可以通過減小一種生成物的濃度，或者用反應精飾的方法，使生成物中高沸點或者低沸點的物質(zhì)從系統(tǒng)中連續(xù)的排出，是平衡向生成產(chǎn)物的方向移動，以提高酯化收率。5、不同回流比對產(chǎn)物分布影響如何？答：當回流比增大時，乙酸乙酯的濃度會增加。6、采用釜內(nèi)進料，操作條件要