实验一流化床反应器的特性测定一、实验目的流化床反应器的重要特征是细颗粒催化剂在上升气流作用下作悬浮运动，固体颗粒剧烈地上下翻动。
这种运动形式使床层内流体与颗粒充分搅动混和，避免了固定床反应器中的“热点”现象，床层温度分布均匀。
然而，床层流化状态与气泡现象对反应影响很大，尽管有气泡模型与两相模型的建立，但设计中仍以经验方法为主。
本实验旨在观察和分析流化床的操作状态，目的如下：1、观察流化床反应器中的流态化过程。
2、掌握流化床压降的测定并绘制压降与气速的关系图。
3、计算临界流化速度及最大流化速度，并与实验结果作比较。
二、实验原理与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：①可以实现固体物料的连续输入和输出；②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应；③便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行，石油馏分催化流化床裂化的迅速发展就是这一方面的典型例子。
流化床存在的局限性：①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布，导致不适当的产品分布，阵低了目的产物的收率；②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率；③由于固体催化剂在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使催化剂加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒催化剂的带出，造成明显的催化剂流失。
（1）流态化现象气体通过颗粒床层的压降与气速的关系如图4-1所示。
当流体流速很小时，固体颗粒在床层中固定不动。
在双对数坐标纸上床层压降与流速成正比，如图AB段所示。
此时为固定床阶段。
当气速略大于B点之后，因为颗粒变为疏松状态排列而使压降略有下降。
图1-1 气体流化床的实际ΔP -u关系图该点以后流体速度继续增加，床层压降保持不变，床层高度逐渐增加，固体颗粒悬浮在流体中，并随气体运动而上下翻滚，此为流化床阶段，称为流态化现象。
开始流化的最小气速称为临界流化速度u mf 。
当流体速率更高时，如超过图中的E点时。
整个床层将被流体所带走，颗粒在流体中形成悬浮状态的稀相，并与流体一起从床层吹出，床层处于气流输送阶段。
E点之后正常的流化状态被破坏，压降迅速降低，与E点相应的流速称为最大流化速度u t 。
（2）临界流化速度临界流化速度可以通过ΔP与u关系进行测定，也可以用公式计算。
常用的经验计算式有：在条件满足的情况下，常通过实验直接测定颗粒的临界流化速度。
（3）最大流化速度最大流化速度u t亦称颗粒带出速度，理论上应等于颗粒的沉降速度。
按不同情况可用下式计算：Minnan Normal University Wu Wen-bing其中：临界流化速度，—；最大流化速度，—；流体粘度，—；颗粒密度，—；流体密度，—颗粒当量直径，—smusmusmkgmkgmkgmdudmftSgpgtpp/ ///Re133⊕⊕=μρρμρ三、实验装置及流程流化床特性测试实验实物图和示意流程见图1-2和1-3。
图1-3 流化床反应器特性测试流程图实验用的固体物料是不同粒度的石英砂，气体用空气。
由空气压缩机来的空气经稳压阀稳压后，由转子流量计调节计量，随后可通入装有石英砂固体颗粒的流化床反应器。
气体经分布板吹入床层，从反应器上部引出后放空。
由于出口与大气相通，床层压力降可通过进口压力表测得。
流化床反应器的主要技术指标：气体流量：0～4L/min（空气）；最高操作压力：0～0.16MPa；催化剂填装量：10～30ml；反应段：Φ25×2.5mm，长450mm；扩大段：φ76×3 mm，长180mm；总长630mm；四、实验步骤及方法1、打开空压机，稳压后调节空气流量，测定空管时压力降与流速关系以作比较。
2、关闭气源，小心卸下玻璃流化床反应器，装入己筛分的一定粒度石英砂，检漏。
3、通入气体，在不同气速下观察玻璃流化床反应器中流化现象，测定不同气速下床层高度与压降值。
874TCITCI-控温热电偶；TI-测温热电偶；PI-压力计;K-调节阀；V－三通阀；W－球阀；L－六通阀1、1'-气体钢瓶；2、2'-钢瓶减压阀；3-稳压阀；4-转子流量计;5、5'-干燥器；6-取样器；7-预热炉；8-预热器；9 -反应炉；10-流化床反应器；11 -冷凝器;12-气液分离器；13-湿式流量计; 14-加料罐；15-液体泵；16－缓冲罐；17－玻璃流化床PI51213151 1'2 2'4511TCITIPI10TCITCI9K KVV161417WLMinnan Normal University Wu Wen-bing4、改变石英砂粒度重复实验。
5、实验结束关闭气源。
五、实验数据处理1、记录不同条件下的压降ΔP与气体流量的变化值，在双对数坐标纸上进行标绘；2、确定相应的临界流化速度与最大流化速度；3、按实验条件计算临界流化速度与最大流化速度；注意：最大流化速度u t不能直接算出，需假定Re p范围后试算，再校核Re p是否适用。
六、结果与讨论1、分析讨论流态化过程所观察的现象，与理论分析作比较；2、分析影响临界流化速度与最大流化速度的因素有哪些，归纳实验得到的结论；3、比较理论计算值与实验值，并作误差分析；七、思考题（任选两题）1、气体通过颗粒床层有哪几种操作状态？如何划分？2、流化床中有哪些不正常流化现象？各与什么因素有关？3、流化床反应器对固体颗粒有什么要求？为什么？实验二甲醇脱水制备清洁能源——二甲醚一、实验目的1、掌握内循环无梯度反应器、气相色谱仪的工作原理、工艺结构与操作过程；2、了解甲醇气相脱水法制二甲醚的基本原理和基本工艺。
3、了解反应产物定性、定量的分析的方法，学会实验数据处理的方法。
二、实验原理二甲醚(DME)，又称木醚，甲醚，分子量46.069，是一种无毒、无味、环境友好的化合物。
DME的性质和液化石油气（LPG）十分相近，在贮存、运输、使用上比LPG安全，燃烧性能好，无残液，不析炭，是一种洁净的民用燃料；二甲醚还可用作汽车燃Minnan Normal University Wu Wen-bing料，其辛烷值比柴油高，尾气不需要催化转化处理，能满足汽车超低排放尾气标准的要求。
因此近几年提出把DME作为环境友好的燃料，得到了极大的关注。
二甲醚的生产方法包括两步法和一步法，其中甲醇脱水制二甲醚属两步法，该法是从传统的浓硫酸甲醇脱水法的基础上发展起来的。
其基本原理是在催化反应器中将甲醇蒸汽通过固体酸性催化剂（氧化铝、分子筛、结晶硅酸铝等），发生非均相反应，脱水生成二甲醚，脱水后混合物还需进行分离提纯。
工艺流程如图1-1：图1-1 气相甲醇脱水法工艺流程美国Mobil公司1965年用气相脱水法生产二甲醚，就获得了80%的转化率和98%的选择性。
日本三井东亚化学公司获得了74.2%的转化率和99%的选择性[28]。
该法以精甲醇为原料，脱水反应副产物少，三废少，操作容易，易获得高纯度的二甲醚产品（可达99.9%）。
甲醇脱水制二甲醚反应机理主要取决于其活性中心位，基于此，国内外许多研究学者提出了不同的观点，主要有双活性中心、弱酸中心和强酸中心三种。
三、实验材料与装置1、主要原料与试剂甲醇（≥99.5%）；催化剂（NKC-2，硅铝比15）；色谱用高纯氢（≥99.999％）催化剂置于1M的H3PO4溶液中，在50℃下浸渍120min，在80℃下浸渍180min，在120℃下干燥10h，然后在马弗炉中于550℃焙烧24h。
2、实验装置与流程本实验采用常压内循环无梯度反应器，实物图和示意流程见图1-2和1-3。
甲醇换热反应分离提纯二甲醚Minnan Normal University Wu Wen-bing图1-2 内循环无梯度反应器实物图916TITCI7810TCI-控温;TI-测温；PI-压力计;V-截止阀；K-调节阀；J-三通阀；1-氮气；2－稳压阀；3-干燥器；4-过滤器；5-质量流量计；6-缓冲器；7－预热器；8-预热炉；9-反应器；10-反应炉；11-马达;12-六通阀;13-冷阱；14-保温瓶;15-湿式流量计；16-加料泵111VTCI245K3151314色谱系统12VV图1-3甲醇内循环无梯度脱水反应流程图3、色谱分析方法SP-1000气相色谱仪（北京北分瑞利分析仪器公司），GDX-401色谱填充柱（φ3mm×3m，最高使用温度250℃），以氢气为载气。
色谱条件：柱温100℃，进样器120℃，热导池检测器，检测器温度120℃，热丝温度140℃，载气流速20mL/min。
Minnan Normal University Wu Wen-bing四、实验步骤及方法（1）称取约4g催化剂(称准至1 mg)，装入反应器中，系统试漏。
打开搅拌系统冷却水（实验过程中，务必保证冷却水通畅，若停水，应立即停止搅拌，停止实验），启动反应装置总电源，开各温度电源和搅拌系统电源。
开启反应装置软件。
（2）设定反应装置温度，包括：设定反应控温为235～310℃（对应的反应测温约为160～220 ℃，具体可参考测温与控温关系表）（这里的反应测温即为催化剂中心的反应温度，由控温来调节。
由于控温为加热温度，传给反应物料的过程中存在热损失，导致测温值偏离控温值较大。
实验过程中，通过测温与控温的关系表给定控温初设值，观察反应温升情况，给予调整。
目的是保证反应测温值在预定的反应温度上，偏差尽量控制在±2℃）。
设定预热温度为120℃，保温系统温度为140℃，阀箱温度为120℃。
搅拌速度设定为1500r/min。
温度设定建议在反应装置软件上完成。
测温与控温的关系表（仅供参考，实验中会有偏差）控温℃ 235 245 285 288 300测温℃ 160 170 200 210 215（3）微量泵的运行准备工作：将微量泵进料管浸于原料液中（实验过程中泵进料管的白色吸附头要保证完全浸没于液面以下），旋松中间吸液口，用针筒将原料液吸出排气，旋紧中间吸液口。
打开泵电源，设定值调为0.5mL/min，三通阀旋向“排空”位置，将原料瓶移至排空口，按“Run/Stop”，启动泵抽液，直到排空口出现连续均匀液滴时。
先按“Run/Stop”，停泵，再将三通阀旋向“反应器”位置，此时泵的运行准备工作完毕。
（4）气相色谱操作：通载气、开总电源、温度达设定值、开检测器、色谱基线。
通色谱载气，启动气相色谱仪，设定柱箱、汽化室和检测器温度为100℃、120℃、120℃，色谱温度稳定后，设定热丝温度为140℃。
打开色谱工作站和反应装置软件，色谱基线平稳后方可对产物进行检测。