图2 湿式流量计
c)气相色谱法：气相色谱法是采用气体(载气)作为流动相的一种色谱法。当流动相携带混合物流经色谱柱中的固定相是，由于与固定相之间的作用力差异，因而使组分在柱内以不同的速度移动，依次流出色谱柱而得到分离。选用合适的检测器予以检测，可得到电信号随时间变化的流出曲线，即色谱图。根据色谱图中各组分色谱峰的出峰时间，可进行定性分析；根据峰面积或峰高，可进行定量分析。
78710
18.04209
表9进料0.9ml/min产品2
出峰序号
停留时间/min
峰面积
峰面积百分比/%
1
0.271
105389
20.76124
2
0.541
311200
61.30338
3
1.157
90861
17.89934
表10进料1.2ml/min产品1
出峰序号
停留时间/min
峰面积
峰面积百分比/%
65.35
65.03
65.19
66.44
66.52
66.48
乙醚
24.95
24.38
24.66
16.73
16.62
16.67
17.64
17.40
17.52
3.产品的质量和气体流量的计算，及原料质量衡算:
以进料量为0.9ml/min时的产品数据计算为例：
产品质量
乙烯气体体积
乙烯物质的量
乙烯气体质量
原料总质量
８.每个流量下反应约30min左右，可以由每组学生自己确定。然后放出分离器内的液体，并同时计量湿式流量计读数。用天平对液体产物准确称重，用色谱分析二次含量。
9.改变乙醇的加料速度为0.8，1.2ml/min，重复上述实验步骤，则得到不同乙醇的加料
速度时原料转化率、产物乙烯收率、副产物乙醚生成速率等，并根据动力学模型，可以得到反应速率常数。
175976
40.560
3
2.580
121773
28.072
表6进料0.6ml/min产品1
出峰序号
停留时间/min
峰面积
峰面积百分比/%
1
0.259
113896
24.54458
2
0.538
245928
52.99766
3
1.136
104006
22.41334
表7进料0.6ml/min产品2
出峰序号
停留时间/min
主反应：
副反应：
3.催化机理：ZSM-5分子筛，因其具有亲油疏水性，在催化脱水性能方面更具有优势。[1]乙醇脱水生成乙烯主反应的机理主要有2种：生成乙醇盐中间体和生成碳正离子中间体。Kondo等[2]和Haw等[3]用红外光谱和核磁共振检测到在低温条件下分子筛上中间产物乙醇盐中间体，并提出了乙醇制乙烯反应在分子筛上的反应机理。图1为Kondo等提出的反应机理与传统的碳正离子中间产物机理的对比图。
峰面积
峰面积百分比/%
1
0.241
91268
24.53691
2
0.526
197594
53.12177
3
1.130
82927
22.29448
表8进料0.9ml/min产品1
出峰序号
停留时间/min
峰面积
峰面积百分比/%
1
0.250
88482
20.28192
2
0.522
268905
61.63880
3
1.138
10:38
151.1
270.1
270.3
439.4763
玻璃瓶质量 = g
玻璃瓶+产品质量 = g
表3乙醇进料速度 时的原始数据表
时间
预热温度/℃
炉内温度/℃
反应温度/℃
流量计读数/l
10:48
131.4
270.4
270.3
4395.002
10:58
126.5
270.0
270.6
4395.224
11:08
可看出，乙醇吸附在分子筛上，乙醇羟基上的氧原子和氢原子分别和分子筛上的氢原子和氧原子形成氢键，然后脱去一分子水形成乙醇盐中间体，最后生成乙烯分子，同时分子筛的B酸质子恢复原位。Aronson等认为乙醇脱水制乙烯反应是碳正离子模型。
4.实验过程原理：本实验采用ZSM－5分子筛为催化剂，在固定床反应器中进行乙醇脱水反应研究，反应产物随着反应温度的不同，可以生成乙烯和乙醚。温度越高，越容易生成乙烯，温度越低越容易生成乙醚。实验中，通过改变反应温度和反应的进料速度，可以得到不同反应条件下的实验数据，通过对气体和液体产物的分析，可以得到反应的最佳工艺条件和动力学方程。A、B、ФPOOT研究了在 上乙醇脱水的动力学，导出了一级反应速度方程式：
1
0.230
81179
18.06593
2
0.500
282339
62.83294
3
1.119
85660
19.06320
表11进料1.2ml/min产品2
出峰序号
停留时间/min
峰面积
峰面积百分比/%
1
0.21
2
0.503
254333
62.85022
3
1.124
76030
18.78835
三、 实验步骤及流程简图
图3实验流程图
1.在反应器底部放入少量岩棉，然后放入10～20cm高的瓷环，准确量取瓷环高度并记
录，瓷环应预先在稀盐酸中浸泡，并经过水洗、高温烧结，以除去催化活性。
2.用量筒量取20ml催化剂，然后用天平称量出催化剂重量（约30g），并记录。
3.将称量好的催化剂，缓慢、全部加入到反应器中，并轻微震动，然后记录催化剂高
4393.554
玻璃瓶质量 = g
玻璃瓶+产品质量 = g
表2乙醇进料速度 时的原始数据表
时间
预热温度/℃
炉内温度/℃
反应温度/℃
流量计读数/l
10:08
153.0
269.9
270.4
4393.922
10:18
147.9
270.1
270.3
4394.206
10:28
150.1
270.0
270.4
4394.495
进料速度
乙醇转化率X
乙烯收率
同理，各产品质量数据表如下：
表15 产品质量数据表
进料速度
0.6
0.9
1.2
原料质量
13.963
液体质量
12.97
气体质量
0.993
4.各组分物质的量计算：
以进料量为0.9ml/min时的产品数据计算为例：
水的物质的量
乙醇的物质的量
乙醚的物质的量
产物中各组分的物质的量见下表：
表16各产物物质的量
进料速度
122.4
270.0
270.7
4395.486
11:18
120.4
270.0
270.9
4395.757
玻璃瓶质量 = g
玻璃瓶+产品质量 = g
表4配制标准溶液
物质
水
乙醇
质量/g
5.53
15.86
表5标准溶液
出峰序号
停留时间/min
峰面积
峰面积百分比/%
1
0.357
136099
31.368
2
1.230
数据汇总表如下：
表14产品组成
样品
组成
0.6ml/min进料时的产品
0.9ml/min进料时的产品
1.2ml/min进料时的产品
第一次
第二次
平均
第一次
第二次
平均
第一次
第二次
平均
水
18.11
18.55
18.33
17.92
18.35
18.14
15.92
16.08
16.00
乙醇
56.94
57.07
57.01
度，确定催化剂在反应器内装填高度。
4．在催化剂上方继续加入瓷环，一直到反应管顶部，然后将反应器顶部密封。将反应
管放入到加热炉中，连接乙醇和水的进口，拧紧卡套。（1~4步本次实验省略）
5.按照实验要求，将反应器加热温度设定为150~350℃，预热器温度设定为120~160
℃（可以根据反应器温度调节）。
根据记录的数据，计算出原料乙醇的转化率，产物乙烯收率和选择性，副产物乙醚收率和选择性。
1.质量相对校正因子的计算：
在标准溶液中
则有
=1.19
=1.21
表12质量相对校正因子表
物质
水
乙醇
乙醚
质量相对校正因子
1.000
1.20
1.05
2.各样品中组分的计算：
以进料量为0.9ml/min时的产品数据计算水为例：
乙醇脱水反应研究实验
一、实验目的
1.掌握乙醇脱水实验的反应过程和反应机理、特点，了解针对不同目的产物的反应条件对正、副反应的影响规律和生成的过程。
2.学习气固相管式催化反应器的构造、原理和使用方法，学习反应器正常操作和安装，掌握催化剂评价的一般方法和获得适宜工艺条件的研究步骤和方法。
3.学习动态控制仪表的使用，如何设定温度和加热电流大小，怎样控制床层温度分布。
d)气相色谱仪：气相色谱仪的流程由六个部分组成，即气路系统、进样系统、色谱分离系统、控温系统、检测系统、和数据处理系统。来自钢瓶的载气，依次流经减压阀、净化干燥器、稳定压阀、转子流量计和进样气化室后，进入色谱柱。流出色谱柱的载气夹带分离后的样品，经检测器的检测后放空。检测器信号则送入数据处理系统记录并处理。