=
4.820
mol/m3
该反应的速率方程为：
������乙烯 = ������������乙������ 醇
ln (������乙烯) = ������ ln (������乙醇) + ln(������)
求得不同进料速率下的 r 乙烯和 C 乙醇，对 ln(r 乙烯)和 ln(C 乙醇)作图，根据线性 拟合的结果，即可求得反应级数 n 和不同温度下的反应速率常数 k。
乙醚
水
分子量
28.1
46.1
74.1
18.0
质量校正因子
0.585
0.64
0.67
0.55
摩尔校正因子
2.08
1.39
0.91
3.03
进料量 反应温度
(mL/min)
(oC)
0.2
290.0
表 2 实验数据举例
反应压力 催化剂用量
色谱面积百分比（%）
(MPa)
g
乙烯 水 乙醇 乙醚
0.101
2.04
ln(C 乙醇)
开关、搅拌器开关及总电源； 13、关闭 N2 钢瓶总阀，待管道内气体全部排出，关闭减压阀； 14、关闭冷却水； 15、教师给学生的数据签字，学生才可以离开。
五、记录与数据处理
1、原始数据记录 记录原始数据，列入表 2。
2、数据处理 按照第二部分——实验原理中所述的方法，对数据进行处理，将相关数据和
结果列入表 3。
实验 序号
进料量 mL/min
表 2 原始数据表
反应压力 反应温度
MPa
oC
面积百分比，% 乙烯 水 乙醇 乙醚
六、思考题
1、本次实验巩固了所学的有关理想反应器及利用全混流反应器进行动力学 数据测定的知识，试分析实验所用内循环无梯度反应器的特性，以乙烯为着眼组
分，给出其设计方程，简述利用该反应器进行动力学实验测定的方法和步骤。 2、回顾总结转化率、收率的概念。 3、分析乙醇脱水反应的特性，试根据实验结果给出最有利于乙烯生成的操
调整操作温度，重复实验，得到不同温度下的速率常数 k，根据阿累尼乌斯 定律，
知，
k = k0 exp(−E / RT )
(5)
ln
k
=
ln
k0
−
E RT
(6)
将 lnk 对 1/T 作图，即可求出指前因子 k0 和活化能 E。
三、实验装置及试剂
1. 实验装置 反应器结构参见图 1。实验装置流程简图如图 2 所示。装置由三部分组成： 第一部分是进料系统，由微量进料泵、氢气钢瓶和汽化器组成；第二部分是反应 系统，由一台内循环式无梯度反应器、温度控制器和显示仪表组成；第三部分是 取样和分析系统，包括产品收集器、六通采样阀在线气相色谱分析仪,六通采样 阀结构及工作原理参见图 3。
二、实验原理
本实验采用磁驱动内循环无梯度反应器，催化剂颗粒置于不锈钢筐内，不 锈钢筐置于反应器内腔，反应器整体置于恒温电炉中。由于搅拌轮的推动作用, 使气流强制循环，可使反应器内的反应混合物达到理想混合,即无浓度梯度和温 度梯度，物料的流动方式近于全混流。根据全混流反应器的设计方程可知，反应 物的反应速率满足式（1）。
器开关，升温，同时向反应器冷却水夹套通冷却水，并打开搅拌器，将 转速调至 1000r/min－1500r/min。 2、打开 H2 发生器，确认色谱检测中载气通过后启动色谱，设置柱箱温度为 110 oC，进样器为 130 oC，检测器为 120 oC，待温度升到指定后，桥电流 设为 100 mA； 3、打开色谱软件，选择通道 A 或者 B（根据实际相连的通道），先设置采集 时间为 6 min，然后根据实际分析所需时间进行调整； 4、待反应器温度升到给定温度，关闭 N2，先将进料阀切至放空状态，打开 泵进料，先开到最大（按 Prime 按钮），待放空管有液体流出，切换至进 料状态，等待几分钟，观察湿式流量计示数，其示数变化表明原料乙醇 进到了反应装置，然后再设置泵的进料为 0.6 mL/min； 5、等待反应装置稳定 15 min 以上，开始采样记录； 6、色谱采样过程：将六通阀从“取样”扳到“进样”状态，同时点击色谱 软件“采样”按钮开始记录，在下一次采样之前将六通阀从“进样”扳 回“取样”状态，让定量管充满样品以备下次采样； 7、色谱出峰依次为乙烯、水、乙醇、乙醚，读取各原料和产物的峰面积； 8、保存到桌面，建立一个以日期命名的文件夹，将采样的名称命名为“061、06-2、06-3”等等； 9、直到最新所采的三组数据的原料和各产物的峰面积比例保持基本不变的 时候，将三组数据给教师看，然后再调节至 0.4、0.3、0.2 mL/min 等至少 共四个进料量条件，继续进行动力学实验； 10、在 250~380oC 之间选取四个温度点，重复上述步骤； 11、实验结束后，设置色谱为关闭，等待~30 min，待检测器的温度降到 80 oC 以下，关闭电源，关闭 H2 发生器； 12、关闭泵进料，打开 N2 进行吹扫，开至总量程一半，流量大约为 300 mL/min，等待~30 min，将搅拌器转速调至 0 转/分钟，依次关闭各控温
实验六 乙醇气固相脱水制乙烯动力学实验
一、实验目的
1、熟悉内循环式无梯度反应器的特点以及其它有关设备的使用方法。 2、通过乙醇气固相催化脱水实验，巩固所学的有关动力学方面的知识。 3、掌握内循环式无梯度（全混流）反应器的设计方程。 4、掌握利用内循环式无梯度反应器获得反应动力学数据的方法和手段，巩 固动力学数据的处理方法，并可根据动力学方程求出相应的参数值。
-rA
'
=
FA0 X W
A
,
(
mol g h
)
（1）
其中，FA0——进料的摩尔流率，mol/h； XA——反应物 A 的转化率； W——催化剂质量，g； -rA`——反应物 A 的消耗速率，mol/(g·h)。 由此可计算出反应物的反应速率。通过调整进料速率，可以得到不同的反
应物转化率（或反应器出口浓度），从而可得出反应速率常数 k 与反应级数 n。 本实验的对象为乙醇脱水反应，该反应为平行反应，乙醇进行分子内脱水
23.0 27.2 30.6 19.2
以表 2 数据为例，反应产物中乙烯的摩尔分率为：
������乙烯
=
������������������������ ∑ ������������������������
=
2.08×23.0% 2.08×23.0%+3.03×27.2%+1.39×30.6%+0.91×19.2%
图 2 实验装置流程的示意图
样品进
载气进
样品进
载气进
样品出
至色谱
样品出
至色谱
（a）采样状态
（b）进样状态
图 3 六通阀结构及原理示意图
2. 实验试剂
无水乙醇：分析纯，20℃液体密度：ρ 乙醇=789kg/m3
分子筛催化剂：60～80 目，2.04g
四、实验方法及操作步骤
实验步骤如下： 1、打开 N2 气瓶减压阀，将 N2 流量调至约 300ml/min，打开反应器温度控制
对产物进行采样分析，得到各组分的色谱分析面积百分比。利用表 1 所提供的校
正因子按式(4)计算得出各组分的质量分数或摩尔分数。
������������
=
������������ ������������ ∑ ������������������������
(4)
表 1 各组分的校正因子
名称
乙烯
乙醇
作条件。 4、根据所取得的产物组成数据，分析各产物之间的计量关系，若存在误差，
请分析出可能的原因。 5、实验中有否闻到试剂气味，分析出现这一现象的原因。
反应温度 (℃)
进料量 (ml/min)
乙烯
产物组成 (mol%)
水
乙醇
表 3 实验数据处理
乙醚
乙醇转化率 乙烯收率
r 乙烯
%
%
C 乙醇
ln(r 乙烯)
成乙烯，同时可能分子间脱水生成乙醚，参见式（2）和式（3）。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2C2H5OH → C2H5OC2H5 +H2O
(2)
C2H5OH → C2H4 +H2O
(3)
一般而言，较高的温度有利于生成乙烯，而较低的温度则有利于生成乙醚。
在给定温度压力条件下，在所述内循环无梯度反应器内，以 60~80 目分子
筛为催化剂，在一定的乙醇进料速率下，进行乙醇脱水气固相反应。利用六通阀
123 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
14 15 16 17
1-压片，2-催化剂，3-框压盖，4-浆叶，5-反应器外筒，6-加热炉， 7-反应器内筒，8-法兰，9-压盖，10-轴承，11-冷却内筒，12-轴， 13-内支撑筒，14-外支撑筒，15-反应器磁钢架，16-底筒，17-磁力泵
生成的乙烯量 Y乙烯 = 原料乙醇量 乙烯生成速率记为 r 乙烯，根据全混流反应器的设计方程可知，
（6）
r
乙烯＝
乙醇进料速率 乙烯收率 催化剂用量
（7）
由理想气体状态方程可得，反应器中乙醇的浓度为：
������乙醇
=
������乙醇 ������������
=
101000∗0.223 8.314∗(273.15+290.0)
图 1 反应器结构
TIC-控温，TI-测温，PI-压力计，J-进液排放三通阀，TCD-热导池检测器 1-氮气气体钢瓶，2-稳压阀，3-干燥器，4-过滤器，5-质量流量计，6-单向阀，7-缓冲器， 8-预热器，9-预热炉，10-反应器，11-反应炉，12-马达，13-六通阀示意图，14-保温箱，
15-气相色谱仪，16-冷凝器，17-转子流量计，18-湿式流量计，19-氢气发生器， 20-原料瓶，21-原料泵