化工专业实验报告
实验名称：反应精馏法制乙酸乙酯
实验人员：同组人：
实验地点：天大化工技术实验中心624 室
实验时间：年月日
班级/学号：级班
学号：实验组号：
指导教师：
实验成绩：
实验一反应精馏法制乙酸乙酯
一，实验目的
1.了解反应精馏是既服从质量作用定律又服从相平衡规律的复杂过程。
2.掌握反应精馏的操作。
3.能进行全塔物料衡算和塔操作的过程分析。
4.了解反应精馏与常规精馏的区别。
5.学会分析塔内物料组成。
二，实验原理
反应精馏过程不同于一般精馏，它既有精馏的物理相变之传递现象，又有物质变性的化学反应现象。
反应精馏对下列两种情况特别适用：（1）可逆平衡反应。
一般情况下，反应受平衡影响，转化率只能维护在平衡转化的水平；但是，若生成物中有低沸点或高沸点物质存在，则精馏过程可使其连续地从系统中排出，结果超过平衡转化率，大大提高了效率。
（2）异构体混合物分离。
通常因它们的沸点接近，靠一般精馏方法不易分离提纯，若异构体中某组分能发生化学反应并能生成沸点不同的物质，这时可在过程中得以分离。
对于本实验来说，适于第一种情况，但但该反应若无催化剂存在，单独采用反应精馏存在也达不到高效分离的目的，这是因为反应速度非常缓慢，故一般都用催化反应方式。
酸是有效的催化剂，常用硫酸。
反应精馏的催化剂用硫酸，是由于其催化作用不受塔内温度限制，在全塔内都能进行催化反应，而应用固体催化剂则由于存在一个最适宜的温度，精馏塔本身难以达到此条件，故很难实现最佳化操作。
本实验是以乙酸和乙醇为原料，在催化剂作用下生成乙酸乙酯的可逆反应。
反应的方程式为：CH3COOH + C2H5OH ↔ CH3COOC2H5+H2O
实验的进料有两种方式：一是直接从塔釜进料；另一种是在塔的某处进料。
前者有间歇和连续式操作；后者只有连续式。
可认为反应精馏的分离塔也是反应器。
若采用塔釜进料的间歇式操作，反应只在塔釜内进行。
由于乙酸的沸点较高，不能进入到塔体，故塔体内共有3组分，即水、乙醇、乙酸乙酯。
本实验采用间歇式进料方式，物料衡算式和热量衡算式为：
（1）物料衡算方程
对第j块理论板上的i组分进行物料横算如下
（2）气液平衡方程
对平衡级上某组分i的有如下平衡关系：
每块板上组成的总和应符合下式：
（3）反应速率方程
（4）热量衡算方程
（5）对平衡级进行热量衡算，最终得到下式：
三，实验装置示意图
实验装置如图2所示。
反应精馏塔用玻璃制成。
直径20mm，塔高1500mm，塔内填装φ3×3mm不锈钢填料(316L)。
塔外壁镀有金属膜，通电流使塔身加热保温。
塔釜为一玻璃容器，并有电加热器加热。
采用XCT-191，ZK-50可控硅电压控制釜温。
塔顶冷凝液体的回流采用摆动式回流比控制器操作。
此控制系统由塔头上摆锤、电磁铁线圈、回流比计数拨码电子仪表组成。
所用的试剂有乙醇、乙酸、浓硫酸、丙酮和蒸馏水。
四，实验步骤
1．称取乙醇、乙酸各80g，相对误差不超过0.5g，用漏斗倒入塔釜内，并向其中滴加2~3滴浓硫酸，开启釜加热系统至0.4A，开启塔身保温电源0.2A，开启塔顶冷凝水。
每10min记下温度。
2．当塔顶摆锤上有液体出现时，进行全回流操作，全回流15min后，开启回流，调整回流比为R=3:1，25min后，用微量注射器在三处同时取样，将取得的液体进行色谱分析，30min后，再取一次进行色谱分
析。
3．将加热和保温开关关上，取出产物和塔釜原料，称重进行色谱分析，关上电源，将废液倒入废液瓶。
五，实验数据记录
表1：实验条件记录表
摆锤出现液滴时间为14:01 开启回流比时间为15:05 开始取样时间为15：31
备注：秤取了80.09g乙醇，79.77g乙酸。
表2：色谱分析条件表
表3：取样时间为15：28色谱分析结果
表5：塔顶流出液色谱分析结果
六，实验数据处理
1、计算塔内浓度分布
已知：f 水=0.4504；f 醇=1.000；f 酸=0.6906；f 酯=1.6611且i
i i
i i f A f A x ∑= 故以15：28精馏塔上部液体的含量作为计算举例： 水的质量分数：
乙醇的质量分数：
乙酸乙酯的质量分数：
已知乙酸的沸点较高，不能进入到塔内，故塔体内共有3个组分，即水、乙醇、乙酸乙酯。
对其余各组实验采用相同的处理，可得到以下表格：
表7：取样时间为15：28含量分析结果
组分 精馏塔945mm 处
精馏塔610mm 处
精馏塔285mm 处
水含量（%） 1.96 2.08 2.24 乙醇含量（%） 25.97 21.66 22.44 乙酸乙酯含量（%）
72.07
76.26
75.32
图2：取样时间为15：28含量在塔内的分布图
表8：取样时间为15:58含量分析结果
组分精馏塔945mm处精馏塔610m处精馏塔285mm处水含量（%） 2.14 2.25 2.39
乙醇含量（%）17.99 19.01 20.58 乙酸乙酯含量（%）79.86 78.73 77.03
图3：取样时间为15：58含量在塔内的分布图
如图所示，不同时间段分别在精馏塔的上部、中部和底部取样做色谱分析可知，原料乙醇在精馏塔底部含量最多；而产物乙酸乙酯在精馏塔中间含量最多，水在精馏塔底部含量最多。
2、进行乙酸和乙醇的全塔物料衡算
实验计算：以第一次分析为例
1、塔顶各组分的质量计算
水的质量分数：
乙醇的质量分数：
乙酸乙酯的质量分数：
第二次依次为，2.35％；15.95％；81.70％，平均得X水=2.36％；X乙醇=15.96％；X乙酸乙酯=81.68％.
且已知塔顶流出液的质量为90.80g
2.对塔釜各组分质量计算
水的质量分数：
乙醇的质量分数：
乙酸乙酯的质量分数：
乙酸的质量分数：
和第二次得值平均可得：X水=31.41％；X乙醇=19.85％；X乙酸=22.01％；X乙酸乙酯=27.73％. 且已知塔釜液重33.14g.
对其余各组实验采用相同的处理，可得到以下表格：
表9.实验结束时塔顶塔釜凝液组成
组分含量水（g）乙醇（g）乙酸（g）乙酸乙酯（g）原料0 80.09 79.77 0 塔顶 2.14 14.49 0 74.17 塔釜10.41 6.58 7.29 9.18 因此对乙醇进行物料衡算：
乙醇的量=塔顶乙醇质量+塔釜乙醇质量+乙醇反应质量
80.09=14.49+6.58+乙醇反应质量
故：乙醇反应质量=59.02 g
n乙醇=59.02/46.07=1.28 mol
对乙酸进行物料衡算：
乙酸的量=塔顶乙酸质量+塔釜乙酸质量+乙酸反应质量
79.77=0+7.29+乙酸反应质量
故：乙酸反应质量=72.48g
n乙酸=72.48/60=1.208 mol
可以知道，理论上乙醇和乙酸的反应量应为1：1，可能是因为有部分液体残留在精馏塔中，也可能是因为色谱分析存在误差所致。
3、计算反应收率及转化率
对于间歇过程，可根据下式计算反应转化率：
转化率＝[乙酸加料量－釜残液乙酸量]/乙酸加料量
=（79.77-7.29）/79.77
=90.86 %
收率=生成乙酸乙酯量/乙酸加料量相对应生成的乙酸乙酯量*100%
=（74.17+9.18）/117.0=71.23
选择性=收率/转化率=71.23%/90.86%=78.40%
七，结果分析及讨论
1、实验注意事项
①使用微量注射器在3个不同高度取样，应尽量保持同步。
②在色谱分析时，样品容易挥发可能导致后面两个量进样不够，故一开始取样应取足够多。
③在使用微量进样器进样时速度尽量要快。
④为保证停留时间的一致，进样和点击开始的时间尽量一致。
⑤在称取釜残液的质量时，必须等到持液全部流至塔釜后才取釜残液。
2、实验误差分析
①可能是有部分液体残留在精馏塔中所致。
②可能是色谱分析中出现的误差所致。
八，思考题
1. 怎样提高酯化收率？
答：对于本实验CH3COOH + C2H5OH ↔ CH3COOC2H5+H2O是可逆反应，为提高酯化反应的收率，可以通过减小一种生成物的浓度，或者用反应精馏的方法，是生成物中高沸点或者低沸点的物质从系统中连续的排出，是平衡向生成产物的方向移动，以提高酯化收率。
2. 不同回流比对产物分布影响如何？
答：当回流比增大时，乙酸乙酯的浓度会增加。
3. 采用釜内进料，操作条件要作哪些变化？酯化率能否提高？
答：釜内进料，应保证在釜沸腾条件下进料，塔内轻组分上移，重组分下移，在不同的填料高度上均发生反应，生成酯和水，转化率会有所提高。
4. 加料摩尔比应保持多少为最佳？
答：此反应的原料反应摩尔比为1:1，为提高反应的转化率，应使某组分过量，因乙醇的沸点较低，易被蒸出，因此应把乙醇多加，比例约为2:1即可。
5. 用实验数据能否进行模拟计算？如果数据不充分，还要测定哪些数据？
答：能进行模拟计算。
还要测定的数据还有塔顶温度，塔釜温度，塔板下降液体量，塔板上液体混合物体积，塔板下降液体量，上升蒸汽量。
11。