反應(yīng)精餾技術(shù)制備乙酸乙酯

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 了解反應(yīng)精餾是既服從質(zhì)量作用定律又服從相平衡規(guī)律的復(fù)雜過(guò)程。 2. 掌握反應(yīng)精餾的操作。 3. 學(xué)會(huì)分析全塔物料衡算的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理 反應(yīng)精餾過(guò)程不同于一般精餾，它既有精餾的物理相變現(xiàn)象，又有反應(yīng)的化學(xué)變化現(xiàn)象。兩者同時(shí)存在，相互影響，使過(guò)程更加復(fù)雜。因此，反應(yīng)精餾對(duì)以下兩種情況特別適用：（1）可逆平衡反應(yīng)。一般情況下，反應(yīng)受平衡影響，轉(zhuǎn)化率只能維持在平衡轉(zhuǎn)化的水平；但是，若生成物中有低沸點(diǎn)或高沸點(diǎn)物質(zhì)存在，則精餾過(guò)程可使其從系統(tǒng)中排出，結(jié)果超過(guò)平衡轉(zhuǎn)化率，大大提高了效率。（2）異構(gòu)體混合物分離。通常因它們的沸點(diǎn)接近，靠精餾方法不易分離提純，若

2、異構(gòu)體中某組分能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并能生成沸點(diǎn)不同的物質(zhì)，這時(shí)可在過(guò)程中得以分離。醇酸酯化反應(yīng)屬于第一種情況。但該反應(yīng)在無(wú)催化劑存在時(shí)反應(yīng)速度非常緩慢，反應(yīng)精餾操作達(dá)不到高效分離的目的，故一般需要添加催化劑。酸是有效的催化劑，反應(yīng)隨酸濃度增高而加快，濃度在0.21.0%（wt.）。本實(shí)驗(yàn)是以醋酸和乙醇為原料、在硫酸催化劑作用下生成醋酸乙酯的可逆反應(yīng)。反應(yīng)的化學(xué)方程式為： 實(shí)驗(yàn)的進(jìn)料方式有兩種：一是直接從塔釜進(jìn)料；另一種是在塔的某處進(jìn)料。前者有間歇和連續(xù)式操作；后者只有連續(xù)式。本實(shí)驗(yàn)采用塔釜間歇式進(jìn)料。反應(yīng)精餾過(guò)程中，塔內(nèi)有四組元。由于醋酸在氣象中有締合作用，除醋酸外，其他三個(gè)組分形成三元或者二元共沸

3、物。水酯，水醇共沸物沸點(diǎn)較低，醇和酯能不斷地從塔頂排出。若控制反應(yīng)原料比例，可使某組份全部轉(zhuǎn)化。因此，可認(rèn)為反應(yīng)精餾的分離塔同時(shí)也是反應(yīng)器。全過(guò)程可用物料衡算式和熱量衡算式描述。三、裝置流程與面板布置圖1. 裝置流程示意圖2. 面板布置圖四、實(shí)驗(yàn)裝置與試劑 反應(yīng)精餾塔用不銹鋼制成，直徑20 mm，塔內(nèi)填料高度1400 mm，塔內(nèi)裝填2.52.5mm不銹鋼網(wǎng)環(huán)型填料（316L）。塔釜為不銹鋼制，容積1000 ml，塔外壁纏有爐絲，通過(guò)控溫儀表使塔身加熱保溫。塔釜外壁有加熱套，底部有加熱爐盤(pán)，功率3000 W。采用人工智能型儀表控制釜溫。塔頂冷凝液體的回流采用擺動(dòng)式回流比控制器操作。此控制系統(tǒng)由塔

4、頭上可擺動(dòng)的料斗、電磁鐵線(xiàn)圈、回流比計(jì)時(shí)器組成。五、實(shí)驗(yàn)步驟 1. 將270 ml 乙醇和210 ml乙酸混合，滴入8滴濃H2SO4，攪拌后注入塔釜。開(kāi)啟循環(huán)冷卻水。 2. 開(kāi)啟加熱面板電源，按下塔釜控溫按鈕，等待塔釜控溫升溫至設(shè)定值（240 C）。 3. 待塔釜測(cè)溫穩(wěn)定在80 C左右時(shí)，釜液開(kāi)始沸騰，按下下段保溫（設(shè)定值70 C）、上段保溫（設(shè)定值60 C）和回流保溫（設(shè)定值50 C）按鈕對(duì)塔身進(jìn)行保溫。 4. 當(dāng)從視鏡觀察有回流液出現(xiàn)時(shí)，保持全回流狀態(tài)穩(wěn)定10 min后，分別在塔釜和塔頂取樣進(jìn)行色譜分析，并記錄數(shù)據(jù)。 5. 設(shè)置回流比為3:1，穩(wěn)定10 min后，分別在塔釜和塔頂取樣分析，

5、并記錄數(shù)據(jù)。 6. 關(guān)閉加熱、等待10分鐘塔身冷卻后，將全部塔頂采出液和全部塔釜采出液取出稱(chēng)重，并用色譜分析組成，記錄數(shù)據(jù)。 7. 停止通冷卻水，整理清理實(shí)驗(yàn)儀器，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理 1、數(shù)據(jù)記錄 物料加入與產(chǎn)出原料加入量產(chǎn)品產(chǎn)出量乙醇乙酸濃硫酸塔頂塔釜270ml210ml8滴101.4g300.46g 全回流狀態(tài)塔頂物料色譜分析峰號(hào)停留時(shí)間峰高峰面積含量%10.115767060.017620.273292391950.228630.415597317.546840.88223.059551.91520616820.041862.7826448969.1057塔底物料色譜分析峰

6、號(hào)停留時(shí)間峰高峰面積含量%10.2911833156.6671.060620.49174224311.3858.168330.9981718495369.84432.043141.94117615543.6035.222653.857808853.5054 回流比3:1塔頂物料色譜分析峰號(hào)停留時(shí)間峰高峰面積含量%10.08238.288169.70.007620.29779.2882044.5320.09130.41563969.727.62512.882840.91571656.891.523.100751.948108.332994.6240.044363.09839579.012.736

7、3.8737塔底物料色譜分析峰號(hào)停留時(shí)間峰高峰面積含量%10.3071306.4333548.6551.729220.515905.16215460.8117.533730.9910634.46368726.63333.48941.94941.81126666.171953.9575748.333.20351.0762 最終產(chǎn)品 塔頂物料色譜分析峰號(hào)停留時(shí)間峰高峰面積含量%10.09817.143146.60.007620.298653.9551578.7210.081430.4426000.969.9387.015840.93264717.268.03123.834651.96560.571

8、476.60.024663.14837345.313.7569.0361塔底物料色譜分析峰號(hào)停留時(shí)間峰高峰面積含量%10.12333.524300.070.015920.29646.6381743.0920.092430.41556488.473.59414.133240.89885867.5.68836.8751.99843023.255.43824.215363.57317376.541.93824.6732 2、數(shù)據(jù)處理成分分析色譜條件：GDX-102色譜柱、D3*2m；載氣為氫氣；載氣流量 40 ml/min (柱頭壓0.04 MPa)；進(jìn)樣量 1 L；柱溫 150 C；檢測(cè)器（使用檢

9、測(cè)器III）溫度 110 C 橋流 120 mA；氣化室（使用氣化室I）溫度 140 C色譜出峰順序及停留時(shí)間：水（0.46 min），乙醇（0.82 min），乙酸（2.5 min），乙酸乙酯（4.9 min）。色譜質(zhì)量相對(duì)校正因子fi：水（1.000），乙醇（1.525），乙酸（2.035），乙酸乙酯（1.650）。那么，組分i的質(zhì)量濃度wi=Ai*fi/ (Ai*fi)，其中Ai為組分i的色譜峰面積，fi為組分i的色譜質(zhì)量相對(duì)校正因子。在3.148min處的峰是乙酸乙酯的峰，1.965min為乙酸，0.932min為乙醇，0.44min處為水，以最終產(chǎn)品的塔頂產(chǎn)物中的乙酸乙酯為例計(jì)算質(zhì)量

10、濃度同理得到其他成分的質(zhì)量濃度w,列于表中塔頂物料色譜分析峰號(hào)停留時(shí)間峰高峰面積含量%質(zhì)量濃度w %物質(zhì)10.09817.143146.60.0076-雜峰20.298653.9551578.7210.0814-雜峰30.4426000.969.9387.01584.水40.93264717.268.03123.834623.乙醇51.96560.571476.60.02460.乙酸63.14837345.313.7569.036172.乙酸乙酯塔底物料色譜分析峰號(hào)停留時(shí)間峰高峰面積含量%重量濃度w物質(zhì)10.12333.524300.070.0159-雜峰20.29646.6381743.09

11、20.0924-雜峰30.41556488.473.59414.13328.水40.89885867.5.68836.8735.乙醇51.99843023.255.43824.215330.乙酸63.57317376.541.93824.673225.乙酸乙酯乙醇物料衡算 加入乙醇摩爾量=產(chǎn)物乙醇摩爾量+乙酸乙酯摩爾量 已知加入270ml乙醇，乙醇密度為0.789g/ml，相對(duì)分子質(zhì)量46g/mol 則加入乙醇摩爾量塔頂產(chǎn)物質(zhì)量為101.4g，則乙醇摩爾量同理，塔底產(chǎn)物質(zhì)量300.46g,乙醇摩爾量塔頂產(chǎn)物乙酸乙酯摩爾量塔頂產(chǎn)物乙酸乙酯摩爾量考慮物料損失和計(jì)算誤差可以看出乙醇滿(mǎn)足物料守恒，因此

12、判斷和計(jì)算正確。乙酸全塔物料衡算 加入乙酸摩爾量=產(chǎn)物酸摩爾量+乙酸乙酯摩爾量已知加入210ml乙醇，乙醇密度為0.1.048g/ml，相對(duì)分子質(zhì)量60g/mol則加入乙酸摩爾量塔頂產(chǎn)物質(zhì)量為101.4g，則乙酸摩爾量同理，塔底產(chǎn)物質(zhì)量300.46g,乙酸摩爾量塔頂產(chǎn)物乙酸乙酯摩爾量塔頂產(chǎn)物乙酸乙酯摩爾量考慮物料損失和計(jì)算誤差可以看出乙酸滿(mǎn)足物料守恒。轉(zhuǎn)化率 根據(jù)以上計(jì)算可以得到轉(zhuǎn)化率七、思考題 1. 怎樣提高酯化收率？ 答： 可以增加反應(yīng)物的濃度，即增加乙醇的進(jìn)料質(zhì)量，塔頂冷凝分離產(chǎn)物要及時(shí)，防止可逆反應(yīng)逆向移動(dòng)，還可以增加回流比，提高轉(zhuǎn)化率。 2. 如何采用連續(xù)進(jìn)料操作方式，操作條件需要做哪些調(diào)整？ 答：采用連續(xù)進(jìn)料的方式，一般在塔側(cè)進(jìn)行加料，原料不斷的加入，同時(shí)塔頂和塔釜不斷采出產(chǎn)物，塔內(nèi)維持穩(wěn)定狀態(tài)，塔內(nèi)物料的組成至于幾何位置有關(guān)，而不隨時(shí)間變化發(fā)生改變。 3. 采用連續(xù)進(jìn)料操作方式能否進(jìn)行醋酸和乙醇的全塔物料衡算？如果