1、1异丙醇气固相催化脱氢制备丙酮操作说明一、前言丙酮（Acctone ）亦称 2-丙酮（2-Propanone） ，无色透明，易燃，易挥发液体，有微香气味。分子式 C3Vh6O，结构简式(CH 3)2CO,分子量 58.08，熔点-94.6，沸点 56.5，密度（20）0.7898g/cm 3.能与水、甲醇、乙醇、乙醚、氯仿、吡啶等混溶，能溶解油脂肪、树脂和橡胶，是制造醋酐、双丙酮醇、氯仿、碘仿、环氧树脂、聚异戊二烯橡胶、甲基丙烯酸甲酯等，是一种重要的溶解原料。在无烟火药、赛璐珞、醋酯纤维、喷漆等工业中做溶剂。生产中，丙酮的制备和来源主要有以下几种途径：1、淀粉发酵；2、丙烯水和成异丙醇，再经催
2、化脱氢或催化氧化；3、异丙苯氧化水解；4、丙烯在钯作催化剂液相氧化。此外，也可从木材干馏而得。实验室中常用乙酸钙干馏制得。本实训采用的反应装置是一种典型的气固相催化脱氢工艺。当市场上异丙醇大量过剩情况下，为寻找出路，它仍有一定的生产意义。因此通过本实训掌握有关脱氢工艺技术还有实用价值。本实训的内容包括掌握气固相固定体催化剂脱氢反应的工艺条件，了解脱氢催化剂的组成作用。测试活性方法，了解固定床反应器的结构与操作使用方法；了解脱氢产物组分的精制方法；了解精馏塔操作控制工艺，掌握实验仪器的使用，及色谱分析方法，能够独立进行操作。本实训的优点是：催化剂的反应温度较低，易于操作；精制反应条件易于操作；产
3、品易于分析；物料易于购买。二、反应原理常压 200-300，异丙醇在催化剂表面，脱氢吸热生成丙酮，并产生大量氢气。 本实验主要涉及两个过程。温度适中时，发生主反应（CH 3） 2CHOH(CH 3)2CO+H2；起始时，由于（CH 3） 2CHOH 的加入，汽化需要吸收大量的热，导致反应温度降低，发生副反应(CH 3)2CO+（CH 3） 2CHOH（CH 3） 2CHCH2COCH3+H2O。温度过高时，发生分子内脱水，生成丙烯， （CH 3） 2CHOHCH 2CHCH 3+H2O。因此温度控制的是否得当是生成目的产物的关键。2三、装置配置及流程与面板布置1.装置配置反应器：30750mm
4、；预热器：12220mm；反应炉：三段加热，每段功率 1.5kw，最高使用温度 700；预热炉：加热功率 0.5kw；气液分离器：50mm，长 220mm；精馏塔 1:塔径 15mm、塔高 1400mm，5 侧口，两段加热保温，功率300W；塔釜 250ml，加热功率 200300W；预热器 加热功率 70W；精馏塔 2：塔径 15mm、塔高 1200mm，3 侧口，一段加热保温，功率 300W；塔釜 250ml，加热功率 200W；回流比控制器：099 秒可调，数码显示。33.装置面板布置图4流程示意图TE07TIC0707Y03TITE10TE05TIC0505TY05TITE12P、 R
5、F-2 P-2RF-306TITE1304TITE1RV-3RV-2RV-4RV-5F-5F-6D-1D-201TICTE01TY01W-1R-102TITE09TE02TIC0202YGS-1 HE-1RF-4TE03TIC0303YTE04TIC0404YRV-1RF-1CWHV-1 P-1、 WF-1、 、 RV、G、F、PSV、W、R、HE、S、G、WF、R、P、CW、 TY、I、 TE、I、 PI、 SV-1 TE06TIC0606Y、PI01 、PI03PI02S-1PI04PI055四、分离方案本实验中产品的分离是采用常压精馏的方法。常压下，丙酮的沸点56.5，异丙醇的沸点 82
6、.5。副反应是导致产物中含水的原因，分离方案要依据具体需要而确定。情况主要有两种：1.若反应控制得当，反应产物中水的含量较少，即副产物少，采取连续式精馏，将产品流进塔 1，得到较高纯度的丙酮；再流进塔 2，得到更高纯度的丙酮产品。2.若反应产物中水的含量较高，即反应选择性差，负反应剧烈，采取连续精馏和间歇精馏组合方式分离。将反应产物用连续精馏的方法进入塔 1，大回流比控制，得到高纯度的丙酮。将塔1 釜液采用间歇精馏的方式放入塔 2，回收异丙醇。此方案需要注意的是，异丙醇和水会形成共沸物，它们的分离只能采取特殊的分离方法。例如：共沸精馏，萃取精馏等。五、分析条件采用 CU-ZN-AL基-NiO
7、催化剂，装填 600ml，在 200-300下，进料量控制在 0.8-1.6ml/min，反应器为管式固定床。反应原料与产物均系用色谱仪进行分析。色谱仪使用条件如下：色谱柱：GDX-104 32000mm；载气：氢气；热导检测器：桥流 100mA，温度 100；柱前压：0.1Mpa；柱温：100；汽化器：100。六、操作1.反应操作催化剂装填6由于反应器直径较大，两端密封螺帽难以拧紧，故必须在台钳上进行操作，催化剂装填要在振动情况下从上部倒入，反应器结构示意图如下：将反应器用丙醇或乙醇擦拭干净后，插入热电偶套管，调整支撑架高度，使管靠向下部，留出部分空间约 200mm，在支架上部放油 80-1
8、00 目的不锈钢网，网上添加玻璃棉(高硅铝棉)，用棒插入，测量高度后记录该值，并在反应器外部做一记号。 （注意此时必须先将反应器下部的接头拧上，并将热电偶套管的螺帽拧紧，使套管不再移动，否则套管再装填催化剂时要移动，不能准确定位。 ）此后添加催化剂，最好为直径 3mm，长 5-6mm 颗粒，边装边振动反应器，使催化剂均匀堆积，不形成架桥现象。当加入 400-500ml 催化剂（取一定量，按催化剂堆比重决定，不能太多）再量此时床层高度并记录，后加玻璃棉少许或上部装填玻璃球 55 或 SiO244mm 直至顶部后再加玻璃棉，擦拭干净封头后拧紧接头，并用力拧紧大螺帽，最后装入反应炉内，连接上进出口接
9、头。（注意：操作时要观察反应器出入口接头位置是否与现场一致，不一致要调整过来，免去在现场调整，现场不易拧紧螺帽。 ）试漏开车前首先对设备进行试漏，这一点很重要，务必认真进行。将压缩气体接入氮气进气口，如果连接在氮气钢瓶上，打开减压阀，调整进气，使流量维持最低进气即可，关闭气液分离器的出口阀，使系统密闭，进气维持压力在0.05Mpa，关闭进气阀，停留 5 分钟，开启测压电源，在仪表上有压力数值显示，、1-,23,4- 5677651.7（压力表上也有指示） ，当压力不下降时认为合格。可开启各路阀门，后检查电路。电路检查将各热电偶插入相应位置，开启各路电源，相应控制或测定温度仪表上有数值显示，分别
10、拔掉热电偶插件，在相应的仪表上有四位数闪烁，说明连接正确，再将热电偶插回原插件内，把所有的热电偶检查完毕后可通氮气，开启加热系统升温至所需温度。升温反应当温度达到 200时，停止进氮气，开始进液体原料。保持进料速度不变，在 160300 度之间每隔十五摄氏度，稳定 20 分钟后，取样称量后进行色谱分析，记录尾气量，并记录下数据；然后保持温度不变，比如 250，改变进料速度，测定产物含量，并记录数据。实验完毕，先关反应器，后关冷却水。先关色谱仪，后关闭氢气。2.精馏操作精馏塔的安装装置法兰采用凸凹面，内有聚四氟乙烯垫片，装塔时应对正法兰口，放入后左右不能推动认为已插好，可以对角上紧螺栓。在连接好
11、后，接上管路接头，在塔顶回流段或釜下通入压缩空气，观察压力计在 0.15Mpa 时下有无下降，五分钟内不降为合格。如下降要用肥皂水涂各接口处查漏，直至不降为止可进行试验。将各部分的控温、测温热电偶放入相应位置的孔内。检查操作台板面各电路接头，检查各接线端子与线上标记是否吻合。检查仪表柜内接线有无脱落。加料进行间歇精馏时，要打开釜的加料口或取样口，加入被精馏的样品；连续精馏初次操作还要在釜内加入一些被精馏的物质或釜残液。升温开启釜热控温开关，调整到所需温度。保温温度调节不要超过物料的沸点，要低于沸点 15左右，避免形成再沸现象。仪表的具体操作参看仪表操作说明8书（AI 人工智能工业调节器说明书）
12、 。升温注意事项：釜热控温仪表的给定温度要高于沸点温度 20-30，使加热有足够的温差以进行传热。其值可根据实验要求而取舍，边升温边调整，当很长时间还没有蒸汽上升到塔头内时，说明加热温度不够高，还需提高。此温度过低蒸发量少，没有馏出物；温度过高蒸发量大，易造成液泛。还要再次检查是否给塔头通入冷却水，此操作必须在升温前进行，不能在塔顶有蒸汽出现时再通水。升温后观察塔釜和塔顶温度变化，当塔顶出现气体并在塔头内冷凝时，进行全回流一段时间后可开始出料。有回流比操作时，应开启回流比控制器给定比例（通电时间与停电时间的比值，通常是以秒计） ，此比例即采出量与回流量之比。连续精馏时，在一定的回流比和一定的加
13、料速度下，当塔底和塔顶的温度不再变化时，认为已达到稳定，可取样分析，并收集之。停车操作停止操作时，关闭各部分开关，关闭泵，待无蒸汽上升时停止通冷却水。由于塔釜保温较好，釜降温较慢，故停车后还有较多气体在塔顶馏出。七、试验记录与数据处理1.产物的计算方法异丙醇转化率=原料异丙醇量-液体产物异丙醇量/原料异丙醇量100%；丙酮收率=液体产物丙酮量/液体产物总量100%；选择性=丙酮收率/异丙醇转化率2原始数据表：(1)保持进料流量不变,改变反应温度,控制异丙醇进料流量为 1.6mL/min温度() 丙酮含量(%) 异丙醇含量(%)222 48.85 39.96233 58.1 35.8249 64
14、.88 29.9263.3 74.25 21.699异丙醇实验分析报告温度为 222时，色谱分析图样如下：0.5413.0134.5207.842-11-10.5-10-9.5-9-8.5-8-7.5-7-6.5-6mV1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 min序号 保留时间 名称 峰面积% 峰面积 1 0.541 水 5.753 11534 2 3.013 丙酮 48.85 97951 3 4.520 异丙醇 39.96 80114 4 7.842 未知物 5.436 10900 275.8 83.9 12.58283.8 86.57 9.90710当温度为 283.8时，色谱分析图样如下：0.5462.9544.8888.253-10.8-10.2-9.6-9-8.4-7.8-7.2-6.6-6-5.4-4.8mV1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 min序号 保留时间 名称 峰面积% 峰面积 1 0.546 水 2.217 3994 2 2.954 丙酮 86.57 155972 3 4.888 异丙醇 9.907 17848 4 8.253 未知物 1.301 2343 当温度为 292.2时，色谱分析图样如下：
