实验八 固定床反应器
丁烷氧化制顺酐工艺
一,实验原理
二,实验部分
三,实验内容
四,数据处理
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 2
一、实验原理
? 顺丁烯二酸酐又称 2,5-呋喃二酮、失水苹果酸酐和
马来酸酐,俗称顺酐 (MA)。常温下为无色结晶粉末,
有强烈刺激气味,密度 1.48,熔点 52.8℃,沸点 200℃,
易升华。
? 丁烷选择氧化制顺酐所用的催化剂为 P2O5-V2O5,V-
P-O系催化剂。
? 主反应,
C4H10+3.5O2= C4H2O3 +4 H2O +1262KJ/mol
? 副反应,
C4H10+5.5O2 =2CO+2CO2+5 H2O +2092 KJ/mol
C4H2O3+2O2=2CO+2CO2+ H2O+833 KJ/mol
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 3
实验原理
? 以丁烷为原料生产顺酐的工艺技术主要有,
（ 1）固定床氧化工艺。
（ 2）流化床氧化工艺。
（ 3）循环流化床氧化工艺。
? 本实验装置采用改进型的简易微反色谱,特点是配有
流动配气系统、两套独立的反应系统（即微型和普
通型固定床管式反应器）、精密控制系统以及色谱
在线分析及数据采集系统。微反系统是与色谱联结
在一起,它仅填 1.0克催化剂,通过旋转六通阀进样,在
色谱内分析出反应的产物组成,而尾气可放空排出。
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 4
二、实验部分
? 1.实验所用试剂与器材
? G.D.X— 501 颗粒度,
60--80目
? 丙酮 分析纯
? 浓硝酸 分析纯
? V-P-O催化剂
? 正丁烷 纯度 >99.5%
? 氧气 纯度 >99.5%
? 氮气 纯度 >99.5%
? 氢气 纯度 >99.999%
? 标准气：丁烷浓度
1.44% 其余为氮气
? 微反色谱实验装置一套
GC9800系列气相色谱
仪
? WSC色谱工作站
? SWW-2型色谱微机温
度控制器
? D-07系列质量流量控制
器
? 电光分析天平
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 5
2.实验装置流程 ? 2.1实验装置流程图
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 6
三、实验内容
? 3.1质量流量计的标定
用氮气作工作气体对四组质量流量计进行标定，将
质量流量计与皂膜流量计串联，找出质量流量计设
定值、显示值与皂膜流量计测定值之间的关系，为
实验配气提供依据。
? 3.2控温仪表的整定
? 微反色谱的反应温度控制是采用程序升温的人工智
能型控温仪表，能在 30段不同的温度下准确控制温
度，精度在 0.2%以内。但是当发现 A1人工智能调
节效果不佳时可启动自整定功能，同时可以人工整
定，直到出现满意的控温效果为止。
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 7
? 3.3恒温区的测定
? 3.3催化剂的填充
? 催化剂装入的体积为 1.0ml，重量为 0.9547克，深
度为 3.70cm。
? 热电偶插入的实际深度为 16.5cm。
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 8
3.5催化剂的预活化
?催化剂的活化方法：通原料气按程序加热和
保温。
?催化剂的活化经历如下过程,
? 1.自室温升至 130℃,稳定 30分钟；
? 2.自 130℃ 升至 230℃,稳定 60分钟；
? 3.自 230℃ 升至 330℃,稳定 300分钟；
? 4.自 330℃ 升至 420℃,稳定后开始测试。
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 9
3.6色谱柱的装填方法
?装柱之前要将选好的柱子进行试漏和清洗。
?装柱方法：用泵抽装柱法。
?色谱柱,GDX-501（ 60-80），外径 3mm，
长度 4.0米
?柱子装好后还需要进行老化处理。
?老化条件：柱箱温度 250℃,载气流速
30.0ml/min,
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 10
3.7反应产物的吸收与处理
? 根据产物的特点,吸收装置应满足如下要求,
? 1.从阀箱气体出口到吸收器之间的管路要电伴温至
220℃ 以上
? 2.由于吸收液呈酸性，吸收器采用全玻璃制造
? 3.第一级吸收液不用冰水进行冷却，维持其自然温
度,第二级吸收器采用冰水浴冷却，保证达到高的
吸收率
? 4.选用顶部流通截面扩大了的吸收器
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 11
尾气流量用图所示的排水集气装置测量
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 12
四、数据处理
? 4.1 吸收液滴定结果的计算方法
?其中,N— 一定时间内生成顺酐的摩尔数；
C,V— 氢氧化钠标准溶液摩尔浓度、滴定所
用体积数 (ml)；
250.0— 顺酐吸收液定容体积数 (ml)；
25.0— 每次滴定顺酐吸收液取样体积 (ml)。
0.252
0.2 5 0VCN
?
???
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 13
4.2正丁烷转化率 XC4、顺酐选择性 SMA和顺酐产率
YMA的计算
? 4.2.1定义,
）（
的丁烷摩尔数单位时间内进入反应器
摩尔数单位时间内生成顺酐的
顺酐产率
）（
丁烷摩尔数单位时间内反应消耗的
摩尔数单位时间内生成顺酐的
顺酐选择性
）（
的丁烷摩尔数单位时间内进入反应器
丁烷摩尔数单位时间内反应消耗的
丁烷转化率
3%100
2%100
1%100
4
??
??
??
MA
MA
C
Y
S
X
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 14
4.2.2计算公式,
其中,V－流量 (ml/min); Y－摩尔分率 ;下标中 in－进料,out－尾气。
)1.1(%1 0 0
)(
)(
4,
4,4,4,
4 ??
????
Cinin
Co u tCo u tCinin
C YV
YVYVX ? ?
? ?
)3.3(%1 0 0
)YV(
4YY(YV)YV(
Y
( 2, 2 ) 1 0 0 %
)Y(V-)
C4i n,
Y
in
(V
4)Y + (Y+
C4o u t,
Y
o u t
V -)
C4i n,
Y
in
(V
S
4C,inin
)2CO,o u tCO,o u t4C.o u to u t4C,inin
MA
4C,o u to u t
C O 2o u t,coo u t,
MA
?
?
??????
?
?
?
? ×
×
××
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 15
微反色谱实验装置
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 16
End
丁烷氧化制顺酐工艺
一,实验原理
二,实验部分
三,实验内容
四,数据处理
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 2
一、实验原理
? 顺丁烯二酸酐又称 2,5-呋喃二酮、失水苹果酸酐和
马来酸酐,俗称顺酐 (MA)。常温下为无色结晶粉末,
有强烈刺激气味,密度 1.48,熔点 52.8℃,沸点 200℃,
易升华。
? 丁烷选择氧化制顺酐所用的催化剂为 P2O5-V2O5,V-
P-O系催化剂。
? 主反应,
C4H10+3.5O2= C4H2O3 +4 H2O +1262KJ/mol
? 副反应,
C4H10+5.5O2 =2CO+2CO2+5 H2O +2092 KJ/mol
C4H2O3+2O2=2CO+2CO2+ H2O+833 KJ/mol
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 3
实验原理
? 以丁烷为原料生产顺酐的工艺技术主要有,
（ 1）固定床氧化工艺。
（ 2）流化床氧化工艺。
（ 3）循环流化床氧化工艺。
? 本实验装置采用改进型的简易微反色谱,特点是配有
流动配气系统、两套独立的反应系统（即微型和普
通型固定床管式反应器）、精密控制系统以及色谱
在线分析及数据采集系统。微反系统是与色谱联结
在一起,它仅填 1.0克催化剂,通过旋转六通阀进样,在
色谱内分析出反应的产物组成,而尾气可放空排出。
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 4
二、实验部分
? 1.实验所用试剂与器材
? G.D.X— 501 颗粒度,
60--80目
? 丙酮 分析纯
? 浓硝酸 分析纯
? V-P-O催化剂
? 正丁烷 纯度 >99.5%
? 氧气 纯度 >99.5%
? 氮气 纯度 >99.5%
? 氢气 纯度 >99.999%
? 标准气：丁烷浓度
1.44% 其余为氮气
? 微反色谱实验装置一套
GC9800系列气相色谱
仪
? WSC色谱工作站
? SWW-2型色谱微机温
度控制器
? D-07系列质量流量控制
器
? 电光分析天平
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 5
2.实验装置流程 ? 2.1实验装置流程图
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 6
三、实验内容
? 3.1质量流量计的标定
用氮气作工作气体对四组质量流量计进行标定，将
质量流量计与皂膜流量计串联，找出质量流量计设
定值、显示值与皂膜流量计测定值之间的关系，为
实验配气提供依据。
? 3.2控温仪表的整定
? 微反色谱的反应温度控制是采用程序升温的人工智
能型控温仪表，能在 30段不同的温度下准确控制温
度，精度在 0.2%以内。但是当发现 A1人工智能调
节效果不佳时可启动自整定功能，同时可以人工整
定，直到出现满意的控温效果为止。
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 7
? 3.3恒温区的测定
? 3.3催化剂的填充
? 催化剂装入的体积为 1.0ml，重量为 0.9547克，深
度为 3.70cm。
? 热电偶插入的实际深度为 16.5cm。
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 8
3.5催化剂的预活化
?催化剂的活化方法：通原料气按程序加热和
保温。
?催化剂的活化经历如下过程,
? 1.自室温升至 130℃,稳定 30分钟；
? 2.自 130℃ 升至 230℃,稳定 60分钟；
? 3.自 230℃ 升至 330℃,稳定 300分钟；
? 4.自 330℃ 升至 420℃,稳定后开始测试。
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 9
3.6色谱柱的装填方法
?装柱之前要将选好的柱子进行试漏和清洗。
?装柱方法：用泵抽装柱法。
?色谱柱,GDX-501（ 60-80），外径 3mm，
长度 4.0米
?柱子装好后还需要进行老化处理。
?老化条件：柱箱温度 250℃,载气流速
30.0ml/min,
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 10
3.7反应产物的吸收与处理
? 根据产物的特点,吸收装置应满足如下要求,
? 1.从阀箱气体出口到吸收器之间的管路要电伴温至
220℃ 以上
? 2.由于吸收液呈酸性，吸收器采用全玻璃制造
? 3.第一级吸收液不用冰水进行冷却，维持其自然温
度,第二级吸收器采用冰水浴冷却，保证达到高的
吸收率
? 4.选用顶部流通截面扩大了的吸收器
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 11
尾气流量用图所示的排水集气装置测量
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 12
四、数据处理
? 4.1 吸收液滴定结果的计算方法
?其中,N— 一定时间内生成顺酐的摩尔数；
C,V— 氢氧化钠标准溶液摩尔浓度、滴定所
用体积数 (ml)；
250.0— 顺酐吸收液定容体积数 (ml)；
25.0— 每次滴定顺酐吸收液取样体积 (ml)。
0.252
0.2 5 0VCN
?
???
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 13
4.2正丁烷转化率 XC4、顺酐选择性 SMA和顺酐产率
YMA的计算
? 4.2.1定义,
）（
的丁烷摩尔数单位时间内进入反应器
摩尔数单位时间内生成顺酐的
顺酐产率
）（
丁烷摩尔数单位时间内反应消耗的
摩尔数单位时间内生成顺酐的
顺酐选择性
）（
的丁烷摩尔数单位时间内进入反应器
丁烷摩尔数单位时间内反应消耗的
丁烷转化率
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2%100
1%100
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MA
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固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 14
4.2.2计算公式,
其中,V－流量 (ml/min); Y－摩尔分率 ;下标中 in－进料,out－尾气。
)1.1(%1 0 0
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4,
4,4,4,
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( 2, 2 ) 1 0 0 %
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C4o u t,
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C4i n,
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)2CO,o u tCO,o u t4C.o u to u t4C,inin
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C O 2o u t,coo u t,
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固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 15
微反色谱实验装置
固定床反应器丁烷氧化制顺酐工艺 16
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