本实用新型涉及化工实验装置领域，具体的说，涉及一种乙苯脱氢制备苯乙烯的实验装置。
背景技术：
苯乙烯（C8H8）是用苯取代乙烯的一个氢原子形成的有机化合物，乙烯基的电子与苯环共轭，不溶于水，溶于乙醇、乙醚中，暴露于空气中逐渐发生聚合及氧化。工业上是合成树脂、离子交换树脂及合成橡胶等的重要单体，用来生产丁苯橡胶、聚苯乙烯、泡沫聚苯乙烯；也用于与其他单体共聚制造多种不同用途的工程塑料。现有乙苯脱氢制备苯乙烯的化工实验教学用的实验装置操作复杂，控制系统和可视化效果比较差，难以达到工艺流程的教学实验目的。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
技术实现要素：
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、操作简单、减少劳动、控制系统及可视化效果好的乙苯脱氢制备苯乙烯的实验装置。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种乙苯脱氢制备苯乙烯的实验装置，它包括工艺系统和控制系统；所述工艺系统包括乙苯储罐、水储罐、氮气罐、质量流量计、乙苯加料泵、水加料泵、预热器、反应器、冷凝器、气液分离器和湿式气体流量计，所述反应器中设有加热炉，所述乙苯储罐通过所述乙苯加料泵连接所述预热器的进口，所述水储罐通过所述水加料泵连接所述预热器的进口，所述氮气罐的出口通过第一气路开关阀连接所述质量流量计的进口，所述氮气罐与所述质量流量计之间的管路上设有第一压力表，所述质量流量计的出口通过单向阀连接所述预热器的进口，所述预热器的出口连接所述反应器的顶端进口，所述反应器的底端出口通过所述冷凝器连接所述气液分离器，所述反应器的进口设有第二压力表，所述气液分离器上安装所述湿式气体流量计，所述预热器上设有第一温度计，所述反应器的筒体外表面按照上中下位置依次设有第二温度计、第三温度计和第四温度计；所述控制系统包括控制主机和显示模块，所述控制主机通过控制线路分别与所述乙苯加料泵、所述水加料泵、所述预热器、所述加热炉和所述第一气路开关阀连接，所述显示模块包括数据转换中心和显示终端，所述数据转换中心通过数据线分别与所述质量流量计、所述第一温度计、所述第二温度计、所述第三温度计和第四温度计连接，所述数据转换中心通过信号线连接所述显示终端。
基上所述，所述乙苯加料泵和所述水加料泵均为蠕动泵，所述加热炉分为三段设置在所述反应器中且分别与所述第二温度计、第三温度计和第四温度计相对应。
基上所述，所述氮气罐与所述质量流量计之间的管路上还设有干燥器、第二气路开关阀和稳压阀，所述氮气罐还连接有减压管路，所述减压管路上设有减压阀，所述减压管路的出口与所述质量流量计的出口连接，所述质量流量计的出口设有出口阀，所述反应器的底端出口设有放空阀和取样口，所述气液分离器的底端出口设有放料阀，所述湿式气体流量计的进口设有第三气路开关阀。
本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型可通过所述控制主机控制所述乙苯加料泵和所述水加料泵按照最优化的反应比例流量进料，而且所述控制主机还可根据设定控制所述预热器的加热温度、所述加热炉的加热温度和所述第一气路开关阀的开启大小，操作简单，减少劳动，控制系统好，精确度高，有利于教学实验研究。
进一步的，所述显示终端可分别显示氮气的质量流量、所述预热器的温度和所述反应器上中下三个位置的温度，确保实验所测的数据可视化效果好，方便所述控制主机的调节，有利于不同实验条件下的对比研究。
其具有设计科学、操作简单、减少劳动、控制系统及可视化效果好等优点。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图中：1. 乙苯储罐；2. 水储罐；3. 氮气罐；4. 干燥器；5. 质量流量计；6. 乙苯加料泵；7. 水加料泵；8. 预热器；9. 反应器；10. 冷凝器；11. 气液分离器；12. 湿式气体流量计；13. 加热炉；14. 第一气路开关阀；15. 单向阀；16. 第一温度计；17. 第二温度计；18. 第三温度计；19. 第四温度计；20. 第二气路开关阀；21. 稳压阀；22. 减压阀；23. 第一压力表；24. 出口阀；25. 第二压力表；26. 放空阀；27. 取样口；28. 放料阀；29. 第三气路开关阀。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，一种乙苯脱氢制备苯乙烯的实验装置，它包括工艺系统和控制系统；所述工艺系统包括乙苯储罐1、水储罐2、氮气罐3、质量流量计5、乙苯加料泵6、水加料泵7、预热器8、反应器9、冷凝器10、气液分离器11和湿式气体流量计12，所述反应器9中设有加热炉13，所述乙苯储罐1通过所述乙苯加料泵6连接所述预热器8的进口，所述水储罐2通过所述水加料泵7连接所述预热器8的进口，所述氮气罐3的出口通过第一气路开关阀14连接所述质量流量计5的进口，所述氮气罐3与所述质量流量计5之间的管路上设有第一压力表23，所述质量流量计5的出口通过单向阀15连接所述预热器8的进口，所述预热器8的出口连接所述反应器9的顶端进口，所述反应器9的底端出口通过所述冷凝器10连接所述气液分离器11，所述反应器9的进口设有第二压力表25，所述气液分离器11上安装所述湿式气体流量计12，所述湿式气体流量计12用于测量蒸汽流量，所述预热器8上设有第一温度计16，所述反应器9的筒体外表面按照上中下位置依次设有第二温度计17、第三温度计18和第四温度计19；所述控制系统包括控制主机和显示模块，所述控制主机通过控制线路分别与所述乙苯加料泵6、所述水加料泵7、所述预热器8、所述加热炉13和所述第一气路开关阀14连接，所述显示模块包括数据转换中心和显示终端，所述数据转换中心通过数据线分别与所述质量流量计5、所述第一温度计16、所述第二温度计17、所述第三温度计18和第四温度计19连接，所述数据转换中心通过信号线连接所述显示终端，如此，所述显示终端可显示需要测量的各个流量值和温度值，方便所述控制主机进行调节控制所述乙苯加料泵6的转速、所述水加料泵7的转速、所述预热器8的加热温度、所述加热炉13的加热温度和所述第一气路开关阀14的开启程度。
所述乙苯加料泵6和所述水加料泵7均为蠕动泵，则所述水加料泵7和所述乙苯加料泵6的转速控制精确，可实现水与乙苯按照体积比相对调节，所述加热炉13分为三段设置在所述反应器9中且分别与所述第二温度计17、第三温度计18和第四温度计19相对应，可保证所述反应器9的温度均匀一致，方便控制。
所述氮气罐3与所述质量流量计5之间的管路上还设有干燥器4、第二气路开关阀20和稳压阀21，所述氮气罐3还连接有减压管路，所述减压管路上设有减压阀22，所述减压管路的出口与所述质量流量计5的出口连接，所述质量流量计5的出口设有出口阀24，所述反应器9的进口设有第二压力表25，所述反应器9的底端出口设有放空阀26，所述气液分离器11的底端出口设有取样口27和放料阀28，所述湿式气体流量计12的进口设有第三气路开关阀29，则实验装置可以稳定运行。
本实用新型的乙苯脱氢制备苯乙烯的实验步骤如下：
1.气密性检测：打开所述氮气罐3和所述第二气路开关阀20，通氮气，所述质量流量计5通过所述第一气路开关阀14调节氮气流量至最大，调节所述稳压阀21，使进气压力也即所述第一压力表23的值为0.1MPa左右，所述反应器9顶部进口端压力也即所述第二压力表25的值为0.1MPa左右，如此保持数分钟后，关闭所述氮气罐3、所述第二气路开关阀20和所述出口阀24，如果所述质量流量计5的流量值为零，或者一段时间内所述第一压力表23和所述第二压力表25的指针不下降，则气密性合格，没有泄露，如果出现泄漏，则可使用肥皂水检测各接口，查找泄漏点进行修复。
2.催化剂填装：气密性检测后，将实验装置泄压至常压，拆卸所述反应器9，利用丙酮或乙醇对所述反应器9进行清洗，清洗干净后吹干，筛取20-40目催化剂颗粒填装在所述反应器9的中部，催化剂填装高度约为55mm。
3.催化剂活化：打开电源，通过所述控制主机控制所述预热器8和所述加热炉13的加热温度，并打开所述冷凝器10中冷却水进水通道，待所述预热器8温度升到200-300℃及所述反应器9的温度升高到350℃时，启动所述水加料泵7抽取所述水储罐2中的水向所述预热器8中加水，水在所述预热器8中蒸发汽化后进入所述反应器9中，进水流量为0.34ml/min，保持10分钟，水蒸气与催化剂相接触，催化剂得以活化。
4.反应阶段：控制所述预热器8温度在200-300℃，控制进水流量为0.34ml/min，所述反应器9的温度升高至550℃，启动所述乙苯加料泵6，抽取所述乙苯储罐1中的乙苯向所述预热器8中输送，按照体积比水：乙苯=2:1控制乙苯流量，控制乙苯流量为0.17ml/min，则水和乙苯经所述预热器8加热汽化混合后进入所述反应器9中，在催化剂的作用下乙苯发生脱氢反应和其它副反应。根据实验方案将反应温度分别控制在550℃、575℃、600℃、625℃，研究考察不同温度下反应物的转化率与产品的收率。
5.取样：在每个设定的反应温度下稳定30分钟后（注意：每次开始反应前，通过所述放料阀28将所述气液分离器11中上一次的液相产品放净），从所述气液分离器11的底端出口的所述取样口27取样，取样时用分液漏斗分离除去水相，然后分别对油相及水相进行称重，以便进行物料恒算。
6.检测分析：将得到的产品静置分层，使用注射器取上面轻层液样品，送样品进气相色谱仪中测定产物组成，计算各组分的百分含量、原料的转化率、产物的收率。
7.反应完毕后停止所述乙苯加料泵6，继续通水并维持30-60分钟，清除催化剂上的焦状物，使催化剂再生后待用，关闭所述加热炉13，当所述反应器9的温度降至300℃以下，关闭所述水加料泵7，再关闭所述预热器8。
8.实验结束后，关闭冷却水、所述控制主机及电源。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。