談化工分析條件的選擇與控制

劉赫男

摘 要：苯乙烯是分子側鏈上帶有不飽和雙鍵的一種簡單芳烴，化學性質比較活潑，是合成高分子聚合物的一種重要單體，自身均聚可制得聚苯乙烯（PS）樹脂，也能與其他不飽和化合物共聚得到多種有價值的共聚物。本文將重點分析化工工藝條件的選擇與控制。

關鍵詞：化工分析；條件；選擇； 控制

苯乙烯工業化的生產方法主要是乙苯直接催化脫氫法。苯乙烯生產的催化劑采用三組分（ZnO、A12O3、CaO）系統，目前一般采用含有Cr2 O3的氧化鐵催化劑，并以鉀的化合物作助催化劑。用以生產ABS工程塑料、樹脂、膠乳或合成橡膠；與順丁烯二酸酐、乙二醇以及鄰苯二甲酸酐等共聚生成聚酯樹脂等。此外，苯乙烯還廣泛用于制藥、涂料、紡織等行業。

1.工藝條件的選擇

1.1反應溫度。由于乙苯脫氫是體積增加的可逆吸熱反應，溫度升高有利于提高平衡轉化率和加快反應速率，但也有利于活化能更高的裂解和加氫等副反應。雖然轉化率提高，但反應的選擇性卻會隨之下降。另外，溫度過高，不僅苯和甲苯等副產物增加，而且隨生焦反應的增加，工業生產上，一般適宜的溫度為600℃左右。

1.2反應壓力。由于脫氫反應是分子數增加的反應，因此降低壓力有利于脫氫反應的平衡，但反應速率會減小。所以工業上采用水蒸氣來稀釋原料氣以降低原料乙苯的分壓，達到與減壓操作相同的目的。總壓則采用略高于常壓以克服系統阻力，同時為了維持低壓操作，應盡可能減小系統的阻力。

1.3水蒸氣用量。選用水蒸氣作稀釋劑的好處在于：可以降低乙苯的分壓，改善化學平衡，提高平衡轉化率；與催化劑表面沉積的焦炭反應，使之氣化，起到清除焦炭的作用；水蒸氣的比熱容量大，可以提供吸熱反應所需的熱量，使溫度穩定控制；水蒸氣與反應物容易分離。

1.4原料純度。若原料氣中有二乙苯，則會脫氫生成二乙烯基苯，在精制產品時容易聚合而堵塔。所以要求原料乙苯沸程應在135～136.5℃之間，二乙苯含量應小于0.04%。

1.5空間速度。空間速度小，停留時間長，原料乙苯轉化率可以提高，但同時因為連串副反應的增加，會使選擇性下降，而且催化劑表面結焦的量也會增加，致使催化劑運轉周期縮短；但若空速過大，又會降低轉化率，導致產物收率太低，未轉化原料的循環量大，分離、回收的能耗也上升。所以最佳空速范圍應綜合原料單耗、能量消耗及催化劑再生周期等因素選擇確定。

2.工藝控制方案

乙苯脫氫的化學反應是強吸熱反應，因此要向反應系統連續供給大量熱量，以保證脫氫反應在高溫條件下進行。根據供熱的方式不同，乙苯脫氫工藝按反應器的型式可分為列管式等溫反應器和絕熱式反應器兩種。由于絕熱式反應器具有結構簡單、制造費用低、生產能力大等優點，因此大規模的生產裝置，都采用絕熱式反應器。

從工藝條件分析可知，苯乙烯工業化的生產方法主要是乙苯直接催化脫氫法。苯乙烯生產的催化劑采用三組分（ZnO、A12O3、CaO）系統，目前一般采用含有Cr2 O3的氧化鐵催化劑，并以鉀的化合物作助催化劑。用以生產ABS工程塑料、樹脂、膠乳或合成橡膠；與順丁烯二酸酐、乙二醇以及鄰苯二甲酸酐等共聚生成聚酯樹脂等。此外，苯乙烯還廣泛用于制藥、涂料、紡織等行業。影響脫氫反應的主要因素是脫氫反應溫度、壓力、水蒸氣用量及空間速度。其中影響反應溫度的主要因素又是原料，原料的組成及流速不僅影響到反應的溫度，而且影響到反應體系的壓力，因此，要達到絕熱式脫氫反應的最佳工藝參數，就必須穩定設置乙苯流量、稀釋水蒸氣流量和原料氣及脫氫產物進出口溫度四個基本調節回路。

由于脫氫反應是強吸熱反應，因此，在絕熱反應釜中反應溫度是逐漸下降的。乙苯與水蒸氣的比例及流速會給反應帶來雙重影響，所以對乙苯流量和水蒸氣流量采用定值調節是必要的。這兩個流量調節回路的穩定控制可以排除脫氫反應過程中的兩個主要干擾因素。此時對脫氫反應的影響主要取決于反應區的溫度。

參考文獻：

[1]譚萍.化工工藝條件的選擇.現代化工.2010年

[2]賀峰.化工工藝的控制方案.化工工藝.2008年