谈化工分析条件的选择与控制

刘赫男

摘 要：苯乙烯是分子侧链上带有不饱和双键的一种简单芳烃，化学性质比较活泼，是合成高分子聚合物的一种重要单体，自身均聚可制得聚苯乙烯（PS）树脂，也能与其他不饱和化合物共聚得到多种有价值的共聚物。本文将重点分析化工工艺条件的选择与控制。

关键词：化工分析；条件；选择； 控制

苯乙烯工业化的生产方法主要是乙苯直接催化脱氢法。苯乙烯生产的催化剂采用三组分（ZnO、A12O3、CaO）系统，目前一般采用含有Cr2 O3的氧化铁催化剂，并以钾的化合物作助催化剂。用以生产ABS工程塑料、树脂、胶乳或合成橡胶；与顺丁烯二酸酐、乙二醇以及邻苯二甲酸酐等共聚生成聚酯树脂等。此外，苯乙烯还广泛用于制药、涂料、纺织等行业。

1.工艺条件的选择

1.1反应温度。由于乙苯脱氢是体积增加的可逆吸热反应，温度升高有利于提高平衡转化率和加快反应速率，但也有利于活化能更高的裂解和加氢等副反应。虽然转化率提高，但反应的选择性却会随之下降。另外，温度过高，不仅苯和甲苯等副产物增加，而且随生焦反应的增加，工业生产上，一般适宜的温度为600℃左右。

1.2反应压力。由于脱氢反应是分子数增加的反应，因此降低压力有利于脱氢反应的平衡，但反应速率会减小。所以工业上采用水蒸气来稀释原料气以降低原料乙苯的分压，达到与减压操作相同的目的。总压则采用略高于常压以克服系统阻力，同时为了维持低压操作，应尽可能减小系统的阻力。

1.3水蒸气用量。选用水蒸气作稀释剂的好处在于：可以降低乙苯的分压，改善化学平衡，提高平衡转化率；与催化剂表面沉积的焦炭反应，使之气化，起到清除焦炭的作用；水蒸气的比热容量大，可以提供吸热反应所需的热量，使温度稳定控制；水蒸气与反应物容易分离。

1.4原料纯度。若原料气中有二乙苯，则会脱氢生成二乙烯基苯，在精制产品时容易聚合而堵塔。所以要求原料乙苯沸程应在135～136.5℃之间，二乙苯含量应小于0.04%。

1.5空间速度。空间速度小，停留时间长，原料乙苯转化率可以提高，但同时因为连串副反应的增加，会使选择性下降，而且催化剂表面结焦的量也会增加，致使催化剂运转周期缩短；但若空速过大，又会降低转化率，导致产物收率太低，未转化原料的循环量大，分离、回收的能耗也上升。所以最佳空速范围应综合原料单耗、能量消耗及催化剂再生周期等因素选择确定。

2.工艺控制方案

乙苯脱氢的化学反应是强吸热反应，因此要向反应系统连续供给大量热量，以保证脱氢反应在高温条件下进行。根据供热的方式不同，乙苯脱氢工艺按反应器的型式可分为列管式等温反应器和绝热式反应器两种。由于绝热式反应器具有结构简单、制造费用低、生产能力大等优点，因此大规模的生产装置，都采用绝热式反应器。

从工艺条件分析可知，苯乙烯工业化的生产方法主要是乙苯直接催化脱氢法。苯乙烯生产的催化剂采用三组分（ZnO、A12O3、CaO）系统，目前一般采用含有Cr2 O3的氧化铁催化剂，并以钾的化合物作助催化剂。用以生产ABS工程塑料、树脂、胶乳或合成橡胶；与顺丁烯二酸酐、乙二醇以及邻苯二甲酸酐等共聚生成聚酯树脂等。此外，苯乙烯还广泛用于制药、涂料、纺织等行业。影响脱氢反应的主要因素是脱氢反应温度、压力、水蒸气用量及空间速度。其中影响反应温度的主要因素又是原料，原料的组成及流速不仅影响到反应的温度，而且影响到反应体系的压力，因此，要达到绝热式脱氢反应的最佳工艺参数，就必须稳定设置乙苯流量、稀释水蒸气流量和原料气及脱氢产物进出口温度四个基本调节回路。

由于脱氢反应是强吸热反应，因此，在绝热反应釜中反应温度是逐渐下降的。乙苯与水蒸气的比例及流速会给反应带来双重影响，所以对乙苯流量和水蒸气流量采用定值調节是必要的。这两个流量调节回路的稳定控制可以排除脱氢反应过程中的两个主要干扰因素。此时对脱氢反应的影响主要取决于反应区的温度。

参考文献：

[1]谭萍.化工工艺条件的选择.现代化工.2010年

[2]贺峰.化工工艺的控制方案.化工工艺.2008年