劉赫男

摘 要：苯乙烯是分子側(cè)鏈上帶有不飽和雙鍵的一種簡單芳烴，化學(xué)性質(zhì)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(jià)值的共聚物。本文將重點(diǎn)分析化工工藝條件的選擇與控制。

關(guān)鍵詞：化工分析；條件；選擇； 控制

苯乙烯工業(yè)化的生產(chǎn)方法主要是乙苯直接催化脫氫法。苯乙烯生產(chǎn)的催化劑采用三組分（ZnO、A12O3、CaO）系統(tǒng)，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(chǎn)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(yè)。

1.工藝條件的選擇

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

1.2反應(yīng)壓力。由于脫氫反應(yīng)是分子數(shù)增加的反應(yīng)，因此降低壓力有利于脫氫反應(yīng)的平衡，但反應(yīng)速率會(huì)減小。所以工業(yè)上采用水蒸氣來稀釋原料氣以降低原料乙苯的分壓，達(dá)到與減壓操作相同的目的?？倝簞t采用略高于常壓以克服系統(tǒng)阻力，同時(shí)為了維持低壓操作，應(yīng)盡可能減小系統(tǒng)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(xué)平衡，提高平衡轉(zhuǎn)化率；與催化劑表面沉積的焦炭反應(yīng)，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(yīng)所需的熱量，使溫度穩(wěn)定控制；水蒸氣與反應(yīng)物容易分離。

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

1.5空間速度?？臻g速度小，停留時(shí)間長，原料乙苯轉(zhuǎn)化率可以提高，但同時(shí)因?yàn)檫B串副反應(yīng)的增加，會(huì)使選擇性下降，而且催化劑表面結(jié)焦的量也會(huì)增加，致使催化劑運(yùn)轉(zhuǎn)周期縮短；但若空速過大，又會(huì)降低轉(zhuǎn)化率，導(dǎo)致產(chǎn)物收率太低，未轉(zhuǎn)化原料的循環(huán)量大，分離、回收的能耗也上升。所以最佳空速范圍應(yīng)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(xué)反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，因此要向反應(yīng)系統(tǒng)連續(xù)供給大量熱量，以保證脫氫反應(yīng)在高溫條件下進(jìn)行。根據(jù)供熱的方式不同，乙苯脫氫工藝按反應(yīng)器的型式可分為列管式等溫反應(yīng)器和絕熱式反應(yīng)器兩種。由于絕熱式反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單、制造費(fèi)用低、生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)，因此大規(guī)模的生產(chǎn)裝置，都采用絕熱式反應(yīng)器。

從工藝條件分析可知，苯乙烯工業(yè)化的生產(chǎn)方法主要是乙苯直接催化脫氫法。苯乙烯生產(chǎn)的催化劑采用三組分（ZnO、A12O3、CaO）系統(tǒng)，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(chǎn)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(yè)。影響脫氫反應(yīng)的主要因素是脫氫反應(yīng)溫度、壓力、水蒸氣用量及空間速度。其中影響反應(yīng)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(yīng)的溫度，而且影響到反應(yīng)體系的壓力，因此，要達(dá)到絕熱式脫氫反應(yīng)的最佳工藝參數(shù)，就必須穩(wěn)定設(shè)置乙苯流量、稀釋水蒸氣流量和原料氣及脫氫產(chǎn)物進(jìn)出口溫度四個(gè)基本調(diào)節(jié)回路。

由于脫氫反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，因此，在絕熱反應(yīng)釜中反應(yīng)溫度是逐漸下降的。乙苯與水蒸氣的比例及流速會(huì)給反應(yīng)帶來雙重影響，所以對(duì)乙苯流量和水蒸氣流量采用定值調(diào)節(jié)是必要的。這兩個(gè)流量調(diào)節(jié)回路的穩(wěn)定控制可以排除脫氫反應(yīng)過程中的兩個(gè)主要干擾因素。此時(shí)對(duì)脫氫反應(yīng)的影響主要取決于反應(yīng)區(qū)的溫度。

參考文獻(xiàn)：

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[2]賀峰.化工工藝的控制方案.化工工藝.2008年