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化工过程设计
（1）采用 11#氧化铁催化剂，d=3mm，h=13mm
（2）允许通入乙苯空速为：（0.5~0.9）Nm3 乙苯/(m3Cat．h)
（3） =1050kg/m3
=1500kg/m3
5、参考数据：
（1）反应器直径 D=2 m
（2）取热损失为反应热为 4%
（3）k=exp(11.281-2545/RT)
注：学生必须在答题纸上答题，否则没有成绩。
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化工过程设计
苯乙烯单体并聚合成稳定、透明、无色塑料。1941～1945 年道化学、孟山都化学、Farben 等公司各自开发了自己的苯乙烯生产技术，实现了大规模工业生产。
50 年来，苯乙烯生产技术不断提高，到 50 年代和 60 年代已经成熟，70 年代以后 由于能源危机和化工原料价格上升以及消除公害等因素，进一步促进老工艺以节约原 料、降低能耗、消除三废和降低成本为目标进行改进，取得了许多显著成果，使苯乙烯 生产技术达到新的水平。除传统的苯和乙烯烷基化生产乙苯进而脱氢的方法外，出现里 Halcon 乙苯共氧化联产苯乙烯和环氧丙烷工艺，其中环球化学∕鲁姆斯法的 UOP∕ Lummus 的“SMART” SM 工艺是最先进的，通过提高乙苯转化率，减少了未转化乙苯的 循环返回量，使装置生产能力提高，减少了分离部分的能耗和单耗；以氢氧化的热量取 代中间换热，节约了能量；甲苯的生成需要氢，移除氢后减少了副反应的发生；采用氧 化中间加热，由反应物流或热泵回收潜热，提高了能量效率，降低了动力费用，因而经 济性明显优于传统工艺。
99%
0.8%
0.2%
4、5、6
98%
1.2%
0.8%
2、操作条件：
年工作日：300 天，每天 24 小时，乙苯总转化率为 55%
乙苯损失量为纯乙苯投料量为 4.66%
配料比：原料烃/水蒸汽=1/2.6（质量比）
温度 T：第一反应器进口温度 630℃，出口温度 580℃
第二反应器进口温度 630℃，出口温度 600℃ 压力 P：床层平均操作压力 1.5 * 105 Pa（绝）
力为 1.5 * 105 Pa，压降ΔP=0.6 * 105 Pa。
（8）再沸器：取热损失为水蒸汽放出热量的 3%，Q 蒸汽=Q 吸/（1-3%）
（9）传热面积 A： 取 K=32.12 * 4.18 kJ
二、物料物性、产品性能和应用市场前景等描述
苯乙烯，分子式 C8 H 8 ，结构式 C6 H 5CH CH 2 ,是不饱和芳烃最简单、最重要的成 员，广泛用作生产塑料和合成橡胶的原料。如结晶型苯乙烯、橡胶改性抗冲聚苯乙烯、 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三聚体（ABS）、苯乙烯-丙烯腈共聚体（SAN）、苯乙烯-顺丁烯二 酸酐共聚体（SMA）和丁苯橡胶(SBR)。
苯乙烯是 1827 年由 M· Bonastre 蒸馏一种天然香脂-苏合香时才发现的。1893 年 E· Simon 同样用水蒸气蒸馏法由苏合香中得到该化合物并命名为苯乙烯。1867 年 Berthelot 发现乙苯通过赤热陶管能生成苯乙烯，这一发现被视为苯乙烯生产的起源。 1930 年美国道化学公司首创由乙苯脱氢法生产苯乙烯工艺，但因当时精馏技术未解决 而未工业化。直至 1937 年道化学公司和 BASF 公司才在精馏技术上有突破，获得高纯度
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化工过程设计
学习中心：
学 号
西北工业大学网络教育学院 2020 年 10 月大作业
课程名称： 化工过程设计
姓名
考试日 期
题目：年生产能力 10 万吨苯乙烯的车间设计
一、设计任务书概述
一、设计题目：年生产能力 10 万吨苯乙烯的车间设计
二、设计原始条件：
1、原料组成（质量%）
组别
乙苯
甲苯
苯
1、2、3
（4）K=exp(15.344-14656.5734/T)
（5）Cat 的有效系数 η1=0.7
η2=0.667
（6）填料情况：
取瓷环为 25×25 的拉西环，所填高度为 250mm，锥形高度为 250mm，锥角取 900
（7）压力：第一反应器进口压力为 1.8 * 105 Pa，出口压力为 1.2 * 105 Pa，平均压
3、选择性：
C8H10→C8H8+H2
（1）
C8H10→C6H6+C2H4
（2）
C8H10+H2→C7H8+CH4
（3）
1、2、3
（1）90%
（2）3%
（3）7%
4、5、6
（1）92%
（2）3%
（3）5%
4、催化剂条件：
年月日
∑ 100% 100%
注：学生必须在答题纸上答题，否则没有成绩。
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化工过程设计
艺操作条件为 550～650℃，常压或减压，蒸汽∕乙苯质量比为 1.0～2.5。
图 1.1 UOP∕Lummus 的 Classic SM 工艺流程
UOP∕Lummus 的“SMART” SM 工艺是在 Classic SM 工艺基础上发展的一项新工 艺，即在工艺 Classic SM 工艺的脱氢反应中引入了部分氧化技术。可提高乙苯单程转 化率达 80%以上。
“SMART”技术的优点在于，通过提高乙苯转化率， 减少了未转化乙苯的循环返回 量，使装置生产能力提高，减少了分离部分的能耗和单耗；以氢氧化的热量取代中间换 热，节约了能量；甲苯的生成需要氢，移除氢后减少了副反应的发生；采用氧化中间加 热，由反应物流或热泵回收潜热，提高了能量效率，降低了动力费用，因而经济性明显 优于传统工艺。该技术可用于原生产装置改造，改造容易且费用较低。目前采用“SMART” 工艺 SM 装置有 3 套在运行。
三、合成工艺流程分析和选择及草图绘制 （一）生产工艺的选择
1.常见生产方法
（1）环球化学∕鲁姆斯法 以乙苯为原料，采用脱氢反应器，由开始的单级轴向反应器，中间经历开发了双
级轴向反应器到双径向反应器再到双级径向反应器的各种组合优化的多种反应器；反应 器的操作压力有开始的正压发展到今天的负压；汽油比有开始的 2.5:1 发展到今天 1.3： 1；蒸汽消耗由开始的 10kg∕kgSM 发展到今天的 4kg∕kgSM。UOP∕Lummus 的 Classic SM 流程中乙苯脱氢工艺装置主要有蒸汽过热炉、绝热型反应器、热回收器、气体压缩机和 乙苯∕苯乙烯分离塔。过热炉将蒸汽过热至 800℃而作为热引入反应器。乙苯脱氢的工