化工原理竞赛题目

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1、化工原理竞赛题目题目背景：无水乙醇是一种重要的基本有机化工原料，其重要用途之一是无水乙醇与汽油混合形成汽油醇，可用作点燃式内燃机的燃料。推广使用车用乙醇替代汽油，一方面缓解石油供需矛盾，另一方面还可有效降低汽车尾气中有害气体的排放，改善了环境和空气质量，经济效益和社会效益非常显著。目前全世界消耗无水乙醇正稳步增加，其应用前途不可限量，无水乙醇的生产符合当前我国可持续发展的能源政策。据所周知，乙醇和水会形成共沸物，其共沸组成乙醇含量约95.6%(质量分数)，要想得到无水酒精，普通精馏就不再适用。目前生产无水乙醇的方法大致有：萃取精馏法、

2、分子筛脱水法、真空蒸馏法、淀粉吸附法、离子交换树脂脱水法、恒沸精馏法等。其中萃取精馏法具有最大的工业意义，本次竞赛题目就是研究萃取精馏法制备无水乙醇。题目内容：本次竞赛初赛题目包括工程设计和小试实验方案两部分，参赛者提交报告，筛选后决定复赛名单，复赛项目包括实验操作和答辩，最终评选出各类奖项。（一）工程设计现欲用萃取精馏对乙醇水混合物进行分离，条件及要求如下：原料：乙醇水混合物，乙醇组成为50%（质量分数）产品要求：塔顶产品中乙醇组成为99.5%以上，乙醇回收率为98%以上，产品均需要冷却到40℃，萃取剂要求回收，可循环使用。公用工程

3、条件：冷公用工程为循环水（20℃→30℃）热公用工程为0.4MPa(表压)的饱和水蒸汽环境温度为20℃。试根据以上条件，当处理量为200kg/h时，设计一个合理的工艺流程，进行工艺条件设计计算，绘制带有主要参数控制点的工艺流程图，对主要设备进行工艺参数的计算及选型。提示：(1)查阅文献、手册等查出乙醇-水二元体系气液平衡数据，作出该物系的T-x-y图及y-x图。(2)选用合适的萃取剂，并说明理由。(3)拟定以乙二醇为萃取剂，通过计算，作出常压下萃取剂存在时乙醇-水的y’-x’图。(4)根据题意，设计一合理的工艺流程，画出工艺流程图。(

4、5)进行物料衡算，能量衡算。(6)对流程中的精馏塔，采用图解法求理论板数并确定进料位置。(7)对萃取精馏塔采用简化的假二元法估计理论板数并确定进料位置。(8)如果选用填料塔，确定填料高度。如果选用板式塔，确定塔板数。进行精馏塔的工艺设计，确定塔高、塔径、进料位置等。在该条件下，采用离心泵输送原料，试确定适用的离心泵型号，并确定离心泵的安装高度。(1)计算所设计流程的冷热公用工程用量。(2)绘制带有主要参数控制点的工艺流程图。(3)可选用流程模拟软件（AspenPlus、ProII等）对选定的工艺流程进行模拟计算。(4)要综合考虑设备投

5、资费用和操作费用，进行经济评价。（二）小试实验方案针对上题设计的工艺流程，根据实验室现有条件所提供的实验仪器，自行制定一套小试实验的实验方案，来验证所设计的萃取精馏过程是制取无水乙醇有效的方法，通过查阅资料，设计具体的实验流程，根据“实验室供选仪器”中提供的各种部件，确定要选用的实验仪器，并确定具体的实验步骤，总结出一份切实可行的实验方案。要求实验流程切实可行，能制得无水乙醇，实验装置简单易搭建，操作简便能并对部分操作参数（回流比、温度、进出料流量、溶剂比等）进行控制。要求参赛队在实验报告中针对所使用的实验装置提出合理的、可行的、有创

6、新性的建议，以此体现参赛队创新意识和能力实验方案包括：实验目的、实验原理、实验任务、实验装置流程图，所选实验仪器列表，实验操作步骤。参考书目：（一）专著蒋维钧，余立新．新型传质分离技术[M].第二版.北京：化学工业出版社，2006汪镇安．化学工艺设计手册[M]第三版北京：化学工业出版社，2003房鼎业，乐清华，李福清．化学工程与工艺专业实验．北京：化学工业出版社2000刘家祺．传质分离过程[M]北京：化学工业出版社，2005王树楹．现代填料塔技术指南[M]北京：中国石化出版社，1998胡英．化学工程手册[M]第二版北京：化学工业出版社

7、，2002熊能林．溶剂手册[M].第三版．北京：化学工业出版社，2002RobertHPerry．Perry’sChemicalEngineersHandbook[M]8thEdition．2008萧成基，于鸿寿．气液传质设备[M]北京：中国石化出版社，2000石油化工设计手册塔的工艺计算化工原理实验化工原理课程设计特殊精馏（电子书）实验室精馏装置参考（电子书）实验室蒸馏指南冷换设备工艺计算化工装置实用工艺设计实验室玻璃仪器手册等，以上文献均可在图书馆、互联网上查阅。（一）期刊文献崔现宝，杨志才，冯天扬．萃取精馏及进展[J]．2001

8、：化学工业与工程顾正桂，章高健．用萃取精馏法从水溶液回收乙醇[J]．化学工业与工程，1993无水乙醇制备的研究进展萃取精馏法制取无水酒精生产工艺简介间歇萃取精馏过程的实验研究乙醇_水间歇萃取精馏生产过程研究溶盐萃取精馏法