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山东省大学生化工过程实验技能竞赛组委会 二零一零年十二月  首届山东省“隆腾-双利杯”大学生 化工过程实验技能竞赛题目 答题须知： 答题时间为3小时，参赛小组应认真阅读题目，讨论解题思路，进行合理分工，注意时间分配，互相协作，完成试题后将结果写在答题纸上限时上交。进入复赛的小组，结合附加题，将结果重新整理成PPT文件进行答辩。 一、设计题 工业中的乙酸丁酯是由醋酸和正丁醇在催化剂存在下酯化而得，根据催化剂不同，可分为硫酸催化法、HZSM-5催化剂催化法、杂多酸催化法、固体氯化物催化法等。硫酸催化法工艺成熟，但副反应较多。 某工厂采用该法生产乙酸丁酯时产生了一股物流，含有乙酸乙酯30%（质量百分数，下同）、乙酸丁酯70%。设计一座常压精馏塔对上述混合物进行分离，要求塔顶馏出液中乙酸乙酯的回收率为95%，釜残液中乙酸丁酯的回收率为97%，该工艺物流的处理量为7200吨/年。产品均需要冷却到40℃。塔釜采用外置再沸器，冷公用工程为循环水（20℃→30℃），热公用工程为饱和水蒸汽，环境温度为20℃。已知的物性图表见附录。 操作条件 操作压力 常压。 进料热状况 冷液进料，进料温度为60℃。 回流比 6.8。 塔釜加热蒸汽压力 0.4MPa（表压）。 塔板类型 筛板 工作日 每年300天，每天24小时连续运行。 （四）设计内容 计算馏出液和釜残液的流量和组成。（10分） 采用图解法求理论板数并确定进料位置。（15分） 进行筛板式精馏塔的工艺设计，确定塔高、塔径、进料位置等。（30分） 如果采用填料塔，请确定填料层的高度（填料类型自选）。（10分） 根据题意，设计一合理的工艺流程，并绘制带有主要参数控制点的工艺流程图。（10分） 计算所设计流程的冷热公用工程用量。并对工艺流程中的任1台换热器进行设计计算，要求采用列管式换热器，计算其主要工艺参数，包括管长、管子规格、壳程直径、管程数、壳程数、管子数目等。画出换热器的简图，标明接管尺寸。（15分） 如果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。（10分） 二、附加题 精馏塔的开车过程要经历哪些步骤？应注意什么问题？ 塔釜热负荷大小对精馏塔的操作有什么影响？你认为塔釜加热量主要消耗在何处？与回流有无关系？ 如果将组分中的乙酸丁酯换为乙醇（沸点为78.29℃），该精馏塔是否仍然可以达到上述的产品要求？如果不能，应该采取什么措施进行改进？ 从能量使用效果分析进料热状况参数对精馏的影响，一般以哪种热状况进料是合理的？ 如何利用常见化工模拟流程模拟软件，如Aspen Plus、Hysys、Pro/II等，详细设计流程细节，并进行灵敏度分析？附录：物性图表 表1 乙酸乙酯与乙酸丁酯的基础物性 分子量(kg/kmol) 沸点(℃) 汽化潜热(kJ/mol) 乙酸乙酯 88.11 77.06 32.23 乙酸丁酯 116.16 126.11 36.79 表2 常压下乙酸乙酯-乙酸丁酯溶液的平衡数据 温度(℃) 液相中乙酸乙酯的摩尔分率 气相中乙酸乙酯的摩尔分率 温度(℃) 液相中乙酸乙酯的摩尔分率 气相中乙酸乙酯的摩尔分率 126.0 0 0 91.7 0.53 0.84 120.6 0.05 0.19 89.7 0.58 0.87 115.9 0.11 0.34 87.8 0.63 0.89 111.7 0.16 0.45 86.0 0.68 0.91 107.9 0.21 0.54 84.3 0.74 0.93 104.6 0.26 0.62 82.8 0.79 0.95 101.5 0.32 0.68 81.3 0.84 0.96 98.7 0.37 0.73 79.8 0.89 0.98 96.2 0.42 0.77 78.5 0.95 0.99 93.9 0.47 0.81 77.2 1 1 图1 组分液体比热 图2 组分气体比热 图3 组分液体密度 图4 组分气体密度 图5 组分液体黏度 图6 组分气体黏度 图7 组分液体的导热系数 图8 组分气体的导热系数 1 4 地址：青岛市郑州路53号化工学院；邮编：266042；