山东省竞赛题

1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青岛科技大学化工过程实验教学中心地址：青岛市郑州路53号化工学院；邮编：266042；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。（一）操作条件1.操作压力常压。2.进料热状况冷液进料，进料温度为60℃。3.回流比6.8。4.塔釜加热蒸汽压力0.4MPa（表压）。（二）塔板类型筛板（三）工作日每年300天，每天24小时连续运行。（四）设计内容1.计算馏出液和釜残液的流量和组成。（10分）2.采用图解法求理论板数并确定进料位置。（15分）3.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）4.如果采用填料塔，请确定填料层的高度（填料类型自选）。（10分）青岛科技大学化工过程实验教学中心地址：青岛市郑州路53号化工学院；邮编：266042；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）6.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）7.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1.精馏塔的开车过程要经历哪些步骤？应注意什么问题？2.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？3.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？4.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？5.如何利用常见化工模拟流程模拟软件，如AspenPlus、Hysys、Pro/II等，详细设计流程细节，并进行灵敏度分析？6.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88.1177.0632.23乙酸丁酯116.16126.1136.79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126.00091.70.530.84120.60.050.1989.70.580.87115.90.110.3487.80.630.89111.70.160.4586.00.680.91青岛科技大学化工过程实验教学中心地址：青岛市郑州路53号化工学院；邮编：266042；组分液体比热青岛科技大学化工过程实验教学中心地址：青岛市郑州路53号化工学院；邮编：266042；组分液体密度青岛科技大学化工过程实验教学中心地址：青岛市郑州路53号化工学院；邮编：266042；组分液体黏度青岛科技大学化工过程实验教学中心地址：青岛市郑州路53号化工学院；邮编：266042；组分液体的导热系数青岛科技大学化工过程实验教学中心地址：青岛市郑州路53号化工学院；邮编：266042；组分气体的导热系数