1、化工原理競賽題目題目背景：無水乙醇是一種重要的基本有機化工原料， 其重要用途之一是無水乙醇與汽 油混合形成汽油醇，可用作點燃式內燃機的燃料。推廣使用車用乙醇替代汽油， 一方面緩解石油供需矛盾，另一方面還可有效降低汽車尾氣中有害氣體的排放， 改善了環境和空氣質量， 經濟效益和社會效益非常顯著。 目前全世界消耗無水乙 醇正穩步增加， 其應用前途不可限量， 無水乙醇的生產符合當前我國可持續發展 的能源政策。據所周知，乙醇和水會形成共沸物，其共沸組成乙醇含量約95.6%（ 質量分數），要想得到無水酒精，普通精餾就不再適用。目前生產無水乙醇的方法大致 有：萃取精餾法、分子篩脫水法、真空蒸餾法、淀粉吸附法

2、、離子交換樹脂脫水 法、恒沸精餾法等。 其中萃取精餾法具有最大的工業意義， 本次競賽題目就是研 究萃取精餾法制備無水乙醇。題目內容：本次競賽初賽題目包括 工程設計 和小試實驗方案 兩部分，參賽者提交報告， 篩選后決定復賽名單，復賽項目包括 實驗操作 和答辯，最終評選出各類獎項。 (一) 工程設計現欲用萃取精餾對乙醇水混合物進行分離，條件及要求如下： 原 料：乙醇水混合物，乙醇組成為 50%(質量分數) 產品要求：塔頂產品中乙醇組成為 99.5%以上，乙醇回收率為 98%以上， 產品均需要冷卻到40C , 萃取劑要求回收，可循環使用。公用工程條件：冷公用工程為循環水(20 C 30 C) 熱公用

3、工程為 0.4MPa( 表壓)的飽和水蒸汽 環境溫度為20 C。試根據以上條件，當處理量為 200kg/h 時，設計一個合理的工藝流程，進行 工藝條件設計計算， 繪制帶有主要參數控制點的工藝流程圖， 對主要設備進行工 藝參數的計算及選型 。提示：(1)查閱文獻、手冊等查出乙醇 -水二元體系氣液平衡數據，作出該物系的T-x-y圖及 y-x 圖。(2)選用合適的萃取劑，并說明理由。(3)擬定以乙二醇為萃取劑， 通過計算， 作出常壓下萃取劑存在時乙醇 -水的 y-x 圖。(4)根據題意，設計一合理的工藝流程，畫出工藝流程圖。(5)進行物料衡算，能量衡算。(6)對流程中的精餾塔，采用圖解法求理論板數并

4、確定進料位置。(7)對萃取精餾塔采用簡化的假二元法估計理論板數并確定進料位置。(8)如果選用填料塔，確定填料高度。如果選用板式塔，確定塔板數。進行精餾 塔的工藝設計，確定塔高、塔徑、進料位置等。在該條件下，采用離心泵輸送原料，試確定適用的離心泵型號，并確定離心泵的安裝高度。(9)計算所設計流程的冷熱公用工程用量。(10)繪制帶有主要參數控制點的工藝流程圖。(11)可選用流程模擬軟件( Aspen Plus、ProII 等)對選定的工藝流程進行模擬計(12)要綜合考慮設備投資費用和操作費用，進行經濟評價（二）小試實驗方案針對上題設計的工藝流程，根據實驗室現有條件所提供的實驗儀器，自行制定一套小試

5、實驗的實驗方案，來驗證所設計的萃取精餾過程是制取無水乙醇有 效的方法，通過查閱資料，設計具體的實驗流程，根據“ 實驗室供選儀器”中提 供的各種部件，確定要選用的實驗儀器，并確定具體的實驗步驟，總結出一份切 實可行的實驗方案。要求實驗流程切實可行，能制得無水乙醇，實驗裝置簡單易搭建，操作簡便能并對部分操作參數（回流比、溫度、進出料流量、溶劑比等）進行控制。要 求參賽隊在實驗報告中針對所使用的實驗裝置提出合理的、可行的、有創新性的建議，以此體現參賽隊創新意識和能力實驗方案包括：實驗目的、實驗原理、實驗任務、實驗裝置流程圖，所選實驗儀器列表，實驗操作步驟。200620001993參考書目：（一）專著

6、 蔣維鈞，余立新新型傳質分離技術 M. 第二版.北京：化學工業出版社， 汪鎮安化學工藝設計手冊 M 第三版 北京：化學工業出版社， 2003 房鼎業，樂清華，李福清化學工程與工藝專業實驗 北京：化學工業出版社 劉家祺傳質分離過程 M 北京：化學工業出版社， 2005 王樹楹現代填料塔技術指南 M 北京：中國石化出版社， 1998 胡英化學工程手冊 M 第二版 北京：化學工業出版社， 2002 熊能林溶劑手冊 M. 第三版北京：化學工業出版社， 2002Robert H Perry Perrys Chemical Engineers HandbookM 8th Edition 2008 蕭成基，于鴻壽氣液傳質設備 M 北京：中國石化出版社， 2000 石油化工設計手冊 塔的工藝計算 化工原理實驗 化工原理課程設計 特殊精餾（電子書）實驗室精餾裝置參考（電子書） 實驗室蒸餾指南 冷換設備工藝計算 化工裝置實用工藝設計 實驗室玻璃儀器手冊等，以上文獻均可在圖書館、互聯網上查閱。（二） 期刊文獻 崔現寶，楊志才，馮天揚萃取精餾及進展 J 2001：化學工業與工程 顧正桂，章高健用萃取精餾法從水溶液回收乙醇 J 化學工業與工程， 無水乙醇制