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工艺流程设计案例分析题集及解答指南

一、化工行业工艺流程设计案例分析（共3题，每题15分）

1.题目

某化工厂计划建设一套年产5万吨醋酸乙酯的生产装置，采用乙醇与乙酸催化酯化工艺。工艺流程需满足以下要求：

（1）原料乙醇和乙酸的摩尔比控制在1:1.1~1:1.2之间，反应温度控制在180~200℃；

（2）采用催化精馏技术分离反应产物，要求醋酸乙酯的纯度≥99.5%；

（3）系统需设置安全泄压装置，并考虑乙酸回收循环。请绘制简化的工艺流程图，并说明关键设备的选择依据及工艺控制要点。

2.题目

某地化工厂位于沿海地区，计划利用天然气生产合成气（H?+CO），用于后续甲醇合成。工艺流程需考虑以下因素：

（1）天然气成分主要为CH?（85%）、C?H?（10%）、CO?（3%）、N?（2%）；

（2）要求合成气H?/CO摩尔比控制在2:1；

（3）需设置脱硫脱碳单元，并回收伴生CO?。请设计工艺流程方案，并分析主要能耗环节及优化措施。

3.题目

某制药企业需设计一套手性药物中间体（如R-型氨基酸）的合成工艺流程，采用不对称催化反应路线。工艺流程要求：

（1）催化剂选择要求高立体选择性，反应收率≥85%；

（2）反应溶剂需选用绿色环保型（如水或乙醇）；

（3）产物需通过萃取或结晶分离，纯度≥98%。请简述工艺流程设计思路，并说明关键控制参数。

二、食品加工行业工艺流程设计案例分析（共2题，每题20分）

1.题目

某食品企业计划建设一条年处理10万吨玉米的淀粉加工生产线，工艺流程需满足以下要求：

（1）采用湿法淀粉生产工艺，要求淀粉得率≥85%；

（2）需设置玉米清理、破碎、研磨、分离等工序；

（3）副产物玉米浆需回收利用，用于生产饲料。请设计工艺流程图，并说明主要设备的选型及能耗控制措施。

2.题目

某乳制品企业需设计一套低温巴氏杀菌乳的工艺流程，要求产品保质期≥60天。工艺流程需考虑：

（1）杀菌温度控制在72~74℃，保持时间15秒；

（2）需设置均质、冷却、灌装等单元；

（3）需考虑UHT灭菌工艺的对比分析。请绘制工艺流程图，并说明关键控制点及卫生要求。

三、石油化工行业工艺流程设计案例分析（共2题，每题25分）

1.题目

某炼油厂计划改造一套常压蒸馏装置，增加重油催化裂化单元，生产汽油和柴油。工艺流程需考虑：

（1）原料重油性质：粘度高，残炭含量3%；

（2）裂化反应温度420~480℃，催化剂选用Y型分子筛；

（3）需设置稳定塔分离轻重组分。请设计工艺流程图，并说明反应动力学控制要点。

2.题目

某中东石化企业需设计一套乙烷裂解制乙烯的工艺流程，采用管式炉加热。工艺流程要求：

（1）裂解温度950~1000℃，停留时间0.5秒；

（2）原料乙烷纯度≥99%；

（3）需设置急冷、分离、压缩等单元。请绘制工艺流程图，并分析主要安全风险及防范措施。

四、环保行业工艺流程设计案例分析（共2题，每题20分）

1.题目

某工业园区污水处理厂需设计一套COD去除工艺流程，处理高浓度工业废水（COD2000~5000mg/L）。工艺流程要求：

（1）采用厌氧+好氧组合工艺；

（2）需设置格栅、调节池、UASB反应器、MBR膜池；

（3）出水需达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级A标准。请设计工艺流程图，并说明关键设计参数。

2.题目

某垃圾焚烧发电厂需设计飞灰处理工艺流程，要求飞灰残炭含量≤1%。工艺流程需考虑：

（1）飞灰成分：SiO?50%，Al?O?25%，Fe?O?10%；

（2）采用湿法或干法固化技术；

（3）固化后的飞灰需送至填埋场。请设计工艺流程图，并说明固化剂的选择依据。

答案及解析

一、化工行业工艺流程设计案例分析

1.答案

（1）工艺流程图（简化版）

（此处省略流程图文字描述，实际需绘制乙醇+乙酸→催化精馏塔→醋酸乙酯+乙酸+乙醇的循环流程）

（2）关键设备选型依据

-催化精馏塔：采用径向反应器，提高传质效率；

-反应器：固定床反应器，温度均匀，催化剂可重复使用；

-换热器：管壳式换热器，耐腐蚀性（材质选用不锈钢304）。

（3）工艺控制要点

-摩尔比控制：通过流量计实时监测，自动调节进料比例；

-温度控制：采用热电偶多点监测，PID调节加热介质流量；

-压力控制：设置安全阀，防止超压。

2.答案

（1）工艺流程方案

天然气→脱硫塔→蒸汽转化炉→水煤气变换→脱碳塔→合成气分离。

（2）主要能耗环节及优化措施

-蒸汽转化炉：采用多段加热，热效率≥85%；

-变换反应：低温变换（250℃），降低能耗；

-余热回收：变换气余热用于预热脱碳塔。

3.答案

（1）工艺流程设计思路

手性催化剂（如手性膦配体）+手性底