新自控实验指导书(教学8)

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1、新能源在化工生产中的应用刘易李敏张桐摘要近几年来，随着环境问题越来越引起人们的关注以及能源问题的进一步加深。绿色、环保、节能等词频频出现。但仅仅的了解与认识是不能解决这些问题的。通过近几年的的研究可以看出，解决这类问题可以归结为以下两种方法，一是通过改进和优化现有的生产工艺，提高对现有的常规能源的利用率以及减少其对环境造成的负面影响。二是对技术的彻底革新，将完全绿色的生产理念融入其中，充分利用那些绿色而且可再生的能源。对比这两种方法，前一种起到的只是暂时的缓解作用，而后者基本上是解决了环境和能源问题。此课题

2、研究正是基于上文所提到的第二种解决方法，将新能源直接引入到实际的化工生产过程中去。这里所指的新能源主要是太阳能。总的来说，化工生产过程中有将近７０％为分离工程，而将混合物分离是一个熵减的过程，其中必然要消耗大量的能量。而此研究的目的就是让这些所需能量是由那些新能源转化而来。此研究的主要可分为装置设计，计算机模拟以及工艺流程的设计三个阶段。最后形成能直接利用太阳能完成精馏的设计方案。关键词：太阳能；精馏仿真；过程优化1.研究背景1.1人类利用能源的发展与变化人类社会的发展离不开科学技术的发展，而随着科学技术的

3、发展，人类生产生活的范围的扩大，简单是人力、畜力已经无法满足人们的需求。于是，人类开始寻找能够扩展人力的方式，从锄、犁等农耕时代的简单工具到磨坊和风车，此时人类已经开始利用大自然的力量来满足自己的需求。盐，作为一种非常重要的生活必需品，其生产过程可以说是最古老的化工过程也是最早利用太阳能的化工生产过程。但是由于太阳能有能量密度小、能量提供不稳定等总总缺陷，在相当长的时间能没有引起人们的注意。特别是发端与英国的工业革命是的人类对于能源的需求呈现爆炸式的增长，于是人们把目光投向了埋藏在土地之下的煤，从简单的燃烧

4、到对煤的干馏等分离技术的实现，大大提高了煤炭的利用率。但由于煤是一种固体燃料加之起本身结构上的不足，导致其在19世纪下半叶逐渐被另一种化石燃料石油所替代。由于石油的主要成分为以碳氢两种元素所构成的烃类有机物，其物理性质表现为褐色粘稠状的液体，相对与块状的煤来说更易燃烧。在当今世界石油仍然是一种非常重要的资源，并被许多国家列为战略资源。其用途非常广泛，不但可以通过对其精馏而得到汽油、柴油等燃料，通过裂解等化工过程可以得到丰富的化工产品。但是，尽管石油有总总的优点，但由于其在地球上储量的有限性，以及其与其他化石

5、燃料一样，在使用，特别是燃烧后产生的大量有害物质，不得不让人类从新审视这种已被人类广泛使用多年的化石能源。于是人类把目光从新投向了太阳能，这种既古老又新型的能源。但如何对此在技术层面上取得重大的突破成了关键问题。1.2能源现状我国的能源结构发生了变化，过去由于欧美等西方发达国家的经济技术封锁，主要以人力煤炭资源作为能源的供应，在进入21世纪之后，石油资源在能源利用的比例中逐渐增长。但是，我国石油资源储量有限，就2008年的数据看来，有50%是依赖进口的，这严重制约了我国经济的发展。在化工领域也发生了同样的变

6、化，化工产品与我们的生活息息相关，若使得此行业大部分依赖进口的话，将威胁国家的安全，所以有必要开发新能源。1.3新能源利用情况未来的新能源主要包括水利能、风能、太阳能、地热能、生物能等。但是水利能和地热能现在利用已经接近饱和状态，风能受天气和地区影响很大，生物能的开发需要更多的技术支持。由此看来，发展太阳能具有很好的前景，而且我国太阳能资源丰富，陆地每年接受的太阳能辐射能相当于2.4万亿吨标准煤2/3的国土面积的太阳能年辐射量超过6000MJ/m2,西藏西北最高地8400MJ/m2,也是世界上太阳能资源最丰

7、富的地区之一。2.研究目的由于化工行业为高耗能高污染的行业，该行业的高速发展虽然给经济等带来了一时的繁荣，但是其带来的环境污染问题和能源短缺问题是极为严重的。我们现在提出了资源节约型环境友好型社会，可持续发展战略已经上升到了一个战略高度，我们发展经济不能牺牲环境和危害子孙后代为代价，由此针对化工行业，我们应该降低其能源的消耗水平，减少其对环境的污染。鉴于我国的国情，在把太阳能技术应用到化工行业是迟早的事情。在国外，将绿色化工应用与实际生产已经有成功案例，但是应用只是限于工业生产外的其他方面，并没有在生产的源

8、头大幅度的利用太阳能。我们在这里，应用学过的知识，以乙醇的提纯为例建立出完全应用太阳能生产化工产品的工厂，并让它盈利，实现太阳能的利用价值。3.研究过程3.1化工过程开发的工作程序技术经济资料的收集、发澡题的选择、初步评价、开发研究、中间评价、撅念设计、中间试验、量终评价、基础设计以及工程设计。具体流程见下图（图3.1.1）：图3.1.13.2本课题的研究过程简述本课题的研究参考了化工过程开发的工作程序，但是由于