旅行社管理課后題

新能源在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用劉易李敏張桐摘要近幾年來(lái)，隨著環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注以及能源問(wèn)題的進(jìn)一步加深。綠色、環(huán)保、節(jié)能等詞頻頻出現(xiàn)。但僅僅的了解與認(rèn)識(shí)是不能解決這些問(wèn)題的。通過(guò)近幾年的的研究可以看出，解決這類問(wèn)題可以歸結(jié)為以下兩種方法，一是通過(guò)改進(jìn)和優(yōu)化現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝，提高對(duì)現(xiàn)有的常規(guī)能源的利用率以及減少其對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響。二是對(duì)技術(shù)的徹底革新，將完全綠色的生產(chǎn)理念融入其中，充分利用那些綠色而且可再生的能源。對(duì)比這兩種方法，前一種起到的只是暫時(shí)的緩解作用，而后者基本上是解決了環(huán)境和能源問(wèn)題。此課題研究正是基于上文所提到的第二種解決方法，將新能源直接引入到實(shí)際的化工生產(chǎn)過(guò)程中去。這里所指的新能源主要是太陽(yáng)能?？偟膩?lái)說(shuō)，化工生產(chǎn)過(guò)程中有將近７０％為分離工程，而將混合物分離是一個(gè)熵減的過(guò)程，其中必然要消耗大量的能量。而此研究的目的就是讓這些所需能量是由那些新能源轉(zhuǎn)化而來(lái)。此研究的主要可分為裝置設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)模擬以及工藝流程的設(shè)計(jì)三個(gè)階段。最后形成能直接利用太陽(yáng)能完成精餾的設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；精餾仿真；過(guò)程優(yōu)化研究背景1.1人類利用能源的發(fā)展與變化人類社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類生產(chǎn)生活的范圍的擴(kuò)大，簡(jiǎn)單是人力、畜力已經(jīng)無(wú)法滿足人們的需求。于是，人類開(kāi)始尋找能夠擴(kuò)展人力的方式，從鋤、犁等農(nóng)耕時(shí)代的簡(jiǎn)單工具到磨坊和風(fēng)車，此時(shí)人類已經(jīng)開(kāi)始利用大自然的力量來(lái)滿足自己的需求。鹽，作為一種非常重要的生活必需品，其生產(chǎn)過(guò)程可以說(shuō)是最古老的化工過(guò)程也是最早利用太陽(yáng)能的化工生產(chǎn)過(guò)程。但是由于太陽(yáng)能有能量密度小、能量提供不穩(wěn)定等總總?cè)毕?，在相?dāng)長(zhǎng)的時(shí)間能沒(méi)有引起人們的注意。特別是發(fā)端與英國(guó)的工業(yè)革命是的人類對(duì)于能源的需求呈現(xiàn)爆炸式的增長(zhǎng)，于是人們把目光投向了埋藏在土地之下的煤，從簡(jiǎn)單的燃燒到對(duì)煤的干餾等分離技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，大大提高了煤炭的利用率。但由于煤是一種固體燃料加之起本身結(jié)構(gòu)上的不足，導(dǎo)致其在19世紀(jì)下半葉逐漸被另一種化石燃料石油所替代。由于石油的主要成分為以碳?xì)鋬煞N元素所構(gòu)成的烴類有機(jī)物，其物理性質(zhì)表現(xiàn)為褐色粘稠狀的液體，相對(duì)與塊狀的煤來(lái)說(shuō)更易燃燒。在當(dāng)今世界石油仍然是一種非常重要的資源，并被許多國(guó)家列為戰(zhàn)略資源。其用途非常廣泛，不但可以通過(guò)對(duì)其精餾而得到汽油、柴油等燃料，通過(guò)裂解等化工過(guò)程可以得到豐富的化工產(chǎn)品。但是，盡管石油有總總的優(yōu)點(diǎn)，但由于其在地球上儲(chǔ)量的有限性，以及其與其他化石燃料一樣，在使用，特別是燃燒后產(chǎn)生的大量有害物質(zhì)，不得不讓人類從新審視這種已被人類廣泛使用多年的化石能源。于是人類把目光從新投向了太陽(yáng)能，這種既古老又新型的能源。但如何對(duì)此在技術(shù)層面上取得重大的突破成了關(guān)鍵問(wèn)題。1.2能源現(xiàn)狀我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，過(guò)去由于歐美等西方發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)技術(shù)封鎖，主要以人力煤炭資源作為能源的供應(yīng)，在進(jìn)入21世紀(jì)之后，石油資源在能源利用的比例中逐漸增長(zhǎng)。但是，我國(guó)石油資源儲(chǔ)量有限，就2008年的數(shù)據(jù)看來(lái)，有50%是依賴進(jìn)口的，這嚴(yán)重制約了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在化工領(lǐng)域也發(fā)生了同樣的變化，化工產(chǎn)品與我們的生活息息相關(guān)，若使得此行業(yè)大部分依賴進(jìn)口的話，將威脅國(guó)家的安全，所以有必要開(kāi)發(fā)新能源。1.3新能源利用情況未來(lái)的新能源主要包括水利能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⑸锬艿?。但是水利能和地?zé)崮墁F(xiàn)在利用已經(jīng)接近飽和狀態(tài)，風(fēng)能受天氣和地區(qū)影響很大，生物能的開(kāi)發(fā)需要更多的技術(shù)支持。由此看來(lái)，發(fā)展太陽(yáng)能具有很好的前景，而且我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，陸地每年接受的太陽(yáng)能輻射能相當(dāng)于2.4萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤2/3的國(guó)土面積的太陽(yáng)能年輻射量超過(guò)6000MJ/m2,西藏西北最高地8400MJ/m2,也是世界上太陽(yáng)能資源最豐富的地區(qū)之一。研究目的由于化工行業(yè)為高耗能高污染的行業(yè)，該行業(yè)的高速發(fā)展雖然給經(jīng)濟(jì)等帶來(lái)了一時(shí)的繁榮，但是其帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題和能源短缺問(wèn)題是極為嚴(yán)重的。我們現(xiàn)在提出了資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會(huì)，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已經(jīng)上升到了一個(gè)戰(zhàn)略高度，我們發(fā)展經(jīng)濟(jì)不能犧牲環(huán)境和危害子孫后代為代價(jià)，由此針對(duì)化工行業(yè)，我們應(yīng)該降低其能源的消耗水平，減少其對(duì)環(huán)境的污染。鑒于我國(guó)的國(guó)情，在把太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用到化工行業(yè)是遲早的事情。在國(guó)外，將綠色化工應(yīng)用與實(shí)際生產(chǎn)已經(jīng)有成功案例，但是應(yīng)用只是限于工業(yè)生產(chǎn)外的其他方面，并沒(méi)有在生產(chǎn)的源頭大幅度的利用太陽(yáng)能。我們?cè)谶@里，應(yīng)用學(xué)過(guò)的知識(shí)，以乙醇的提純?yōu)槔⒊鐾耆珣?yīng)用太陽(yáng)能生產(chǎn)化工產(chǎn)品的工廠，并讓它盈利，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的利用價(jià)值。研究過(guò)程3.1化工過(guò)程開(kāi)發(fā)的工作程序技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料的收集、發(fā)澡題的選擇、初步評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)研究、中間評(píng)價(jià)、撅念設(shè)計(jì)、中間試驗(yàn)、量終評(píng)價(jià)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以及工程設(shè)計(jì)。具體流程見(jiàn)下圖（圖3.1.1）：圖本課題的研究過(guò)程簡(jiǎn)述本課題的研究參考了化工過(guò)程開(kāi)發(fā)的工作程序，但是由于實(shí)際條件有限，基于現(xiàn)有條件，我們研究小組將以上流程簡(jiǎn)化為：探究性科學(xué)實(shí)驗(yàn)、理論計(jì)算、工程設(shè)計(jì)以及計(jì)算計(jì)算機(jī)仿真。4設(shè)計(jì)方案4.1總體流程方案在這一部分所要完成的是模型裝置的設(shè)計(jì)以及相關(guān)參數(shù)的查找測(cè)定以及計(jì)算。以下為該裝置的簡(jiǎn)以示意圖（圖4.1.1）：圖實(shí)驗(yàn)性方案設(shè)計(jì)考慮到太陽(yáng)能雖然總量很大但是其能量密度較低，所以直接將其利用很難達(dá)到整個(gè)過(guò)程各部分所需的溫度。所以為了達(dá)到此目的需要通過(guò)中間介質(zhì)將能量富集后再加以利用。在這里介質(zhì)有兩種選擇一種為合成油，第二種為喹啉。4.3顯熱型傳熱實(shí)驗(yàn)性設(shè)計(jì)方案選用合成油主要利用顯熱用于分離餾分較多且各組分沸點(diǎn)較高的物質(zhì)。主要設(shè)計(jì)思路如下：首先用表面經(jīng)過(guò)拋光處理的鏡面鋼片制成拋物面（圖3）狀的鋼板并用普通鋼架將其支撐，將一種表面光潔，既能透過(guò)太陽(yáng)輻射，但又絕熱的管材（類似于太陽(yáng)能熱水器集熱板上的管材）架與拋物面的焦點(diǎn)線上并支撐。然后將經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能加熱的合成油上升到一定溫度時(shí)將其通過(guò)銅管與蒸餾裝置中管狀加熱設(shè)備相連接，直接利用管內(nèi)的高溫合成油直接給蒸餾裝置中的混合液體加熱，達(dá)到蒸餾的目的。最后通過(guò)將蒸出的蒸汽進(jìn)行冷凝，然后儲(chǔ)存，最后對(duì)蒸餾后所收集的產(chǎn)物進(jìn)行純度鑒定。圖4.3.1在以上的整個(gè)過(guò)程中合成油在由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換裝置和蒸餾裝置加熱部分以及連接其中的管路中循環(huán)，為了保證其循環(huán)，可以利用光伏發(fā)電裝置驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)連接循環(huán)泵保證合成油在整個(gè)過(guò)程中是循環(huán)流動(dòng)的。有整個(gè)裝置中有三個(gè)地方的溫度是要利用溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。第一處，在太陽(yáng)能加熱時(shí)在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化裝置中合成油的溫度，第二處，在蒸餾裝置加熱部分的合成油的溫度。前兩處對(duì)溫度進(jìn)行的監(jiān)控是為了保證為需蒸餾的混合液體提供合適并且穩(wěn)定的加熱溫度。對(duì)在太陽(yáng)能加熱時(shí)在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化裝置中合成油的溫度的控制可以通過(guò)對(duì)拋物面狀的鋼板部分面積的遮蔽與否來(lái)實(shí)現(xiàn)。第三處，蒸餾裝置中蒸汽的溫度。為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的如果與陰天雨天等不開(kāi)太陽(yáng)的天氣，可用強(qiáng)光燈模擬太陽(yáng)光照射。4.4潛熱型傳熱實(shí)驗(yàn)性設(shè)計(jì)方案選用喹啉主要利用潛熱用于分離餾餾分較少的物質(zhì)（一般只有兩種，例如乙醇與水的混合物）。主要設(shè)計(jì)思路如下：首先用表面經(jīng)過(guò)拋光處理的鏡面鋼片制成拋物形狀（圖4）的鋼板并用普通鋼架將其支撐，將一種表面光潔，既能透過(guò)太陽(yáng)輻射，但又絕熱的球形容器架與拋物形狀的焦點(diǎn)上并支撐。然后將經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能加熱喹啉上升到一定溫度后并氣化為蒸汽，將其通過(guò)銅管與蒸餾裝置中管狀加熱設(shè)備相連接，直接利用管內(nèi)的喹啉蒸汽直接給蒸餾裝置中的混合液體加熱，達(dá)到蒸餾的目的。最后通過(guò)將蒸出的蒸汽進(jìn)行冷凝，然后儲(chǔ)存，最后對(duì)蒸餾后所收集的產(chǎn)物進(jìn)行純度鑒定。圖4.4.1在以上的整個(gè)過(guò)程中喹啉蒸汽在由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換裝置和蒸餾裝置加熱部分以及連接其中的管路中循環(huán)，為了保證其循環(huán)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化裝置和蒸餾裝置的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)。有整個(gè)裝置中有三個(gè)地方的溫度是要利用溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。第一處，在太陽(yáng)能加熱時(shí)在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化裝置中喹啉蒸汽的溫度，第二處，在蒸餾裝置加熱部分的喹啉蒸汽的溫度。前兩處對(duì)溫度進(jìn)行的監(jiān)控是為了保證為需蒸餾的混合液體提供合適并且穩(wěn)定的加熱溫度。對(duì)在太陽(yáng)能加熱時(shí)在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化裝置中合成油的溫度的控制可以通過(guò)對(duì)拋物面狀的鋼板部分面積的遮蔽與否來(lái)實(shí)現(xiàn)。第三處，蒸餾裝置中蒸汽的溫度。5實(shí)驗(yàn)性設(shè)計(jì)方案應(yīng)在化工過(guò)程中的應(yīng)用為了論證以上的實(shí)驗(yàn)型設(shè)計(jì)方案的可行性，在這里將此太陽(yáng)能集熱、傳熱裝置（顯熱型）應(yīng)用與工廠中對(duì)于粗甲醇的精制過(guò)程，并設(shè)計(jì)了與之相關(guān)的工藝流程圖。6相關(guān)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)探索不同濃度、不同量工業(yè)乙醇蒸餾提純過(guò)程中將乙醇完全分離所需最短時(shí)間6.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1.1測(cè)定原料量一定、供熱功率一定不同濃度乙醇被完全分離所需的所需的時(shí)間;6.1.2測(cè)定原料濃度一定，供熱功率一定不同量乙醇被完全分離所需的所需的時(shí)間;6.1.3將以上所得數(shù)據(jù)繪制成圖形并擬合成相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。（供熱量=功率*時(shí)間）6.2實(shí)驗(yàn)裝置容量瓶，移液管，洗耳球，可控溫度加熱裝置（溫度傳感器或溫度計(jì)）、蒸餾裝置、計(jì)算機(jī)6.3實(shí)驗(yàn)所需試劑已知濃度的乙醇、市場(chǎng)上不同的工業(yè)酒精原料6.4實(shí)驗(yàn)具體過(guò)程6.4.1配制一些列不同純度的乙醇溶液（表6.4.1）：乙醇溶液濃度10%15%20%25%30%35%40%45%50%11%16%21%26%31%36%41%46%12%17%22%27%32%37%42%47%13%18%23%28%33%38%43%48%14%19%24%29%34%39%44%49%表.2搭建靜態(tài)法測(cè)定飽和蒸汽壓的裝置6.4.3把不同純度的乙醇溶液加入上述裝置，開(kāi)始加熱，當(dāng)溶液溫度到達(dá)40攝氏度是開(kāi)始計(jì)時(shí)，記錄電熱套的有效功率，同時(shí)測(cè)量蒸汽的折射率，由此得出溶液的濃度。6.4.4歸納總結(jié)數(shù)據(jù)6.5實(shí)驗(yàn)情況簡(jiǎn)述經(jīng)過(guò)全體組員的共同努力，最終由于總總實(shí)際情況條件的限制而沒(méi)有條件完成實(shí)驗(yàn)。介于此狀況，為了彌補(bǔ)沒(méi)有條件完成實(shí)驗(yàn)對(duì)研究造成的影響，經(jīng)過(guò)對(duì)對(duì)總體研究進(jìn)度的評(píng)估后，我小組決定用計(jì)算機(jī)仿真直接模擬該化工過(guò)程中試試驗(yàn)。7.計(jì)算機(jī)仿真過(guò)程通過(guò)對(duì)粗甲醇在精餾塔中分離這以單元操作的的仿真，以求解得到純度為99.2%甲醇所需的各已知條件。經(jīng)過(guò)查閱文獻(xiàn)和試驗(yàn)性比對(duì)最終選擇AspenPlus11.1作為仿真所使用的軟件7.1仿真流程：如圖（圖7.1.1）圖仿真具體過(guò)程進(jìn)料組成為水X（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），甲醇Y。流率為120000lb/hr，壓力為18psi（1psi=6894.76pa）飽和液體進(jìn)料（進(jìn)料的汽相分率為0）精餾塔有38塊塔板，進(jìn)料在第23塊板上。塔頂壓力為16.1psi，每板的壓力降為0.1psi，塔頂為全凝器，蒸出流率為39885lb/hr，回流比為1.3。首先，考察當(dāng)進(jìn)料的原料中甲醇含量的變化對(duì)產(chǎn)物的影響。原料中甲醇的含量（Y）取值為（表7.2.1）乙醇溶液濃度5%35%60%85%15%40%65%90%20%45%70%95%25%50%75%99%30%55%80%表7.2.11%5%10%15%20%25%30%35%40%45%50%55%60%65%70%75%80%85%90%95%99%7.3仿真結(jié)果與數(shù)據(jù)分析通過(guò)仿真得出以下數(shù)據(jù)（表7.3.1）：所有數(shù)據(jù)均為百分含量表7.3.1進(jìn)料甲醇濃度0.00.25TOPCH4O0.1504330.3008650.4512970.601730.752163H2O0.8495680.6991350.5487030.398270.247837BOTTOMCH4O2.36E-129.92E-123.73E-111.56E-108.53E-10H2O11111進(jìn)料甲醇濃度0.30.350.40.450.5TOPCH4O0.9025980.9997690.9998680.99990.999918H2O0.0974020.0002310.0001320.00018.18E-05BOTTOMCH4O9.03E-090.0265150.1013560.1762350.251118H2O10.9734850.8986440.8237650.748883進(jìn)料甲醇濃度0.550.60.650.70.75TOPCH4O0.9999310.9999420.9999510.9999590.999966H2O6.86E-055.85E-054.93E-054.13E-053.41E-05BOTTOMCH4O0.3260030.400890.4757780.5506670.625555H2O0.6739970.599110.5242220.4493340.374445進(jìn)料甲醇濃度0.80.850.90.950.99TOPCH4O0.9999730.999980.9999860.9999930.999999H2O2.71E-052.03E-051.37E-056.94E-061.41E-06BOTTOMCH4O0.7004440.7753330.8502220.9251110.985022H2O0.2995560.2246670.1497780.0748890.014978將以上數(shù)據(jù)繪制成圖（圖7.3.1）（圖7.3.2）圖7.3.1圖7.3.2結(jié)合仿真數(shù)據(jù)和所繪制的圖，分析得出：FEED股流中甲醇含量與TOP股流成分的關(guān)系，在FEED股流中甲醇含量低于30%時(shí)，水的含量逐漸下降，甲醇的含量逐漸繼續(xù)上升，而且與在FEED股流中甲醇含量成線性關(guān)系；在FEED股流中甲醇含量在30%至35%，BOTTOM股流中水的含量逐漸下降，甲醇的含量逐漸上升；在FEED股流中甲醇含量在大于35%，TOP股流中幾乎都為甲醇。FEED股流中甲醇含量與BOTTOM股流成分的關(guān)系，在FEED股流中甲醇含量低于30%時(shí)，BOTTOM股流中幾乎都為水；在FEED股流中甲醇含量在30%至35%，水的含量逐漸下降，甲醇的含量逐漸上升；在FEED股流中甲醇含量在大于35%，水的含量繼續(xù)下降，甲醇的含量繼續(xù)上升，但都與在FEED股流中甲醇含量成線性關(guān)系。由以上分析可以看出在FEED股流中甲醇含量在30%至35%之間的關(guān)系需繼續(xù)研究，因此取FEED股流中甲醇含量為30%、31%、32%、33%、34%、35%繼續(xù)仿真，得以下數(shù)據(jù)(表7.3.2)：所有數(shù)據(jù)均為百分含量表7.3.2進(jìn)料甲醇濃度0.30.310.320.330.34TOPCH4O0.9025980.9326820.9627670.9928540.999689H2O0.0974020.0673180.0372330.0071460.000311BOTTOMCH4O9.03E-091.81E-084.66E-083.67E-071.16E-02H2O11110.988424在這里，只關(guān)注TOP股流中甲醇含量，因此，只繪出FEED股流中甲醇含量與TOP股流中甲醇含量的關(guān)系，繪制的圖形如下(圖7.3.3)：圖7.3.3將其中的點(diǎn)用光滑的曲線連接的下圖（圖7.3.4）：圖7.3.4通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)的擬合得出以下函數(shù)關(guān)系（圖7.3.5）：圖7.3.5Model:DoseRespEquation:y=A1+(A2-A1)/(1+10^((LOG(x0)-x)*p))Weighting:y NoweightingChi^2/DoF R^2----------------------------------------0.00002 0.99603----------------------------------------Parameter Value Error----------------------------------------A1 0.8861 0.01469A2 1.00296 0.00413LOGx0 0.31385 0.00243p 55.07952 13.27379----------------------------------------圖7.3.6Model:SWeibull2Equation:y=a-(a-b)*exp(-(k*x)^d)Weighting:y NoweightingChi^2/DoF R^2----------------------------------------6.1425E-6 0.99849----------------------------------------Parameter Value Error----------------------------------------a 1.00042 0.00194b 0.8692 0.01543d 22.82077 4.05192k 3.16221 0.01939對(duì)比以上兩種擬合結(jié)果，主要比較R^2，y=a-(a-b)*exp(-(k*x)^d)擬合結(jié)果更加符合數(shù)據(jù)的關(guān)系，代入計(jì)算機(jī)求解的數(shù)值得:a 1.00042b 0.8692d 22.82077k 3.16221對(duì)上式求一階導(dǎo)數(shù)得：圖7.3.7分析上圖可看出從0.34開(kāi)始原函數(shù)斜率趨于平穩(wěn)。在這里還考慮了FEED股流進(jìn)料位置（進(jìn)料塔板位置）對(duì)TOP股流中甲醇含量的影響，即FEED股流中甲醇含量、進(jìn)料位置與TOP股流中甲醇含量的關(guān)系：數(shù)據(jù)如下：表7.3.3FEEDTOPSTAGE0.300.310.320.330.340.3520.783320.787420.791450.795360.799210.8029440.902600.913580.915990.918320.920500.9225660.902590.932680.955150.957000.958650.9601680.902570.932680.962770.974870.976290.97748100.902570.932680.962770.984590.985850.98688120.902580.932680.962760.982970.991500.99232140.902600.932680.962770.992860.994900.99556160.902580.932680.962770.992850.996980.99746180.902580.932680.962770.992850.998250.99859200.902590.932680.962770.992850.999000.99922220.902590.932680.962770.992850.999440.99957240.902600.932680.962770.992850.999690.99977260.902590.932680.962770.992850.999830.99987280.902580.932680.962760.992800.999910.99993300.902570.932660.962710.992460.999950.99996320.902470.932470.962300.990510.999970.99998繪制圖形（圖7.3.8）（圖7.3.9）：圖7.3.8圖7.3.9分析上述圖表（圖7.3.9），可以發(fā)現(xiàn)在塔板數(shù)為22時(shí)，產(chǎn)品純度就已經(jīng)達(dá)到最大值，鑒于經(jīng)濟(jì)的原因，踏板數(shù)的最佳取值為22。產(chǎn)品達(dá)到的純度越高，所需要的人力和物力資源也越多，不利于經(jīng)濟(jì)，而且對(duì)原料的要求也越高，所以產(chǎn)品達(dá)到的純度可以設(shè)定為99.9%，這時(shí)濃度既達(dá)到很大，而且對(duì)原料的要求也不是很高。對(duì)原料進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚梢詼p少后續(xù)的時(shí)間和工作強(qiáng)度，在多種原料純度的比較下，可以發(fā)現(xiàn)在34%時(shí)，達(dá)到了最好的效果。因此，得出結(jié)論，處理原料使?jié)舛仍?4%，采用塔板數(shù)為22的蒸餾塔，產(chǎn)品純度可以達(dá)到99.9%。在此條件下的仿真結(jié)果：表7.3.48集熱模塊與工藝流程的整合8.1工藝流程簡(jiǎn)介假設(shè)該精餾過(guò)程所需的能量，全部來(lái)自太陽(yáng)能，具體過(guò)程如下(7.3.10)：該過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化主要在：吸收的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為可傳導(dǎo)的能量，能量在管道和儲(chǔ)油罐中與外界的能量交換，最終的能量利用。最終的精餾過(guò)程，假設(shè)所需的能量為Q0；從管道中傳輸過(guò)來(lái)的能量為Q3，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成的能量為Q2；吸收的太陽(yáng)能為Q1；m為每秒進(jìn)料的甲醇的質(zhì)量(kg)。(a為精餾過(guò)程中的換熱器換熱效率)（b為傳輸過(guò)程中的傳遞效率）（c為太陽(yáng)能吸收裝置的效率）參考相關(guān)文獻(xiàn)，假設(shè)c=5%，b=75%，a=20%甲醇液體熱容計(jì)算公式：（適用于175.47~400K）代入T=360.00K得c0=96,923.84J/kmol=3,028.87J/kg物質(zhì)水溶液的比熱容計(jì)算公式：水的比熱容為75,600.00J/kmol=4,200.00J/kg假設(shè)原料稀甲醇在未加熱前為300K則=360.00K—300K=60K由仿真數(shù)據(jù)得m=15.12kg==由北京市大工業(yè)電價(jià)為0.55元/度將折算成每秒用電量為0.9580度，即0.5269元假設(shè)該裝置每年運(yùn)行300天，每天運(yùn)行10個(gè)小時(shí)，每年用去的電費(fèi)為569-09萬(wàn)元因此，結(jié)合各方面因素蓋設(shè)計(jì)具有可行性，并且，在經(jīng)濟(jì)方面節(jié)省很大開(kāi)消。通過(guò)以上分析結(jié)果結(jié)合設(shè)計(jì)方案最后得出整個(gè)工藝流程（見(jiàn)附錄圖紙）。9存在的問(wèn)題和難題9.1分散性在我們的現(xiàn)實(shí)生活中，到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射的總量很大，但是其能流密度卻很低。就平均情況而言，在北回歸線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時(shí)太陽(yáng)輻射的輻照度最大，在垂直于太陽(yáng)光的方向上1平方米面積上接收到的太陽(yáng)能平均有1000W左右；但是按全年日夜平均，則只有200W左右。而在冬季大致只有夏季的一半，陰天更差，只有1/5左右。這樣的能流密度是很低的。因此，在利用太陽(yáng)能時(shí)，想要得到一定的轉(zhuǎn)換功率，往往需要面積相當(dāng)大的一套收集和轉(zhuǎn)換設(shè)備，造價(jià)較高。9.2不穩(wěn)定性由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機(jī)因素的影響，所以，到達(dá)某一地面的太陽(yáng)輻照度既是間斷的，又是極不穩(wěn)定的，這給太陽(yáng)能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。為了使太陽(yáng)能成為連續(xù)、穩(wěn)定的能源，從而最終成為能夠與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)的替代能源，就必須很好地解決蓄能問(wèn)題，即把晴朗白天的太陽(yáng)輻射能盡量貯存起來(lái)，以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽(yáng)能利用中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。9.3效率低和成本高目前太陽(yáng)能利用的發(fā)展水平，有些方面在理論上是可行的，技術(shù)上也是成熟的。但有的太陽(yáng)能利用裝置，因?yàn)樾势?，成本較高，總的來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)。在今后相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，太陽(yáng)能利用的進(jìn)一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟(jì)性的制約。10前景展望現(xiàn)在能源危機(jī)日益嚴(yán)重，我們加大了對(duì)太陽(yáng)能利用的研究力度，尤其在太陽(yáng)能新材料的探索方面，相信在不久的將來(lái)，我們將會(huì)有新的發(fā)現(xiàn)，在那個(gè)時(shí)候，太陽(yáng)能配套設(shè)配的建設(shè)成本將會(huì)大大減低，成本高的問(wèn)題將會(huì)被解決。合理規(guī)劃建設(shè)的地區(qū)，在太陽(yáng)能密度高的地方建設(shè)大量的收集設(shè)備，然后修建優(yōu)化的運(yùn)輸線路，讓太陽(yáng)能得到合理的最大化利用。11.附錄11.1仿真原始數(shù)據(jù)（表11.1.1）：表11.1.12TOPvalue0.30.310.320.330.340.35MASSFRACCH4O0.783320.7874240.7914520.7953570.7992130.802945MASSFRACH200.216680.216680.216680.2046430.2007870.197055BOTTOM0.30.310.320.330.340.35MASSFRACCH4O0.059380.0723160.0852890.0983240.1113820.124505MASSFRACH200.940620.9276840.9147110.9016770.8886180.8754954TOPvalue0.30.310.320.330.340.35MASSFRACCH4O0.9025950.9135840.915990.9183190.9205030.922556MASSFRACH200.0974050.0864160.084010.0816810.0794970.077444BOTTOM0.30.310.320.330.340.35MASSFRACCH4O00.0095060.0232880.0371070.0509980.922556MASSFRACH2010.9904940.9767120.9628930.9490020.0774446TOPvalue0.30.310.320.330.340.35MASSFRACCH4O0.9025860.9326820.9551540.9569960.9586480.960162MASSFRACH200.0974140.0673180.0448460.0430040.0413520.039838BOTTOM0.30.310.320.330.340.35MASSFRACCH4O000.003790.0178520.0320080.046233MASSFRACH20110.996210.9821480.9679920.9537678TOPvalue0.30.310.320.330.340.35MASSFRACCH4O0.9025710.9326840.9627680.9748660.9762940.977482MASSFRACH200.0974290.0673160.0372320.0251340.0237060.022518BOTTOM0.30.310.320.330.340.35MASSFRACCH4O002.99E-150.0089560.0232230.03761MASSFRACH201110.9910440.9767770.9623920TOPvalue0.30.310.320.330.340.35MASSFRACCH4O0.9025880.9326810.9627650.9928550.9990050.999216MASSFRACH200.0974120.067320.0372350.0071450.0009950.000784BOTTOMMASSFRACCH4O1.11E-102.37E-106.57E-105.35E-090.0119170.02679MASSFRACH2011110.9880830.9732122TOPvalue0.30.310.320.330.340.35MASSFRACCH4O0.9025890.9326810.9627690.9928550.9994410.999572MASSFRACH200.0974110.0673190.0372310.0071450.0005590.000429BOTTOMMASSFRACCH4O1.00E-092.07E-095.53E-094.40E-080.01170.026613MASSFRACH2011110.98830.97338724TOPvalue0.30.310.320.330.340.35MASSFRACCH4O0.9025980.9326820.9627670.9928540.9996890.999769MASSFRACH200.0974020.0673180.0372330.0071460.0003110.000231BOTTOMMASSFRACCH4O9.03E-091.81E-084.66E-083.67E-071.16E-020.026515MASSFRACH2011110.9884240.97348526TOPvalue0.30.310.320.330.340.35MASSFRACCH4O0.9025930.9326810.9627680.9928480.9998280.999874MASSFRACH200.0974070.0673190.0372320.0071520.0001720.000126BOTTOMMASSFRACCH4O8.16E-081.58E-073.93E-073.06E-061.15E-020.026462MASSFRACH201110.9999970.9884930.97353828TOPvalue0.30.310.320.330.340.35MASSFRACCH4O0.9025810.9326770.9627590.9928040.9999060.999932MASSFRACH200.0974190.0673230.0372410.0071969.42E-056.79E-05BOTTOMMASSFRACCH4O7.37E-071.37E-063.31E-062.53E-051.15E-020.026433MASSFRACH200.9999990.9999990.9999970.9999750.9885320.97356730TOPvalue0.30.310.320.330.340.35MASSFRACCH4O0.902570.9326570.962710.9924590.9999470.999963MASSFRACH200.097430.0673430.0372910.0075415.29E-053.70E-05BOTTOMMASSFRACCH4O6.66E-061.20E-052.78E-05