乙醇-水精馏浮阀塔设计

1、搜集乙醇、水的全部物化数据（关键数据是“乙醇-水”二元共沸汽液平衡数据）；

2、确立工艺条件：进料状态（决定着是否需要加热）、产品纯度标准（决定着回流比等）、加热热源（决定着塔底再沸器设计）

3、进行物料平衡计算、能量平衡计算；

4、进行塔板计算与设计，分别确立提馏段（如果需要的话）、精馏段的塔板数；

5、根据产品纯度标准，确定回流比，进料状态的调整（操作参数确立）；

6、完善塔顶冷凝器、进料加热器和塔底再沸器设计；

7、全部装置的保温设计；

8、绘出总装图、部件图和零件图；

9、整理完成《“乙醇-水”浮阀式精馏塔设计计算说明书》，OK！

思路如下目 录化工原理课程设计任务书... Ⅰ摘 要... Ⅱ第一章 前言.... 第二章 绪论.... §2.1 设计方案.. §2.2 选塔依据.. §2.3 设计思路.... 第三章 塔板的工艺设计.... §3.1 精馏塔全塔物料衡算.. §3.2 常压下乙醇-水气液平衡组成与温度关系.. §3.3理论塔的计算.. §3.4 塔径的初步设计.. §3.5溢流装置.. §3.6塔板的分布、浮阀数目及排列.... 第四章 塔板的流体力学验算.... §4.1气相通过浮阀塔板的压降.. §4.2淹塔.. §4.3 物沫夹带.. §4.4塔板负荷性能图.. 第五章 塔附件设计.... §5.1接管.... §5.2筒体与封头.. §5.3除沫器.... §5.4裙座.... §5.5吊柱.... §5.6人孔.... 第六章 塔总体高度的设计.. §6.1塔的顶部空间高度§6.2塔的底部空间高度§6.3塔总体高度第七章 附属设备设计§7.1 冷凝器的选择§7.2再沸器的选择第八章 设计结果汇总结束语参考文献主要符号说明

化工原理课程设计

题目 乙醇-水溶液连续精馏塔优化设计

目录

设计任务书………………………………………………………………3

英文摘要前言……………………………………………………………4

前言………………………………………………………………………4

精馏塔优化设计…………………………………………………………5

精馏塔优化设计计算……………………………………………………5

设计计算结果总表………………………………………………………22

参考文献…………………………………………………………………23

课程设计心得……………………………………………………………23

精馏塔优化设计任务书

一、设计题目

乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计

二、设计条件

1．处理量： 15000 （吨/年）

2．料液浓度： 35 （wt%）

3．产品浓度：93（wt%）

4．易挥发组分回收率：99%

5．每年实际生产时间：7200小时/年

6. 操作条件：①间接蒸汽加热；

②塔顶压强：1.03 atm（绝对压强）③进料热状况：泡点进料；

三、设计任务

a) 流程的确定与说明；

b) 塔板和塔径计算；

c) 塔盘结构设计

i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图；

ii. 流体力学验算；

iii. 塔板负荷性能图。 d) 其它

i. 加热蒸汽消耗量；

ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量e) 有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配 图，编写设计说明书。

乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计

（南华大学化学化工学院，湖南衡阳 421001）

摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对乙醇-水精馏工艺流程和主题设备设计。

关键词：精馏塔，浮阀塔，精馏塔的附属设备。

（Department of Chemistry,University of South China,Hengyang 421001）

Abstract: The design of a continuous distillation valve column, in the material, product requirements and the main physical parameters and to determine the size, process design and selection of equipment and design results, completion of the ethanol-water distillation process and equipment design theme.

Keywords: rectification column, valve tower, accessory equipment of the rectification column.

前言

乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。

要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。

浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB168-68）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。浮阀塔具有下列优点：1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。

精馏塔优化设计计算

在常压连续浮阀精馏塔中精馏乙醇——水溶液，要求料液浓度为35%，产品浓度为93%，易挥发组分回收率99%。年生产能力15000吨/年

操作条件：①间接蒸汽加热

②塔顶压强：1.03atm（绝对压强）

③进料热状况：泡点进料

一 精馏流程的确定

乙醇——水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。工艺流程图见图

二 塔的物料衡算

查阅文献，整理有关物性数据

⑴水和乙醇的物理性质

名称

分子式

相对分子质量

密度　

20℃

沸 点

101.33kPa

℃

比热容

(20℃)

Kg/(kg.℃)

黏度

(20℃)

mPa.s

导热系数

(20℃)

/(m.℃) 表面

张力

(20℃)

N/m

水 18.02 998 100 4.183 1.005 0.599 72.8

乙醇 46.07 789 78.3 2.39 1.15 0.172 22.8

⑵常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表

常压下乙醇—水系统t—x—y数据如表1—6所示。

表1—6 乙醇—水系统t—x—y数据

沸点t/℃ 乙醇摩尔数/% 沸点t/℃ 乙醇摩尔数/%

气相 液相 气相 液相

99.9 0.004 0.053 82 27.3 56.44

99.8 0.04 0.51 81.3 33.24 58.78

99.7 0.05 0.77 80.6 42.09 62.22

99.5 0.12 1.57 80.1 48.92 64.70

99.2 0.23 2.90 79.85 52.68 66.28

99.0 0.31 3.725 79.5 61.02 70.29

98.75 0.39 4.51 79.2 65.64 72.71

97.65 0.79 8.76 78.95 68.92 74.69

95.8 1.61 16.34 78.75 72.36 76.93

91.3 4.16 29.92 78.6 75.99 79.26

87.9 7.41 39.16 78.4 79.82 81.83

85.2 12.64 47.49 78.27 83.87 84.91

83.75 17.41 51.67 78.2 85.97 86.40

82.3 25.75 55.74 78.15 89.41 89.41

乙醇相对分子质量：46；水相对分子质量：18

25℃时的乙醇和水的混合液的表面张力与乙醇浓度之间的关系为：

式中 σ——25℃时的乙醇和水的混合液的表面张力，N／m；

x——乙醇质量分数，％。

其他温度下的表面张力可利用下式求得

式中 σ1——温度为T1时的表面张力；N／m；

σ2——温度为T2时的表面张力；N／m；

TC——混合物的临界温度，TC＝∑xiTci ，K；

xi——组分i的摩尔分数；

TCi——组分i的临界温度， K。

料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数

X==0.174

X==0.838

X==0.0039

平均摩尔质量

M=0.17446.07+（1-0.174）18.02=22.9 kg/kmol

M= 0.83846.07+ (1-0.838) 18.02=41.52kg/kmol

M=0.003946.07+（1-0.0039）18.02=18.12kg/kmol

物料衡算

已知：F==74.83

总物料衡算 F=D+W=74.83

易挥发组分物料衡算 0.838D+0.0039W=74.830.174

联立以上二式得：

D=15.25kg/kmol

W=59.57kg/kmol

三 塔板数的确定

理论塔板数的求取

⑴根据乙醇——水气液平衡表1-6，作图

⑵求最小回流比Rmin和操作回流比

因为乙醇-水物系的曲线是不正常的平衡曲线,当操作线与q线的交点尚未落到平衡线上之前,操作线已经与平衡线相切,如图g点所示. 此时恒浓区出现在g点附近, 对应的回流比为最小的回流比. 最小回流比的求法是由点a(,)向平衡线作切线，再由切线的斜率或截距求

作图可知 b=0.342 b==0.342 Rmin =1.45

由工艺条件决定 R=1.6R

故取操作回流比 R=2.32

⑶求理论板数

塔顶，进料，塔底条件下纯组分的饱和蒸气压

组分 饱和蒸气压/kpa

塔顶 进料 塔底

水 44.2 86.1 101.33

乙醇 101.3 188.5 220.0

①求平均相对挥发度

塔顶 ===2.29

进料 ==2.189

塔底 ==2.17

全塔平均相对挥发度为

===2.23

===2.17

②理论板数

由芬斯克方程式可知

N===7.96

且

由吉利兰图查的 即

解得 =14.2 （不包括再沸器）

③进料板

前已经查出 即

解得 N=6.42

故进料板为从塔顶往下的第7层理论板 即=7

总理论板层数 =14.2 （不包括再沸器）

进料板位置=7

2、全塔效率

因为=0.17-0.616lg

根据塔顶、塔釜液组成，求塔的平均温度为，在该温度下进料液相平均粘计划经济为

=0.1740.41+（1-0.174）0.3206=0.336

=0.17-0.616lg0.336=0.462

3、实际塔板数

精馏段塔板数：

提馏段塔板数：

四、塔的工艺条件及物性数据计算

以精馏段为例：

操作压力为

塔顶压力： =1.04+103.3=104.34

若取每层塔板压强 =0.7

则进料板压力：=104.34+130.7=113.4kpa

精馏段平均操作压力 =kpa

2、温度

根据操作压力，通过泡点方程及安托因方程可得

塔顶 =78.36

进料板=95.5

=

3、平均摩尔质量

⑴ 塔顶==0.838 =0.825

= 0.83846.07+（1-0.838）18.02=41.52 kg/kmol

=0.82546.07+（1-0.825）18.02=41.15 kg/kmol

⑵ 进料板： = 0.445 =0.102

= 0.44546.07+（1-0.445）18.02=30.50 kg/kmol

=0.10246.07+（1-0.102）18.02=20.88 kg/kmol

精馏段的平均摩尔质量

= kg/kmol

= kg/kmol

4、平均密度

⑴液相密度

=

塔顶： ==796.7

进料板上 由进料板液相组成 =0.102

=

=

=924.2

故精馏段平均液相密度=

⑵气相密度

=

5、液体表面张力

=

=0.83817.8+(1-0.838)0.63=15.0

=0.10216.0+(1-0.102)0.62=2.20

=

6、液体粘度

=

=0.8380.55+(1-0.838)0.37=0.521

=0.1020.34+(1-0.102)0.29=0.295

=

以提馏段为例

平均摩尔质量

塔釜= 0.050=0.0039

=0.05046.07+(1-0.050)18.02=19.42 kg/kmol

=0.003946.07+(1-0.0039)18.02=18.12 kg/kmol

提馏段的平均摩尔质量

= kg/kmol

= kg/kmol

平均密度

塔釜，由塔釜液相组成 =0.0039

=0.01

=

∴ =961.5

故提馏段平均液相密度

=

⑵气相密度

==

五 精馏段气液负荷计算

V=（R+1）D=(2.32+1)15.25=50.63

== m

L=RD=2.3215.25=35.38

= m

六 提馏段气液负荷计算

V’=V=50.63

=0.382 m

L’=L+F=35.38+74.83=110.2

=0.0006 m

七 塔和塔板主要工艺尺寸计算

1塔径

首先考虑精馏段：

参考有关资料，初选板音距=0.45m

取板上液层高度=0.07m

故 -=0.45-0.07=0.38m

==0.0239

查图可得 =0.075

校核至物系表面张力为9.0mN/m时的C，即

C==0.075=0.064

=C=0.064=1.64 m/s

可取安全系数0.70，则

u=0.70=0.71.64=1.148 m/s

故 D==0.645 m

按标准，塔径圆整为0.7m，则空塔气速为0.975 m/s

2 精馏塔有效高度的计算

精馏段有效高度为

=(13-1)0.45=5.4m

提馏段有效高度为

=(20-1)0.45=8.55m

在进料孔上方在设一人孔，高为0.6m

故精馏塔有效高度为:5.4+8.55+0.6=14.55m

3 溢流装置

采用单溢流、弓形降液管

⑴ 堰长

取堰长=0.75D

=0.750.7=0.525m

⑵ 出口堰高

=

选用平直堰，堰上液层高度由下式计算

=

近似取E=1.03,则

=0.017

故 =0.07-0.017=0.053m

⑶ 降液管的宽度与降液管的面积

由查《化工设计手册》

得 =0.17,=0.08

故 =0.17D=0.12 =0.08=0.031

停留时间 =39.9s (>5s符合要求)

⑷ 降液管底隙高度

=-0.006=0.053-0.006=0.047m

塔板布置及浮阀数目击者及排列

取阀孔动能因子 =9

孔速 ===8.07m

浮阀数 n===39(个)

取无效区宽度 =0.06m

安定区宽度=0.07m

开孔区面积

R==0.29m

x==0.16m

故 ==0.175m

浮阀排列方式采用等腰三角形叉排

取同一磺排的孔心距 a=75mm=0.075m

估算排间距h

h===0.06m

八 塔板流体力学校核

1、气相通过浮塔板的压力降，由下式

⑴ 干板阻力 ==0.027

⑵ 液层阻力 取充气系数数 =0.5,有

==0.50.07=0.035

⑶ 液体表面张力所造成阻力此项可以忽略不计。

故气体流经一层浮阀塔塔板的压力降的液柱高度为：

=0.027+0.035=0.062m

常板压降

=0.062860.59.81=523.4(<0.7K,符合设计要求)。

淹塔

为了防止淹塔现象了生，要求控制降液管中清液层高度符合，其中

由前计算知 =0.061m,按下式计算

=0.153=0.153=0.00002m

板上液层高度 =0.07m,得：

=0.062+0.07+0.00002=0.132m

取=0.5,板间距今为0.45m,=0.053m,有

=0.5(0.45+0.053)=0.252m

由此可见：<，符合要求。

雾沫夹带

由下式可知 <0.1kg液/kg气

===0.069

浮阀塔也可以考虑泛点率，参考化学工程手册。

泛点率=100%

=D-2=0.7-20.12=0.46

=-2=0.3875-20.031=0.325

式中——板上液体流经长度，m

——板上液流面积，；

——泛点负荷系数，取0.126

K——特性系数，取1.0.

泛点率=

=36.2% (<80%,符合要求)

九 塔板负荷性能图

1、雾沫夹带线

按泛点率=80%计

100%=80%

将上式整理得

0.039+0.626=0.0328

与分别取值获得一条直线，数据如下表。

0.00035 0.00085

0.835 0.827

2、泛液线

通过式以及式得

=

由此确定液泛线方程。

=

简化上式得关系如下

计算数据如下表。

0.00035 0.00055 0.00065 0.00085

0.8215 0.8139 0.8105 0.8040

3、液相负荷上限线

求出上限液体流量值（常数）

以降液管内停留时间=5s

则

4、漏夜线

对于型重阀，由，计算得

则

5、液相负荷下限线

去堰上液层高度=0.006m

根据计算式求的下限值

取E=1.03

经过以上流体力学性能的校核可以将精馏段塔板负荷性能图划出。如图

由塔板负荷性能图可以看出：

① 在任务规定的气液负荷下的操作点

P（0.00083，0.630）（设计点），处在适宜的操作区内。

② 塔板的气相负荷上限完全有雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制。

③ 按固定的液气比，即气相上限=0.630 ，气相下限=0.209 ，求出操作弹性K，即

K==3.01

十 精馏塔的主要附属设备

1 冷凝器

（1）冷凝器的选择：强制循环式冷凝器

冷凝器置于塔下部适当位置，用泵向塔顶送回流冷凝水，在冷凝器和泵之间需设回流罐，这样可以减少台架，且便于维修、安装，造价不高。

（2）冷凝器的传热面积和冷却水的消耗量

热流体为78.36℃的93%的乙醇蒸汽，冷流体为20℃的水

Q=qm1r1 Q=qm2r2

Q—单位时间内的传热量，J/s或W；

qm1, qm2—热、冷流体的质量流量，kg/s

r1 ,r2—热，冷流体的汽化潜热，J/kg

r1=600 kJ/㎏ r2=775 kJ/㎏qm1=0.153kg/s

Q=qm1r1=0.153×600000=91800J/s

Q=qm2r2=775000 qm2=91800

∴ qm2=0.12 kg/s

传热面积：

A=

==21.2

K取700W·m-2/℃

∴ A=

2 再沸器

（1）再沸器的选择：釜式再沸器

对直径较大的塔，一般将再沸器置于踏外。其管束可抽出，为保证管束浸于沸腾器液中，管束末端设溢流堰，堰外空间为出料液的缓冲区。其液面以上空间为气液分离空间。釜式再沸器的优点是气化率高，可大80%以上。

（2）加热蒸汽消耗量

Q=qm1r1 Q=qm2r2

Q—单位时间内的传热量，J/s或W；

qm1, qm2—热、冷流体的质量流量，kg/s

r1 ,r2—热，冷流体的汽化潜热，J/kg

∵ r1=2257 kJ/㎏r2=1333 kJ/㎏ qm2=0.43kg/s

∴ Q=qm2r1=0.43×1333=573.2 kJ/s=2257 qm1

∴ 蒸汽消耗量qm1为0.254 kg/s

表 浮阀塔板工艺设计计算结果

序号 项目 数值

1 平均温度tm，℃ 86.93

2 平均压力Pm，kPa 108.89

3 液相流量LS，m3/s 0.00035

4 气相流量VS，m3/s 0.375

5 实际塔板数 33

6 塔径，m 0.70

7 板间距,m 0.45

8 溢流形式 单溢流

9 堰长，m 0.525

10 堰高，m 0.053

11 板上液层高度，m 0.07

12 堰上液层高度，m 0.047

13 安定区宽度，m 0.07

14 无效区宽度，m 0.06

15 开孔区面积，m2 0.175

16 阀孔直径，m 0.039

17 浮阀数 39

18 孔中心距，m 0.075

19 开孔率 0.147

20 空塔气速，m/s 0.8

21 阀孔气速，m/s 8.07

22 每层塔板压降，Pa 700

23 液沫夹带，（kg液/kg气） 0.069

24 气相负荷上限，m3/s 0.00356

25 液相负荷上限，m3/s 0.00028

26 操作弹性 3.01

参考文献

[1]陈英男、刘玉兰.常用华工单元设备的设计[M].上海：华东理工大学出版社，2005、4

[2]刘雪暖、汤景凝.化工原理课程设计[M].山东：石油大学出版社，2001、5

[3]贾绍义、柴诚敬.化工原理课程设计[M].天津：天津大学出版社，2002、8

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[5]王明辉.化工单元过程课程设计[M].北京：化学工业出版社，2002、6

[6]夏清、陈常贵.化工原理（上册）[M].天津：天津大学出版社，2005、1

[7]夏清、陈常贵.化工原理（下册）[M].天津：天津大学出版社，2005、1

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[9]刘光启、马连湘.化学化工物性参数手册[M].北京：化学工业出版社，2002

[10]贺匡国.化工容器及设备简明设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002

课程设计心得

通过这次课程设计使我充分理解到化工原理课程的重要性和实用性，更特别是对精馏原理及其操作各方面的了解和设计，对实际单元操作设计中所涉及的个方面要注意问题都有所了解。通过这次对精馏塔的设计，不仅让我将所学的知识应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。在老师和同学的帮助下，及时的按要求完成了设计任务，通过这次课程设计，使我获得了很多重要的知识，同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。

这道题目有点意思，比较绕。

==========================先看题目

进料中给出各组分质量分数：乙苯0.5843，苯乙烯0.415，焦油0.0007（本题采用正十七烷烃表示焦油）

最后要求塔顶产品中乙苯的含量不低于99%（质量分数），塔底产品中苯乙烯含量不低于99.7%（质量分数）

按照摩尔回收率的定义，摩尔回收率=塔顶产品中组分摩尔流率/进料中组分摩尔流率，那么苯乙烯的摩

尔回收率应该这么算：

首先要要明白，计算重关键组分摩尔回收率需要用塔顶物流，那理论上，塔顶物流含有99%的乙苯，1%的苯乙烯

假设进料流量为F，塔顶抽出量为D（均为质量流量），则苯乙烯摩尔回收率为

(1%*(0.5843F/99%))/0.415F=0.0142

这里主要是要求出塔顶产品中苯乙烯的流量，然后除以原料中的苯乙烯的流量，与摩尔百分比是等效的（因为是同一种物质）

－－生物能源发展调查之一

国际市场油价的日高一日，日前超出每桶70美元，给我国高速发展的社会经济带来越来越大的压力。近一个多世纪来，石油是应用最为广泛的化石能源，有“现代社会血液”之称。它不仅仅是能源之母，还是纺织、电子、化工、材料等现代工业产品的基础原材料。油价高涨、资源短缺、环保压力和高速增长的需要，形成无法调和的矛盾，直接制约我国加速建设“全面小康”和国家安全。记者调查采访了解到，我国有能力替代石油的生物能源和生物材料产业研究有数十年历史，在生物质能加工转化及相关环保技术方面有了一定的积累。专家认为，我国有条件进行生物能源和生物材料规模工业化和产业化，可以在2020年形成产值规模达万亿元，在“石油枯竭拐点”形成部分替代能力。

石油消费仍是我国国民消费水平标志，巨量进口危及社会经济发展和国家安全

进入本世纪，石油价格上涨已让很多平常百姓感到压力。以车用93号汽油为例，目前价格已经从2000年前的1.8元左右上涨到现在的4.4元左右。中国工程院院士、清华大学原副校长倪维斗教授日前接受记者采访时介绍：据美国能源部和世界能源理事会预测，全球石化类能源的可开采年限分别为石油39年、天然气60年、煤211年，而其分布主要在美国、加拿大、俄罗斯和中东地区。中国是石油资源相对贫乏的国家，专家测算石油稳定供给不会超过20年，很可能我们实现“全面小康”的2020年就是石油供给丧失平衡的“拐点年”。

根据国家海关总署提供的资料，我国由1993年变为石油净进口国。过去的10年中，我国石油需求量几乎翻了一倍。2004年进口原油1.2亿吨，比上年增长34.8%，占国家石油总供给量40%以上。今年石油进口依存度将上升到57%。到2010年，我国石油消费总量将达4亿吨。而国内生产能力仅为1.6亿吨到1.7亿吨。免费公文网版权所有!

另外，我国以石油为原料的能源、材料，如乙烯、醇类，需求量激升。2004年实际消费量1600多万吨，进口量占40%以上。专家预测，到2010年，此类产品的需要量将上升到3000万吨左右。这些是化工、电子、汽车、纺织、塑料、能源产品等的基础原料。而且，目前这类石油加工品的成套设备均为国外大公司垄断。

据有关部门的粗略统计，2004年一年的国际原油价格上涨，使我国增加支付金额60亿到80亿美元，相当的2000万待业职工一年的低保费用。2005年8月25日，纽约油价再创新高，突破67美元。同时，美国高盛公司预测油价还将继续上升，最终可能达到每桶105美元。国际货币基金组织日前再次预测，由于中国石油进口持续大幅度增加，国际原油价格将稳定攀升100美元以上。更有专家分析，发达国家将把石油价格不断推升，作为压制中国、印度等后发展国家的重要手段。

石油是基础能源原材料，由于资源制约因而无法调控价格，对国内市场已经造成很大压力。以安徽为例，3月下旬，安庆市因成品油价格上调引发了出租车行业的罢运、上访，全市瘫痪。此前，南京等全国大中城市多次发生类似事件发生多起。8月1日，合肥再度发生因油价直接导致的出租车行业罢运事件。即使不考虑国际政治变幻对我国能源安全的影响，要保证社会经济健康稳定发展，实现全面小康目标，发展石油替代产业，也成了当务之急。

建设“小康社会”汽车工业发展仍是主流

汽车，被认为是现代小康社会的标志。2000年，我国政府提出建设“全面小康”社会。当年，我国汽车销售市场出现井喷，同时出现由集团购买为主变个人购车为主的重大转折。安徽奇瑞集团介绍，汽车业界把2000年确定为“中国汽车元年”，认为这是中国汽车进入高速发展时期的起始点。

现在的成品油价格高位运行，对汽车工业发展与产品普及有一定影响，但从发达国家的经验和我国发展趋势看，汽车保有量迅速增加之势不可逆转。国际货币基金组织日前再次预测，中国到2030年汽车保有量将达3.9亿辆，约为现在的20倍。

合肥工业大学是中国汽车人才的摇篮之一。记者采访中，专家、教授们一致表示：“发达汽车工业”是一个国家步入工业化、现代化的必然支柱。中国科技大学商学院有关“国家经济发展时期”研究的课题组得出结论，任何发达国家的工业化过程均离不开汽车工业，特别是轿车工业的贡献。过去的100年间，没有任何一项发明比得上汽车对人类进步的推动。轿车的普及以民族意识的改变、国民素质的飞跃式提高，有不可比拟的作用。汽车是新技术、新材料、新工艺的集大成者，对技术进步的推动是全方位的。汽车还是高度产业关联的工业，按公认的数据，以家用轿车为主的汽车工业对辅助产业、相关产业的拉动效应可达1：7：11；调查研究显示：目前世界上国民生产总值超过1万亿美元的国家有7个，其中包括中国。其余6个均拥有“具有国际竞争力的汽车工业”，每千人拥有汽车数200－600辆。唯有中国在民族汽车工业方面相对落后，因而同列gdp总值大国，人均则只有6强的二十一分之一。

据国家科技部调研室的一项调查，进入2000年以后，我国汽车市场进入高速增长时期，近两年增幅超过30%。2003年与上年同比，汽车产量增长35.20%，销售量增长34.21%。特别轿车，产量由上年的109.28增长到206.89，增幅达84.7%。

我国生物能源产业市场前景广阔

专家分析，石油已不是可持续发展的理想汽车燃料，过度依赖存在四大问题，包括：国内资源短缺和国际石油争夺剧烈的双重风险；汽柴油的性能已不能满足汽车高水平和高清洁的可持续发展要求；油价居高不下，用户负担增加；依靠进口，要花大量外汇，影响国内就业。巨大的国际采购会使我国原油陷入类似现在铁矿砂市场的“价格合围”。适应汽车消费需求，建设车用燃料替代体系成为必然趋势。

据了解，目前中国汽车保有量超过2000万辆，2010年将达到5000万辆至6000万辆。届时，国内汽车年生产量将达1000万辆以上，汽车用成品油市场就将有数千亿元。另一方面，环境保护逼迫中国采取石油替代技术。北京、上海等大城市较早对公共交通车辆实行天然气替代石油等措施，主要是出于环境因素。目前，天然气、煤炭、生物质能等技术路线替代石油，其燃烧排放都小于石油类40%左右。按我国城市进程，2020年前还将有4亿人口“进城”，汽车保有量将急剧增加，不采用洁净的替代能源将无法维持人类适宜的城市居住环境。有人这样计算：大城市里按每车每天用15kg汽、柴油计，100万台车即用1.5万吨汽、柴油，它将耗尽18338万立方米空气中的氧气，使之变成只含二氧化碳和和氮气等的无氧气体。又因二氧化碳比空气重得多，所以，它们大都分布在地面附近，可在100平方公里范围内堆积1.83米厚，比正常的中国人还高出一巴掌。如果没有大自然赐予的空气流动，这将是一种多么可怕的情景呀！

中国工程院院士，国家生化工程技术研究中心主任、南京大学校长欧阳平凯说，美国国家委员会预测，到2020年，将有50%有机化学品和材料来自生物质原料。我国最先起步的是生物质转化替代石油，即乙醇汽油。生物柴油是利用植物油脂、动物油脂等提炼的车用燃料，可直接替代柴油，低排放，无需改造发动机，而且对车辆发动机还有保护作用。世界各国对此非常重视，发展迅速，美国、加拿大、巴西、日本、印度等都有庞大的发展计划。欧盟国家用菜油加工生物柴油，2001年加工量已达100万吨。本世纪我国政府也很重视这项工作，近年来相继建成了许多年产量超万吨的生物柴油厂，预计到2010年，我国生物柴油需求量将达2000万吨。

车用能源的市场稳定、数量巨大。石油价格居高不下的情况下，石油延伸替代市场也非常可观。安徽丰原集团在宿州建设的世界第一个生物质原料乙烯生产厂，2004年底投产，年产2万吨，效益可观。2005年7月底，记者当企业采访，负责人吴玉熙介绍，“当原油价格在每桶35美元左右，企业即可有利润；到40美元每桶，吨产品利润可达5000元，原油超过50美元一桶，吨产品利润可达8000元，利润率高达35%以上。

接受采访的专家、企业家强调，石油替代产业还有煤化工替代线路。但用一种紧缺能源替代另一种紧缺能源，只能是权宜之计。生物能源与生物材料产业链长，涉及基础研究、工艺创造、成套设备、运输分销、终端产品设计生产，等等。我国正由出口拉动转向内需接动，能源原材料“内需”强劲，必然呼唤出庞大的的石油替代产业。

替代能源：替代石油将使我国资源状况化短为长

－－生物能源发展调查之二

按目前国内外研究水平，燃料电池汽车、电动汽车、氢动力汽车等仍有很多技术上不确定性，何时投入运营是未知数。混合动力汽车造价高，而且仍以成品油消耗为主。另一方面，石油的应用不仅仅是作为交通运输的动力，其衍生的乙烯等化工产品还是比钢铁应用更广泛的基础材料。因此，发展生物能源是必然之路，眼前解决车用燃油问题，中、长期解决后石油时代的能源、原材料问题。

目前，国际上生物能源技术相对成熟，替代石油的路线是：谷物、秸杆、其它植物等－发酵－乙醇－车用油、乙烯、无毒溶剂及上百种化工、原材料产品等；另一种是利用劣质食用油、麻疯树籽等直接加工生产高品质车用柴油。无论何种生物质转化，都是我国资源的“长腿”。发展生物能源是农业大国和“缺油多煤”资源现状化短为长的最佳契机。

发展石油替代行业有利于解决“三农”问题

农村、农民和农业的“三农”问题、环境与资源问题，是13亿人口大国均衡发展、建立和谐社会的关键，建立庞大的“石油替代”能源体系，不仅为我国农业产业化、农村地区城市化提供良好的机遇，是我国相当长时间发展重要驱动力，也是解决这些突出问题的最佳切合点。我国最著名的农业科学家之一、中国科学院院士、中国工程院院士石元春日前公开提出：让我国农民“种出绿色大庆”。

据科技部有关单位的调研，我国南方的甘蔗、木薯，中、东部地区的小麦、水稻，北部的土豆、玉米，西部地区的油桐。麻疯树，干旱地区的山芋，等等，都是加工转化燃料酒精、生物柴油的良好原材料。其中麻疯树籽含油率达50%，是制造生物柴油的良好材料。我国西南地区现有10万亩，到2010年种植面积可达1000万亩。国家科技部生物技术中心主任王宏广接受采访时告诉记者：目前我国富余的农副产品加工转化，确可“再造大庆”，即相当于5000万吨原油。如果把每年农民白白焚烧的秸杆收集处理后加工乙醇，替代车用油，总量可达6000万到1亿吨。已经开始用生物质能加工品全线替代石油产品的安徽丰原集团董事长李荣杰测算：只要石油不低于35美元每桶，用生物质能加工成燃料酒精、生物柴油、乙烯、聚酯等，都有利可图。

中国工程院院士、天津大学教授王静康等专家指出：“国际上许多国家和组织的预测表明，本世纪中叶可再生能源在一次性能源消耗中将超过50%。”科技难度更大的生物制氢等一旦投入应用，生物能源前景更为广阔。可喜的是，我国生物质能富集区往往是老少边穷地区和纯农业区，经济建设相对落后，发展生物能源不仅经有经济意义，对解决农业产业化、农村剩余劳动力转移、农村地区工业化和建设和谐社会，都有很大意义。中国著名农业专家石元春教授等专家强调：发展生物能源要做到“一石四鸟”：其一，生物质能的全面利用，可解决农民增收问题；其二，中小型加工企业的发展，可以加速农业产业化和农村城镇化；其三，生物质能与土地资源富集的中部、西部贫困农村的地区会形成中国生物能源企业集群，从而促进和谐社会进程；其四，结合中国能源战略调整，中国自主品牌汽车工业可以考虑生产适应中国能源体系的生物能源汽车产品，在汽车普及化过程中迎头赶上，提升竞争力。

发展生物能源和原材料可以做到“四不”

能源、原材料是国家、社会的支撑体系，战略调整是否会触及社会基础和多方利益，从而引发较大的社会震荡？国家科技部中国生物技术发展中心进行了大量了调查研究，中心主任王宏广总结为“四不”：“不与人争粮，不与粮争地，不与传统行业争利，不与发达国家争资源”。

“不与人争粮，不与粮争地，不与传统行业争利”，这是我国发展生物质能利用的新特点，科技部、发展改革委、清华大学、北京农业大学的研究人员均强调这一点。生物技术开发中心主任王宏广、北京农业大学教授李十中、大连理工大学生命科学院院长修志龙等表示：我国科学用粮潜力很大，每年陈化粮、饲料用粮约1亿吨左右，加工转化可获得相当5000万吨的原油，同时还有30%继续成为饲料。现状是每年8000万吨粮食直接用作饮料，浪费3000万吨以上的淀粉。利用小麦陈化粮生产燃料酒精的河南天冠燃料乙醇有限公司提供的数据：仅小麦麸皮中提取的物质，价值就和小麦差不多。而目前发展生物能源、生物材料，原料是分布更为广泛、利用价值更高的植物。如我国科学家研究的甜玉米，每公顷产量可达70吨，可生产6吨以上燃料酒精。南方的木薯、甘蔗，生长广泛的菊芋、土豆、山芋，等等。这些不宜食用的植物，是转化为生物能源、材料的最佳原料。另外，我国现在每年仅废弃的作物秸杆、林业弃置物达10亿吨，相当于1亿多吨的燃料汽油。

就发展生物能源、材料的土地资源而言，我国有约40亿亩的低质地、荒坡、滩涂等，可以用来种植适宜物种；淮河以南还有3亿计冬季闲田，用来种油菜生产生物柴油，相当于“再造大庆”。专家介绍，我国加工替代石油产品的农作物、薯类植物研究时间长，来源非常丰富，潜力巨大。早在“七五”、“八五”时期，部委、高校就组织科学家研究、攻关，寻找到很多取之不尽、用之不绝的植物种质。如有稳定的市场，推广种植条件相当成熟。大连理工大学有教授在山东滩涂种植菊芋（洋生姜）数十万亩，长势很好。这种植物我国南北方农民都有小规模种植。在贫瘠的土地上，盐碱地、滩涂都可以长得很好，固沙能力还很强。一次种下，自然生长。每年挖取其块茎即可，第二年还会自己生发。亩产量可达万斤。糖的含量超过甘蔗30%，甜度是蔗糖的一倍。结合“山川改造”工程，我国可以大量种植生物质能富集的植物。我国西南地区的麻疯树等木质油料发展迅速，籽含油率达50%，现有10万亩，2010年可达1000万亩。

筛板精馏塔的工艺设计，用它来分离乙醇-水溶液.

分离任务：

1.乙醇的质量分数为30%；

2.处理量为20000t/a；

3.塔顶产品组成（质量分数）为93.5%；

4.塔顶易挥发组分回收率为99%；

5.每年实际生产时间为7200h.

6.操作条件

：

(1)操作压力：常压

(2)进料热状态：自选

(3)回流比：自选

(4)间接低压蒸汽

(表压为0.3mpa)

加热

(5)单板压降：0.7

kpa

我以前做过这个

包挂工艺尺寸计算

再沸器

原料预热器

离心泵

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