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關(guān)鍵詞:微生物燃料電池 產(chǎn)電 新能源
中圖分類號(hào):X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2013)04(c)-0003-02
微生物燃料電池(Microbial fuel cells, MFCs)是一種新興的高效的生物質(zhì)能利用方式,它利用細(xì)菌分解生物質(zhì)產(chǎn)生生物電能,具有無(wú)污染、能量轉(zhuǎn)化效率高、適用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)。因此MFCs逐漸成為現(xiàn)今社會(huì)的研究熱點(diǎn)之一。
1 微生物燃料電池的工作原理
圖1是典型的雙室結(jié)構(gòu)MFCs工作原理示意圖,系統(tǒng)主要由陽(yáng)極、陰極和將陰陽(yáng)極分開(kāi)的質(zhì)子交換膜構(gòu)成。陽(yáng)極室中的產(chǎn)電菌催化氧化有機(jī)物,使其直接生成質(zhì)子、電子和代謝產(chǎn)物,氧化過(guò)程中產(chǎn)生的電子通過(guò)載體傳送到電極表面。根據(jù)微生物的性質(zhì),電子傳送的載體可以為外源、與呼吸鏈有關(guān)的NADH和色素分子以及微生物代謝的還原性物質(zhì)。陽(yáng)極產(chǎn)生的H+透過(guò)質(zhì)子交換膜擴(kuò)散到陰極,而陽(yáng)極產(chǎn)生的電子流經(jīng)外電路循環(huán)到達(dá)電池的陰極,電子在流過(guò)外電阻時(shí)輸出電能。電子在陰極催化劑作用下,與陰極室中的電子接受體結(jié)合,并發(fā)生還原反應(yīng)[1]。
下面以典型的葡萄糖為底物的反應(yīng)為例說(shuō)明MFCs的工作原理,反應(yīng)中氧氣為電子受體,反應(yīng)完成后葡萄糖完全被氧化[2]。
2 微生物燃料電池的分類
目前為止,MFCs的分類方法沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),通常有以下幾種分類方法。
(1)基于產(chǎn)電原理進(jìn)行分類,包括氫MFCs、光能自養(yǎng)MFCs和化能異養(yǎng)MFCs。氫MFCs的原理是利用微生物制氫,同時(shí)利用涂有化學(xué)催化劑的電極氧化氫氣發(fā)電;光能自養(yǎng)MFCs是利用藻青菌或其他感光微生物的光合作用直接將光能轉(zhuǎn)化為電能;而化能異養(yǎng)MFCs則是在厭氧或兼性微生物的作用下,從有機(jī)底物中提取電子并轉(zhuǎn)移到電極上,實(shí)現(xiàn)電力輸出[3]。
(2)基于電池構(gòu)型進(jìn)行分類,包括單極室微生物燃料電池、雙極室微生物燃料電池和多級(jí)串聯(lián)MFCs。圖1中的微生物燃料電池即為雙極室結(jié)構(gòu),電池通過(guò)質(zhì)子交換膜分為陽(yáng)極室和陰極室兩個(gè)極室。單極室MFCs則以空氣陰極MFCs為主,將陰極與質(zhì)子交換膜合為一體,甚至是去除質(zhì)子交換膜。為了提高產(chǎn)電量,將多個(gè)獨(dú)立的燃料電池串聯(lián),就形成了多級(jí)串聯(lián)MFCs[4]。
(3)基于電子轉(zhuǎn)移方式分類,包括直接微生物燃料電池和間接微生物燃料電池兩類。直接微生物燃料電池是指底物直接在電極上被氧化,電子直接由底物分子轉(zhuǎn)移到電極,生物催化劑的作用是催化在電極表面上的反應(yīng)。間接微生物燃料電池的底物不在電極上氧化,而是在電解液中或其它地方發(fā)生氧化后,產(chǎn)生的電子由電子介體運(yùn)載到電極上去[5]。
(4)基于電子從細(xì)菌到電極轉(zhuǎn)移方式進(jìn)行分類,可分為有介體MFCs和無(wú)介體MFCs兩類。電子需要借助外加的電子中介體才能從呼吸鏈及內(nèi)部代謝物中轉(zhuǎn)移到陽(yáng)極,這類為有介體MFCs。某些微生物可在無(wú)電子傳遞中間體存在的條件下,吸附并生長(zhǎng)在電極的表面,并將電子直接傳遞給電極,這稱為無(wú)介體MFCs。
3 電池性能的制約因素[6~7]
迄今為止,MFCs的性能遠(yuǎn)低于理想狀態(tài)。制約MFC性能的因素包括動(dòng)力學(xué)因素、內(nèi)阻因素和傳遞因素等。
動(dòng)力學(xué)制約的主要表現(xiàn)為活化電勢(shì)較高,致使在陽(yáng)極或者陰極上的表面反應(yīng)速率較低,難以獲得較高的輸出功率[8]。內(nèi)電阻具有提高電池的輸出功率的作用,主要取決于電極間電解液的阻力和質(zhì)子交換膜的阻力。縮短電極間距、增加離子濃度均可降低內(nèi)阻。不用質(zhì)子交換膜也可以大大降低MFC的內(nèi)阻,這時(shí)得到的最大功率密度為有質(zhì)子交換膜的5倍,但必須注意氧氣擴(kuò)散的問(wèn)題[9]。另一個(gè)重要制約因素為電子傳遞過(guò)程中的反應(yīng)物到微生物活性位間的傳質(zhì)阻力和陰極區(qū)電子最終受體的擴(kuò)散速率。最終電子受體采用鐵氰酸鹽或陰極介體使用鐵氰化物均可以獲得更大的輸出功率和電流。
另外,微生物對(duì)底物的親和力、微生物的最大生長(zhǎng)率、生物量負(fù)荷、反應(yīng)器攪拌情況、操作溫度和酸堿度均對(duì)微生物燃料電池內(nèi)的物質(zhì)傳遞有影響[10]。
4 微生物燃料電池的應(yīng)用
(1)廢水處理與環(huán)境污染治理。
微生物燃料電池可以同步廢水處理和產(chǎn)電,是一種廢水資源化技術(shù)。把MFC用于廢水處理是其最有前景的一個(gè)應(yīng)用方向,也是當(dāng)前微生物燃料電池的研究熱點(diǎn)之一。同時(shí),在生物脫氮、脫硫、重金屬污染的生物治理等方面MFCs也具有不可忽視的作用。
(2)海水淡化。
普通的海水淡化處理技術(shù)條件苛刻,需要高壓、高效能的轉(zhuǎn)化膜,有的還要消耗大量的電能,故不能大規(guī)模的處理,并且成本較高,難以有效地解決海水淡化問(wèn)題。如果找到一種高效的產(chǎn)電微生物和特殊的PEM交換膜,那么MFC,就可以達(dá)到海水淡化的目的,而且具有能耗低,環(huán)保和可持續(xù)的優(yōu)點(diǎn)。利用MFC淡化海水也將成為具有發(fā)展?jié)摿Φ难芯糠较騕11]。
(3)便攜式電源。
微生物燃料電池能夠利用環(huán)境中自然產(chǎn)生的燃料和氧化劑變?yōu)殡娔?,用于替代常?guī)能源??梢詾樗聼o(wú)人駕駛運(yùn)輸工具、環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備的長(zhǎng)期自主操作提供電源。
(4)植物MFCs。
通過(guò)光合作用,植根在陽(yáng)極室的綠色植物將二氧化碳轉(zhuǎn)換為碳水化合物,在根部形成根瘤沉積物;植物根系中的根瘤沉積物被具有電化學(xué)活性的微生物轉(zhuǎn)化為二氧化碳,同時(shí)產(chǎn)生電子。這種植物MFCs能夠原位將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能[12]。
(5)人造器官的動(dòng)力源[13]。
微生物燃料電池可以利用人體內(nèi)的葡萄糖和氧氣產(chǎn)生能量。作為人造器官的動(dòng)力源,需要長(zhǎng)期穩(wěn)定的能量供給,而人體內(nèi)源源不斷的葡萄糖攝入恰好可以滿足MFC作為這種動(dòng)力源的燃料需要。
5 微生物燃料電池技術(shù)研究展望
MFCs技術(shù)正在不斷成長(zhǎng)并且已經(jīng)在許多方面取得了重大突破。但是,由于其功率偏低,該技術(shù)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正的大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。基于其產(chǎn)電性能的制約因素,今后的研究方向主要可歸納為以下幾點(diǎn)。
(1)深入研究并完善MFCs的產(chǎn)電理論。MFCs產(chǎn)電理論研究處于起步階段,電池輸出功率較低,嚴(yán)重制約了MFCs的實(shí)際應(yīng)用。MFCs中產(chǎn)電微生物的生長(zhǎng)代謝過(guò)程,產(chǎn)電呼吸代謝過(guò)程以及利用陽(yáng)極作為電子受體的本質(zhì)是今后的研究重點(diǎn)[14]。
(2)篩選與培育高活性微生物。目前大多數(shù)微生物燃料電池所用微生物品種單一。要達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的目的,需要尋找自身可產(chǎn)生氧化還原介體的高活性微生物和具有膜結(jié)合電子傳遞化合物質(zhì)的微生物。今后的研究應(yīng)致力于發(fā)現(xiàn)和選擇這種高活性微生。
(3)優(yōu)化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)。研究與開(kāi)發(fā)單室結(jié)構(gòu)和多級(jí)串聯(lián)微生物燃料電池。利用微生物固定化技術(shù)、貴金屬修飾技術(shù)等改善電極的結(jié)構(gòu)和性能。選擇吸附性能好、導(dǎo)電性好的材料作為陽(yáng)極,選擇吸氧電位高且易于撲捉質(zhì)子的材料作為陰極[15]。
(4)改進(jìn)或替代質(zhì)子交換膜。質(zhì)子交換膜的質(zhì)量與性質(zhì)直接關(guān)系到微生物燃料電池的工作效率及產(chǎn)電能力。另外,目前所用的質(zhì)子交換膜成本過(guò)高,不利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。今后應(yīng)設(shè)法提高質(zhì)子交換膜的穿透性以及建立非間隔化的生物電池[16]。
6 結(jié)語(yǔ)
MFCs作為一種可再生的清潔能源技術(shù)正在迅速興起,并已逐步顯現(xiàn)出它獨(dú)有的社會(huì)價(jià)值和市場(chǎng)潛力。隨著研究的不斷深入以及生物電化學(xué)的不斷進(jìn)步,MFCs必將得到不斷地推廣和應(yīng)用[17]。
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關(guān)鍵詞:水垢,危害,系統(tǒng),保養(yǎng)
水垢是一種牢固附著在金屬表面上的沉積物,它對(duì)鍋爐的危害主要有以下幾點(diǎn):①水垢能造成鍋爐受熱面損壞。水垢的導(dǎo)熱性能很差,1mm的水垢相當(dāng)于20mm后的鋼板,在有水垢時(shí),要達(dá)到無(wú)水垢相同的爐水溫度,受熱面管壁的溫度必然要提高,當(dāng)溫度超過(guò)金屬所能承受的允許溫度時(shí),就會(huì)引起鼓包和爆管事故。②鍋爐金屬表面覆蓋水垢時(shí),破壞了正常的鍋爐水循環(huán),容易引起爐管過(guò)熱,同時(shí)引起沉積物下的腐蝕。③浪費(fèi)燃料,由于水垢的導(dǎo)熱性很差,燃料燃燒放出的熱量不能有效地傳給水,造成排煙溫度升高,降低了鍋爐的熱效率,1mm的水垢浪費(fèi)燃料3%-10%,不利于節(jié)能和環(huán)保。論文大全。④降低了鍋爐的出力。⑤鍋爐結(jié)垢,須經(jīng)常洗爐,既影響正常的生產(chǎn),游耗費(fèi)大量人力、物力、同時(shí)降低鍋爐使用壽命。水垢危害極大,但是熱水鍋爐的水垢與蒸汽鍋爐的水垢結(jié)生的機(jī)理不同,蒸汽鍋爐內(nèi)的水垢是由于鍋爐內(nèi)的水質(zhì)不合格造成的,而熱水鍋爐結(jié)生的水垢一方面來(lái)源于鍋爐水,另一方面來(lái)源于管網(wǎng)系統(tǒng)的腐蝕。熱水鍋爐采暖系統(tǒng)的水主要存在于管網(wǎng)和用戶這個(gè)大的循環(huán)系統(tǒng)中,因此,對(duì)于熱水鍋爐,在保證給水合格的條件下,加強(qiáng)停爐期間鍋爐系統(tǒng)的保養(yǎng),能夠有效防止熱水鍋爐的結(jié)垢。
熱水鍋爐內(nèi)的沉積物主要是由水垢、淤泥、腐蝕產(chǎn)物、和生物沉積物構(gòu)成。人們通常把淤泥、腐蝕產(chǎn)物、和生物沉積物三者稱為污垢,它們的來(lái)源主要是系統(tǒng)內(nèi)的水循環(huán)到鍋爐內(nèi)造成的。論文大全。
污垢一般是由顆粒細(xì)小的泥沙、塵土、不溶性鹽類的泥狀物、膠狀的氫氧化物、雜質(zhì)碎屑、腐蝕產(chǎn)物、菌藻的尸體及粘性分泌物等組成。這些物質(zhì)本質(zhì)是不會(huì)形成硬垢的,但是,它們?cè)谒难h(huán)過(guò)程中起到了CaCO3微結(jié)晶的晶核作用,這樣就加速了CaCO3析出結(jié)晶的過(guò)程。當(dāng)存有這些物質(zhì)的水流經(jīng)鍋爐受熱面時(shí),容易形成污垢沉積物,特別是流速慢的部分(如水冷壁管)污垢沉積物更多,這種沉積物體積較大,質(zhì)地疏松稀軟,故稱軟垢。它們是引起垢下腐蝕的主要原因。當(dāng)防腐措施不當(dāng)時(shí),鍋爐受熱面經(jīng)常會(huì)有銹瘤附著,其外殼堅(jiān)硬,內(nèi)部疏松多孔,且分布不均。它們常與水垢、微生物、粘泥等一起沉積在受熱面上。這種銹瘤狀的腐蝕產(chǎn)物除了影響傳熱外,在水的循環(huán)過(guò)程中起到了CaCO3微結(jié)晶的晶核作用,加速了鍋爐水垢的生成。
熱水鍋爐的采暖系統(tǒng)主要是由金屬制造的,在非采暖期的大部分時(shí)間里,由于忽視保養(yǎng)或保養(yǎng)不當(dāng),整個(gè)系統(tǒng)一直在進(jìn)行著以下幾種腐蝕:
?水中溶解氧和二氧化碳引起的腐蝕:鍋爐運(yùn)行時(shí),地下水中的溶解氧的濃度一般小于0.1mg/l,通過(guò)加熱,熱水系統(tǒng)中氧的濃度幾乎為零,氧對(duì)于鍋爐的腐蝕非常小。停爐后,由于采暖系統(tǒng)內(nèi)缺水,整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部處于潮濕的環(huán)境中,金屬表面附著一層水,水中O2和CO2的濃度迅速增大,金屬本身受到O2和CO2的腐蝕加快,鐵的腐蝕產(chǎn)物增加。
?腐蝕產(chǎn)物引起的腐蝕:鐵銹和氧氣一樣,可以作為腐蝕反應(yīng)的去極化劑,其總的反應(yīng)如下:
3微生物引起的腐蝕:由于微生物排出的黏液與無(wú)機(jī)物和泥沙雜物等形成沉積物附著在金屬表面,形成氧的濃差電池,促使金屬腐蝕。此外,在金屬表面和沉積物之間缺乏氧,因此,一些厭氧菌(主要是硫酸鹽還原菌)得以繁殖,當(dāng)溫度為25―30oC時(shí)繁殖更快,它分解水中的硫酸鹽,產(chǎn)生H2S,引起碳鋼腐蝕:
鐵細(xì)菌是鋼鐵銹瘤產(chǎn)生的主要原因,它能使Fe2+氧化為Fe3+,釋放的能量供細(xì)菌生存需:
。
鐵細(xì)菌又稱沉積細(xì)菌,它能把水中的Fe2+轉(zhuǎn)化為不溶于水的Fe2O3的水合物,作為其代謝作用的一部分而在水中產(chǎn)生大量的氫氧化鐵。
鐵細(xì)菌還通過(guò)銹瘤建立氧的濃差電池,從而引起鋼鐵腐蝕。
產(chǎn)黏泥細(xì)菌是系統(tǒng)中數(shù)量最大的一類有害菌,它能產(chǎn)生一種膠狀的、黏性的或黏膠狀的、附著力很強(qiáng)的沉積物,這種沉積物很容易附著在金屬表面,并易引起垢下腐蝕。
藻類對(duì)采暖系統(tǒng)的危害也很大,藍(lán)藻適宜在32―40℃,pH值=6―8.9的環(huán)境中生長(zhǎng),在潤(rùn)濕的條件下,繁殖特別快,藍(lán)藻死后形成污泥。硅藻喜歡生長(zhǎng)在光線較暗,溫度較低的環(huán)境中,初春或者深秋大量繁殖,硅藻的細(xì)胞壁充滿聚合的白色二氧化硅,他的繁殖是產(chǎn)生硅污泥的原因。
在鍋爐運(yùn)行時(shí),這些腐蝕產(chǎn)物隨著水的循環(huán)進(jìn)入到鍋爐內(nèi)部,鍋爐水中鐵的化合物濃度和微生物產(chǎn)生的污泥濃度增加。鍋爐水中鐵的化合物的形態(tài)主要是膠態(tài)的氧化鐵,也有少量較大顆粒的氧化鐵和溶解狀態(tài)的氧化鐵,膠態(tài)氧化鐵帶正電荷,當(dāng)鍋爐本體局部地區(qū)的熱負(fù)荷過(guò)高時(shí),該部位的金屬表面與其他部分的金屬表面之間產(chǎn)生電位差。熱負(fù)荷很高的區(qū)域,金屬表面因電子集中而帶負(fù)電荷,這樣帶正電荷的氧化鐵微粒就向帶負(fù)電荷的金屬表面聚集,結(jié)果形成氧化鐵垢,由于氧化鐵垢的導(dǎo)熱性很差,致使鍋爐受熱面的熱負(fù)荷增大,產(chǎn)生的電位差增大,加快了氧化鐵垢的形成。當(dāng)金屬氧化物達(dá)到一定的厚度時(shí),由于爐膛的溫度不能及時(shí)傳遞給鍋爐水,結(jié)果就引起水冷壁管的爆破。微生物產(chǎn)生的污泥,一方面在鍋爐內(nèi)部形成泥垢,另一方面,也起到晶核的作用,加速水垢的生成。論文大全。因此,在非采暖期,加強(qiáng)采暖系統(tǒng)的保養(yǎng),防止這些腐蝕產(chǎn)物的形成,能夠有效防止熱水鍋爐結(jié)垢,對(duì)于鍋爐的安全運(yùn)行非常重要。
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(368)so2對(duì)鈣基co2吸收劑循環(huán)煅燒/碳酸化反應(yīng)的影響 吳昊 王萌 劉浩 楊宏昊
1. 1教師起主導(dǎo)作用,學(xué)生才是教學(xué)活動(dòng)的主體
以教師的“教”為主的直接灌輸式教學(xué)方法存在很大的弊端「,〕,教師直接向?qū)W生傳遞教學(xué)信息不僅難以把控學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度,而且不利于學(xué)生綜合能力的提高。在生物質(zhì)化工課程的教學(xué)過(guò)程中,教師的主要工作是對(duì)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理,對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行組織,對(duì)教學(xué)的難點(diǎn)重點(diǎn)進(jìn)行解答,總體上扮演一個(gè)管理者的角色;學(xué)生才是教學(xué)過(guò)程的主體,是教學(xué)活動(dòng)的積極參與者和知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)者。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程是一個(gè)學(xué)生要求學(xué)習(xí)、教師進(jìn)行指導(dǎo)的主動(dòng)學(xué)習(xí)的過(guò)程,而不是教師傳授、學(xué)生被動(dòng)接受的過(guò)程。 在第一輪教學(xué)活動(dòng)結(jié)束后的評(píng)教環(huán)節(jié)中,一位學(xué)生提出:“老師在上課時(shí)沒(méi)有給出標(biāo)準(zhǔn)答案”,實(shí)際上,作為大學(xué)生的學(xué)習(xí)已經(jīng)不能拘泥于教師給出的標(biāo)準(zhǔn)答案了,在生物質(zhì)化工課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中,由于加人了一些當(dāng)前關(guān)注的科研課題,課題本身也沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案。課堂討論的主要目的是引導(dǎo)學(xué)生去思考問(wèn)題,而“標(biāo)準(zhǔn)答案”是需要學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷地思考,甚至有可能將來(lái)投身到科學(xué)研究中去探索的。
1. 2“授之以漁”而非“授之以魚(yú)”
建立起系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)體系,是大學(xué)生學(xué)習(xí)的一個(gè)重要任務(wù)。為了使學(xué)生能夠更好地構(gòu)建自己的知識(shí)體系,必須幫助學(xué)生培養(yǎng)適合自己的學(xué)習(xí)方法,即“授之以漁”。在教學(xué)過(guò)程中,通過(guò)對(duì)不同的技術(shù)進(jìn)行縱向和橫向的對(duì)比研究,對(duì)熱門技術(shù)的發(fā)展與改進(jìn)歷程進(jìn)行梳理,與學(xué)生一起總結(jié)相關(guān)內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系與共性規(guī)律等一系列的教學(xué)活動(dòng),讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到知識(shí)的獲得有章可循,進(jìn)而幫助學(xué)生找到適合自己的學(xué)習(xí)方法。
1. 3興趣是最好的老師
興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)的最主要?jiǎng)恿?。興趣的培養(yǎng)可以通過(guò)榜樣的力量來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如,在課堂上可以適時(shí)地向同學(xué)們介紹一些相關(guān)領(lǐng)域的牛人事跡、科研成果,讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己所學(xué)專業(yè)知識(shí)的重要性;在學(xué)校召開(kāi)國(guó)際會(huì)議/學(xué)術(shù)研討會(huì)期間,鼓勵(lì)學(xué)生擔(dān)任會(huì)場(chǎng)的服務(wù)工作,讓學(xué)生近距離接觸科研實(shí)際,切實(shí)地感受到專業(yè)對(duì)人才的需求,提高學(xué)生的專業(yè)榮譽(yù)感與責(zé)任感。
2 明確教學(xué)目標(biāo)、合理設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容
生物質(zhì)化工為一門新興的專業(yè)課,是與浙江科技學(xué)院化工專業(yè)特色緊密結(jié)合的。目前,全國(guó)范圍內(nèi)僅有少數(shù)高校開(kāi)設(shè)了生物質(zhì)化工專業(yè)方向,在選擇教材時(shí)發(fā)現(xiàn),還沒(méi)有一本與“生物質(zhì)化工”同名的書籍,因此,無(wú)論對(duì)教學(xué)目標(biāo)還是對(duì)教學(xué)內(nèi)容都需要進(jìn)行探索。
在培養(yǎng)目標(biāo)方面,結(jié)合行業(yè)人才需求和專業(yè)認(rèn)證對(duì)學(xué)生的畢業(yè)要求,制定下列教學(xué)目標(biāo):
1)熟悉生物質(zhì)化工技術(shù)的基本原理、工藝路線及技術(shù)參數(shù);
2)明確生物質(zhì)化工技術(shù)目前存在的問(wèn)題及將來(lái)的發(fā)展方向;
3)具有較好的自學(xué)能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力;
4)具有從事生物質(zhì)化工技術(shù)、生物質(zhì)能源及生物質(zhì)材料等的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和科學(xué)管理的初步能力。
教學(xué)內(nèi)容的選擇不局限于一本教材,要體現(xiàn)多元化、前沿化、實(shí)用化的課程體系,主要包括課程的基本知識(shí)的講授、問(wèn)題研討和探究性項(xiàng)目三部分redlw.com。
課程的基本知識(shí)分成12章內(nèi)容,分別是:1)概述;2)生物質(zhì)直接燃燒技術(shù);3)生物質(zhì)壓縮成形和炭化技術(shù)4)生物質(zhì)熱解技術(shù);5)生物質(zhì)液化技術(shù);6)生物質(zhì)氣化技術(shù);7)沼氣發(fā)酵及重整技術(shù);8)生物質(zhì)制氫技術(shù);9)生物質(zhì)燃料乙醇和燃料甲醇技術(shù) 10)生物柴油技術(shù);11)生物質(zhì)制備平臺(tái)化合物技術(shù);12)城市固體廢棄物能源處理技術(shù)。
問(wèn)題研討主要根據(jù)各章節(jié)研究重點(diǎn),結(jié)合企業(yè)工藝路線現(xiàn)狀,提出研討主題。包括:生物質(zhì)現(xiàn)代化燃燒技術(shù)的改進(jìn)思路;制約炭化爐推廣的關(guān)鍵問(wèn)題是什么;生物質(zhì)熱解技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比,結(jié)合對(duì)比思索進(jìn)一步的改進(jìn)方案;生物質(zhì)熱解過(guò)程中如何根據(jù)熱解產(chǎn)物分布要求控制反應(yīng)條件;從產(chǎn)物用途的角度分析生物質(zhì)氣化技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向;生物質(zhì)制氫技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性分析;結(jié)合燃料甲醇的不同生產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),分析哪種工藝具有更好的應(yīng)用前景;等等。
關(guān)鍵詞:鋼鐵企業(yè);SLP方法;布局優(yōu)化;方案設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào):TF081 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
鋼鐵企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)布局方案設(shè)計(jì)類似于大型物流園區(qū)的倉(cāng)儲(chǔ)布局設(shè)計(jì),但是由于鋼鐵企業(yè)自身的一些特點(diǎn),在布局方案設(shè)計(jì)中又有一些特殊性要求,例如鋼鐵企業(yè)的熱裝熱送對(duì)時(shí)效性的要求等。通過(guò)對(duì)近年來(lái)倉(cāng)儲(chǔ)布局相關(guān)論文[1—4]的研究,目前主要的倉(cāng)儲(chǔ)布局方法有ABC分類法,遺傳算法、Apriori算法、SLP方法,以及論文[5]提出的倉(cāng)儲(chǔ)布局規(guī)劃的原則與方法,對(duì)鋼鐵企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)布局方案設(shè)計(jì)提供了較好的借鑒。
因鋼鐵企業(yè)自身龐大,其生產(chǎn)單位的主導(dǎo)作用遠(yuǎn)大于倉(cāng)儲(chǔ)單位,倉(cāng)儲(chǔ)布局需要在生產(chǎn)單位布局確定后才能確定,這與零售商品倉(cāng)儲(chǔ)有明顯的不同。經(jīng)過(guò)研究分析,這里主要探討SLP方法在鋼鐵企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)布局方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
1 面向鋼鐵企業(yè)的SLP方法
SLP是一種設(shè)施規(guī)劃方法,主要應(yīng)用于工廠設(shè)施設(shè)備的規(guī)劃布置設(shè)計(jì)領(lǐng)域。鑒于鋼鐵企業(yè)的運(yùn)輸量由生產(chǎn)單位的需求量來(lái)反應(yīng),倉(cāng)儲(chǔ)量受企業(yè)訂貨和原燃料季節(jié)性需求影響,以及某些生產(chǎn)過(guò)程中確定的時(shí)間約束,因此,從基本要素、物流關(guān)系指標(biāo)、非物流關(guān)系指標(biāo)及綜合關(guān)系分析方法方面對(duì)SLP方法進(jìn)行改進(jìn)[6]。
基本要素增加生產(chǎn)單位和倉(cāng)儲(chǔ)單位。定義鋼鐵企業(yè)中生產(chǎn)單位為物料經(jīng)過(guò)后發(fā)生物理或者化學(xué)變化的單位,倉(cāng)儲(chǔ)單位為物料經(jīng)過(guò)后不發(fā)生質(zhì)變的單位。并將物流量Q分析分為倉(cāng)儲(chǔ)單位倉(cāng)儲(chǔ)量分析和作業(yè)單位間運(yùn)輸量分析兩部分。
物流關(guān)系分析時(shí)引進(jìn)運(yùn)輸強(qiáng)度的概念,以表達(dá)鋼鐵企業(yè)內(nèi)物料運(yùn)輸?shù)碾y易程度、成本的高低。
非物流關(guān)系分析沿用作業(yè)單位相互關(guān)系的分析方法。
改進(jìn)的SLP倉(cāng)儲(chǔ)布局方案設(shè)計(jì)的流程如圖1—1。
2 改進(jìn)SLP方法在鋼鐵企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)布局方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
J鋼始建于1958年,是我國(guó)特大型鋼鐵企業(yè)。擁有四通八達(dá)的公路、水路運(yùn)輸,地理位置得天獨(dú)厚。其生產(chǎn)廠區(qū)分為老區(qū)、濱江區(qū)和新區(qū)三個(gè)部分,集采選礦、鋼鐵冶煉、鋼材軋制為一體。布局圖如圖2—1。
2.1 物流關(guān)系分析
2.1.1 倉(cāng)儲(chǔ)物品P分析
J鋼鐵廠的倉(cāng)儲(chǔ)物品按原燃料、輔料、半成品、成品、備品備件分為五種類別,其中主要包括物品如表2—1。
2.1.2 大宗貨物運(yùn)輸量Q分析
大宗貨物物料運(yùn)輸量如表2—2。
2.1.3 物料流量及流向分析
對(duì)其各個(gè)作業(yè)單位之間的物流量及物料的流向進(jìn)行整理,如表2—3。
2.1.4 物流量從至表分析
根據(jù)物料流量及流向表做出運(yùn)輸強(qiáng)度從至表如表2—4。
2.1.5 物流關(guān)系相關(guān)等級(jí)分析
根據(jù)運(yùn)輸強(qiáng)度等級(jí)劃分,整理運(yùn)輸強(qiáng)度從至表做出作業(yè)單位間的物流關(guān)系相關(guān)表。
2.2 非物流關(guān)系分析
2.2.1 非物流關(guān)系原始表
依據(jù)鋼鐵企業(yè)作業(yè)單位間非物流關(guān)系分析指標(biāo)及指標(biāo)標(biāo)度[7],做出非物流關(guān)系等級(jí)原始表。
2.2.2 非物流關(guān)系相關(guān)表
根據(jù)改進(jìn)的SLP方法中非物流關(guān)系評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)J鋼鐵廠各作業(yè)單位之間的非物流關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià),最終得出非物流關(guān)系相關(guān)表2—7。
2.3 綜合關(guān)系分析
根據(jù)上文分析結(jié)果,將作業(yè)單位間的物流關(guān)系相關(guān)表和非物流關(guān)系相關(guān)表組合成綜合關(guān)系表:
將綜合關(guān)系密切程度按等級(jí)由高到低進(jìn)行排序如圖2—2。
在生產(chǎn)單位位置固定的基礎(chǔ)上以倉(cāng)儲(chǔ)面積、倉(cāng)儲(chǔ)需求、可用面積及需求面積作為約束條件,根據(jù)作業(yè)單位綜合關(guān)系等級(jí)由高到低依次對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)單位進(jìn)行布局。做出布局方案如表2—9。
其不同物料的備選倉(cāng)儲(chǔ)位置廠區(qū)布局圖如圖2—3。
3 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)J鋼鐵廠倉(cāng)儲(chǔ)布局優(yōu)化方案的設(shè)計(jì),可以看出改進(jìn)后的SLP方法在鋼鐵廠倉(cāng)儲(chǔ)布局優(yōu)化方案設(shè)計(jì)中能較好的運(yùn)用。SLP方法的引入有利于更合理的優(yōu)化廠區(qū)內(nèi)的倉(cāng)儲(chǔ)布局,對(duì)探尋鋼鐵企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有重要意義。
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