化學工程和化學工藝的區別范文

導語：如何才能寫好一篇化學工程和化學工藝的區別，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：化學工程與工藝；專業；就業方向

化學工程與工藝專業是一個極富創造性、挑戰性的重要工業領域，能在化工、石油、能源、輕工、冶金、醫藥、微電子生產、食品和環保等多領域行業，從事產品的研制開發與評估、過程工藝與裝置的設計放大、過程科學研究、高等工程教育、生產過程的控制及經營管理等方面工作的高級工程技術、教育教學和管理營銷人才，具有技術密集、人才密集、資本密集的特征，特別是二十一世紀的化學工業在向“綠色化工”方向發展的同時，對知識的交叉滲透、產業的相互交融提出了更寬更深的要求，該專業就是為了適應面向二十一世紀化學工業發展而設置的一個厚基礎、寬口徑、適應性強的大專業。本專業旨在培養德、智、體全面發展，具備在工業界、科技界、政府及行業機構中擔任重要職務的基本素質，掌握化工生產技術的基本原理、專業技能與研究方法。

通過上述闡述，我們簡單了解到了化學工程與工藝的定義，在一些重要領域的關鍵作用。下面就讓我們分開來解讀化學工程和工藝在哪些領域起到了什么作用，在工作中，如何將資源更好的利用？

化學工程與工藝就是研究化學工業生產過程中的共同規律，并用化學方法改變物質組成或性質來生產化學產品的一門工程W科。簡單來說，也就是化學在工程實際中的應用。該專業主要開設高等數學、無機與分析化學、有機化學、物理化學、高級語言程序設計、化工原理、化工熱力學、化工分離工程、儀器分析、化工設計、化學反應工程、化工工藝等課程。其中英語、化工原理、化學反應工程、高等數學為學位課程，參加省自學考試。

化學工程與技術學科是從19世紀末由于化學品大規模生產的需要而形成和發展的。當時，為了化工生產的高效和大型化，根據典型的化學工藝和設備中出現的一些具有共同屬性的工程問題，形成了單元操作的概念。20世紀50年代后發展的傳遞過程原理和化學反應工程使化學工程學科上升到了新的階段。人類穿的各種合成纖維的衣物，吃的各種食物的包裝加工，住的房屋的水泥鋼材，以及人們開車所用的石油天然氣，都是化工研究的方向。中科院院士陳洪淵就曾經評價化工產業為“國之重器”，能創造出數千萬個“新物種”。譬如說，1909年哈伯發明的合成氨技術使世界糧食翻倍，解決了世界上一半人的溫飽問題。1995年我國的化學纖維產量為330萬噸，其中90%是合成纖維，這一化工技術的應用，使大多數人免于挨凍。

當今社會，化學工程與工藝也應用到多個領域，如分析化學師、食品化學師、化妝品研發員、醫藥技術師等職業，這些職業你肯定聽說過，但不一定想到他們與化學工程與工藝專業相關。總體來說化學工程與工藝專業的就業領域還是相當廣泛的。畢業生能在化工、能源、信息、材料、環保、生物工程、輕工、制藥、食品、冶金和軍工等部門從事工程設計、技術開發、生產技術管理和科學研究等方面工作。一般主要的主要就業方向可以從一下幾個方面來看：

首先，可到科研院所、高等院校從事化學工程與工藝相關科研、教學等工作。不過這需要該專業學生具備一定的科研水平和較高的學歷。

其次，到化工類、石油類、輕工類、車輛化工、建筑機械、制藥、食品、涂料涂裝等相關的科研單位、企業、公司從事應用研究、精細化工產品的開發、設計、生產技術和科技等工作?；ば袠I有很多知名的企業如美孚、殼牌、巴斯夫、中石油、中石化等。當然，除了這些大企業外，一些冶金、化纖、煤炭、橡膠等化工企業也是畢業生不錯的選擇。化工行業是個講究經驗和積累的行業，技術和經驗是技術型人才的資本，對于剛走出校門畢業的學生來說，一般需要一個相當長時間的經驗積累，從基層做起，讓理論和實踐充分的結合后，才能謀取個人職業更好的發展。

再次，可以在相關化工類企業從事銷售、管理等工作。除了走工藝、研發、質量檢驗等技術人才的道路外，該專業復合型銷售和管理人才在人才市場中也特別受歡迎。關鍵是如何取得化工類技術以外的教育背景和從業經歷。化工貿易、管理人才基本都需要是化工專業出身，同時熟知貿易規則和單位業務，還必須具備耐心細致，和較強的語言表達能力。

國家教育部曾公布的化學工藝與工程專業就業狀況顯示，該專業2013年全國普通高校畢業生規模在28000-30000人，近三年全國就業率區間在90%-95%之間，屬于就業率較高專業。

據調查，相關從業人員都表示，化工專業畢業生要找到一份工作并不難，但找什么樣的工作就因人而異了。由于化工各個方向分類較細，各個大學都有自己擅長的專業方向。如有些學校側重石油化工、煤化工；有些側重醫藥化工；有的則偏重金屬冶煉或精細化工等。另外，還有一些人對化工就業存在這樣的誤區，擔心學這個專業畢業后要去挖煤、煉石油。實際上，傳統的石油化工、煤化工只是其中的一個就業方向，如果你對這個方向不感興趣，還有更廣泛的領域可供選擇。如可以選擇和人們生活息息相關的精細化工，我們用的洗發水、洗面奶、沐浴液的研發生產都是化工的主要就業領域。還有食用油、巧克力等食品加工企業，香水、化妝品、奢侈品制造等也是化工很好的就業方向。目前我國經濟建設水平不斷提升，涉及綜合技術項目的開發工作節奏也顯得急躁起來，對于化工專業建設工作人員來說，需要聯同系統性的設施布置和先進實驗驗證項目開發，積極穩固綜合人力資源的開發動力，為我國相關行業的發展提供更加優質的貢獻力量。

除了化學工程與工藝在工作上的應用外，可以說，我們日常生活中的“衣、食、住、行”樣樣都離不開化工產品。化學工業已經成為國民經濟重要的基礎性產業，它為農業、能源、交通、機械、電子、紡織、輕工、建筑、建材等工農業和人民日常生活提供保障和配套服務。同時它還是工業經濟中最具活力，有待開發且競爭力極強的一個行業。老人常說，“三百六十行，行行出狀元”，不管研讀什么專業，都有一定的優勢和特點，只要潛心學習，任何領域都可以走出一片輝煌的天地。

參考文獻：

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關鍵詞：卓越工程師；化工分離過程；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）32-0054-02

化工分離過程是化學工程與工藝專業的學生一門重要的專業課，是理論性和應用性較強的課程，具有鮮明的工程特點。伴隨著化學工業及其相關領域的技術進步，新的分離方法、技術不斷產生，化工分離技術在石油化工、資源環境、能源、材料、生物醫藥等諸多領域持續發揮著重要作用，是化學工業實現清潔工藝的重要手段。在“卓越計劃”的背景下，以強化學生的工程實踐應用能力與創新能力為目標，培養寬口徑、厚基礎、復合型的化工高級人才，必須根據該課程的特點和時代的要求，構建新的人才培養模式，改革課程教學內容與教學方法[1]。目前，化工專業人才培養方案總體上還是傾向于理論型模式，專業課程教學內容缺少整合性和工程性[2]，化工分離過程課程同樣存在教學內容老化、教學體系不完善、工程訓練與生產現場脫離嚴重、教學主體的新生代教師對工程教育思想缺乏系統的研究和足夠的重視等問題。因此，筆者在化工分離過程的教學中，以大工程觀和集成式的課程改革和“卓越計劃”的精神為指導，在教學內容、教學方法、教學與實踐相結合等方面做了一些嘗試工作，取得了較好的效果。

一、精心設計教學方案、優化教學內容

分離工程主要從分離過程的共性出發，討論化工分離過程的基本概論、本質及其變化規律。從教學內容而言，分離工程是一個學術內容十分豐富的領域，既包括傳統分離過程基本理論原理方法的學習，同時各種新型分離技術的不斷涌現，要求跟上時代和技術發展的步伐，教學內容必須與時俱進，及時更新與補充教學內容，擴展課程教學環節。

1.合理組織教學課堂。要使課堂教學更具有現實性和新意，充分調動學生的求知欲望，優化教學內容至關重要。在教學過程中，避免課程的割裂與重復，對課程內容進行組織、設計、重塑與整合。教師按學科發展，從基礎、原理、特性到應用及發展的順序進行講授內容的安排和多媒體課件的制作；按照問題、案例和原理相結合的方式組織教學內容；結合化工企業項目的實際和教師工程實踐、科學研究以及學生實習，介紹常見分離技術。

2.積極整合教學內容。教師注意課程與專業基礎課如物理化學、化工熱力學、化工原理等的銜接和關聯；在教學實踐中對本課程與“化工熱力學”、“化工原理”、“物理化學”等專業基礎課程中有關內容進行有機銜接與融合，讓學生很自然地完成基礎理論到專業知識的過渡與應用；增加新型化工分離技術，如超離子液體技術、膜分離技術、雙水相技術等；把企業典型工程案例引入課程教學中，使課堂教學更具有現實性和新意。基本分離方法與化工原理的融合在化工生產中涉及的分離對象幾乎都是多組分體系，而目前一般高等院校化工原理教學中因學時有限，大多側重于雙組分的分離問題。這就要求在進行分離過程的教學時要做好與化工原理教學的融合問題。如對化工原理教材中已涉及到的基本原理，教師對雙組分精餾、吸附和結晶等不做專門介紹，重點講解多組分體系的工程計算問題，將有關的基礎及計算機應用在耦合與集成過程設計中體現出來；減少與化工原理內容的重復，培養學生利用化工單元操作的基本原理解決實際復雜體系分離問題的能力。

3.有效延伸課程環節?；し蛛x工程本身具有較強的工程背景的同時還兼有較強的理論性。在“以教師為中心、以課堂為中心、以教材為中心”的傳統教學模式中，化工分離工程的教學使學生認為化工分離工程是“一大堆的方程、繁多的數據和大量的計算和循環迭代[3]。為了促進學生對課程的學習，將課堂教學延伸至課外，如實習過程中、課程設計中及其他的化工實踐如創新實驗、化工競賽等過程中，布置作業、小組討論及綜合設計等，加深學生對已學的化工分離技術原理的理解，學會進行分離方法的選擇優化，以及新型分離技術的拓展。

4.強調選擇優秀教材。要在有限的教學時限中，達到良好的教學效果，如何選擇教材和教學內容對提高本課程的教學效果就顯得十分重要[4]。劉家琪主編的面向21世紀的教材《分離過程》，該教材在內容和體系上體現了創新精神，注重拓寬基礎，強調能力培養，并在教學內容上作了重新安排；按教學規律的發展，從基礎、原理、特性到應用及發展的順序分章節；主要章節（如多組分精餾和特殊精餾）中逐一介紹各種精餾方法的特性和應用；選擇典型的分離方法展開講授化學工程的研究方法及其進展。這樣安的排結合了兩種教材編排方式的優點，思路簡潔清楚，學生易于接受，教學效果良好[5]。

二、采取研究性教學模式，改革教學方法

在講授理論知識的同時，教師要引導學生從社會生活中選擇并確定研究專題，主動地投入到課程學習中去，應用所學知識解決實際問題；并在學習討論中獲取知識、發展技能、培養能力，強調學習者的主動探究和親身體驗[6]。這樣，改變過去由老師單一講解的方式，可讓學生有問題隨時提出、分析和討論。本人在教學過程中以研究性教學[7]為指導思想，采取多樣化的教學方式，初顯成效。

1.討論式教學，調動學生的積極性。為加強化工分離工程與化工原理等基礎課的銜接與融合，課前通過小班討論課，復習回顧掌握已學基礎課程的相關內容，并與該課程的內容進行對比分析概括和總結。例如，在講多組分精餾過程時，教師在介紹完兩個極限條件及進料位置的選取之后，讓學生討論簡捷的計算方法的步驟和應用，并與二組分精餾進行對比分析，既加深了學生對所學知識的理解和鞏固，又加強了學生知識體系的完整性。教學中，結合一些實例，讓學生參與討論，鞏固學生對基本概念和原理的理解，開闊學生視野，擴散學生學習思維，讓學生感受到該課程對生產實際的指導作用，培養學生的實際應用能力。例如，在特殊精餾教學中引入當地某藥企乙腈廢水的后處理技術，并結合企業生產情況，考慮能耗和溶劑的實際應用情況進行綜合分析討論。

2.虛擬式仿真，提升學生解決問題能力。以成熟的流程模擬軟件為主線引導學生學習實踐。在教學中，引入成熟的化工流程模擬軟件的應用部分內容，有助于學生越過煩瑣復雜的技術細節，用分離工程的思維方法解決實際問題。讓學生學會利用成熟的軟件解決工業生產中的實際問題，從而提高學生解決實際問題的能力。如學生在對某藥企乙腈廢水的后處理工藝經過討論優化，然后通過流程模擬軟件如Aspenplus等進行模擬優化，實現現代計算機模擬與實踐教學的結合。

3.導向型討論，引導學生自主學習。近十余年來，新型化工分離技術發展迅速，不少技術如各類膜分離技術、超臨界萃取技術及新型吸附技術已趨成熟，其應用的體系也已經向醫藥、食品、生化、環境等領域擴展。但由于新型分離技術涉及面廣泛，學生基礎及興趣不一，教學中不能面面俱到。本人在教學中開展導向性的討論，采取教師引導，學生自學討論的方法將學生領到學科的最前沿，通過典型研究成果的介紹，讓學生掌握相關技術的基礎和方法，學會分析創新思路，培養學生創新和應變能力，以適應人才市場的需求。例如，在教學中引導學生開展天然產物分離專題的研究和討論。在討論教學中，筆者從天然產物的新型分離方法、特定天然產物的分離研究進展等方面立題，鼓勵學生選擇自己感興趣的專題如醫藥、香精香料等的分離研究進展，撰寫小論文進行交流。這樣，學生不僅學會了利用圖書館及網絡資源查找與所選專題相關的文獻資料，并且通過文獻整理、綜合、歸納和專題論文的撰寫，有助于學生拓寬知識面、了解學科發展前沿，學會解決實際問題。

三、理論與實踐教學有機結合

卓越工程師培養與傳統人才培養模式的顯著區別之一就是強調實踐。所謂“授之以魚，不如授之以漁”，實踐不僅能使學生增長經驗，把學到的知識與工程實踐和社會需求對接，而且能夠觸動學生心靈，使其產生開拓創新的激情與靈感。經過實踐歷練的學生可以把僵化的書本知識內化成為活的創新能力。在教學中，將教材與實際工業生產相結合，豐富了課堂教學內容，加深了學生對所學的化工分離工程知識的理解，提高了學習的積極性，激發了他們的求知欲和探索精神，有利于培養學生創新思維方法和能力[8]。

1.強調課堂教學理論聯系實際。學生學習該課程之前經歷了認識實習和生產實習，對化工企業中分離過程的工藝過程及應用已有一些了解，但缺乏利用理論知識分析問題的能力，在課程教學中注重舉例，對實習中接觸到的分離過程結合分離原理進行詳細分析。如在多組分精餾的課堂教學中，結合實習車間橡膠生產溶劑回收工段的理論與工藝進行講解，既直觀，又切合實際；讓學生在理解分離方法、分離原理的同時，還學會從經濟、能源及生產實際的角度考慮分離工藝的優化。

2.有效延伸課程實踐環節。把工程現場轉化為實習、實訓基地，在知識傳授與實踐歷練的交融中進行。一方面，利用所建立的產學研聯合培養平臺，讓學生通過參與課外實踐項目，或參與到教師的科研項目中去，通過工程實踐來加深對分離方法原理的理解和認識。另一方面，在認識實習和生產實習中，教師通過布置分析討論題、撰寫小討論文等方式，讓學生學會分析討論選擇生產實際中的分離技術，對實習中接觸到的分離過程結合分離原理進行詳細分析，對課堂教學有很大幫助。反過來，課堂教學也加深了學生對實際過程的認識，并能舉一反三。

3.聘請企業專家參與教學?！白吭焦こ處熃逃囵B計劃”的師資隊伍是關鍵，通過“走出去、引進來”的模式，加強課程教學教師工程教學能力的提升。除了聘請優秀的企業專家參與教學任務外，任課教師還需通過承擔或參與企目項目的改造或研發、指導生產實習和畢業實習、指導各類化工創新競賽等實踐教學活動增強自身的工程能力，把工業實際生產的案例同教材中的理論知識聯系起來，避免了空洞說教，使課堂教學更具有現實性和生動性。

四、注重教學過程管理，改革考核評價體系

考試是教學過程中的不可缺少的重要環節，涉及到對學生學習效果的綜合評判。在課程教學考核評價過程中，主要引導學生從注重“學習成績”向注重“學習成效”轉變，從“注重考試結果”向注重“學習過程”轉變。課程考核形式采用期末考試、平時學習與專題討論結合起來的評判方式，改變過去一份期末考試卷一錘定音方式。成績由平時成績（包括平時討論情況和作業情況）、實踐成績（實習中作業完成情況、小論文寫作與講解）、考試等部分構成。

平時成績主要包含課堂討論思維能力、回答問題情況、作業完成情況、學習態度等，小論文主要針對課堂理論知識引導學生系統歸納、掌握某一方面知識，通過論文的完成加深了學生對課堂理論知識系統理解，同時鍛煉了學生撰寫論文能力?？荚嚨膬热莘秩齻€層次：識記、理解、應用，涵蓋了學科相關的基礎知識、基本原理、以及運用所學知識解決問題的綜合試題。

參考文獻：

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[8]李繼懷，王力軍.工程教育的理性回歸與卓越工程師培養[J].黑龍江高教研究，2011，（3）.

篇3

隨著適用性研究和開發的進展，人們可以發現許多經濟上可行的方案來滿足整個地球的需求。該"設想"確定了方向和相應的規劃，采取措施建立利用植物系統中能源和碳源的可再生資源基礎。面臨的挑戰是嚴重的，但機遇也是難以衡量的。人類可以適應變化，但必須接受所面臨的挑戰。序言中從兩方面進一步闡明“設想”提出的背景：

1、界定植物/農作物基資源

植物/農作物基(有時用生物基bio-based)資源是指來自于一定范圍的植物系統，主要是農作物、林產品和食品、飼料和纖維工業加工過程中的副產物。它們可以通過一年生的作物和樹種，多年生植物和短期輪作樹種等途徑在一個較短的時間內再生。石油化學品原本也是以植物為基礎，其基本分子為烴類。植物/農作物基可再生資源當前所用的大量基本分子是碳水化合物、木質素和植物油。也有一些量少高值的分子是來自二級植物新陳代謝。另一個主要區別是烴類及其提取系統已經開發并加工處理其所需要的原料型產品，而植物基可再生資源在某些程度上雖然也被認定，但某種植物會含有某種資源，加工后會留下什么，尚未完全搞清。

最近生物技術進展可以改變植物成分和酶提取系統，這就為現在需要的化學產品和新型中間人體及產品制造提供了新的經濟機遇。據統計，美國的森林、耕地、牧場等面積約22.46億英畝(1英畝=0.405公頃，下同)，其中主要農作物的種植面積有4.24億英畝，可以生產大量植物/農作物基資源。過去50年，這類資源的重點主要是面向食物、飼料和纖維生產。

2、烴類經濟

20世紀后期，世界經濟發展很快，生產增長率有很大提高，尤其是各發達國家，一些發展中國家也不斷增長。成功的增長和發展過程中起主要作用的是烴類經濟。自20年代以來，礦物化石燃料的采取和利用提供了人們當前所享受的經濟效益和生活水準。許多國家都依靠這種資源來滿足能源和原材料的需要。

在過去50年中，大量的研究開發在能源生產和基礎產品制造方面創造了許多可以大量增值的工藝過程。市場經濟明顯地受人們提高生活水準的意愿所驅動，以創造各種產品。生物基資源的(主要是用植物基)用量很小。據統計，在能源方面少于1%，在原材料方面亦低于5%。美國1996年玉米、黃豆和小米等生產用作食品和飼料量約為6900億磅(1磅=0.4536公斤，下同)。由此從經濟角度看還不能趕上工業原料，而以烴類為基礎的經濟卻繁榮昌盛。

烴類雖然將繼續起到非常有效的經濟發展平臺作用，但是在其未來應用中卻有若干問題有待解決。首先是對石油化學產品的應用環境問題日益受到關注，隨著又產生了許多相關的問題?；剂鲜且活愓跍p少的原料資源。應用植物/農作物基資源作為一種補充，由于它們是可再生的，所以為經濟有序地向可持續發展轉變創造了機會。

通過對能源狀態的審視就可看到可再生資源作為一種補充的必要性。烴類資源有限，許多專家提出世界可采和探明儲量，如按現在消費水平計算只能提供50-100年，此處的一個重要假設是“現在消費水平”是保持不變，但是從全世界人口增長和生活水準變化來考慮，此假設是不合理的。當前世界上按人口平均的能源消費水平差距很大，詳見表1，許多發展中國家都將增加能源消費。未來的能源供應問題是多方面的，因為發展中國家人口眾多。例如，中國按人口平均能源消費相當于美國水平的1/3，其需要增加的能量數量約相當于美國現在全年能源使用總量。

表1當前按人口平均能源消費水平kwh/人美國法國日本巴西泰國中國

122007500700015001200900

一些有效利用烴類的開發將有助于需要增長問題的解決，但是對烴類找到補充資源是完全必要的，只有如此才能保持可持續發展的工業基礎。

新技術開發和應用需要時間。石油化學工業本身的發展就是一個事例。1920年烴類原材料經濟并不像今天這樣具有吸引力，過了50年，開始適應化石燃料狀況的工藝。因此，要使植物/農作物基系統達到同樣現代化水平也需要時間。

當前正是開展大量研究開發工作、利用各種可再生資源和各種新工藝、并開始在各種可供選擇的途徑中提出選擇標準的時候?，F在進行研究并不意味系統要立即改變，但是，烴類經濟的經濟學未來將出現問題：要支付高額環境費用，或是由于原料缺少而價格上揚。

投資適用性研究可以在未來能源和原材料間進行相關的比較，提供非常需要的選擇。在中期至長期，選擇植物/農作物基可再生資源可能是要兼顧環境方面容許和經濟方面具有吸引力。而在近期，研究和開發可能只在一些領域內進行，使植物/農作物可再生資源能開始進入基本化學原料市場，從而擴大資源基礎，延長有價值的化石燃料儲備的應用壽命。

在上述背景環境下，通過研究討論，提出了2020年開發利用植物/農作物可再生資源的設想的目標；“設想”是要通過植物/農作物基可再生資源的開發來提供經濟繼續發展、生活的健康標準和強大的國家安全。植物/農作物基可再生資源可以改變當前對日益減少的非再生資源的依賴。

本“設想”的內涵重點是建立新的觀念，即植物基資源是越來越重要的工業原料資源。非再生資源可能因經濟和環境因素逐步被植物基再生資源所取代，“設想”反對等到危機發生時現開始啟動替代。

展望2020年，化石燃料可能仍將占90%，增加植物基可再生資源并不是可有可無的，它對滿足未來的需求非常迫切。當然，需要有效地加工和利用這些植物衍生原料。其新途徑的研究從現在就要開始，為經濟發展有足夠的時間，保證解決環境而進行良好的合作。

要取得有成效的進展，應當確定以下的方向性目標：

1、2020年化學基礎產品中至少有10%來自植物的可再生資源原料，到2050年提高到50%。

2、建立植物基(農作物，林產，加工業)系統，用有效的轉化加工工藝生產可再生原料，為2020年選中的產品提供經濟合理、對環境瓜敏感的制造平臺。用此生產鏈來示范一個綜合的植物/農作物基原料系統的經濟合理性和潛在效益，顯示工業應用機遇的新領域，為2020年以后國內和出口的需求做出貢獻。

3、在工業投資者、植物商、生產者、學術界和各級政府之間建立合作伙伴關系，開發從小范圍到大規模的工業應用，重新激活農村經濟，改進增值加工和制造鏈的集成，消除食品、飼料和纖維加工業與基礎材料制造業之間的差別。

“設想”中提出，科研與開發方面要制定有詳細目的和要求的相應計劃，支持上述方向性目標的實現，從而也可取得投資的優勢。

植物/農作物基資源利用現狀和前景

一、現狀

烴類提供人類能源和衣著。塑料、油料、油漆、染料、藥品等基礎原料，已經成為現代生活的主要依靠。1970-1990年間石油基的塑料增加了4倍，已經逐步代替了玻璃、金屬甚至紙張。植物/農作物基資源目前尚未有效利用，主要是因為可用性差、質量不高、供應不穩或是價格高。要推動和提高植物/農作物可再生資源應用的興趣，需要從以下幾個方面來分析。

1、實用性

盡管消費總量不高，但是植物基原料當前在化學品方面應用面很廣，如用于油漆、粘合劑及劑等。黃豆是植物袖的傳統原料，隨著基因工程進展，可以生產滿足特殊劑市場需要的專門油。最近，可用黃豆衍生物制造油墨，在乙醇、山梨醇、纖維素、擰槽酸、天然橡膠、多數氨基酸以及各種蛋白質等化學品生產中，植物基資源是主要原料，詳見表2。

表2、美國植物基資源用量萬t/a類別用量用途

木材8090紙，紙板，木質素纖維復合材料

工業淀粉300粘合劑，聚合物，樹脂

植物油100表面活性劑，油墨，油漆，樹脂

天然橡膠100輪胎，家用品

木材提取物90油料，膠

纖維素50紡織纖維，聚合物

木質素20粘合劑，丹寧，vanillin

在多數情況下，應用的植物基材料主要是原始狀態分子。如木質素纖維、植物油和橡膠等復雜分子的應用也只有有限的改性。這就與石油化學工業構成明顯的反差，石油化工則是用化學方法按需要將烴類裂解成幾種簡單分子，如甲烷、丙烯等。用這些基礎原料進行化學合成，制造所需要的復雜的分子。

在少數情況下，植物/農作物原料進行裂解成為不同的基礎分子，例如高果糖的玉米生產糖漿和玉米淀粉發酵生產燃料乙醇。1996年美國用211億磅(1磅=0.4536公斤，下同)玉米采用新型酶發酵方法生產9億加侖(1加侖=4.546l,下同)乙醇，從而加工為90億加侖混合汽油。從許多實例看，植物基原料有一定實用性，雖還未生產像藥物那樣的高度專業化的分子，但卻包括了大量生產的中間體及產品。

2、供應及質量

植物系統地區分布廣，由于土壤和氣候條件不同，導致供應和質量的差異。森林和農業系統的發展已經縮小了天然野生植物的供應差異。

生物質的總產量雖然很大，但是由于沒有經濟的轉化技術而使其應用受限制。一些新進展如快速裂解提供了從中獲得低分子量產品的機會，如果能在分離技術上進一步創新，就可以推動此應用。生物質資源可以來自快速增長木材、田邊作物以及其他專門培植的植物物種。另一潛在的生物質資源是當前為食用和飼料種植的農作物，如玉米、黃豆、小麥和高梁等。一般情況下這些作物只應用其產量的一半。此4種作物估計每英畝(1英畝=0.405公頃,下同)約有2600磅(以干物質計,下同)遺留在田地中，總計約有5200億磅。一部分留在耕地以改良土壤結構，但大部分運出去，作為原料應用。因此要求有適當的、成本低的儲運系統和加工技術。

供應方面的主要問題是對原始生產的管理。當前，樹木可作木材和紙漿，種植農作物只是為食品、飼料和纖維加工，沒有在綜合利用上進行優化。對植物/農作物投入的成本評價基礎是未經優化的植物生產系統，因此經濟性不佳。一些邊際土地的利用可以擴大植物基可再生資源原料基地。但是從經濟上比較，其很難達到經濟可行目標。在估算其經濟回報時，要考慮化肥、農藥等化學品的使用費用。要增加可再生資源來源，除了要提高邊際土地利用率外，主要應是如何對良田建立優化種植生產系統。

當前低投入、低產出的植物生產對農民難以盈利，并不利于農村發展，也不能為加工業提供低價原料。但是在產出方面，數量和質量相差甚大，從此系統得到的產品必然價格較高，嚴重地限制了經濟上的可行性。而且，由于低產出生產就需要更多的土地，其對環境的單位影響常常大于更為強化、密集的系統。因此要優化生產系統，同時改善邊際土地的利用。此外利用生產率高的土地作為植物/農作物可再生資源的原料基地，這也有利于解決數量和質量上的波動變化。

農村根據市場需求規劃種植計劃，如根據乙醇市場還是植物油供需情況，做出種玉米還是種黃豆的選擇，其次則要進行第2輪對品種的選擇，作乙醇則要種高淀粉含量的玉米品種，如要種飼料，則種含高油量玉米更佳。這些選擇都對產出經濟效益有很大影響。面對“設想”需要擴大食品或飼料、飼料或原料、油料或淀粉、纖維或糖、藥品或聚合物等等選擇范圍。要根據供應或需求來決策，就需要進一步仔細研究有關課題。

3、植物/農作物基原料成本

利用植物/農作物基可再生資源主要是成本問題，它與烴類相比是不經濟的。工業生產要求大量的便宜原料。植物原料價格便宜，如果能開發適當的系統將極具競爭能力。利用植物/農作物基原料生產化學品的成本比較，詳見表3。

表3、植物/農作物基化學品生產成本類別生產量萬噸通常方法美元/1b植物衍生美元/1b植物衍生占總產量%

糠醛300.750.7897.0

粘合劑5001.651.4040.0

脂肪酸2500.460.3340.0

表面活性劑3500.450.4535.0

醋酸2300.330.3517.5

增塑劑801.502.5015.0

炭黑1500.500.4512.0

洗滌劑12601.101.7511.0

顏料15502.005.806.0

染料45012.0021.006.0

墻涂料7800.501.203.5

油墨3502.002.503.5

專用涂料2400.801.752.0

塑料30000.502.001.8

實際上,在制造業中選用不同的化學加工工藝對其成本影響很大。

植物/農作物基可再生資源不是一種替代性資源,而是為工業原料提供的補充資源。成本問題并非只限于原料,而且與加工過程有關，因此要進一步開發新的化學和生物加工工藝，才能擴大植物基可再生資源應用范圍，使之成為經濟可行系統。

二、前景

由于植物/農作物基可再生資源的來源不同，每種來源的原料又可以利用不同的加工工藝，構成了一種多維的發展前景。本“設想”運用矩陣分析方法進行探討。不同投人的植物原料，可以運用不同的加工系統，并取得各種不同的開發效果。

1、廢料和副產物利用

從當前看，利用機會多，但需要有新的加工技術才能使其成為更重要的資源。

(1)現代化學

森林工業已經將副產物利用發展成為一個較大的行業，如紙漿副產液轉化為磺酸木質素表面活性劑ch3soch3以及用樹皮制丹寧。農作物的磨榨工業開發了許多應用副產物進行加工的工藝，如從燕麥制糠醒、淀粉粘合劑、專用棉籽油、從濕磨料生產擰蒙酸鹽和氨基酸等。但是，許多食品加工業，如蔬菜和水果卻沒有開發相應的副產利用加工工藝，經常將副產淀粉和糖排放入周圍環境。副產物的利用具有許多發展機遇，提取及銷售其所含的有效成分是降低主產物成本的手段，而且從戰略上看是擴大利用植物基資源。

(2)改進化學

木本植物和有些農作物加工中有較高的木質纖維素含量和一些碳水化合物，如烴類工業一樣，可以將復雜分子轉變為較小分子技術。便宜的植物衍生發酵制糖的開發已在進行。用金屬有機物化學將碳水化合物轉變為增值化學品是擴大利用植物基原料的又一技術途徑。改進化學方法具有潛力，可以使植物衍生的廢料加工利用提高經濟回報率。

(3)生物加工

在比較復雜的料漿中用微生物發酵法生產某種分子，再將其分離出來成為需要的產物。生物轉化是應用微生物、細胞或不含細胞的酶系統的一步法工藝，它提供了改進廢物料和副產物利用機會，隨著分離技術的提高，生物加工工藝可以獲得更為廣泛的應用。

(4)新分子

在此方面似乎不太重要，從廢料中生產新分子不是一條最佳途徑。

2、現有農作物

從近期看擴大應用具有最佳機會。

(1)現代化學

從化學工業整體看，并沒有|認為植物衍生材料具有較高的經濟價值，但是具體|問題要具體分析。石油化工利用烴類而不用碳水化合物和其他生物基分子。

(2)改進化學

如果植物衍生原料是結構型的生物質，含有木質素和纖維素等成分，其具有一定優勢。一些新技術，如綜合燃燒或金屬有機化學等都能提供更好地利用此類資源的機會。除林產資源外，約有5200億磅的生物質資源目前尚未加以利用。改變加工工藝路線可以提高利用現有資源的效益。新的工藝開發可以提供利用糖和淀粉的機會。植物淀粉有不同來源，如水稻、土豆、玉米和小麥，它們的性質、用途都不同，因此需要改進其化學方法，發揮其潛能。新化學工藝與生物加工及先進的分離技術綜合起來可產生很大效益。

(3)生物加工工藝

植物作為生物加工原料量大而多樣，從結構型生物質到一些專門的植物組分，在生物加工方面潛在優勢很大：用酶轉換玉米衍生的葡萄糖生產高果糖的玉米糖漿。最近從玉米葡萄糖經過發酵制琥珀酸也取得成功。琥珀酸鹽可以用作制一些化學產品如丁二醇、四氫呋喃，這些中間體又可進一步加工制成許多種產品。當前，用10億磅這種原料可得到價值13億美元產品，現在正在中試。多種學科進行合作就可取得良好的效果，這是短期內取得成效的一種良好運行模式。

(4)新分子

植物原料的投入固定，利用基因改性所用微生物或是專用酶，可產生新分子。此工作目前只在很小的市場中進行。當市場對具有特殊性能的新產品需求增加，投入產出可能會促使其發展，技術和經濟的綜合研究要沿著產品開發鏈進行，從界定所需要的產品——需要的特性——分子結構——中間體——酶技術——蛋白質/基因工程——投入植物的最佳原料——生產優化等。

3、新鮮農作物

此項作為中期發展機遇。

(l)現代化學

因為化學工業一般不認為農作物的利用能獲得較高的經濟價值，因此新鮮農作物并無吸引力。過去曾認為可以降低成本，但是實際上的技術限制否定了其經濟性。

(2)改進化學

從投入產出看，存在類似問題，如果改進的化學工藝需要專門的農作物，-新鮮農作物可能會有優勢。另一優勢是在物流方面。按照改進工藝實施和運作規模，所需原料只能就近供應新鮮農作物。因此改進工藝應當與供應系統平行進行才能互相支持共同發展。植物作為原料補充資源時，困難在于許多烴類加工裝置不位于農作物和森林種植地區，而植物基原料運輸費用很高。

(3)生物加工工藝

與改性化學類似,區別在于如何將原料加工成中間體和最終產品。在技術上要考慮農作物品種的適用性，一種生物工藝可以對多種品種進行加工。優化工藝是影響運作經濟很重要的因素。

4、改性基因類植物

這是中長期發展機遇，其可提供的成效目前尚難以想像，今后是否出現碳水化合物經濟，或是其他經濟，這要看建立在生物工程基礎上的新工業平臺所能發揮的作用。

(1)現代化學

基因改性植物基原料可能成為現有的烴類加工系統原料。但是，改性植物分子在烴類系統中降解所花代價太高。因此投入技術要能跨越加工技術，或者是較復雜的分子能直接得到并進入制造鏈，再有是新工藝路線能高效地應用此改性原料。當然這些變革都要從經濟和環境兩方面來評價其效益。

(2)改性化學

對優化植物/農作物基原料投入和加工有好處，應當進行此方面研究。至于何時見效則要根據基因技術進展及其達到工業化時間來確定。

(3)生物加工工藝

微生物或酶進行基因改變達到強化工藝過程目的。生物工程具有長期潛力，在原料投入和生物技術本身之間創優，有時所需要的可作基礎原料的分子可以部分在植物原料內進行合成，用生物轉化或高度專門化的生物/化學工藝進行分離。為了繼續應用化石燃料生產專門產品，需要進行研究開發，使有限資源能取得最大的價值。

(4)新分子

過去20年中，塑料已成為最大的工業部門，在日常生活中代替了玻璃、陶瓷、木材和金屬。市場將會根據消費者的意愿和需求發生變化。材料科學將繼續發展，市場銷售者將繼續設計新的消費品，塑料的未來變化難以預料。能作為新工業發展平臺基礎的新分子將會很多，物理與化學科學與生物工程材料結合將產生新的領域。植物基可再生資源將是未來的主要資源。新陳代謝工程是將豐富資源制造成所需基礎原料的渠道，支持社會基礎設施。開發和拓寬其可能性，需要先進的技術，這將是未來新領域。

生物技術的潛在影響及實施“設想”的工作途徑

生物技術的潛在影響

對一個新的技術領域進行評價，可以從如下幾個方面來分析：近來變化的速度和引入的速度、量度及其帶來利益的水平及公共公司投資、評價專利活動和有關協會的活動、觀察開發進程、審視所取得的成功進展。

90年代初期，許多人對生物技術將對農作物帶來很大變化是持懷疑態度的。到1996年，轉基因作物在產業化方面取得成功，明確地澄清了這個問題。這些早期的成效是關于新的作物保護途徑，對保護植物生產免受病蟲害起了重要作用，對進一步了解和掌握如何改進植物組分也很重要。

由于管理方面的需要，轉基因大田試驗記錄由美國動物和植物健康監測服務中心保存。從記錄中可以看到一些行之有效的轉基因改變植物組分的工作正在進行之中，試驗范圍也在不斷擴大，一些主要的公司如杜邦、孟山都和pioneerhi-bred等都在進行。

為了改變植物組分以提高營養價值，改善加工性能，或是為了某些工業和制藥的應用，一些轉基因改性品種已經進行了評價，包括碳水化合物的變革、油和脂肪酸改性、提高氨基酸水平、蛋白質形態操作(typemonipulation)、纖維特性改性、產生抗體、工業酶生產、二級化合物操作(甾醇，earotenoids等)、新型聚合物生產。

轉基因技術發展非常迅速，為植物基材料擴大應用開辟了新的途徑，使其可以為工業生產提供分子基礎原料和更為復雜的分子原料。用植物基原料主產聚合物，制造塑料就是一個成功事例。從a1-coligenenentrophus細菌的3種基因已經能轉入植物的1ipid合成中，可以得到polyhydroxybutyrate(聚羥基丁酸酯)，濃度可達14%。這種生物可降解的熱塑性塑料正在進一步開發，使之可以從黃豆、棉花和油菜籽制備。

在過去50年內，通常用的植物培植產率已經提高了3倍，根據農作物滿足食物、飼料和纖維不同用途，選擇不同的方法得到具有不同特性的產物。高級植物種植要用基因圖譜和轉基因技術，進一步提高食物和飼料生產需要供應的植物基原料。

生物技術對植物基原料已經產生革命性的影響。但是，用生物技術來改變植物，使之適合烴類經濟需要，并不是一條最佳途徑。這就需要進一步弄清什么是工業鏈需要的因素，而這些因素又是能在未來轉基因植物基可再生資源中具有最大的優勢。

實施“設想”的工作途徑

要成功實施美國可再生資源開發利用的戰略設想(以下簡稱“設想”)中所提出的大綱，需要將研究、開發、工業過程工程以及對未來的市場了解等項工作有效地集成起來。適應“設想”的多學科計劃以及各個項目的協作都要求有一共同的目標，向前沿技術邁進。應用改進的化學工藝加工現有的農作物，包括集成運用生物工藝，可以納入短期計劃之內，從當前到今后10年可以著手實施。這是研究中的一個熱點。另一個熱點是觀念上的飛躍，超越當前的烴類化學，結合基因改性植物，運用新的工藝，這可以納人中長期計劃中，在10到20年甚至更長時期內實施并產生影響。上述兩個熱點都是當前在研究中進行投資，在不同期限內可以取得回報。

如果在這些領域內取得成功，在工業應用上就可以有了一個可行的堅實科學基礎。新鮮作物應用開發將被看作是一個降低這些系統成本的一種機制，或是改善供應狀況(數量和質量)，滿足工業發展需要。

當審視植物基可再生資源的前景時，可以看到供應鏈本身包含著許多重大課題。不同物種發展有各自的地理優勢，可以形成專門原料的加工中心，包括進入國內和國外兩個市場。對轉基因作物的鑒別保護機制仍在變化，植物基可再生資源上的這些系統都需要進一步研究。

本“設想”并非要給各種問題以答案，而是指出未來潛在的可能，在各方面采取一定的步驟就可以使其實現。下一階段就要進行各方的協調工作，使多方面的投資者能有一個投入的基礎，針對“設想”提出的目標進行開發工作。該規劃要訂出各項目計劃，通過研究和開發來支持“設想”中提出的方向性指標。各計劃項目要符合下列一個或幾個方面的要求。

優化生物質和農作物基原料生產，達到計劃應用要求狀況。

為植物基原料的供應鏈提出裝置、地點、貯運和分銷措施，包括加強農村經濟的機制。

加速發展基于改性化學和生物工藝的新工藝，同時考慮利用植物/農作物基可再生資源原料。

對多類投資者支持的項目，對上述三個方面中一個或一個以上將產生影響的項目，或是多學科項目等將給以優先和優惠待遇。投資項目選擇標準應考慮時間要求和潛在影響的大小來確定。

植物/農作物基可再生資源對工業基礎原產的需求增長是一個戰略性措施，也是使美國在21世紀繼續保持領先地位的戰略性選擇。開發基礎資源具有經濟、環境和社會方面的好處。機遇是明確的，考慮未來的設想是需要的，要聯合投資者對新途徑進行投資，才能創造一個安全的未來。

“設想”文本中不止一處引用達爾文的名言“能夠幸存下來的物種，不是最強的，也不是最聰明的，而是能適應變化的”。

2020年可再生資源應用將增加五倍

《植物/農作物基可再生資源2020年設想實施的技術指南》(以下簡稱“技術指南”)，是《植物/農作物基可再生資源2020年設想》(以下簡稱“設想”)的補充，提出的目的是：支持“設想”方向，確定發展中的主要障礙和問題，確定優先的研究領域。

要達到上述目的需要進行協調觀念開發，收集專家證明，組織多學科研討會、聽證會，優勢排隊試驗和團隊行動計劃等多項工作。在“技術指南”編制過程中吸收了各方面人士的意見，參加研討的共有66名有關部門不同行業的專家。專家們就全球性問題提出“設想”，針對“設想”結合現實狀況提出存在的主要障礙與問題，再確定研究與開發領域，從而找出優先研究開發的課題。這些課題所屬領域都是能為利用可再生資源實現可持續發展起最大杠桿作用的研究領域。通過參加“技術指南”研究和編制的專家的專業情況反映出在化工制造中應用生物基原料需要涉及多門學科。但是有3個產業是中心，即化學、生物和農業，每個產業都涉及幾門不同的學科，如農業，林業和石油化學。

1、農業和林業

農業：是一個廣泛的概念，包括谷物生產、林地和牧場等。這些土地上生產的農產品和林產品一起構成生物基材料，它們通過太陽能，大氣中的co2和土壤中養分進行原始生產而成為可再生資源。美國擁有大量優良土地，豐富的自然水資源和先進的技術基礎，通過資源保護和利用，每年可產生可再生資源的巨大財富。林業：在美國有超過6.5億英畝（1英畝=4046.24平方米）的森林，從業人口140萬，每年生產價值2000億美元產品。過去10年內，紙張部門的增長比木材業快。木材和紙產品回收循環利用率高，每年有約4000萬t紙再生利用。美國的林業已經制定出2020年發展設想以及相應的研究計劃。該設想呼吁進行研究，用先進的生物和遙感技術以及樹木生理學和土壤科學等理論。

農業和林業通過應用基因學技術和轉基因植物等新手段將會出現大的躍進。在不久的將來，可生產出大數量和高質量的作物。除了飼料和食品，還可以為工業部門提供原材料。而且還可以引入某些酶標記基因，可能會在植物體內制造完全新型的聚合物，并可大量生產，成為經濟的消費用品。

美國將技術進展應用于植物和農作物的調整，使其在農業、林業和制造業中保持可持續發展的領先地位起著主要作用。國家的未來明顯地要依靠近期開發可再生資源基礎的研究來支持。

2、石油化工業

化學、工程學、物理學和地理學等幾門學科在石油化學工業中的應用，對人們生活產生的影響是50年前難以想像的。石油化學工業成功地創造了眾多產品，從高性能的噴氣發動機燃料到基礎化學品以及許多聚合物，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯和聚碳酸酯等。

石油化學工業：是資本密集型工業，已經建立了可觀的基礎設施來處理和加工化石燃料。美國每天要用1390萬桶烴類原料，多數是作為燃料型產品，用于化工及其他工業基礎原料生產，每天約為260萬桶油短類原料。

近年來，工業化學品和塑料生產都有巨大的增長。塑料工業從業人員120萬人，有20000套生產加工裝置，過去在研究開發上花費以10億美元數計的投資，才獲得了今日成就。如果塑料制品的原料沒有可再生資源，遲早有一天會變得十分昂貴。一方面，是否還有上萬億桶的石油開采量，原油價格能否在每桶10美元以內。世界原油生產已經變化迅速，而且有許多不定因素。另一方面，化石燃料資源是有限的，這是無可爭議的事實。重要的是考慮當供應呈峰值時未來價格的敏感度，而不是去爭論何時是油將用盡的理論時間。最近由于幾處新資源的發現及應用，在20年內原油產量可能會有所增加。但是，必須注意美國一直是原油進口國，50%原油靠進口。如果原油進口一旦停止，北美可采用的化石燃料資源儲量按目前消費水平只能維持約14年。如果保持目前進口水平而不增加，也只能使用28年。當然，將會有新的改進的抽提技術，例如水平鉆探和核磁共振鉆孔等，但是要在近年取得成效，希望是不大的。

用可再生資源補充石油化學品，要從現在開始，由少量到大量逐步進行，有關研究工作要立即開始。不考慮化石原料供應衰退時間表的爭論，由于人口增長以及一些新興國家人們生活水平提高，需求將繼續增長。在可再生資源取代化石燃料之前，它將作為一種補充資源。因此，無論如何在美國開發可再生資源作為工業原料都是十分重要的。

“設想”中提出的指標是“2020年基礎化學品至少有10%來自植物衍生可再生資源，隨著發展觀念到位，2050年要提高到50%”。要注意無論是美國還是全世界總消費量的增加是很快的，因為即使2020年的10%目標是按當時的生產總量計算，也比當前消費水平要提高4—5倍，絕對的增加更大。如果2020年消費水平本身提高1倍，可再生資源的絕對指標也要翻番。

換言之，不能期望可再生資源在不變的需求環境下能完全取代烴類資源，而只有當消費產品需求增加，可再生資源可以能滿足此增加需求中的一部分。在2040年時間框架中，指標可以是：可再生資源應用使化石燃料能穩定地維持現在的消費水平。按此指標可以形成以下的觀念：

由于不是一個競爭替代戰略，可再生資源并不與非再生資源直接競爭。

需要用可再生資源和非再生資源兩種資源來滿足未來20年的需要。30年以后，可能要更多依靠可再生資源，因為那時的化石燃料將會很貴而且有限。滿足近期指標的支持和研究完全與長期目標保持一致，這些方向性指標，非常清楚地表明面臨的挑戰是巨大的，需要從現在就采取行動，應當開始建立通向擴大利用可再生資源的道路。除了建立可操作的可再生資源基礎指標外，其他一些相關的指標也是很重要的，包括：

建立系統，通過加強經濟可靠性的基礎設施支持，將供應、制造和分銷等活動集成起來。

通過功能基因學來提高對植物新陳代謝的理解，優化對專門的增值加工工藝的設計和應用，除應用現有的組分外，要開拓新型聚合物生產和應用。要保證開發的新工藝過程的效率高于95%，同時應用伴生工藝，應用所有副產物，消除廢料，保證新的平臺能在特殊的環境條件下堅持目標方向對確定目標與研究指標要反復交叉檢驗，使其能堅持可再生燃料/能源需要的目標。

在生產和分銷中要開發保持穩定供應的途徑，在年生產一定范圍基礎上控制一些因素，如價格、數量、性能、地區分布、質量等。同時要制定提出這些因素的標準。

建立進一步合作伙伴關系，改進綜合集成，通過加強農村發展來支持取得成功。

“設想”的目標要實現，主要要使本“技術指南”中所列出的目的大綱都能達到?；蚋男灾参锷a專門的代謝產品和開發補充性的化學改性產品取得成效就可以達到2020年可再生資源應用增加5倍的目標。這些進展也將為2020年以后的進一步發展奠定基礎。

可再生資源應用技術和市場的障礙及問題

將可再生資源制成消費產品的整個系統中有許多障礙和問題，其中關鍵和問題是：

植物科學方面：基因學、酶、新陳代謝和組分。

生產方面：單位成本、收率、持續性、基礎設計、植物設計。

加工方面：經濟學、分離、轉化、生物催化、基礎設施。

應用方面(由技術和材料驅動的問題)：經濟學、功能性、性能、新用途。

應用方面(由市場和需求驅動的問題)：價格性能比、性能、知覺、市場開發。

現將上述關鍵和問題擇要分別介紹于下。

一、關于應用方面（材料驅動問題）

1、經濟學

單位成本是當前植物衍生材料使用的主要障礙，也是經常引起爭論的一個問題，問題的核心是競爭性成本狀態。在多數情況下，應用植物基原料的成本都比較高，難以與以烴類原料為基礎的加工工藝競爭。但是，成本競爭情況有幾個非常復雜的因素互相影響，諸如產品價值、材料成本、產量、需要加工程度以及所用基礎原料的性能等。因此如果未來的戰略只考慮降低本是不會成功的。最重要的經濟推動因素不是成本本身，而是制得的產品和制造費用的差價(即增值)。

產品價格是諸多因素的函數，諸如產品利用、性能、消費者喜好和需求等，而制造成本則受原材料價格、供應的持續性、加工、廢料處理費用和投資等諸因素影響，要符合當前的具有競爭性的通用化學品工業的低成本需要。但是，從長遠考慮，只進行成本比較是有問題的，因為未來的化石燃料的成本是難以預測的。

在當前情況下，用烴類原料生產消費型產品的加工效率是很高的。但這并非是化石原料本身具備的特點。因為石油化工已經研究了100年，有了3代科學家，政府投入了大量資源才使之達到今日的水平。與之相比，植物基材料應用尚處于較低的水平，開拓植物基原料應用來適應已臻成熟的烴類加工需要并不是一條唯一的道路，目前應用數量還是很少的。另一條路線是通過弄清植物衍生材料性能進行技術開發，用基因改性植物，使之能提供含有需要功能的組分。

2、功能性

改變植物中的不同組分含量的目的是提高其功能性。在石油化工中先進行原料裂解降級成為簡單的分子，隨后用它們再行合成為較復雜的分子和聚合物。植物中已經含有不同形態的聚合物，可以在許多產品中應用。但是，在現在加工系統中尚無大量應用。用量有限的原因有幾個方面，其中主要的是由于缺乏對其功能性的理解，而只注意其成本。最近，已經由植物衍生的蛋白質聚合物研制出塑料薄膜的試驗產品，顯示出其應用的潛力。而且，植物擁有立體化學結構，可以得到一些有價值的手性分子，如糖類、維生素、氨基酸等。從總體看，目前對植物基礎原料的反應性和功能性尚不夠了解，因此限制了新應用思路的產生。

二、關于應用方面（需求驅動問題）

1、市場開發的費用

植物衍生材料應用的一個關鍵是市場開發費用高。正如許多新產品市場一樣，新產品的研究往往是由小公司開始的，它們投資不足，缺乏繼續發展的資源，常常只停留在試驗階段。工業化的成功率低，由于沒有一定的供應量而常使產品衰落。因此，需要大力改進產品開發和支持機制，而且要進行與產品相關的市場開發，這是擴大利用可再生資源的主要工作。目前市場上應用的標準都是基于石化產品，沒有適應生物基產品的標準，這也是要成功地與石化產品競爭的另一障礙。

2、認識問題

植物衍生材料常給人以較低級的印象，這可能是由于當前處于“石化時代”之故。對某些制造廠商來說，它的性能較差，主要是因為未得優化。雖然公眾環境意識增強，但是對植物基產品需求尚不足以創造市場來拉動技術開發。因此，當前可再生資源的進展主要是基于技術推動的結果，只有增加市場拉動才能有力吸引公司更多投資。沒有要變革的沖擊，就不會有更多的變革。因此，如果沒有各種經濟傾斜途徑，現狀是難以改變的。

三、加工問題

1、基礎設施中分銷問題

多年來石油化學工業已經建立了加工和分銷烴類基礎產品的有效基礎設施。由于依賴進口原油，美國的多數基礎設施是建設在海岸線上。因此，許多現有的加工裝置并不適合大量植物基材料的收集。植物原料都是在木材加工廠、榨油廠和玉米濕法加工廠進行加工，它們最好接近于供應地。要應用大量植物原料就需要進一步將供應和加工制造集成起來。應當開拓確立農村發展優勢和重點的戰略和措施，更好地鼓勵多用可再生資源。

2、分離技術

應用植物于工業用途的一個關鍵是缺少植物組分的分離技術。樹木具有非常復雜的成分如木質纖維素。此成分強度高，但要將它分離為有用的分子組分則很困難。多數農作物收獲品是種子，它們含有碳水化合物、蛋白質、油分和數萬種其他組分。通常對許多谷物發芽和生長都能進行良好的安排，而對其作為原料進行分別管理則很困難。一些除去原始粗組分的工藝，如榨油和提取糖分等已經開發，但如何將專門形態的蛋白質和純的含碳組分分離則仍是困難。在植物基原料加工中常遇到非常稀的水溶液物料，處理費用很高而且技術困難，這是應當要解決的問題。將反應與分離集成起來的加工系統(如催化蒸餾)可能是一個解決問題的方向。但是此類系統目前應用有限。而且還未被開發作為植物基原料方面的應用。通過引入某些基因而使植物增加新的組分，就更需要應用先進的分離技術來回收有意義的新組分。例如生物聚合物開發中目前就因缺少高效純凈的經濟上可行的分餾工藝技術而受到限制。植物的組分如不能有效地分離出來，就不可能控制最終產品的特性和質量。

3、轉換技術

要利用植物中各種組分的另一問題是將這些非均相的混雜原料轉換成較為簡單的分子，這才可以進行進一步反應。在植物基原料中，加工工藝需要有高性能的多功能生物催化劑或是非均相催化劑，這些催化劑具有多種功能并可以進行回收。

知識不足是另一關鍵，目前人們尚缺乏關于植物組分的自然差別和來自不同作物的同樣組分的特性等方面知識。這些知識的缺乏和不足就構成難以鑒別植物的差異性，缺少鑒別的手段，因此也就難以考慮作為原料的應用。發酵是用來將某些農作物轉化為各種產品的工藝，轉化是非均相的。所用的轉化方式，副產利用和分離等方面仍有許多有待改進之處。一般地說，植物系統的復雜化學問題使新型或改進植物基加工工藝的設計較為困難。烴類化學制造中有豐富的氧化化學知識，還原化學方面較少，這些都是植物系統加工所需要的。目前特別缺少關于還原生物催化劑共生因子系統方面的實踐知識。

植物原料加工工藝開發的另一個大的障礙是當前缺乏有關的教育培訓。目前化學工程課程中只有少數涉及生物化學課題，多數畢業生成為化學工程師只擁有非常基礎的生物工藝知識和有限的重要生物分離的知識。多年來，工藝化學家和工程師的培訓重點都是烴類化學，考慮植物基可再生資源加工需要很少。

四、生產方面

1、收率、持續性和基礎設施

因為目前尚未利用大量植物基原料，除木材和造紙外，只是關注未來的供應分銷而不是現實存在的問題。但是，這些對實現可再生資源的目標都是十分重要的。在供應的持續性方面，數量和質量都是未知數。如果植物基原料能加工成簡單的碳分子，其持續性問題就不成關鍵。但是如果要設計應用其中某種特殊組分(如聚合物)，或是要直接抽取其中某種專門組分，原料的質量和數量的穩定性就非常重要。

在一些情況下，供應持續性中的不確定因素實際上就是風險管理的內容。未來的石油化工供應問題和可再生資源供應問題都有風險。對石油化工來說，未來的供應不桷定因素可能因世界上一些區域的政治變化而增加。而對植物基原料來說，氣候可能成為不確定的地區因素。如果某些專門植物不能大量生產可能導致貿易上的不確定因素，這些問題不需要采取斷然措施，但是需要重視通過改變基礎設施來保證經濟可靠性。另一個沖擊供應持續性的不確定因素是未來的農作物用途是作為食物還是作為工業原料。一方面是根據供應短缺理論，認為農業難以供應飛躍增長的人口和消費品增長所需的原料。實際上，從需求角度看，食物和原料都在增長，即使不考慮可再生資源進行工業利用，食物本身也存在問題。解決食物問題的方案也可能就是解決工業原料問題的方案。因此，在供應方面必須應用新技術，如生物技術，這樣才能保持產率不斷提高，使農業能達到一個新的水平。

2、植物設計、植物科學、基因學

轉基因技術已經顯示出令人鼓舞的前景，要進一步充分利用尚有大量工作有待進行。存在的一個主要障礙是對植物本身內在新陳代謝過程還不夠了解，不能按特殊聚合物和其他材料的需要進行設計。因此，對植物新陳代謝和碳流的知識匱乏是其發展中的限制因素。

近年來功能基因學的進展有望促進對材料合成設計的理解。但是這門科學目前剛開始，與類似的醫學領域相比所取得的支持還是很有限的。基因轉變中的另一成就是讓更多的專用基因嵌入和對質體以及細胞核的常規轉變。在植物變化、基因學和生物信息等方面有著廣泛的研究項目，但是將這些出現的新技術應用于可再生資源的專門研究則很少。

要使科學知識不斷深化，在一定程度上取決于消除這些主要障礙，有些已被稱為多學科的研究。但是，需要努力加強和協調才能促進現有的障礙及時地被克服。換言之，基因管理的研究必須緊密地與植物內含聚合物的功能性以及分離工程等研究相結合。

研究和開發的課題

《美國植物/農作物基可再生資源2020年設想的技術指南》(以下簡稱“技術指南“)列出為解決植物/農作物基可再生資源利用中的主要障礙應當進行研究開發的課題?！凹夹g指南”按4個主要方面的障礙依重要性大小列出研究開發課題，每個研究課題的影響都有其時間范圍，其中近期表示0—3年、中期表示2010年、長期表示2020年，近期目標的達到可用以衡量面向2020年可再生資源開發利用設想的前進步伐。

一、植物科學研究方面

1、近期影響課題(按重要性依次減小順序排列,，下同)

(1)應用功能基因學了解植物新陳代謝和組成，至少要與1種主要農作物基因計劃結合；

(2)開發能實時進行植物組分的定量分析工具；

(3)改進轉基因方法，特別是對麥桿基因的專門嵌入，要在1998年基礎上提高效益10倍；

(4)開發1—2種主要農作物的基因標記系列，使之有助于擺在有用的可再生組件含量；

(5)將80%現有的germplasmbase進行編目，有效利用各類淀粉、蛋白質和油分；

(6)找尋發展中的生物信息學利用途徑，推動可再生資源的研究和開發，

(7)弄清nuclear-plastid相互作用。

2、中期影響課題

(1)在新陳代謝過程和碳流中至少弄清50個限制速率的關鍵步驟；

(2)利用功能基因學弄清分子、細胞和整個植物的控制管理；

(3)為主要植物用于可再生資源的組分制定標準；

(4)在2種植物中，建立碳庫并為細胞分割確定控制點；

(5)在plastid轉變中高效率(大于90%)方法的建立；

(6)創建示范工廠，使主要組分利用率大于60%(如油料、淀粉)或是專門碳鍵(如c5)大于3o%；

(7)利用基因開關的方法；

(8)建立為植物可再生資源利用的生物信息學基礎。

3、長期影響課題

(1)重新設計新陳代謝過程，提供有用的碳結構骨架；

(2)應用有針對性進化技術建立100個未來原料的品種庫；

(3)設計新型分子或改性現有化合物，使之適應于功能需要；

(4)為提供工業用原料，創制2種新植物種類；

(5)利用簡單的細胞組織進行成本和能源效率評價；

(6)利用計算機技術設計植物組分。

二、生產研究方面

1、近期影響課題

(1)提高畝產量10%~15%以降低原材料單位成本；

(2)改善農業管理，提高肥料利用效率和蟲害防治，

(3)確定至少10種影響原料組分和質量的因素；

(4)對至少10種具有潛力的系統和植物類型的畝產效率進行定標趕超（如主要農作物、林業和多年生種類等）；

(5)調節氣候條件對生產的影響；

(6)每年對2種農作物的潛力進行評價或用其他方法評價畝產量；

(7)提高當前農業加工中廢料利用率5倍；

(8)在單位投入基礎上提高貧瘠土地產量2倍。

2、中期影響課題

(1)提高產量，使單位投入的碳產出為1998年基礎上的2倍；

(2)為長期可持續發展，開發盡量減小土地、大氣和水利用影響的系統方法；

(3)對收獲產物和主要植物成分建立標準；

(4)專門設計收獲裝備，盡量增大碳的收獲；

(5)開發新的利用方法，使現在遺留在土地上的農作物45%能得到利用，

(6)培育適應專門土地和土壤的農作物；

(7)建立農業信息學基礎，重點是不同來源的可再生資源植物類型、生產價值、質量和單位成本。

3、長期影響課題

(l)在化石燃料排出廢氣中co2的固定；

(2)從現在植物/農作物生產中消除碳的廢料；

(3)設計新的農作物/植物生長系統，優化原料回收率(大于95%可利用)；

(4)對主要能源獲取和固定，提高化合效率；

(5)對收獲前期工作和部分就地加工的裝置進行設計；

(6)對連續生產系統進行設計和評價。

三、加工研究方面

1、近期影響課題

(1)改進分離技術，處理大于95%的非均—植物材料；

(2)改進單體基礎原料變換的生物催化劑；

(3)開發3種具有高選擇性的快速反應強力催化劑；

(4)為將植物聚合物轉換為有用的單體，找出新型和性能優良的酶(具有10倍活性)并進行評價；

(5)將微生物進行工程化，改善非均—植物的發酵；

(6)提高廢物利用率2倍；

(7)開發高效的除水技術并對改進的非水溶劑反應系統進行評價；

(8)在植物材料中利用天然立體化學方法的評價。

2、中期影響課題

(1)應用5種以上高級分離系統(如自行清凈膜、離子交換、精餾等)；

(2)為經濟捕集植物單體和聚合物開發改進的分離——純化技術；

(3)為2種以上植物類型建立經濟共生系統；

(4)通過分子進化技術設計并創制50種新型酶；

(5)開發100種以上具有性能成本特性的新型酶庫；

(6)研究反應性分級系統；

(7)對微生物、酶和化學品庫的性能建立信息學基礎，用于特殊的轉化。

3、長期影響課題

(1)實現原料加工中無廢料的多種產出的連續工藝；

(2)為改性植物和組分設計新設備；

(3)為3種以上新產品(如將工程化酶轉入植物并在收獲中得到活化)設計新機制；

(4)固態酶轉化；

(5)設計14種化學與生物結合型反應器；

(6)評價植物組分在分離前相內的作用。

四、應用和基礎設施研究方面

1、近期影響課題

(3)探求3種在現有加工裝置(如玉米濕法加工廠、紙漿廠)上擴大應用植物原料的機遇；

(4)分析測量系統，對90%以上的主要植物組分進行定量；

(5)實時評價單位性能成本和增值成本的方法；

(6)評價運輸系統及成本；

(7)計算出100%年加工貯存量和投人產出的需求量；

(8)創建基礎設施，擴大利用農業廢料。

2、中期影響課匾

(1)深入掌握植物中10種以上組分和碳鍵新陳代謝體的結構與功能關系知識；

(2)開發對高質量原材料的100%鑒別保護系統；

(3)為價值驅動的生產和定貨實現營銷系統；

(4)對在同一地點的多目的利用區的協同作用進行評價；

(5)對原材料組分和加工過程中的中間產物實現實時定量分析手段(小于3分鐘/試樣)；

(6)開發生產預測手段，準確性大于95%；

(7)在一組植物原料性能基礎上建立信息學基礎，如單位成本、性能、功能性、最佳來源、應用范圍等。

3、長期影響課題

(1)所需功能進行分子結構設計制備植物化合物至少10種；

(2)在植物生產區內開發至少5個制造利用中心；

(3)開發3種以上有新功能的新材料；

(4)提出擴大利用可再生資源所需的教育培訓需求；

(5)在植物組分功能間協同作用的利用；

(6)設計最終產品的貯存和運輸，使之到達銷售中心和出口；

(7)為供需關系的控制創建減輕超過90%風險的戰略。

當前，美國有一些項目已在進行，可視為工業原料中應用可再生資源的先驅，也可視為本“技術指南”中研究項目的示范事例。其一是在轉基因植物開發中的聚羥基丁酸酯(pib)。phb可在植物中生成，作為制造生物降解塑料的原料，用適當的細菌基因進行轉化并弄清植物內在的新陳代謝路徑，從而構成制備方法?，F在正在進行分離、生產標準等項工作。

其二是用玉米淀粉作原料，通過酶反應制備聚乳酸(pla)。cargi11-dow合資企業已在充分研究的基礎上進一步投資數百萬美元建立制造裝置進行工業開發。pla是一種生物裂解聚合物，原料是由玉米濕法加工工藝制備的葡萄糖，其中發酵過程和酶的活性是重要因素。最終的pla樹脂可視用戶制膜、纖維、碳制品和涂層的需要分別制出不同規格品種。pla具有聚苯乙烯、聚烯烴和纖維素的功能性。

協同與合作是取得成功的途徑

未來利用可再生資源需要采取一條多學科和跨行業途徑。在許多領域內的研究成就都提供了發展機遇，如生物聚合物、立體結構型分子、新型酶、新材料和轉基因設計等。但是每個方面內的任何進展如果只當作孤立的技術領域是遠遠不夠的，需要更有力的相關研究計劃，采取平行的和協調的方式進行工作，才能取得成果。

要取得有效益的進展必須采取多學科的途徑，這是非常清楚的。但是，任何一個組織都難以具備有如此深度和廣度的技術能力。因此，對研究提供的支持應當是多方面的，而且要在跨行業的系統中進行。

“植物/農作物基可再生資源2020年設想”(以下簡稱“設想”)中提出的要求需將重點瞄準有限的熱點目標同步取得進展。對于研究工作則需要有準確的時間表和系統中各方面的廣泛交流，所有這些都要走相互協同的道路。例如，一位科學家可能發現一種新型聚合物，具有可以作為高級生物降解塑料的功能，但是，此研究成果的價值受到以下一些因素的限制：發現適當的基因、新陳代謝過程可靠性、:最佳作物類型是否能有足夠的產率和可承受的成本、各種聚合物組分分離可能和利用此材料制造新產品的方法等。所有這些因素都需通過研究和開發才能取得相應的進展。進行這些研究開發要采取最佳途徑保證研究成果關鍵的目標互相協調、平行地進行，此途徑要鼓勵私營部門的參與。

當前，植物和農作物作為生物質和原料已被應用，諸如淀粉、蛋白質、脂肪酸和異戊二烯化合物。林業主要是為紙漿和造紙提供原料。黃豆則是用于油墨和涂料。玉米通過濕法加工發酵工藝已經進入幾個工業部門，但是各種用量都很少。由于基因工程可以通過新陳代謝操作使植物或農作物生成有功能需要的材料，從而顯示出新的發展機遇。

“技術指南”已經突出了未來取得進展的途徑，而且確定了系統的各個組成部分的目標。成功地達到這些目標就可實現“設想”中確定的到2020年可再生資源利用增加5倍的目的，同時也為2020年以后進一步發展奠定了基礎。按“技術指南”目標提出課題是人們用所有的天然資源滿足不斷增長的消費品和能源的需要。當前進行研究將為今后的產品選擇提供機會。可再生資源需要將注意焦點放在以下幾個方面：發展方向、最佳科學思維的應用、最先進技術的應用和最高級智能水平的繼續研究等。本“技術指南”已經提出了需求和研究開發課題，其目的就是為美國開拓實施一條成功的可再生資源戰略。而且也選出了需要優先支持的領域，它們都是從幾個已經確定的科學研究和工業開發需求中選擇出來的，而且考慮了在高級可再生資源的關鍵部門有最大的投資回報。

未來世界許多方面都會延續但將發生變化。幸運的是我們已看見其需求并具有科學智慧適應變化的發展。美國要保持領先地位就要繼續采取迅速的行動來滿足擴大利用可持續發展的可再生資源的需求。不斷的科學突破和技術進步(正如“技術指南”文件中所列出的項目和課題)才能滿足資源利用的挑戰。這些挑戰正在我們面前，我們面臨的挑戰是為滿足人們對產品不斷增長的需求。

“技術指南”中從兩個方面表明多學科和跨部門的研究開發對實現“設想”的重要性：

一是植物的投人，同時要考慮廢料和副產物利用、改性基因學的應用。

篇4

1、分析PLC的結構、工作模式、運行原理和工作特點

所謂PLC就是可編程控制器，其作為計算中家族的重要一部分，在工業控制過程中得到了廣泛的應用，其主要職能就是替代傳統的繼電器，達到邏輯控制的目的，并隨著時代的發展，這一裝置職能的邏輯控制范圍也在不斷的加大。

1.1分析PLC的結構

就其結構來看，雖然十分復雜，但其組成原理大致相同，大都采用微處理器作為重要的結構，而且其各項功能的實現，需要來自硬件和軟件方面的支持，因而PLC就是現代新型的工業控制型計算機，其常見的硬件結構主要由CPU、I/O模塊以及編程器和電源組成，而軟件則是對多重程序的集合而形成的軟件系統，一般分為系統方面和用戶方面兩種程序。

1.2分析PLC的工作模式

就其工作模式來看，主要分為運行和停止兩種模式，在運行模式下，主要分為五個階段，一是內部處理；二是通信操作；三是輸入處理；四是執行程序；五是輸出處理。在停止模式下，主要開展通信服務和內部處理工作。

1.3分析PLC的運行原理

就其工作過程來看，當處于內部處理階段時，主要就是對CPU模塊的各種硬件是否處于正常的工作狀態進行檢查，并對監視定時器進行復位，且與此同時完善相關內部工作。而在通信操作階段，主要是同智能模塊進行通信，并對編程器輸入的指令進行積極響應，再對編程器顯示的內容進行更新，而若其處于停運狀態，往往就只對內容進行簡單的處理并開展常規性的通信操作。當處于輸入階段時，主要是按照順序對輸入端子所處的狀態進行讀取，并將讀取到的信息存在輸入寄存器之中，同時也對輸入映像寄存器進行了刷新。當處于程序執行階段時，一般應堅持從上到下和從左到右的順序進行，當掃描梯形圖程序時，應采取逐句的方式進行掃描，再結合采集到輸入映像寄存器的結果開展邏輯運算工作，再將運行結果存入相應的映像寄存器之中，而一旦遇到程序跳轉指令時，就應結合跳轉的條件能否達到標準而對程序跳轉的地址進行確定。而在輸出處理階段，則主要是程序執行結束后，把輸出映象寄存器內各點所處的姿態轉存至輸出的鎖存器之中，并利用輸出端的驅動外部進行負載。如此往返，成為PLC的循環掃描的工作模式。

1.4分析PLC的工作特點

就其工作特點來看，主要采取集中采取和輸出的方式，并采取周期性的方式進行循環掃描，因而其掃描實際就是一個不斷循環的過程，每次掃描花費的時間為工作周期，但在實際運行中，經常會出現輸出之滯后的情況，即其外部輸入的信號出現變化后，其控制的信號輸出的時間有一定的變化和間隔，這段時間就是導致輸出滯后的原因，通常在50到90毫秒之間，加上其屬于串行工作，因而其運行的結構和梯形圖程序排列的順序相關，因此其余傳統的繼電控制器存在本質上的區別，能有效預防出點臨界的競爭，進而減少聯鎖電路的使用[1]。

2、概述電梯的種類、結構

通過上述分析，我們對PLC的結構、工作模式、運行原理和工作特點有了一個基本的認識，因而為了更好地把PLC應用到電梯設計之中，就必須對電梯方面的知識有一個基本的認識。以下筆者分別從電梯的種類、結構等方面進行分析。

2.1淺談電梯種類

就電梯的種類來看，主要分為乘客、載貨、病床、雜物、觀光、汽車、船舶、建筑施工等類型的電梯，以及一些特殊電梯，例如冷庫、消防、礦井、防爆、電站等類型的電梯，此外，還可以將電梯分為交流式、直流式、液壓式、齒輪式、齒條式、螺桿式等類型的電梯。由此可見，電梯的種類十分多，在設計過程中應用PLC時，應結合實際需要進行針對性的應用。

2.2分析電梯結構

電梯作為機電一體化的產品，如果將整個電梯比喻成人，那么電梯的“大腦”就是整個控制系統，“軀體”就是整個電梯的機械部分，“神經”就是電梯的電氣部分。通過各部位的“精誠合作”，確保電梯處于安全高效的運行狀態[2]。

3、探究PLC在電梯方面的應用

通過上述分析，我們對PLC的結構、工作模式、運行原理和工作特點以及電梯的種類、結構有了一定的認識，那么我們應如何加強PLC的應用呢？筆者認為，為了確保應用成效的提升，必須應用PLC組成整個電梯控制系統的結構，并掌握PLC電梯控制系統運行的原理，通過PLC的應用滿足各項應用的目的，最終提高整個電梯運行的安全性。

3.1應用PLC組成整個電梯控制系統的結構

在電梯控制系統設計過程中，通過應用PLC技術，確保整個PLC電梯控制系統由拖動控制系統和信號控制系統構成，并在硬件設備的支撐下組成整個電梯控制系統，例如PLC主機、機械系統、轎廂操縱盤、門機、廳外呼梯盤、主拖動系統、層號指示燈、調速裝置等的協助下，組成整個PLC電梯控制系統，為PLC技術的應用水平的提升奠定堅實的基礎。

3.2分析PLC應用過程中整個PLC電梯控制系統的運行原理

在PLC電梯控制系統中，主要采取隨機邏輯控制，其處于運行狀態時，由于不同信號的輸入均屬于隨機性的出現，因而信號出現不具有確定性，從而更好地控制輸入接口輸入的光脈沖指令和內外指令等信號，并將其PLC主機之內，再利用軟件對輸入的各種信號進行邏輯運算并處理，最后利用輸出結構將指令發出，從而滿足整個電梯運行的需要。

3.3應用PLC技術于電梯控制系統中應達到的目的

在電梯控制系統中加強PLC技術的應用，應達到的目的主要體現在以下幾個方面：一是一臺相應功率的電動機控制轎廂的上升與下降，同時各層之間設有上、下呼叫開關；二是自動關門待客；三是待客自動開門；四是內指令記憶；五是呼梯記憶與順向截停；六是按鈕開門；七是自動定向；八是自動關門與提早關門；九是自動返基站，并停機待客[3]。

4、結語

綜上所述，對PLC在電梯方面的應用進行探討具有十分重要的意義。作為電梯控制系統的設計人員，應充分掌握PLC的結構、工作模式、運行原理和工作特點以及電梯的種類、結構由了一定的認識，并在應用過程中應用PLC組成整個電梯控制系統的結構，并掌握PLC應用過程中整個PLC電梯控制系統的運行原理，且達到應用PLC技術于電梯控制系統的目的，最大化的確保電梯運行的安全性。

參考文獻：

[1]林海波.PLC在電梯控制系統設計中的應用[J].長春工程學院學報（自然科學版），2003，02：61-64.

[2]賈啟展.PLC技術在電梯控制系統中的應用研究[J].金田，2013，02：359.

[3]李楨，于洋.淺談PLC在電梯方面的應用[J].黑龍江科技信息，2012，07：7.

梁曉，廣西壯族自治區特種設備監督檢驗院，檢驗師，工程師，主要從事機電類特種設備檢驗工作。

壓力管道安裝問題的處理措施

劉 俊 熊明明 姜吉武

浙江省特種設備檢驗研究院 310020

摘要：由于壓力管道輸送著具有高溫、高壓、易燃和易爆等特性的物體，其危險性非常大，如果在安裝中出現了問題，就會給人們的生命和財產帶來很大的威脅。因此，為了保障壓力管道安裝質量，確保人們的人身安全，就必須對其中存在的問題進行詳細的分析，然后采取切實可行的處理措施。

關鍵詞：壓力管道 安裝問題 處理措施

壓力管道是一種非常常見的特種設備，其安裝的好與壞直接影響到壓力管道的正常運行。因此，為了防止事故的發生，必須對施工過程中的人員進行管理，同時還要使安裝質量得到保障。

一、壓力管道安裝中存在的問題

（一）施工方案不符合實際

施工方案沒有按照實際來編寫，有的方案中缺少內容，并且不具備操作性，只是將以往的施工方案套用在里面，與實際產生很大的差距；有些施工單位缺少專業的質保人員；有些方案中所涉及到的焊接工藝不全面；無損檢測內容出現漏項等現象。

（二）質量意識薄弱

壓力管道所涉及的材料種類比較多，材料是由業主進行提供，施工方只提供一些輔的材料和人力，然而有些業主對壓力管道安裝問題缺乏安全意識，常常為了自身的經濟利益著想，在壓力管道安裝施工的過程中任意將管材配件進行更改，施工方沒有及時和監檢人員進行溝通，這樣就埋下了安全隱患。此外，由于有些施工隊伍是通過輕包的方式來進行施工，其質量意識薄弱，在一定程度上對材料的質量管理比較放松，導致一些質量較差的材料仍然被使用，再加上所購買的管道材料質量不合格，或者購買的是假冒偽劣的管道材料，致使施工質量受到嚴重的影響。

（三）焊接工藝不符合實際要求

在壓力管道安裝過程中，焊工沒有經過專業的焊接工藝技術培訓，導致焊接技術水平低；其作業人員缺乏安全意識；甚至有些施工單位為了能夠降低工程成本，將焊接作業承包給個人，導致焊接工藝不符合實際要求，給壓力管道的安全運行帶來了安全隱患。

（四）現場安裝中出現的質量問題

在壓力管道安裝時焊接是一方面，同時現場安裝的每一個環節都與壓力管道的質量有著密切的聯系。在具體的安裝過程中，安裝材料如果不匹配、支架的固定不能牢固等，都會影響安裝質量，出現安全隱患。究其原因，主要是由于沒有按照施工圖紙的設計進行，選用的材料質量差；同時在安裝時經常出現領錯或者裝錯管件等現象；對于很可能會弄混的材料沒有進行標注說明；為了節約人力和材料的成本，隨意將安裝的方式改變，這樣就會在很大程度上降低壓力管道安裝的質量。

（五）無損檢測

無損檢測是壓力管道安裝中關鍵環節，主要是檢查焊接過程中是否存在缺陷，例如，檢查焊接是否熔合，是否焊透等等。但是有些施工企業在進行管道無損檢測時，對焊縫的焊接質量不夠了解，這樣就導致安裝現場出現很多不合格的焊縫。有時抽檢的方法不正確，不能按照相關規定進行，在無損檢測中發現了有不符合片時，對執行和擴深比例不夠嚴格，有些單位對拍片進行補片時，出現了記錄虛假的現象。上述的一些問題在安裝過程中是很難發現的，但是一旦壓力管道運行，管道會在溫度和壓力等的影響下，焊縫存在的缺陷就會體現出來，很可能會出現開裂的現象。

（六）對管道強度和氣密性進行試驗

當完成壓力管道的安裝以后，安裝人員應該對管道強度和氣密性進行試驗，試驗合格之后才能進行使用。在實踐中我們會發現，壓力管道強度和氣密性受很多因素影響，其中主要包括：施工人員在安裝完壓力管道之后，沒有對管道進行清潔處理，使得管道不夠清潔；在管道進行試驗的過程中，由于檢查的工作內容比較多，檢查人員沒有把具體的檢查工作落實到管道安裝的每一個環節當中，導致檢查結果不能達到預期的效果；由于壓力管道工作內容比較雜，壓力表不能將管道泄漏的真實情況反映出來。

（七）忽略了管道的防腐工作

從目前壓力管道施工的具體情況可以看出，一些施工單位在施工的各個環節中，把施工的工期和如何降低施工成本放在首位，這樣就導致了在一定程度上忽略了管道的防腐工作。再加上很多施工單位缺少專業的管道防腐工程師，這樣就會出現油漆的質量不過關，隨意的對焊縫進行除銹。同時，實際操作人員不能掌握熟練的操作技術，導致涂裝的方法不正確，這樣就很難將防腐效果充分發揮出來。

二、壓力管道安裝問題的處理措施

（一）加大宣傳和監管的力度，健全完善的質量管理體系

加大壓力管道安裝宣傳和監管的力度，同時建立完善的監管制度，施工單位應該建立健全完善的壓力管道安裝質量管理體系，制定科學的質量管理方針，并且明確質量管理的目標，制定出質量管理的計劃和管理的基本要求。并且與其他的監管部門保持聯系，以確保熟練掌握壓力管道安裝方面的信息，避免出現違法安裝現象發生。

（二）增強安裝人員的質量意識，并提高專業技能

安裝人員在進行安裝時，必須增強自身的質量意識并且提高安裝人員的專業技能，從而保證施工質量。目前，掌握專業的焊接工藝技術的人員短缺，很難滿足壓力管道安裝的基本需求。因此，施工單位必須對已有的焊接工藝人員進行培訓，培訓的主要內容是指導施工人員在施工過程中進行安全施工，增強施工人員的自身技能的訓練，從而提高施工人員的自身素質。確保所有的焊接工都能夠經過培訓，獲得相關證件才能上崗。同時還要為壓力管道安裝焊接培養更多的人才，以提高焊接質量。

（三）認真做好無損檢測工作

無損檢測工作必須由檢測機構來完成，在進行抽樣時，必須加大監督檢查的力度，并且嚴格按照相關的規定進行抽樣檢查，如果發現其中存在著一定的缺陷，那么就應該嚴格執行返修和擴大探深比例的相關規定，以防止弄虛作假現象的出現。

（四）做好管道強度和氣密性試驗

壓力管道強度和氣密性試驗是施工的最后一個階段，以試壓來完善安裝的工作是一種非常有效的方法。在管道進行試驗之前，施工單位編制安裝方案并將其上交給監理單位進行批準，要求所有的安裝環節都應該按照安裝圖紙進行。

（五）創造安全的施工環境

適當的增加經濟投入，并且給施工人員創造一個舒適的安裝環境，同時，施工人員必須使用先進的施工設備，同時還要合理的安排壓力管道安裝人員的安裝時間，減少安裝人員的勞動強度，提高其工作質量和效率，以確保施工安全。

（六）加強對安裝工作進行自檢

壓力管道安裝人員必須在正常的安裝過程中進行安裝，當安裝人員完成安裝任務之后，應該及時檢查，并且總結自檢經驗，同時質檢人員進行檢查時，必須對已經確定好的控制點進行檢查，然后做好檢查記錄。

總結：

綜上所述，為了保障壓力管道安裝質量，在設計、施工、竣工、驗收中都必須嚴格按照壓力管道安裝質量的基本要求進行，同時安裝還要與安裝圖紙保持一致。此外，作為壓力管道安裝單位，必須承擔起安裝的責任，提高安裝安全意識，重視安裝的每一個環節，同時對可能在安裝中出現的問題進行預防和加以解決，控制壓力安裝質量，以保證壓力管道能夠正常的運行，獲得最大的經濟效益與社會效益。

參考文獻：

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壓力注漿法處治橋頭跳車的設計綜述

呂世斌

撫順市公路管理局 撫順 113006

摘要：橋頭跳車現象是公路運營中的常見病害，為了有效的防治橋頭跳車，可從考慮改善路基性能方面加以實現。本文通過以撫順市豎碑大橋橋頭過渡段的壓力注漿為實例，詳細介紹壓力注漿技術的設計方案，工程處治效果顯著，希望為廣大工程技術人員提供一份參考。

1、引言

導致橋頭跳車的根本原因是與橋臺相鄰的橋頭引道路基的路面和橋臺頂面在各自沉降后形成的高程差。加固處理臺背填筑前的地基目前國內已有不少處理方法，如排水固結法、換土法、振動碎石樁法等，都是行之有效的方法。壓力注漿法是利用注漿設備，運用液壓、氣壓將配制好的水泥（或水泥與其他材料混合物）漿液，通過注漿管注入填料中，漿液在壓力作用下滲入填料空隙中，與土粒骨架產生固化反應，土的密實度進一步提高，減少臺背填土與橋臺的剛度差，進而減小兩者間的不均勻沉降。

2、工程概況

豎碑大橋竣工于2003年10月，由于建設時臺背填料碾壓不到位，加之受到2005年特大洪水的浸泡，臺背填筑砂礫結構損壞嚴重，造成填筑體與橋臺之間出現了較大沉降差。特別是16號臺處，路橋過渡段經過兩次加鋪瀝青層維修后不久，在橋頭接觸處又出現了差異沉降，并產生二次跳車，說明沉降還在繼續。經過現場勘測，橋頭路堤填料為砂礫，回填范圍在6m左右，地基土質良好。初步分析，引起橋頭路堤沉降的主要原因是臺背路堤填料在汽車荷載和雨水浸泡作用下，砂礫原有擠密結構發生破壞，強度降低，路堤產生較大壓縮變形；同時，錐坡穩定性降低引起路堤整體縱向滑移，加速了差異沉降的產生。處治思路是，采用靜壓注漿的方法，將水泥漿液注入到松散的填料中，在橋臺附近路堤土體里形成連續墻，提高路堤承載能力，減少壓縮變形。

3、注漿材料選擇及配合比設計

本工程采用水泥漿液作為注漿材料，水泥漿是以水泥為主加水配制成的漿液，根據工程需要加入一定的附加劑（速凝劑、早強劑等）改變漿液性能。所用水泥主要為硅酸鹽水泥和礦渣水泥，其漿液結石強度高、抗滲性能好，制作工藝簡單。水泥漿的水灰比一般為0.5～2.0，常用的水灰比是1：1。橋頭跳車病害處治作為常規的公路維修項目，應盡量快速開放交通，減少對公路運營的影響，所以水泥漿液中需加入速凝劑等外加劑，改善其早期使用性能。為了獲得符合速凝、早強及施工和易性要求的材料配合比，本文選擇減水劑和速凝劑（LA-11型混凝土速凝劑）兩種外加劑，進行室內試驗研究，分別對不同外加劑摻量、水灰比、養生天數下水泥漿的立方體抗壓強度和等效水泥穩定砂礫的無側限抗壓強度進行了試驗分析。

4、壓力注漿參數的確定

（1） 漿液擴散半徑的確定

漿液擴散半徑（r）是一個重要參數，一般可用理論公式進行估算，如楊秀竹等提出在砂土中進行滲透注漿時有效擴散半徑計算公式[2]。但如果地質條件復雜或計算參數難以準確獲得時，就應通過現場注漿試驗來確定[3]。注漿施工時，可通過對注漿壓力、注漿膠凝時間、注漿量、漿液濃度等參數進行控制調。本文注漿對象為粒徑較大的砂礫材料，滲透系數大，故根據擴散半徑經驗值為0.8～1m，本設計取大值r=1.0m。

（2） 孔位布置

注漿孔的布置是根據漿液的注漿有效范圍，且應相互重疊，是被加固土體在平面和深度范圍內連成一個整體的原則決定的。設計中需要計算的參數有：灌漿孔距L、最優排距Rm和最大灌漿有效厚度Bm。

本文以豎碑大橋為例，介紹孔位布置計算方法。如圖1所示，L為灌漿孔距，r為漿液擴散半徑，b為單排孔灌漿體的厚度。則灌漿孔距L、最優排距Rm和最大灌漿有效厚度Bm厚的理論計算公式如下：

（1）

（2）

（3）

其中，r為擴散半徑，b為灌漿體的厚度，N為布置注漿孔排數。

為施工方便起見，可先按經驗確定孔距L（r

布置三排注漿孔，最優排距和最大灌漿有效厚度分別按下列理論公式計算：

=1.66m；=4.64m

圖1孔位布置圖

（3） 注漿壓力的確定

注漿壓力Pe注漿是指不會使地表產生變化和鄰近結構物受到影響前提下可能采用的最大壓力。注漿壓力值與地層土的密度、強度和初始應力、鉆孔深度、位置及灌漿次序等因素有關，宜采用現場注漿試驗來確定。也可以用理論公式或經驗值確定容許注漿壓力值，如砂土中的經驗值為0.2～0.5MPa。砂礫地基容許注漿壓力經驗公式[4]為：

（4）

式中，Pe―容許注漿壓力（×105Pa）

T―地基覆蓋厚度（m）

C―與注漿期次有關的系數，第一期孔c=1.0，第二期孔c=1.25，第三期孔c=1.5

K―與注漿方式有關的系數，自上而下時K=0.8， 自下而上時K=0.6

λ―與底層性能相關的系數，可在0.5～1.5之間選擇，松散時取低值

h―地面到注漿段的深度

以本設計為例，注漿長度為5m，每段1.5m，最上一段為2m，孔深5.5m，分兩期自下而上注漿，則第一期孔的第一段參數為c=1，T=0.5m，K=0.6，λ=1，h=5.5m，計算得容許注漿壓力Pe=1×（0.75×0.5+0.6×1×5.5）=3.675×105Pa。同理可得其他段的注漿壓力見表2。

表2 注漿壓力計算結果

注漿分段 每段長度/m h值/m 注漿壓力/MPa

一期孔 二期孔

第一段 1.5 5.5 0.368 0.478

第二段 1.5 4.0 0.278 0.358

第三段 2.0 2.5 0.188 0.238

（4） 注漿量的確定

在正常情況下理論上注入的漿量，應充填到顆粒之間的孔隙中。砂礫土質條件下注漿所需的漿液總用量Q可參照下式計算[5]：

Q=KVn （6）

式中，K―經驗系數（細沙K=0.3～0.5，中粗砂K=0.5～0.7，砂礫K=0.7～1.0）；

V―注漿對象的土量；

n―土的孔隙率。

K為與漿液損耗系數和填充系數有關的經驗系數，一般土顆粒越大、結構越松散、布樁排數越少時，其取值越大。本次設計背填料為相對密實的砂礫土，含有一定量的細顆粒，且為多排樁布置，綜合考慮經驗系數K可取低值0.7，n取0.3，每孔注漿體積V=πr2h=3.14×1×5.0=15.7m3，則：Q=0.7×15.7×0.3=3.297m3。

5、工程注漿效果

工程于2012年9月完成注漿施工，并采用復注法和變形觀測法檢驗注漿處治效果。在注漿范圍內重新鉆了兩孔進行壓力注漿，發現可注漿量均較小，約為鄰近注漿孔的10%，說明此次注漿比較充分。注漿完成后，在臺后引道路面上共設5個沉降點進行變形觀測。由觀測數據發現，離橋臺最近的1#監測點沉降2mm，2#和3#監測點基本沒有沉降，而遠離注漿區的4#、5#監測點反而有微弱抬升的趨勢。分析原因，主要是因為兩次觀測時間分別為11月中旬和3月末，氣溫較低，路堤受凍脹抬升；相反，注漿區受凍脹影響很小，說明漿液與土體形成的注漿體能有效防止雨水的凍融破壞，同時，路堤承載能力明顯提高，達到了控制沉降的目的，注漿效果良好。

參考文獻：

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[5]殷永高，屠莜北主編.公路地基處理.北京：人民交通出版社，2002：58～76.

淺析鍋爐爆管的形成原因及預防措施

裴建國 安春榮

白城市特種設備檢驗中心 137000

白城市特種設備檢驗中心鎮賚檢驗所 137300

摘要：鍋爐運行過程中發生的爆管原因非常多。其中有水質控制不嚴，造成管內結垢，引起鋼材過熱而爆破；有的由于司爐工操作失誤，超溫超壓，超過鋼材的強度，而引起的爆破；造成鍋爐汽水循環的破壞，而引起的爆破等。不管是何種原因引起的鍋爐鋼管爆破，鍋爐鋼材金屬內部的組織均發生了很大變化。本文就這個方面進行論述，從中找出解決和預防的措施。

關鍵詞：鍋爐爆管 高溫 原因 分析

一、引言

鍋爐的安全是直接影響人們和企業的重要因素。鍋爐壓力容器質量能不能有保障關系到工作安全問題，當鍋爐運行過程中，由于水質標準、水循環、機械損傷、生火速度、吹灰、管材質量、給水溫度、給水導管位置等原因導致爐管、過熱器、省煤器管、空氣預熱器管爆破的發生，出現安全生產事故。本文主要以鍋爐爆管事故當中存在的問題進行分析和探討。

二、鍋爐使用金屬材質的分析

任何金屬在長期高溫條件下工作，不但會發生蠕變、斷裂和應力松馳等形變過程，而且還會發生一些組織和性能的變化和其他損壞。這一點和室溫下使用的鋼材不同。在室溫條件下，鋼的組織和性能較穩定，不隨時間而改變。金屬（主要指的是鋼）在高溫下長期運行中發生的組織變化主要有。

（一）、珠光體的球化和碳化物聚集

珠光體球化會使鋼的蠕變極限和持久強度下降。珠光體球化對鋼材的高溫機械性能影響是很大的，它會加快金屬在高溫下蠕變速度，加快鋼材的破壞。

（二）、金屬的石墨化

滲碳體是一個不穩定的化合物，它在適當的條件下會發生分解而形成奧氏體和石墨或鐵素體和石墨。在正常的室溫下，這一過程實際上是不進行的，但它隨著溫度的升高而急劇加速。石墨化將大大降低機械性能。石墨在基礎組織中可以認為是孔洞和裂縫，所以大大削弱鋼材的機械性能，使鋼材的強度極限，工作韌性大大下降，從而使鋼材脆性增加。

（三）、高溫造成合金元素的重新分配

由于鍋爐上的鋼材在長期高溫條件下，除了會發生珠光體球化和石墨化現象外，還會發生合金元素從固溶體中逐漸向炭化物擴散，使炭化物中的合金元素逐漸增多，引起合金元素的重新分配。合金元素的重新分配，會使鋼材的高溫機械性能發生變化，從而使該材料在該溫度下強度極限降低約一半。

三、鍋爐爆管的原因分析

（一）、管路長期過熱爆管

是金屬長時間在應力和超過其額定溫度條件下導致的管子爆破，其超過的溫度水平一般在鋼的臨界點Ac1以下。所以，長期過熱爆管是一個緩慢的過程，長期地由于蠕變變形而使管子爆破。

1、破口的宏觀分析

破口并不大，斷面粗糙而不平整，破口邊緣呈鈍邊，并不鋒利，破口附近有許多平行于破口的管子軸向裂紋，由于在長期高溫下運行，所以在破口外表面上出現一層較厚的氧化皮，這些氧化皮很脆，容易剝落。管子在長期過熱爆破前，由于過熱，溫度提高，加快了蠕變速度，又加上受到內壓――切向應力作用，使管子脹粗，管徑增大，管壁減薄，當超過一定極限時，管子發生爆破。

2、長期過熱爆管的微觀特征

長期過勢爆管它的溫度應在材料的再結晶溫度以上（因為在此溫度以上鋼材才能產生蠕變）。管子脹的越粗，強度下降越大。

（二）、管路短期過熱爆管

短期過勢爆管，是金屬在短時間內，由于溫度升高，管子金屬在高溫下被內部介質的壓力作用而很快爆破，這種爆破往往是一個突發過程，所以在爆破口的變形量、形狀及內部組織上也有所不同。這種破口張開很大，呈喇叭狀，破口邊緣銳利，減薄較多，斷裂面較為光滑，呈撕裂狀，破口附近管子脹粗較大，對水冷壁管而言，由于汽水混合物急速沖擊，內壁顯得十分光潔，外壁一般呈藍黑色。破口附近沒有眾多的平行于破口的軸向裂紋。短期過熱爆管主要分為：短期直接過熱爆管、管下腐蝕鼓包而引起的爆管和瞬時過熱爆管三種。

1、短期直接過熱爆管

管子破口極大，呈不規則的菱形，邊緣極其銳利，管徑相對變形很大，并且在離破口較遠處管徑也有不同程度的變形。金相組織：珠光體已有一定程度的球化，但其球狀滲炭體并未脫離出原珠光體區域，鐵素體晶粒嚴重地沿爆管方向拉長。

2、管路垢下腐蝕而引起的鼓包變形爆管

這種爆破，是由于管內結垢，導熱性差，造成鋼材的局部過熱，而產生爆破，所以破口較小，破口邊緣也銳利、光滑。

（三）、瞬時過熱爆管

鍋爐水冷壁管，直接受爐膛內火焰的高溫輻射，因此運行不正常時，為管子堵塞，水循環不良，嚴重缺水等，管子的局部地區過熱溫度很高，而造成水冷壁管的瞬時爆破。它的特征是：破口呈喇叭狀，破口邊緣鋒利，破口處管壁減薄很多，有的破口邊緣厚度僅為0.2mm，靠近破口處管壁是突然減薄，為韌性斷口。

四、鍋爐爆管的預防措施

（一）、加大檢修管理力度，制定實施防磨計劃

施工人員要充分利用大、小修對受熱面管道進行宏觀檢查，堅持“逢停必檢”原則，掌握金屬長期運行中的性能規律，發現和消除金屬事故的隱患。對高溫腐蝕、磨損、脹粗、鼓包、應力集中等情況加強檢查，發現問題及時徹底地處理。加強金屬監督和化學分析，對熱負荷較集中部分采取割管檢查和化學分析，對易結焦、易磨損、吹灰器易吹薄的部位進行側厚檢查，對過熱器、再熱器等易超溫的部位進行金相分析。加強受熱面附件的檢查，如防磨瓦、管排卡子和護體鐵，整理管排嚴防形成煙汽走廊。對檢修焊口做好無損探傷檢驗，把好焊接質量控制關。

（二）、加強對煙氣側的調節

改變過熱器的對流吸熱量，通?？扛淖兘涍^過熱器的煙氣量和煙氣溫度來實現。燃燒工況的改變對汽溫有一定影響，因此，在鍋爐運行中，應根據實際情況，改變噴燃器的傾角和上、下排噴燃器的運行方式，從而改變火焰中心的位置和爐膛出口煙溫，并通過調節風量擋板，使流經過熱器的煙氣量發生變化而達到調節汽溫的目的。應注意的是，噴燃器的運行方式和風量的調節，首先應滿足燃燒的要求，這有利于設備的安全和提高鍋爐效率，因此煙氣側調整只能作為輔助手段。此外，當負荷過低時，不能用上傾火焰中心高度來增加汽溫，以防止鍋爐滅火或煤粉在煙道內再燃燒而發生事故。

（三）、控制鍋爐的汽溫變化

1、調節燃煤量

當鍋爐負荷有較大變動，需啟、停1套制粉系統時，投入的噴燃器應均衡。當爐負荷變動不大時，可通過調節運行著的制粉系統出力來解決。

2、調節燃燒風量

當外界負荷變化時，應對風量作相應的調整。實際運行中，隨著過量空氣系數的增加，利于完全燃燒。但是過量空氣的增加要適當，同時煙氣流速加大，造成送、引風機的耗電量增加，經濟性降低，加劇低溫段的磨損，因此要嚴格監視氧量的變化。

（四）、加強運行管理和爐水監督

運行人員要認真操作，按規程升降負荷。日常密切監視受熱面報警情況，嚴防受熱面管道超溫，加強對管壁溫度的監視，減少管壁超溫。燃料專業要加強入爐煤快速分析預報工作，為運行人員精心操作、勤調整提供依據，便于運行人員及時調整一、二次風，合理調粉量和過?？諝饬浚姑悍墼跔t內充分燃燒。保證磨煤機在最佳狀態運行，嚴格控制煤粉細度減少設備磨損。認真進行燃燒調整，控制火焰中心不傾斜，嚴格控制各部件的參數，嚴禁超限運行，加強受熱面吹灰，防止局部結焦超溫。加強爐水監督，保證品質合格等。

五、結束語

加強鍋爐的爆管發生是一項重要且綜合工程，應從運行、檢修、技術改進等方面加強監督、管理和檢查、綜合考慮。運行人員根據煤質變化及時調整燃燒，控制合理風速，控制管壁超溫、加強設備運行監督和化學監督。檢修人員提高檢修質量和金屬監督力度。盡可能地擴大檢查范圍，發現問題并及時處理，大大地減少了鍋爐非停，保證鍋爐的安全穩定運行。

參考文獻：

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大氣污染的主要類型及防治技術探討

喬 波

山西省侯馬市環境保護局

摘 要：當前形勢下，全球的工業和交通不斷持續發展，給大氣環境帶來了許多污染和破壞，但目前大氣污染物的排放量仍然日趨增多，將會導致大氣污染狀況越加嚴重。我國的大氣污染物排放量很大，為了使大氣污染得到一定程度的控制，我國不斷進行大氣污染防治技術的研究。本文主要闡述了大氣污染的主要類型，并針對大氣污染狀況提出了相應的防治技術和措施。

關鍵詞：大氣污染 防治技術 主要類型 探討

引言：

大氣污染指的是通過自然活動以及人為因素，致使一些物質融于大氣中，在達到一定的時間及濃度之后，會對環境產生嚴重的污染，對人體健康產生一定損害的現象。當人類的大氣污染物排放種類不斷增加時，地球的大氣成份也在同樣出現變化，已經無法單純依靠大氣層的自然凈化，大氣污染的防治已經勢在必行。隨著我國經濟的發展，對環保領域的研究也日趨重視，尤其是對于大氣污染的防治，研發了清潔生產技術和三廢治理措施等。

一、大氣污染的主要類型

1.按照化學性質劃分

1.1還原型的大氣污染

大部分出現在燃燒過程中，主要以煤炭和石油作為燃料的地域，通常又被稱作煤煙型污染。以二氧化硫、一氧化碳及顆粒物為主要污染物。當處于濕度較高、溫度較低的陰天時，這種類型的污染物通常在低空開始聚集在一起，致使污染事故的出現。

1.2氧化型的大氣污染

通常出現在主要燃料為石油的地域，汽車尾氣含量較多。一次污染物通常是碳氫化合物以及一氧化碳，當太陽短光波的催化下，經過光化學反應形成三氧化碳和醛類等污染物，它們很容易造成氧化，還對眼睛產生一定的刺激，例如洛杉磯煙霧等。

2.按照燃料性質劃分

2.1石油型大氣污染

通常來自于石油化工廠及汽車尾氣的排放，以二氧化氮、鏈狀烷等為污染物的構成部分，還包括它們在大氣中產生的自由基、臭氧以及各種中間產物等。

2.2煤炭型大氣污染

當工廠及企業生產過程中經常會排放一些煙氣等污染物，而家庭中的爐灶等常用設備也會出現一些煤炭煙氣。它的主要構成污染物是二氧化硫、煙氣粉塵，還有當這些一次污染物出現一系列化學反應時，形成的硫酸等污染物。

2.3混合型大氣污染

混合型的大氣污染是將石油和煤炭作為燃料，經過燃燒之后產生一定的污染物被排放出來，并且還有加工工廠及生產企業等在生產過程中。會排放出一些化學物質等污染物。在日本的川崎和橫濱等就出現過混合型的大氣污染。

2.4特殊型大氣污染

一些生產企業在生產過程中，往往會排放出特殊的污染氣體，例如生產鋁堿的工業區會存在氯氣污染，制造磷肥的工廠會存在氟污染等，此類污染通常是在局部范圍當中存在。

二、大氣污染的防治技術

1.脫硫技術

當前脫硫技術主要分為燃燒前的脫硫技術、燃燒中的脫硫技術以及燃燒后的脫硫技術。其中燃燒前的脫硫大致包括煤的液化、煤的氣化以及洗煤。洗煤通常是脫硫的配合措施，而煤的液化及煤的氣化是比較經濟的工藝，目前正在不斷研發中。在燃燒過程中，采用燃用型煤比較節約資源，而且非常環保，通常適用小鍋爐的燃燒。當前我國循環流化床較多應用在采暖及工業鍋爐燃燒中，其中最大的爐型為每小時75t。當前較大規模的商業化脫硫技術，只有燃燒后的煙氣脫硫，它能夠很大程度的控制酸雨污染以及二氧化硫污染。煙氣脫硫技術通常包括硫氮聯脫、干和半干法以及濕法等。德國、美國和英國等國家較多的運用煙氣脫硫技術，在煙氣脫硫工藝中，技術比較純熟而且使用范圍比較廣泛的有CDSI法、噴霧干燥法、石膏法及LIMB法等。當前我國并未有煙氣脫硫設備的生產和設計工藝技術，對于排放也沒有較高的要求，治理手段不完善也不盡合理，在電廠中很少裝置有脫硫設備，沒有對二氧化硫等污染氣體的排放進行有效控制。除硫設備基本都是從國外進口的，但在經濟上造成了一定的虧損。

2.除塵技術

大氣中的細微灰塵顆粒會降低大氣的能見度，并且影響了城市的景觀，最主要的是會給人體呼吸系統帶來很大的損害。盡管使用除塵器能夠使大氣中的灰塵顆粒得到一定的控制，但只能除去較大的顆粒分子，對于那些細微的灰塵顆粒仍然沒有作用。我國目前已經對細微灰塵顆粒分子，給大氣的污染和危害給予重視，對細微顆粒分子的分布情況以及污染的來源和特征，進行了深入研究，但就當前研究情況來講，對于細微顆粒分子的控制技術，以及作用機理等研究都有待提高。我國的總體除塵效率，平均值大概為95%，與國外相比還有很大的差距，當前國外的除煙技術相對先進和成熟，需要我們不斷的向國外先進工藝技術合作和學習，并且盡快的發展煙氣凈化產業，努力掌握煙氣凈化設備的設計和生產技術。

3.機動車大氣污染控制技術

機動車在行駛過程中會排放出一些列的污染物質，例如氮氧化物、VOCs、含鉛顆粒物和CO等。而VOCs會在一定作用下形成光化學污染，并且氮氧化物在受到光化學反應以后會形成硝酸鹽氣溶膠。目前國外經過深入的研發，形成了三元催化技術，這項技術目前已經成熟并開始推廣運用，現今已經在開發機動車尾氣污染凈化技術。隨著我國社會經濟的持續快速增長，機動車的數量也在日益增加，在一些發達城市中，已經出現比較嚴重的光化學污染和NOx污染。為了使機動車尾氣污染程度得到一定的緩解，我國已經研發出自動補氣的尾氣凈化設備，它能夠讓尾氣中的NOx以及碳氫化合物得到全部凈化。還可以使NOx得到一定的降低排放。

4.脫氮技術

當前形勢下，很多國家都已經對NOx的排放問題采取重視，并制定了相應的控制計劃。NOx的控制技術主要包括在大氣中將NOx的含量清除，以及將燃燒技術進行改進，減少其排放量兩種方式。在氮氧化物以及硫化物的聯合脫除手段中，通常有可再生技術、煙道及爐內噴吸著劑技術、用SCF取出氮氧化物技術等。目前發達國家的脫氮技術，通常是在大型燃煤鍋爐中裝置低氮燃燒器，可以將NOx的排放量減少大約40%。而德國等環保標準較為嚴格的國家，通常還在燃燒鍋爐上裝置煙氣脫氮設備。對于煙氣脫氮技術的研究，我國已經取得了新的進步和發展，并不斷突破，例如在2000年研發的整體分級低氮氧化物的燃燒技術，已經通過有關部門的檢測，并開始實施。在部分鍋爐中開始裝置低氮燃燒器等裝置，但一些300MW之下的鍋爐還不能安裝此裝置，NOx還是沒有得到控制，生成量在日趨增加?，F如今，我國只存在氮氧化物的環境質量指標，并沒有NOx的燃燒排放標準，相關的一系列技術研究，也僅僅局限在部分氮氧化物較低級別的燃燒技術當中，以及固硫技術里面的氮氧化物附帶降低效果的技術分析。我國當前的產業結構開始向集約型結構轉變，并且不斷優化能源的消費結構，逐漸使氮氧化物的排放趨勢得到一定程度的緩解，并處于逐年降低的趨勢。

三、結論

綜上所述，盡管當前我國的大氣污染治理技術有很大的進步，但大氣污染形勢依然很嚴峻，大氣污染物的排放量還在持續增長。隨著經濟發展與環境保護的緊密聯系，要想促進經濟又好又快發展，必須加大控制大氣污染的投資力度，在防治大氣污染的過程中要按照實際情況研發適合的技術，并形成產業化。

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淺談下向焊在管道施工中的過程控制

任樹春 施德海

石油化工工程質量監督總站管道儲運分站 221008

摘要：在長輸管線管道施工過程中，采用下向焊接技術可以提高施工過程中的焊接機械性能和工藝性能，筆者根據多年的監督經驗，結合工作實際，改進了焊接工藝參數，提高了工作效率和焊接合格率，并從焊前準備，施焊過程中的質量控制及缺陷預防進行了詳細闡述。

主題詞：下向焊工藝 焊接準備 缺陷預防 作用

前言：下向焊就是采用下向焊條，由上向下運條進行施焊的一種操作方法。目前，這種方法因其生產率高、易保證焊接質量等特點，在國內已用于壓力容器和大口徑長輸管線的焊接。

纖維素焊條由于在垂直下向焊接時可以使用大直徑焊條，這樣可以用大電流和高焊速進行焊接，因而其經濟性很好。多年來已經成功地應用于輔設管道時管道圓周焊縫的焊接。但是，這種焊條焊接的焊道中氫含量較高，在適用的管道壁厚和所需的沖擊性能方面受到一定的限制。雖然堿性焊條經濟性差，然而其特點在于優良的機械性能和工藝性能。

在打底焊和熱焊時采用纖維素焊條，焊接填充和表層焊縫采用堿性垂直下向焊焊條，可將其經濟性、優良的機械性能和工藝性能結合起來。雖然這是一套成熟的焊接工藝，但是在現場施工過程中，焊工普遍感到堿性下向焊條難以掌握，使這一工藝的應用及推廣受到一定限制。

筆者針對這一情況，利用監督工作的條件，組織有關技術人員進行有針對性的焊工培訓和焊接試驗，進一步改進了焊接工藝參數，使大部分焊工在較短時間內掌握了這種焊接工藝，較好地解決了這一難題。經過在日照-儀征原油管道及配套工程和江蘇成品油管道工程的應用，取的了良好效果。

一、管材的保護及焊前準備