化学工程与化学工艺的区别范文

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第1篇

关键词：化学工程与工艺；专业；就业方向

化学工程与工艺专业是一个极富创造性、挑战性的重要工业领域，能在化工、石油、能源、轻工、冶金、医药、微电子生产、食品和环保等多领域行业，从事产品的研制开发与评估、过程工艺与装置的设计放大、过程科学研究、高等工程教育、生产过程的控制及经营管理等方面工作的高级工程技术、教育教学和管理营销人才，具有技术密集、人才密集、资本密集的特征，特别是二十一世纪的化学工业在向“绿色化工”方向发展的同时，对知识的交叉渗透、产业的相互交融提出了更宽更深的要求，该专业就是为了适应面向二十一世纪化学工业发展而设置的一个厚基础、宽口径、适应性强的大专业。本专业旨在培养德、智、体全面发展，具备在工业界、科技界、政府及行业机构中担任重要职务的基本素质，掌握化工生产技术的基本原理、专业技能与研究方法。

通过上述阐述，我们简单了解到了化学工程与工艺的定义，在一些重要领域的关键作用。下面就让我们分开来解读化学工程和工艺在哪些领域起到了什么作用，在工作中，如何将资源更好的利用？

化学工程与工艺就是研究化学工业生产过程中的共同规律，并用化学方法改变物质组成或性质来生产化学产品的一门工程W科。简单来说，也就是化学在工程实际中的应用。该专业主要开设高等数学、无机与分析化学、有机化学、物理化学、高级语言程序设计、化工原理、化工热力学、化工分离工程、仪器分析、化工设计、化学反应工程、化工工艺等课程。其中英语、化工原理、化学反应工程、高等数学为学位课程，参加省自学考试。

化学工程与技术学科是从19世纪末由于化学品大规模生产的需要而形成和发展的。当时，为了化工生产的高效和大型化，根据典型的化学工艺和设备中出现的一些具有共同属性的工程问题，形成了单元操作的概念。20世纪50年代后发展的传递过程原理和化学反应工程使化学工程学科上升到了新的阶段。人类穿的各种合成纤维的衣物，吃的各种食物的包装加工，住的房屋的水泥钢材，以及人们开车所用的石油天然气，都是化工研究的方向。中科院院士陈洪渊就曾经评价化工产业为“国之重器”，能创造出数千万个“新物种”。譬如说，1909年哈伯发明的合成氨技术使世界粮食翻倍，解决了世界上一半人的温饱问题。1995年我国的化学纤维产量为330万吨，其中90%是合成纤维，这一化工技术的应用，使大多数人免于挨冻。

当今社会，化学工程与工艺也应用到多个领域，如分析化学师、食品化学师、化妆品研发员、医药技术师等职业，这些职业你肯定听说过，但不一定想到他们与化学工程与工艺专业相关。总体来说化学工程与工艺专业的就业领域还是相当广泛的。毕业生能在化工、能源、信息、材料、环保、生物工程、轻工、制药、食品、冶金和军工等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理和科学研究等方面工作。一般主要的主要就业方向可以从一下几个方面来看：

首先，可到科研院所、高等院校从事化学工程与工艺相关科研、教学等工作。不过这需要该专业学生具备一定的科研水平和较高的学历。

其次，到化工类、石油类、轻工类、车辆化工、建筑机械、制药、食品、涂料涂装等相关的科研单位、企业、公司从事应用研究、精细化工产品的开发、设计、生产技术和科技等工作。化工行业有很多知名的企业如美孚、壳牌、巴斯夫、中石油、中石化等。当然，除了这些大企业外，一些冶金、化纤、煤炭、橡胶等化工企业也是毕业生不错的选择。化工行业是个讲究经验和积累的行业，技术和经验是技术型人才的资本，对于刚走出校门毕业的学生来说，一般需要一个相当长时间的经验积累，从基层做起，让理论和实践充分的结合后，才能谋取个人职业更好的发展。

再次，可以在相关化工类企业从事销售、管理等工作。除了走工艺、研发、质量检验等技术人才的道路外，该专业复合型销售和管理人才在人才市场中也特别受欢迎。关键是如何取得化工类技术以外的教育背景和从业经历。化工贸易、管理人才基本都需要是化工专业出身，同时熟知贸易规则和单位业务，还必须具备耐心细致，和较强的语言表达能力。

国家教育部曾公布的化学工艺与工程专业就业状况显示，该专业2013年全国普通高校毕业生规模在28000-30000人，近三年全国就业率区间在90%-95%之间，属于就业率较高专业。

据调查，相关从业人员都表示，化工专业毕业生要找到一份工作并不难，但找什么样的工作就因人而异了。由于化工各个方向分类较细，各个大学都有自己擅长的专业方向。如有些学校侧重石油化工、煤化工；有些侧重医药化工；有的则偏重金属冶炼或精细化工等。另外，还有一些人对化工就业存在这样的误区，担心学这个专业毕业后要去挖煤、炼石油。实际上，传统的石油化工、煤化工只是其中的一个就业方向，如果你对这个方向不感兴趣，还有更广泛的领域可供选择。如可以选择和人们生活息息相关的精细化工，我们用的洗发水、洗面奶、沐浴液的研发生产都是化工的主要就业领域。还有食用油、巧克力等食品加工企业，香水、化妆品、奢侈品制造等也是化工很好的就业方向。目前我国经济建设水平不断提升，涉及综合技术项目的开发工作节奏也显得急躁起来，对于化工专业建设工作人员来说，需要联同系统性的设施布置和先进实验验证项目开发，积极稳固综合人力资源的开发动力，为我国相关行业的发展提供更加优质的贡献力量。

除了化学工程与工艺在工作上的应用外，可以说，我们日常生活中的“衣、食、住、行”样样都离不开化工产品。化学工业已经成为国民经济重要的基础性产业，它为农业、能源、交通、机械、电子、纺织、轻工、建筑、建材等工农业和人民日常生活提供保障和配套服务。同时它还是工业经济中最具活力，有待开发且竞争力极强的一个行业。老人常说，“三百六十行，行行出状元”，不管研读什么专业，都有一定的优势和特点，只要潜心学习，任何领域都可以走出一片辉煌的天地。

参考文献：

第2篇

关键词：化学工程；节能；绿色化学；工程工艺

中图分类号：TE08 文献标识码： A

前言：进入21世纪以来，环境问题越来越严重，而且，随着人口的继续增加，能源的持续减少，不可再生资源已经临近枯竭，生活垃圾核工业污染物也在无情的破坏着生态环境，人与自然的矛盾就这样不断被激化。在化学生产过程中，通过不再使用有毒、有害的物质，不再产生以及处理废物，生产无污染无伤害的目的正是绿色化学的设想。这虽然只是设想，但通过改进化学技术和方法，是可以达到减少有危害的化学产物的，绿色化学工程与工艺正是为了保证人类健康、生态环境，为促进化学工业节能目标而实施的。

一、绿色化学工业的概念

总结我们前面所阐述的，我们可以把其定义为无污染化学，所以在进行绿色化学工艺的过程中所产生的某种手段就是绿色化学工业技术，利用其原理从根源对普通化学反应产生的破坏进行整治。就绿色化学的特点来说，有以下两点，第一，绿色化学的本质就在于适中保持人与自然的和谐相处，近几年的快速发展而导致的环境破坏也就加速了绿色化学的快速发展；第二呢，绿色化学形成的结果是对环境友好的，绿色化学可以渐渐对付各种环境中产生的不利人类和自然发展

的因素。

但是究其根基，绿色化学是对环境的保护以及防范；而我们所说的环境化学就是对预防之后而无法达到效果的环境进行进一步的革新和处理，所以绿色化学和环境化学在起点和终点都是不一样的。那么在其反应过程中，对于有害物质进行摈弃，就可以制止不利产物的生成，但是在当前发展来看，这种想法只停留在表层，但是我们相信，通过科学家们的不断努力，这种想法终究会实现的。

二、传统化学与绿色化学的根本区别

化学可以理解为是研究从反应物向其生成物转化的的科学。传统化学在一定程度上是以资源过渡消耗和环境严重污染为代价的先污染后治理的化学工艺，其导致的危害是资源不可再生和环境污染，严重地威胁着人类生存和可持续发展，如目前全世界每年产生的废物达3-4 亿吨；而绿色化学（也称为环境友好化学）是从源头上防止环境污染的新兴科学。虽然传统的化学与绿色化学都为人类生活做出了巨大贡献，但绿色化学的根本思想是运用高选择性和原子经济性的反应，使用无毒无害的助剂、原料，生成环境友好的产品，而且经济合理，从而在节约资源的同时变废为宝。

绿色化学是对传统化学思维模式的革新和发展，也就是说，绿色化学可简单地描述为在化工生产反应过程中，改变了传统化学的“先污染后治理”，是“从源头上消除污染”，尽量不使用有毒有害物质，并减少或不生产废弃物和有毒有害物质。近年来的绿色化学发展，充分体现了绿色化学与可持续发展之间的密切关系，

因此，绿色化学也被称为“绿色与可持续化学”。

三、绿色化学应遵循的基本原则

1、污染预防优于末端治理污染；

2、尽可能的不用分离溶剂、试剂等辅助物质，若是不得已使用时，也应该是无毒、无害的；

3、在采用生产方法中尽量不使用和不产生对人类健康和对环境有毒有害的物质；

4、合成方法应具原子经济性（atom economy），原料分子中的原子更多或全部地进入最终的产品是原子经济性的核心目标。绿色化学的原子经济性有两个显著有点：一是最大程度地利用了原材料，二是最大程度地减少排放废弃物；

5、使用高选择性的催化剂优于化学计量试剂；

6、生产过程能耗应最低且在温和的压力和温度下进行；

7、设计具有高使用效益、低环境毒性的化学品；

8、在技术可行和经济合理的前提下，尽可能地使用可再生原料；

9、尽量减少或避免非必要的衍生反应步骤（如使用物理化学过程、屏蔽基团、保护复原的临时性变更等）；

10、选择参与化学过程的物质，尽量避免发生意外事故的风险；

11、化学产品在使用完后应能降解成可以进入自然生态循环无害的物质；

12、发展适时分析技术以监控有害物质的形成。

四、绿色化学工程与工艺的开发

传统的化学工程与工艺对有害污染物的处理很被动，有滞后性，并且达不到根除污染物的效果，不但治理成本高，而且治标不治本。比如利用烟气除尘、脱硫，虽然净化了气体，却把污染物转化成了废渣废水，不但没有解决问题，反应复杂了处理方式。绿色化学工程与工艺，以零排放、清洁生产为原则，从化学反应着手，对污染进行有效的防止和控制。

1、采用绿色化学原料

化学生产原料是决定化学生产流程和工艺的主要因素，传统化学工程采用的绿色原料大多为不可再生能源，选取这种化学材料，不仅增大了我国不可再生能源的消耗量，同时也增加了化学生产污染物质的排放量，所以采用绿色化学原料是绿色化学工程重点研发项目，选用可再生、无污染的化学原料，如自然物质、绿色化学物质等。苞米杆、芦苇、纤维植物等农副产品废弃物，这些物质是典型的绿色化学原料，将其投入到化工生产中，可以转化成醇、酮、酸类的化学品，在转化过程中，这些化学原料只会产生氢气，不会产生任何有毒、有害物质。

2、采用高效高选择性的反应原料

对于化学工业来说，化学反应是决定化学工业生产过程中生产成本和生产难度、充分利用化学资源等各方面的重要性因素。可以降低工业生产的成本，而且能够提高产物纯度，减少无效反应产物的排放，节约化学资源，在化学工业中，有机物的反应复杂，研究机制不确定，所以选择合适的反应原料，不断提高工业技术是对化学工业的发展有着重要的意义。

3、提高化学反应的选择性

烃类选择性氧化是一类具有强放热性的反应，石油化工工业中时常发生这种反应，但是，它的生成物不稳定，很容易被进一步氧化，生成H2O和CO2。在各类的催化反应中，此反应一般不会被选择，因为有时生成物中还会存在同分异构提，不利于得到最终产物，所以，为了简化生产，一般都会使用选择性高的试剂。这样不仅可以降低分离产品和纯化产品的难度，还提高了反应的选择性，还能够起到降低成本，节约资源，减少环境污染的作用。所以加强这一方面的研究会有很强的实用性，比如开发载氧能力强、选择性好的新型催化剂，就可以应对不同的烃类氧化反应。

4、采用无毒无害的化学催化剂

近年来，化学反应越来越多的应用到了工业化的生产中，而催化剂对提高反应速率有着明显的效果，所以开发新型高效、无毒无害的催化剂以成为绿色化学工艺的发展方向之一。如今，相关部门都在研发新的烷基化固相催化剂，此外，分子筛催化剂也得到了很好的开发和应用。

五、寻找高效绿色的化学催化剂对提升工业生产水平的作用

1、 污染治理

目前，化学工业有其是石油、化工、煤炭等重工业对环境造成重大污染，危害生存环境，破坏原有生态平衡，威胁人类生存。引起国际上广泛关注，美国

1996年设立“绿色化学挑战奖”表彰在绿色化学领域中做出贡献的人。绿色化学的目标就是从化学生产的源头上实现环境治理，消除环境污染，绿色化学改变了传统化学工业先污染后治理的模式，实现预防、监测、零污染，预先环境治理，保护环境，资源可持续发展。

2、优化资源

化学工业绝大多数工艺都是上个世纪开发的，受技术发展的限制，化工领域是劳动密集型产业，高耗能、重污染、浪费原料、劳动力成本高，对大气、水和土壤等环境排放高。使产品成本中附带原料浪费、能源消耗、污染治理等成本。据统计，美国化工业1992年用于环保经费达1150亿美元，治理污染经费达7000亿美元，化学品销售中资源节约和环境治理成本提升。绿色化学从约资源方面，提高使用效率，减少环境破坏，降低新产品经济成本，有利于倡导节约型社会。

3、节能减排

节能减排就是节约能源、降低能源消耗、减少污染物排放。世界各国都制定了相关计划来实现这一目标，美国绿色化学目标：2020年将废弃物减少40-50%，化学生产行业消耗原材料降低20-25%。日本制定新阳光计划，在环境化学领域倡导绿色技术，减少环境污染，发展减排新技术应用。中国2006年提出降低能源消耗和对外石油依赖，希望2010年，单位GDP能耗比2005年降低两成、主要污染物排放减少一成。2013年国家发改委表示，为确保今后节能减排目标、推进绿色低碳发展，深入推进节能减排各项工作。绿色化学正是实现节能减排和环境保护重要工具。国家倡导在重点领域节能减排，推进企业节能低碳行动，开展绿色化工行动，加强环境治理，加大治理力度，引导循环经济，着力增强全民节能减排意识，实现共创和谐社会，建设美好家园。

4、化学工业中绿色化学的应用

绿色化学的核心就是要利用化学原理从源头消除污染，做到完全无公害无污染，因此它又被称为清洁化学，应用范围广泛，它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科。工业中化学反应发生的条件一般都是高温高压，在反应过程中，只有适宜的温度和压力才能使用现代化学工业的技术，另外加上绿色化学的高效催化剂，这项工程才得以不断发展。例如上文提到的低维材料碳纳米管，催化裂解反应中有很大的化学功效。

5、化学工业中绿色化学和现代生物结合的应用。

讲到了催化剂，这就涉及到另外的技术性学科生物技术。生物技术的就是高科技与高端专业知识结合的产物，学科内又分为细胞工程、基因工程、胚胎工程等等。在化学产业中主要应用于生物化学。在化学工业生产过程中，选取有机的生物材料，主要是动植物的原料，另外也会采用他们经过上千年演变的产物―地下的煤炭等。催化剂主要由人工催化剂和自然催化剂，分别由人工合成以及采用天然动植物的生物酶。这样能够满足现代化学工业发展的需要，同时也能切合可持续发展的指导思想，节约能源，维持现在生态平衡的状态，推动化学工业发展。

六、结束语

综上所述，可持续发展在当今社会显得越来越重要，因此化学工业生产中也要遵循这个指导性思想，采用选择性高的原材料，节能减排，利用高新化学催化剂，最大程度的减少污染物排放，不断增高有效产物纯度，在资源有限的前提下，保护生态环境，维护现有的生态平衡。绿色化学在整个化学工业的发展中，有着实质性的意义，高新技术性产物催化剂的使用能改变现有产业结构和传统的生产过程，加速化学工业发展。

参考文献：

[1]于贺. 论绿色化学工程与工艺对化学工业节能的促进作用[J]. 科技与企业，2013，05.

[2]李丽，王超. 论绿色化学工程与工艺对化学工业节能的促进作用[J]. 化工管理，2014，05.

第3篇

本文阐述了化工工艺设计的内容与特点，对于化工工艺设计中安全危险问题的策略进行了分析。

【关键词】

化工工艺设计；安全危险问题；问题策略

1前言

化工工艺设计主要是指工艺工程师根据一个或是几个化学反应来将化学材料转化为客户要求的产品的化学生产流程。在这一设计工作中工艺工程师所需要考虑的不仅仅包括了成本、产量、效率、时间等因素，安全危险问题的发现与控制更是化学工艺设计中的重中之重。

2化工工艺设计简析

2．1化工工艺设计内容化工工艺设计包括了许多方面的内容。众所周知安全问题是化工领域中各个行业都需要给予高度重视的行业。在这一过程中由于化工工艺设计工作有着自身的特殊性，因此这导致了工艺工程师需要对于其给予更高的重视程度。其次，工艺工程师在思考化工工艺设计内容时还应当进一步的熟悉设计工作的基本原则和精神，从而能够在此基础上更好的将其贯彻到整个设计工作中去。与此同时，工艺工程师在进行化工工艺设计内容确定时还需要把化工工艺设计中的细节进行灵活运用，从而能够在保证其符合化学工艺生产规范的同时也不会影响到化工产品的高效高质生产。

2．2化工工艺设计类型化工工艺设计的类型是以不同的概念进行区分的。工艺工程师在选择化工工艺设计类型时首先应当做好必要的概念设计工作。通常来说概念设计也被称为假象设计，这一设计实际上是按照规模工业生产装置进行的。此外，由于概念设计主要是在中试前进行，这一设计的主要目的在于更好的检查工艺条件和生产路线是否存在问题，并且进一步的确定数据和小试补充的内容。与此同时，工艺工程师在选择化工工艺设计类型时还应当对于试制产品考核的使用性能有着清晰的了解，从而能够在此基础上精确的判定出工艺系统连续运转可靠性。

2．3化工工艺设计步骤化工工艺设计的步骤总体而言较为繁琐。设计人员在进行设计步骤分解的过程中首先应当根据基础设计和批准的设计任务书和厂址选择报告来对于工程在技术和经济上进行总体研究与计算的具体建设方案。此外，设计人员在进行设计步骤分解时还需要确保初步设计结果能够有效的满足项目审查和施工准备的规定，并且能够给建厂投资提供足够的依据。与此同时，设计人员在进行设计步骤分解时还应当做好相应的施工图设计，在这一流程中应当依据上级对初步设计的审批意见来进一步的确定的设计原则和方案，然后在此基础上根据建筑与非标准设备制作的要求来解决初步设计阶段待定的各项问题。

2．4化工工艺设计特征化工工艺设计有着自身独特的特征。设计人员在分析化工工艺设计特征时应当根据化工工艺设计新技术含量高、工艺流程独特等特点来进行相应的设计工作。此外，设计人员在分析化工工艺设计特征时还对于必要的基础设计资料进行完善与优化，从而能够在此基础上提升试验数据的完善性与可靠性。其次，工艺工程师在考虑设计特征时还应当努力的使数据的可靠性和完整性达到常规装置，从而能够对于总体投资进行持续的优化，最终能够保持设计的优越性。

2．5化工工艺设计规模化工工艺设计的规模实际上大小不一。一般而言化工生产装置的规模有着各自的区别，但是工艺工程师在进行化工工艺设计时为了能够更加有效的节约投资，则应当理解到部分设计环节实际上是无法完全按照规范规定来做的。此外，工艺工程师有时为了测得所需的工程数据或获得一定的产量，部分情况下也需要对于工艺的规模进行调整与优化。与此同时，由于部分化工产品的设计周期短，因此企业为了能够尽快的占领市场，则青睐于缩短设计周期，因此这导致了工艺工程师在确定设计规模时受到了一定的现在?，这实际上对于设计安全造成了一定程度上的不利影响。

3化工工艺设计中安全危险问题控制策略

3．1安全问题识别方法化工工艺设计中安全控制的第一步就是做好安全问题识别工作。设计人员在进行安全识别的过程中首先应当理解到危险因素的定义。通常来说化学工艺设计过程中的危险因素主要是指生产中的事故隐患，并且可以将其具体到生产中存在的可能导致事故和损失的不安全条件。其次，设计人员在进行安全识别的过程中还应当对于项目生产工艺的全过程和配套的公辅设施的生产过程进行细致的检查和分析，从而能够在此基础上摸清危险因素和有害因素产生的方式与种类，最终能够有效的提升化工工艺设计的安全水平。

3．2采取工艺防护措施化工工艺设计中安全控制离不开工艺防护措施的有效支持。设计人员在采取工艺防护措施时首先可以从设计和工艺上考虑采取安全防护措施，从而能够促使存在的危险因素不至于进一步的激化。其次，设计人员在采取工艺防护措施时还应当努力的保证设计的安全性，例如设计人员可以在理化性质、稳定性、化学反应活性、燃烧及爆炸特性等方面采取对应的措施来获得良好的防护效果。与此同时，设计人员在采取工艺防护措施还应当全面的考虑采用哪条路线才能消除或减少危险物质的量，从而能够确保各种危险性因素不会在化学产品生产的过程中出现。

3．3控制化学反应装置化工工艺设计中安全控制的关键是化学反应装置的控制。工艺工程师在控制化学反应装置时应当深刻的理解到化学反应是整个产品生产的核心，因此其本身必然会有着许多危险性因素。因此这意味着工艺工程师应当在反应器的设计和选型前需要想到可能发生最严重的事故是什么。此外，由于化学反应的种类繁多，并且反应的速度也较快，因此一旦出现较为严重的失控反应时，工艺工程师应当努力的寻找降低反应速度的方法，从而能够在此基础上切实的提升反应装置的应用水平。

3．4整体园区设计工作化工工艺设计中安全控制还应当适度的从园区整体设计上面来着手。企业在优化整体园区时首先应当考虑到自身的监管能力和职工的工作水平，从而能够在此基础上避免监管力度滞后于化工产品生产的现象。此外，企业在优化整体园区时还应当努力的减少和预防化工工艺设计中的安全危险问题，并且进一步的创建完整性的安全生产标准，最终能够将安全危险有效控制在预期的范围内。

4结语

化工工艺设计是一项具有一定危险性的设计工作，因此考虑设计的安全性就是每一个工艺工程师所必须进行的工作了。工艺工程师在减少化学工艺设计的危险性时应当秉持着从宏观到微观的原则，从园区设计到工艺防护到方程选择等不同的方面着手，就能够有效的提升化工工艺设计的安全性与可靠性。

参考文献:

［1］朱晓东．浅析化工工艺设计中安全危险的问题［J］．化学工程与装备，2014，06(15):45～47．

［2］李珊珊．化工工艺设计中的安全危险问题与策略分析［J］．山西化工，2014，12(15):61～63．

第4篇

关键词：卓越工程师；化工分离过程；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）32-0054-02

化工分离过程是化学工程与工艺专业的学生一门重要的专业课，是理论性和应用性较强的课程，具有鲜明的工程特点。伴随着化学工业及其相关领域的技术进步，新的分离方法、技术不断产生，化工分离技术在石油化工、资源环境、能源、材料、生物医药等诸多领域持续发挥着重要作用，是化学工业实现清洁工艺的重要手段。在“卓越计划”的背景下，以强化学生的工程实践应用能力与创新能力为目标，培养宽口径、厚基础、复合型的化工高级人才，必须根据该课程的特点和时代的要求，构建新的人才培养模式，改革课程教学内容与教学方法[1]。目前，化工专业人才培养方案总体上还是倾向于理论型模式，专业课程教学内容缺少整合性和工程性[2]，化工分离过程课程同样存在教学内容老化、教学体系不完善、工程训练与生产现场脱离严重、教学主体的新生代教师对工程教育思想缺乏系统的研究和足够的重视等问题。因此，笔者在化工分离过程的教学中，以大工程观和集成式的课程改革和“卓越计划”的精神为指导，在教学内容、教学方法、教学与实践相结合等方面做了一些尝试工作，取得了较好的效果。

一、精心设计教学方案、优化教学内容

分离工程主要从分离过程的共性出发，讨论化工分离过程的基本概论、本质及其变化规律。从教学内容而言，分离工程是一个学术内容十分丰富的领域，既包括传统分离过程基本理论原理方法的学习，同时各种新型分离技术的不断涌现，要求跟上时代和技术发展的步伐，教学内容必须与时俱进，及时更新与补充教学内容，扩展课程教学环节。

1.合理组织教学课堂。要使课堂教学更具有现实性和新意，充分调动学生的求知欲望，优化教学内容至关重要。在教学过程中，避免课程的割裂与重复，对课程内容进行组织、设计、重塑与整合。教师按学科发展，从基础、原理、特性到应用及发展的顺序进行讲授内容的安排和多媒体课件的制作；按照问题、案例和原理相结合的方式组织教学内容；结合化工企业项目的实际和教师工程实践、科学研究以及学生实习，介绍常见分离技术。

2.积极整合教学内容。教师注意课程与专业基础课如物理化学、化工热力学、化工原理等的衔接和关联；在教学实践中对本课程与“化工热力学”、“化工原理”、“物理化学”等专业基础课程中有关内容进行有机衔接与融合，让学生很自然地完成基础理论到专业知识的过渡与应用；增加新型化工分离技术，如超离子液体技术、膜分离技术、双水相技术等；把企业典型工程案例引入课程教学中，使课堂教学更具有现实性和新意。基本分离方法与化工原理的融合在化工生产中涉及的分离对象几乎都是多组分体系，而目前一般高等院校化工原理教学中因学时有限，大多侧重于双组分的分离问题。这就要求在进行分离过程的教学时要做好与化工原理教学的融合问题。如对化工原理教材中已涉及到的基本原理，教师对双组分精馏、吸附和结晶等不做专门介绍，重点讲解多组分体系的工程计算问题，将有关的基础及计算机应用在耦合与集成过程设计中体现出来；减少与化工原理内容的重复，培养学生利用化工单元操作的基本原理解决实际复杂体系分离问题的能力。

3.有效延伸课程环节。化工分离工程本身具有较强的工程背景的同时还兼有较强的理论性。在“以教师为中心、以课堂为中心、以教材为中心”的传统教学模式中，化工分离工程的教学使学生认为化工分离工程是“一大堆的方程、繁多的数据和大量的计算和循环迭代[3]。为了促进学生对课程的学习，将课堂教学延伸至课外，如实习过程中、课程设计中及其他的化工实践如创新实验、化工竞赛等过程中，布置作业、小组讨论及综合设计等，加深学生对已学的化工分离技术原理的理解，学会进行分离方法的选择优化，以及新型分离技术的拓展。

4.强调选择优秀教材。要在有限的教学时限中，达到良好的教学效果，如何选择教材和教学内容对提高本课程的教学效果就显得十分重要[4]。刘家琪主编的面向21世纪的教材《分离过程》，该教材在内容和体系上体现了创新精神，注重拓宽基础，强调能力培养，并在教学内容上作了重新安排；按教学规律的发展，从基础、原理、特性到应用及发展的顺序分章节；主要章节（如多组分精馏和特殊精馏）中逐一介绍各种精馏方法的特性和应用；选择典型的分离方法展开讲授化学工程的研究方法及其进展。这样安的排结合了两种教材编排方式的优点，思路简洁清楚，学生易于接受，教学效果良好[5]。

二、采取研究性教学模式，改革教学方法

在讲授理论知识的同时，教师要引导学生从社会生活中选择并确定研究专题，主动地投入到课程学习中去，应用所学知识解决实际问题；并在学习讨论中获取知识、发展技能、培养能力，强调学习者的主动探究和亲身体验[6]。这样，改变过去由老师单一讲解的方式，可让学生有问题随时提出、分析和讨论。本人在教学过程中以研究性教学[7]为指导思想，采取多样化的教学方式，初显成效。

1.讨论式教学，调动学生的积极性。为加强化工分离工程与化工原理等基础课的衔接与融合，课前通过小班讨论课，复习回顾掌握已学基础课程的相关内容，并与该课程的内容进行对比分析概括和总结。例如，在讲多组分精馏过程时，教师在介绍完两个极限条件及进料位置的选取之后，让学生讨论简捷的计算方法的步骤和应用，并与二组分精馏进行对比分析，既加深了学生对所学知识的理解和巩固，又加强了学生知识体系的完整性。教学中，结合一些实例，让学生参与讨论，巩固学生对基本概念和原理的理解，开阔学生视野，扩散学生学习思维，让学生感受到该课程对生产实际的指导作用，培养学生的实际应用能力。例如，在特殊精馏教学中引入当地某药企乙腈废水的后处理技术，并结合企业生产情况，考虑能耗和溶剂的实际应用情况进行综合分析讨论。

2.虚拟式仿真，提升学生解决问题能力。以成熟的流程模拟软件为主线引导学生学习实践。在教学中，引入成熟的化工流程模拟软件的应用部分内容，有助于学生越过烦琐复杂的技术细节，用分离工程的思维方法解决实际问题。让学生学会利用成熟的软件解决工业生产中的实际问题，从而提高学生解决实际问题的能力。如学生在对某药企乙腈废水的后处理工艺经过讨论优化，然后通过流程模拟软件如Aspenplus等进行模拟优化，实现现代计算机模拟与实践教学的结合。

3.导向型讨论，引导学生自主学习。近十余年来，新型化工分离技术发展迅速，不少技术如各类膜分离技术、超临界萃取技术及新型吸附技术已趋成熟，其应用的体系也已经向医药、食品、生化、环境等领域扩展。但由于新型分离技术涉及面广泛，学生基础及兴趣不一，教学中不能面面俱到。本人在教学中开展导向性的讨论，采取教师引导，学生自学讨论的方法将学生领到学科的最前沿，通过典型研究成果的介绍，让学生掌握相关技术的基础和方法，学会分析创新思路，培养学生创新和应变能力，以适应人才市场的需求。例如，在教学中引导学生开展天然产物分离专题的研究和讨论。在讨论教学中，笔者从天然产物的新型分离方法、特定天然产物的分离研究进展等方面立题，鼓励学生选择自己感兴趣的专题如医药、香精香料等的分离研究进展，撰写小论文进行交流。这样，学生不仅学会了利用图书馆及网络资源查找与所选专题相关的文献资料，并且通过文献整理、综合、归纳和专题论文的撰写，有助于学生拓宽知识面、了解学科发展前沿，学会解决实际问题。

三、理论与实践教学有机结合

卓越工程师培养与传统人才培养模式的显著区别之一就是强调实践。所谓“授之以鱼，不如授之以渔”，实践不仅能使学生增长经验，把学到的知识与工程实践和社会需求对接，而且能够触动学生心灵，使其产生开拓创新的激情与灵感。经过实践历练的学生可以把僵化的书本知识内化成为活的创新能力。在教学中，将教材与实际工业生产相结合，丰富了课堂教学内容，加深了学生对所学的化工分离工程知识的理解，提高了学习的积极性，激发了他们的求知欲和探索精神，有利于培养学生创新思维方法和能力[8]。

1.强调课堂教学理论联系实际。学生学习该课程之前经历了认识实习和生产实习，对化工企业中分离过程的工艺过程及应用已有一些了解，但缺乏利用理论知识分析问题的能力，在课程教学中注重举例，对实习中接触到的分离过程结合分离原理进行详细分析。如在多组分精馏的课堂教学中，结合实习车间橡胶生产溶剂回收工段的理论与工艺进行讲解，既直观，又切合实际；让学生在理解分离方法、分离原理的同时，还学会从经济、能源及生产实际的角度考虑分离工艺的优化。

2.有效延伸课程实践环节。把工程现场转化为实习、实训基地，在知识传授与实践历练的交融中进行。一方面，利用所建立的产学研联合培养平台，让学生通过参与课外实践项目，或参与到教师的科研项目中去，通过工程实践来加深对分离方法原理的理解和认识。另一方面，在认识实习和生产实习中，教师通过布置分析讨论题、撰写小讨论文等方式，让学生学会分析讨论选择生产实际中的分离技术，对实习中接触到的分离过程结合分离原理进行详细分析，对课堂教学有很大帮助。反过来，课堂教学也加深了学生对实际过程的认识，并能举一反三。

3.聘请企业专家参与教学。“卓越工程师教育培养计划”的师资队伍是关键，通过“走出去、引进来”的模式，加强课程教学教师工程教学能力的提升。除了聘请优秀的企业专家参与教学任务外，任课教师还需通过承担或参与企目项目的改造或研发、指导生产实习和毕业实习、指导各类化工创新竞赛等实践教学活动增强自身的工程能力，把工业实际生产的案例同教材中的理论知识联系起来，避免了空洞说教，使课堂教学更具有现实性和生动性。

四、注重教学过程管理，改革考核评价体系

考试是教学过程中的不可缺少的重要环节，涉及到对学生学习效果的综合评判。在课程教学考核评价过程中，主要引导学生从注重“学习成绩”向注重“学习成效”转变，从“注重考试结果”向注重“学习过程”转变。课程考核形式采用期末考试、平时学习与专题讨论结合起来的评判方式，改变过去一份期末考试卷一锤定音方式。成绩由平时成绩（包括平时讨论情况和作业情况）、实践成绩（实习中作业完成情况、小论文写作与讲解）、考试等部分构成。

平时成绩主要包含课堂讨论思维能力、回答问题情况、作业完成情况、学习态度等，小论文主要针对课堂理论知识引导学生系统归纳、掌握某一方面知识，通过论文的完成加深了学生对课堂理论知识系统理解，同时锻炼了学生撰写论文能力。考试的内容分三个层次：识记、理解、应用，涵盖了学科相关的基础知识、基本原理、以及运用所学知识解决问题的综合试题。

参考文献：

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[2]徐毅鹏，20世纪末麻省理工学院工程教育转型探微[J].杭州电子科技大学学报（社会科学版），2011，（6）.

[3]马新起，周彩荣，刘丽华，等.分离工程课程教学改革与创新的思考[J].中外医疗，2007，（1）.

[4]万春杰，张珩，宋航，姚日生，王凯.基于卓越计划的制药工程专业工程实践能力的实践教学改革[J].化工高等教育，2013，（2）.

[5]吕华，刘玉民，席国喜.化工分离工程教学改革与探讨[J].广州化工，2010，（3）.

[6]龙跃君.高校研究性教学的价值反思与内涵解读[J].中国大学教学，2006，（6）.

[7]赵辉，陈宏刚，丁传芹.论研究性教学在化工分离工程教学中的应用[J].中国石油大学学报（社会科学版），2009，（7）.

[8]李继怀，王力军.工程教育的理性回归与卓越工程师培养[J].黑龙江高教研究，2011，（3）.

第5篇

关键词:化工工艺设计;实践环节;教学改革

为适应国家战略发展需要，2013年教育部、中国工程院联合出台了《卓越工程师教育培养计划通用标准》，为高等院校培育工程技术人才提出了新的标杆，也提供了新的契机。在众多工科专业中，化工专业涵盖过程工业的各个部门，对高质量各类型的工程技术人才需求十分迫切。化工工艺设计课便是培养化工专业优秀工程技术人才的一门不可多得的课程，在高等工程教育的深化改革中越发展现出其在本科教学课程体系中无可替代的作用和地位。

1化工工艺设计课简介

化工工艺设计课(以下简称“工艺设计课”)目前在国内大多数设立化学工程与工艺专业的院校都有开设，一般安排在本科四年级，是在学生学完专业基础课之后，综合运用专业基础课、制图以及经济、安全等方面的专业知识解决问题的一次训练，更能够迫使学生从做题的情境切换到工程实际的情境，因而能加快学生的思维向工程思维转变，能切实提高学生处理工程实际问题的能力。因此，与本专业的理论课相比，工艺设计课在优秀工程技术人才的培养方面具有独特的优势。然而，由于多种原因，工艺设计课还存在着不少问题，这门课的优势还远未被充分发掘，应有的教学效果还远未达到。

2工艺设计课存在的问题及原因剖析

纵观国内开展工艺设计课的高等院校，目前该课程教学过程中发现的主要问题可归纳为以下五点。

2.1设计要求和难度一降再降

工艺设计课教学效果难以达到预期，很大程度上源于设计要求和难度的一降再降。一方面，信息时代生活节奏越来越快，压力越来越大，很多本科生为了提高自己的竞争力，不得不分心考研、考证、实习、联系出国、进实验室、参加学生工作和社会实践，难以专注于专业课程学习本身。因此，学生们能真正投入到工艺设计课中的时间越来越少。例如，每年都有大量学生参加考研，考研之后紧接着就是毕业设计，使得学生很难充分重视工艺设计这门课。另一方面，化工设计工作量巨大，真正的设计从来都是团队共同作业才能完成。但在实际教学中，为防止学生抄袭而催生的“一人一题”的强制要求，也使得教师很难提出由多人共同完成一个设计任务的设想，因而也不得不降低对个人的要求和难度。

2.2设计题目缺乏精心设计

设计题目的合适与否对教学效果影响甚大，但从目前情况看，不少设计题目缺乏精心设计，衍生出如下几类问题。(1)与《化工原理》、《反应工程》等经典先修课程脱节严重。近年来，有一部分带设计课的指导教师认为，设计应该做真题，不应该做所谓的“假题”，甚至于设计题目就是指导教师团队正在做的工程项目。这就使得设计题目中所涉及的核心反应和分离单元经常不是经典的反应器和单元操作(如吸收、精馏)，有时会大量涉及气体吸附、膜分离、结晶、离子交换等非传统的化工的单元操作，有时甚至还因为新技术保护的原因无法获得设计所必需的数据。此外，即便有些题目来源于经典的传统化工工艺，但如完全忠实于实际项目，没有必要的简化处理，也必会造成工艺系统过于庞大、题目过于复杂，使学生感到一下子难以承受，不利于短学时性质的工艺设计教学。(2)“一人一题”设计的考虑不够周全。“一人一题”的初衷是限制学生抄袭。然而，很多设计题目，设计变量很少，甚至只有生产强度一个变量，使得学生的设计题目之间没有本质区别，无法杜绝学生抄袭。只要有个别学生做出来，其他学生只需简单地线性变换，仍可效仿，无需经过足够的个人思考。(3)未充分体现“整体设计”，仅是单元操作的简单组合。工艺设计课的工艺计算过程，应充分体现过程、工艺的整体设计。然而，目前的许多设计题目，其设计条件没有涉及单元之间的耦合，使得学生无需深刻认识过程和全流程，便可迅速进入到各个单元操作的计算阶段，其教学效果约等于化工原理课程设计，缺失了对学生大局观的培养。

2.3缺乏高效的“过程管理”

目前很多院校完全采用“结果管理”的教学模式，存在很大问题。所谓完全采用“结果管理”，即设计开始阶段做一次较为充分的宣讲，对设计过程不甚关心，完全以最终的报告和图纸定成绩。有些教师迫于科研压力，不愿在设计课上投入时间精力实施过程管理，甚至以“设计课以学生为主、学生自己完成”为理由，过度精简了设计过程中的师生互动环节。当然，也有很多教师非常重视过程管理，投入了大量的精力，但效率不高，其重要原因就是容许学生自由发挥的地方过多，学生的设计计算结果五花八门，教师很难对学生的阶段性进展做出高效反馈，甚至会打击青年教师的信心。诚然，设计没有标准答案，充分开放的设计题目更有利于启发学生，但这更多是针对设计大赛或是毕业设计。对于学时有限的工艺设计课教学，笔者不敢苟同。

2.4指导教师与真实设计资料的接触非常有限

近年来入职的青年教师，受到目前高等院校大环境影响，学术型的居多，大多没有经历过多少设计实践，自身工程设计底子薄。即使是有一定经验的教师，也有很多没接触过真正的、有代表性的设计资料。笔者所在的教研室只是收藏了一些早期的纸质版的图纸供学生学习，能反映当今化工厂、化工车间设计成果的图纸(特别是CAD电子版的图纸)还非常有限。学生们从未见过规范的设计文件和图纸，他们上交的报告和图纸都与行业规范相差甚远。

2.5先修课程缺乏对工艺设计课的铺垫

工艺设计课是一门综合运用所学专业知识的实践性课程，应该让学生能够在学习过程中将所学知识充分用到解决实际问题中去，这样会激发学生内心中的成就感，更加明白终身学习的重要性。然而，从目前看，学生学过的先修专业课程，对工艺设计课的铺垫不够，常常与设计题目脱节严重，这会使得“大学上的课没用”的思潮抬头，学生听课的积极性大减。例如，《化工工艺学》和《化工设计》这两门课是工艺设计课的直接先修课，但这些课程间的沟通合作还远远不够，从而不能将工艺设计题目中涉及的工艺流程在这些先修课上有所伏笔，提高了学生们面对工艺设计题目时要迈过的门槛。又如，认识实习、生产实习等实习环节，也是理论与实际联系的重要桥梁，但也很少跟工艺设计课之间建立紧密的关联［5］。我们常常不能将工艺设计题目中涉及的过程、车间和设备在实习阶段就让学生有所了解，这就使得工艺设计只能停留在课堂教学而没有实习支撑。

3改进工艺设计课的若干措施

笔者结合自己的教学实践以及在学生阶段的一些设计经历，尝试总结了一些可能对解决上述问题有所改善的措施，分五点陈述如下。

3.1精心安排设计时间

(1)尽早动员，尽早布置题目。《化工工艺设计》的全员动员应在四年级上学期开学即进行，最好能和另一门设计类实践课《化工原理课程设计》的全员动员合并进行。这样做好处有二:①学生通过一次集合就知晓大四的设计开课整体情况，便于其合理安排时间;②这样安排可以使得在《化工原理课程设计》结束后顺理成章地布置《化工工艺设计》的题目，给学生更多的准备时间应对难度更大的《化工工艺设计》。

(2)尽量避开考研冲刺期。可考虑将官方的开课时间定在春季学期，实际教学则可以跨年度。具体地说，是从考研结束之后那一周算起，完整进行4～5个自然周。笔者所在教研室一直推行这个方针，最大限度地减少了考研对工艺设计课的影响。

(3)给学生较为充足的报告撰写时间。在教学环节结束后，推迟1～2周(甚至整个寒假)收缴报告和图纸，给学生充足的报告撰写时间。如果寒假之前时间不够，则顺延到年后，但无论是否顺延，都统一在春季学期的第一周做完并上交报告，以减少对《毕业设计》环节的干扰。

3.2精心制定设计题目

(1)设计题目应更强调过程和整体。应通过设计条件的合理设定，使得任何一个单元操作都不可能独立求解，籍此强化过程物料衡算和过程设计的概念，使学生认识到过程设计不是单元操作设计的简单加和，有利于培养学生的大局观和主人翁意识。

(2)拉开“一人一题”设计条件的差异。通过设置不同的设计条件参数，对设计题目分组，使组与组之间在一开始便存在较大差别。这样即便无法完全杜绝抄袭，但也增加了抄袭的难度，迫使试图“偷懒”的学生不得不思考别人的结果哪些可以借鉴，哪些不能简单照搬，在这样的“询问他人+自我思考”中也潜移默化地达到了教学的目的，“少数人栽树、多数人乘凉”的状态得到有效的遏制。

(3)设计的前期计算应有相对确定的参考答案。设计的物料衡算、热量衡算和设备工艺尺寸计算部分，应有相对确定的参考答案，作为指导教师进行过程控制的重要依据。原因有四:①由答案反推过程，有利于及时纠正低级错误，有利于引导学生主动思考;②结合结果控制的管理，当有严格时间限制时，往往比纯过程控制效果更好;③能提高当面交流的效率，有利于提高学生的学习体验，也有助于提升青年教师信心，使其快速成长;④设计的开放性体现在多个方面，诸如PID设计就能充分训练学生的发散思维，没必要从工艺计算就开始发散。

(4)避免重复训练。设计题目最好应包括反应器设计。如果没有反应器，指导教师还应充分注意所带班级《化工原理课程设计》的题目，使得核心单元操作与《化工原理课程设计》有所区别。

3.3完善成绩评定方式

最终成绩应是设计步骤(设计过程)、答辩(测验)、说明书撰写、图纸绘制等环节的成绩总和。其中，设计步骤(设计过程)环节是过程监控性质的，应规定学生在每个节点必须完成的任务，且对其完成情况作出快速、准确的评估;答辩(测验)环节也是过程监控性质的，是教师了解学生投入情况的另一个重要窗口，是对抄袭行为的必要威慑。

3.4加强设计类课程的中青年教师培养

(1)提高准入门槛。首先，从事化工设计实践环节教学的教师，必须有化学工程与工艺的专业背景，最好是参加过设计大赛或本科毕业设计题目为设计型题目。其次，青年教师接手设计课也必须有听课、助课等自我修炼的过程，特别是没有时间较长、强度较大的实践经历的青年教师。

(2)鼓励设计课相关的教师“走出去”访问学习。鼓励工艺设计课相关的教师，包括从事《化工设计》理论课教学的老师，多去化工专业排名前列的院校走访，听听那些口碑较好的老师的《化工设计》理论课，了解其授课内容，学习其先进的课堂组织方式和授课方式。笔者本科阶段上过天津大学王静康院士负责的《化工设计》课，深刻体会到:把《化工设计》理论课上好，是调动学生兴趣的第一步;否则，学生就会本能地对设计实践课产生抵触情绪，很难谈得上有兴趣。

(3)下大力气收集、整理真实的设计案例。学院和教研室应设法为一部分指导教师创造去设计院实训的机会，积累一些真实的设计案例，至少是获得一些标准规范的PID、平立面布置、设备、配管设计等图纸，加以分类，做好资源共享管理。

3.5加强不同专业课教师之间的沟通、协作

在此笔者有两个特别建议:

①特别建议带设计的指导教师参加实习。比如，在生产实习过程中，要求学生认真体会工艺设计相关的工艺和单元操作，了解厂区总图布置、设备布置、管线走向、监控室设计等，学习工程实际中的反应器和多组分分离系统。

②特别建议《化工工艺设计》的指导教师也从事《化工原理课程设计》的教学，甚至是带同一个班。同一位老师带班，更有利于讲清楚这两门设计课的相通点和不同之处，使得工艺设计课能够尽量多涉及过程和整体，避免在单元操作的局部中纠缠不清。笔者已通过这种模式连续带班了2届学生，效果良好。

4结语

工艺设计课是化工专业设计类实践环节的典型代表，综合性和应用性都很强。在高等工程教育深化改革方面，工艺设计课是大有可为的，应引起相关专业、相关院校和相关部门的高度重视。一方面，必须从学校、学院和教研室层面重视起来，为支持设计课的发展、构筑合理的专业培养体系精心谋划、大胆创新;另一方面，这门课以及化工设计相关的指导教师应当意识到自己身上的责任和使命，下大力气提高组织教学的水平和业务水平。如此经过全方位多角度的改进，工艺设计课的教学质量才会不断提高，才会在培养高层次工程技术人才方面发挥更大的作用。

参考文献

［1］冉茂飞，张嫦，刘东，等.基于卓越工程师计划的“化工设计”课程教改初探讨［J］．广东化工，2015，42(14):228－229.

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［3］梁克中，黄美英，赖庆柯，等.大学生化工设计竞赛对化工设计课程教学改革的促进作用［J］．职业时空，2014，10(8):76－77.

［4］张刚，涂军令，傅小波，等.化工设计课程教学中的问题与改革尝试［J］．广州化工，2016，44(6):181－182.

［5］陈效宁，张艳辉.关于生产实习与化工设计类课程相结合的探讨［J］．广州化工，2015，43(23):255－256.

第6篇

关键词：高职院校；学科建设；区域经济；社会服务

学科是高等学校人才培养、科学研究和社会服务三大功能的基础与发展平台，是专业建设的基础，包括科学研究、学科交叉与融合等，是学科的内涵延伸和升华，学校的发展在很大程度上取决于学科建设和发展水平。许多人认为学科建设是本科院校的事情，对学校的一切包括社会声誉和地位起重要作用；而高职院校重点是抓专业建设，注重学科的外延发展、学科的组合与应用，关注的是社会需求与反应。然而，专业是建立在相应学科基础上的一个学科群落，一个专业可能要求多学科的综合和支持，而一个学科可在不同专业领域中应用，离开了学科建设和发展，专业建设根基就不牢固。

随着高职教育的发展，各学科如何进一步建设，成为研究者们思考与探索的重要问题。国外高职教育是通过与企业合作办学，利用双方资源优势互补，互惠互利。国内许多高职院校借鉴国外经验，积极与企业合作，加强了学科建设的针对性，但还存在不足：（1）学科建设中以科技创新为起点的多学科综合和可持续发展问题；（2）校企合作的深度问题。这些是高职学科发展的主要瓶颈。本校结合区域特点开展学科建设，积累了以下一些经验。

一、学科建设的目标

高职院校的学科建设必须明确自己的社会定位，根据专业建设发展需求确定重点建设的学科、目标以及如何建设等。学科建设的目标不是学科繁荣，而是通过学科建设提高专业水平；高职生中有许多人会成为管理者或技术骨干，尤其是对工科学生来说，要具有一定的理论水平才能掌握机器的原理、性能等，才能深入到技术和工艺的内部，解决生产中的技术问题，进而成为引领职业技术发展的前沿人才，这也是高职与中职教育的区别，体现了学科建设的必要性。我院以“就业为导向，走产学研结合的发展之路”，基于区域经济社会发展进行学科建设，建设实用性强、区域特色鲜明、体现技术发展的学科和课程，符合经济社会发展和产业结构不断优化升级的要求，有利于提高学生的就业能力和职业素质。

二、学科建设的实施

（一）以基于区域经济社会发展为特色

办学理念和特色是学校赖以生存的基础，对师生员工起着目标引导与行为激励的作用。生源的不断减少是高职院校面临的突出问题，学校面对的是学生、家长和社会的选择，如果没有特色和社会影响力，将会被淘汰。学科特色和专业特色是最重要、最具直接影响的特色，只有在区域经济社会发展的基础上，融合地方经济特点办出特色，才有竞争力，才能在地区相关产业发展中起到创新和主干作用，学校才能成为支持区域经济社会发展的人才培养基地和科研开发基地，否则将使学校陷入生存危机。我院依托行业与企业进行学科建设，注重学科的整合与配置，建设“专业群”，基于应用提升学科水平，“以学生为本”，把学生塑造成为身体、心理、智力、创新能力、道德素质等各方面全面发展的人才，以满足社会的需求。

（二）学科建设和可持续发展并重

基础知识是学生成长与终生发展的平台，重点建设基础学科既是学科建设自身的需要，也是教学的需要，要在基础学科平台上进行专业学科、交叉学科、前沿学科的建设与发展，下面以化学工程为例来进行分析。

1.学科建设与学生发展

化学工程是我院的传统专业，随着江苏“四大医药板块”的形成和连云港石化行业的大发展，迫切需要懂生产工艺、产品分析及销售等高端技能型人才；化工类专业基础相似，岗位性强，技术密集程度高，对操作人员的要求不是简单的操作技能，也不是单纯的经验积累，而是要对整个流程及所在岗位工艺原理、设备特征有较深入的理解，也需要相关的环保、安全、节能、经济核算等基础知识，因而高职学生要有一定“度”的理论知识和扎实的基础，这离不开学科建设。

2.学科交叉与重组

学科交叉、带动和辐射是其可持续发展的重要方面，学科建设不是单一学科的建设，必须以科技创新为基点统筹规划，从多学科综合、互动、协调发展的角度实施学科的分化和整合；根据学生特点及企业对毕业生的需求，我院化学工程学科建设以服务于应用化工、化学制药、生物制药和工业分析与检测等专业群为目的，在发展高职教育和区域经济的迫切需要下进行学科建设，包括四大化学、化工、机电、信息、外语等基础学科的建设，以增强学生的科技创新能力。

3.学习环境与氛围

良好的学习环境与氛围是提高学科建设水平的另一重要方面，学习国外先进的科学技术和设备，加强与国外学校的交流合作，学习国外办学经验，我院与韩国、法国、美国、日本等有关学校建立了友好合作关系；优良的校风、教风、学风能够激励学生形成优良品行、远大的抱负，体现学校内涵发展的精神底蕴，学院师资力量雄厚，教师的学风与教风深深影响了学生。

（三）校企合作共建共享综合实训基地

校企合作一直是高职院校多年来改革的重要方面，然而成效不大，主要是由于校企双方的价值取向不同，难以形成共同的利益基础，不能很好把握教学和生产的结合，如果只重视生产，不重视教学和学科建设，忽视“培养人才”，学校对企业便产生怀疑；如果过分强调教学，忽视企业“生产”，使企业对合作失去动力；许多“生产型”实训基地也是如此，能够真正做到对学科建设起作用的校企合作并不多见。

我院引进设备工艺先进、管理水平高的骨干企业进校园，共建校内生产型实训工厂和工程技术研发中心，用于生产、创造利润，同时以生产环境培训学生；将应用开发类的企业难题和生产实例融入教学，让学生参与项目的研发，企业将研究成果用于生产；依托实训基地，实施“工作过程系统化”课程教学，按照企业化要求对学生进行培训和考核，企业通过考核引进人才。已创建60余个实训基地，融教学、职业院校共享、培训、研发、技术服务、职业技能鉴定于一体，为江苏虹港石化等多家企业提供职工培训和研发合作，提高了基地的设备运转率和综合效益。通过创新工作基地的建设使学生自主创新能力、新技术应用水平在项目的开发应用中得到提高。企业全面参与建设过程：如人才培养方案的制定、师资队伍和实训基地的建设等，为企业培养“用得上、留得住”的人才。

（四）以科研水平的提高促进学科建设

学科建设是建立在科学研究基础上的，只有重视科研，才能建设学科、发展学科，进而整合学科、提升学科，没有学科建设作基础和带动，任何专业建设都只能在低水平徘徊。提高师生的科研意识和水平，鼓励师生多搞项目、多搞科研、多出成果、促进学科建设，也是学校向更高层次发展的必具条件。

本校以科技服务拓展专业发展，教师积极参加“科技专家进企业”等活动，仅医药化工学院每年参与技术服务的教师就在10人以上。2年内与企业合作申报省、市级技术开发与应用研究项目10项以上、专利8项，科研项目经费累计超过百万元。通过科技服务，提高师资队伍的科研水平和教学能力，通过科研工作，可以使学生对某项目领域的相关知识理解和掌握得更透彻，科研成果进课堂、进教材，以强化学科建设。

（五）建设高层次的“双师型”学科梯队

学科梯队建设是学科建设的关键，教师要不断进行知识更新和补充，为学生带来更多的学科前沿信息，加强高学历人才的工程实践能力，充分利用信息资源丰富和高层次人才集聚的优势，为新技术、新工艺、新设备的应用和推广提供技术服务，解决企业生产中的技术难题，双方共同开展科技攻关，推动科技成果转化，为企业人员、转岗再就业人员提供多个工种、多个层面的技能培训。按照“数量保证、结构合理、素质过硬、整体优化”的原则培养和引进人才，建成专兼职结合的“双师型”优秀创新团队，提高服务区域经济的能力，从企业聘请行业资深专家作为兼职带头人，承担学科建设规划、方案设计、教师培养等工作。

三、学科建设基础上的专业建设

高职学科建设应根据职业岗位需求和本地区的经济特色，面对区域高新技术支柱产业及相关产业应用性较强的前沿领域，以确保学校全面、协调、可持续发展。校企共建学科建设和专业教学指导委员会，创建产学研结合的平台，创新人才培养模式，学校将最新的科研成果及时应用于实践；企业将最新的行业信息和实践结果及时、准确地反馈回学校，避免学科发展方向的偏差。根据岗位分析，确定典型工作任务和行动领域，引导课程设置，培植学校、企业、学生“三赢”的机制，专业间相互支撑，带动专业群的建设。

（一）重组课程体系

由学科建设指导委员会对岗位群职业能力所需要的知识、技能、素质等要素分解和量化，重组课程体系，使课程内容包括整个生产和管理过程，进行“教、学、做”理论实践一体化教学，构建与国家职业资格证书衔接的职业能力课，与生产和就业紧密结合，建立动态和开放的标准评价体系。

例如我校医药化工学院以行业企业的人才需求为依据，以产品的合成、复配、分离和分析的岗位能力培养为主线，融入职业资格标准，引入完整的工作结构，工学结合，将课程分解成以“实际、实践、实用”项目为载体的学习单元，即以“典型产品的生产过程”为教学项目，使学生经历完整的工作程序，完成完整的生产工作任务并获得有意义的成果，促进学生在实践中将认知学习、能力训练、问题探究融于一体，培养学生分析问题、解决问题的能力，带动知识点的学习。其中，涉及到多学科综合知识，包括化学化工、机械、电子、自动化等。我们在药物合成技术课程建设中与江苏德源药业、连云港盛和生物科技有限公司建立了深层次的合作关系。

（二）精品课程开发与教材建设

校企合作编写特色教材，开发精品开放课程。精品课程建设是教学基本建设的核心工作，加强精品课程建设是深化教学改革、实现培养目标的保证。我校以“药物合成技术”、“工程制图与计算机绘图”、《高职高专英语》等省级精品课程带动其他各门课程的建设，无机化学、化工原理、外贸单证操作等课程被列为全校重点建设的精品开放课程。教材建设是专业建设中的重要方面，高质量的教材是培养合格人才的基本保证，根据学校的定位、特色及专业培养目标，我们认真开展理论实践一体化教材编写研究，已有省级及以上精品教材多部。

（三）以人才培养质量评价反馈学科建设

构建贯穿于“学业与职业”全过程的人才培养质量评价与监控体系，建设学校、社会、企业多元化质量评价机制，实现职业技能鉴定与教学质量评价的接轨。每年举行1-2次的专业建设指导委员会会议，审议人才培养方案，指导专业建设和学科建设；通过与企业行业交流，了解技术不断革新的形势下对岗位能力的要求和需求，作为制订招生计划和教学改革的依据；通过教学督导工作，及时发现存在的问题；建立学生对教学的反馈体系，随时了解教学中的不足；采用书面测试与其他评价的多样化方法，考察学生对基础知识的掌握，将评价和指导伴随于教学活动的全过程；坚持毕业生回访和跟踪调查，了解他们的岗位信息及对课程设置的建议，作为每年修订教学大纲的依据之一。

第7篇

随着适用性研究和开发的进展，人们可以发现许多经济上可行的方案来满足整个地球的需求。该"设想"确定了方向和相应的规划，采取措施建立利用植物系统中能源和碳源的可再生资源基础。面临的挑战是严重的，但机遇也是难以衡量的。人类可以适应变化，但必须接受所面临的挑战。序言中从两方面进一步阐明“设想”提出的背景：

1、界定植物/农作物基资源

植物/农作物基(有时用生物基bio-based)资源是指来自于一定范围的植物系统，主要是农作物、林产品和食品、饲料和纤维工业加工过程中的副产物。它们可以通过一年生的作物和树种，多年生植物和短期轮作树种等途径在一个较短的时间内再生。石油化学品原本也是以植物为基础，其基本分子为烃类。植物/农作物基可再生资源当前所用的大量基本分子是碳水化合物、木质素和植物油。也有一些量少高值的分子是来自二级植物新陈代谢。另一个主要区别是烃类及其提取系统已经开发并加工处理其所需要的原料型产品，而植物基可再生资源在某些程度上虽然也被认定，但某种植物会含有某种资源，加工后会留下什么，尚未完全搞清。

最近生物技术进展可以改变植物成分和酶提取系统，这就为现在需要的化学产品和新型中间人体及产品制造提供了新的经济机遇。据统计，美国的森林、耕地、牧场等面积约22.46亿英亩(1英亩=0.405公顷，下同)，其中主要农作物的种植面积有4.24亿英亩，可以生产大量植物/农作物基资源。过去50年，这类资源的重点主要是面向食物、饲料和纤维生产。

2、烃类经济

20世纪后期，世界经济发展很快，生产增长率有很大提高，尤其是各发达国家，一些发展中国家也不断增长。成功的增长和发展过程中起主要作用的是烃类经济。自20年代以来，矿物化石燃料的采取和利用提供了人们当前所享受的经济效益和生活水准。许多国家都依靠这种资源来满足能源和原材料的需要。

在过去50年中，大量的研究开发在能源生产和基础产品制造方面创造了许多可以大量增值的工艺过程。市场经济明显地受人们提高生活水准的意愿所驱动，以创造各种产品。生物基资源的(主要是用植物基)用量很小。据统计，在能源方面少于1%，在原材料方面亦低于5%。美国1996年玉米、黄豆和小米等生产用作食品和饲料量约为6900亿磅(1磅=0.4536公斤，下同)。由此从经济角度看还不能赶上工业原料，而以烃类为基础的经济却繁荣昌盛。

烃类虽然将继续起到非常有效的经济发展平台作用，但是在其未来应用中却有若干问题有待解决。首先是对石油化学产品的应用环境问题日益受到关注，随着又产生了许多相关的问题。化石燃料是一类正在减少的原料资源。应用植物/农作物基资源作为一种补充，由于它们是可再生的，所以为经济有序地向可持续发展转变创造了机会。

通过对能源状态的审视就可看到可再生资源作为一种补充的必要性。烃类资源有限，许多专家提出世界可采和探明储量，如按现在消费水平计算只能提供50-100年，此处的一个重要假设是“现在消费水平”是保持不变，但是从全世界人口增长和生活水准变化来考虑，此假设是不合理的。当前世界上按人口平均的能源消费水平差距很大，详见表1，许多发展中国家都将增加能源消费。未来的能源供应问题是多方面的，因为发展中国家人口众多。例如，中国按人口平均能源消费相当于美国水平的1/3，其需要增加的能量数量约相当于美国现在全年能源使用总量。

表1当前按人口平均能源消费水平kwh/人美国法国日本巴西泰国中国

122007500700015001200900

一些有效利用烃类的开发将有助于需要增长问题的解决，但是对烃类找到补充资源是完全必要的，只有如此才能保持可持续发展的工业基础。

新技术开发和应用需要时间。石油化学工业本身的发展就是一个事例。1920年烃类原材料经济并不像今天这样具有吸引力，过了50年，开始适应化石燃料状况的工艺。因此，要使植物/农作物基系统达到同样现代化水平也需要时间。

当前正是开展大量研究开发工作、利用各种可再生资源和各种新工艺、并开始在各种可供选择的途径中提出选择标准的时候。现在进行研究并不意味系统要立即改变，但是，烃类经济的经济学未来将出现问题：要支付高额环境费用，或是由于原料缺少而价格上扬。

投资适用性研究可以在未来能源和原材料间进行相关的比较，提供非常需要的选择。在中期至长期，选择植物/农作物基可再生资源可能是要兼顾环境方面容许和经济方面具有吸引力。而在近期，研究和开发可能只在一些领域内进行，使植物/农作物可再生资源能开始进入基本化学原料市场，从而扩大资源基础，延长有价值的化石燃料储备的应用寿命。

在上述背景环境下，通过研究讨论，提出了2020年开发利用植物/农作物可再生资源的设想的目标；“设想”是要通过植物/农作物基可再生资源的开发来提供经济继续发展、生活的健康标准和强大的国家安全。植物/农作物基可再生资源可以改变当前对日益减少的非再生资源的依赖。

本“设想”的内涵重点是建立新的观念，即植物基资源是越来越重要的工业原料资源。非再生资源可能因经济和环境因素逐步被植物基再生资源所取代，“设想”反对等到危机发生时现开始启动替代。

展望2020年，化石燃料可能仍将占90%，增加植物基可再生资源并不是可有可无的，它对满足未来的需求非常迫切。当然，需要有效地加工和利用这些植物衍生原料。其新途径的研究从现在就要开始，为经济发展有足够的时间，保证解决环境而进行良好的合作。

要取得有成效的进展，应当确定以下的方向性目标：

1、2020年化学基础产品中至少有10%来自植物的可再生资源原料，到2050年提高到50%。

2、建立植物基(农作物，林产，加工业)系统，用有效的转化加工工艺生产可再生原料，为2020年选中的产品提供经济合理、对环境瓜敏感的制造平台。用此生产链来示范一个综合的植物/农作物基原料系统的经济合理性和潜在效益，显示工业应用机遇的新领域，为2020年以后国内和出口的需求做出贡献。

3、在工业投资者、植物商、生产者、学术界和各级政府之间建立合作伙伴关系，开发从小范围到大规模的工业应用，重新激活农村经济，改进增值加工和制造链的集成，消除食品、饲料和纤维加工业与基础材料制造业之间的差别。

“设想”中提出，科研与开发方面要制定有详细目的和要求的相应计划，支持上述方向性目标的实现，从而也可取得投资的优势。

植物/农作物基资源利用现状和前景

一、现状

烃类提供人类能源和衣着。塑料、油料、油漆、染料、药品等基础原料，已经成为现代生活的主要依靠。1970-1990年间石油基的塑料增加了4倍，已经逐步代替了玻璃、金属甚至纸张。植物/农作物基资源目前尚未有效利用，主要是因为可用性差、质量不高、供应不稳或是价格高。要推动和提高植物/农作物可再生资源应用的兴趣，需要从以下几个方面来分析。

1、实用性

尽管消费总量不高，但是植物基原料当前在化学品方面应用面很广，如用于油漆、粘合剂及剂等。黄豆是植物袖的传统原料，随着基因工程进展，可以生产满足特殊剂市场需要的专门油。最近，可用黄豆衍生物制造油墨，在乙醇、山梨醇、纤维素、拧槽酸、天然橡胶、多数氨基酸以及各种蛋白质等化学品生产中，植物基资源是主要原料，详见表2。

表2、美国植物基资源用量万t/a类别用量用途

木材8090纸，纸板，木质素纤维复合材料

工业淀粉300粘合剂，聚合物，树脂

植物油100表面活性剂，油墨，油漆，树脂

天然橡胶100轮胎，家用品

木材提取物90油料，胶

纤维素50纺织纤维，聚合物

木质素20粘合剂，丹宁，vanillin

在多数情况下，应用的植物基材料主要是原始状态分子。如木质素纤维、植物油和橡胶等复杂分子的应用也只有有限的改性。这就与石油化学工业构成明显的反差，石油化工则是用化学方法按需要将烃类裂解成几种简单分子，如甲烷、丙烯等。用这些基础原料进行化学合成，制造所需要的复杂的分子。

在少数情况下，植物/农作物原料进行裂解成为不同的基础分子，例如高果糖的玉米生产糖浆和玉米淀粉发酵生产燃料乙醇。1996年美国用211亿磅(1磅=0.4536公斤，下同)玉米采用新型酶发酵方法生产9亿加仑(1加仑=4.546l,下同)乙醇，从而加工为90亿加仑混合汽油。从许多实例看，植物基原料有一定实用性，虽还未生产像药物那样的高度专业化的分子，但却包括了大量生产的中间体及产品。

2、供应及质量

植物系统地区分布广，由于土壤和气候条件不同，导致供应和质量的差异。森林和农业系统的发展已经缩小了天然野生植物的供应差异。

生物质的总产量虽然很大，但是由于没有经济的转化技术而使其应用受限制。一些新进展如快速裂解提供了从中获得低分子量产品的机会，如果能在分离技术上进一步创新，就可以推动此应用。生物质资源可以来自快速增长木材、田边作物以及其他专门培植的植物物种。另一潜在的生物质资源是当前为食用和饲料种植的农作物，如玉米、黄豆、小麦和高梁等。一般情况下这些作物只应用其产量的一半。此4种作物估计每英亩(1英亩=0.405公顷,下同)约有2600磅(以干物质计,下同)遗留在田地中，总计约有5200亿磅。一部分留在耕地以改良土壤结构，但大部分运出去，作为原料应用。因此要求有适当的、成本低的储运系统和加工技术。

供应方面的主要问题是对原始生产的管理。当前，树木可作木材和纸浆，种植农作物只是为食品、饲料和纤维加工，没有在综合利用上进行优化。对植物/农作物投入的成本评价基础是未经优化的植物生产系统，因此经济性不佳。一些边际土地的利用可以扩大植物基可再生资源原料基地。但是从经济上比较，其很难达到经济可行目标。在估算其经济回报时，要考虑化肥、农药等化学品的使用费用。要增加可再生资源来源，除了要提高边际土地利用率外，主要应是如何对良田建立优化种植生产系统。

当前低投入、低产出的植物生产对农民难以盈利，并不利于农村发展，也不能为加工业提供低价原料。但是在产出方面，数量和质量相差甚大，从此系统得到的产品必然价格较高，严重地限制了经济上的可行性。而且，由于低产出生产就需要更多的土地，其对环境的单位影响常常大于更为强化、密集的系统。因此要优化生产系统，同时改善边际土地的利用。此外利用生产率高的土地作为植物/农作物可再生资源的原料基地，这也有利于解决数量和质量上的波动变化。

农村根据市场需求规划种植计划，如根据乙醇市场还是植物油供需情况，做出种玉米还是种黄豆的选择，其次则要进行第2轮对品种的选择，作乙醇则要种高淀粉含量的玉米品种，如要种饲料，则种含高油量玉米更佳。这些选择都对产出经济效益有很大影响。面对“设想”需要扩大食品或饲料、饲料或原料、油料或淀粉、纤维或糖、药品或聚合物等等选择范围。要根据供应或需求来决策，就需要进一步仔细研究有关课题。

3、植物/农作物基原料成本

利用植物/农作物基可再生资源主要是成本问题，它与烃类相比是不经济的。工业生产要求大量的便宜原料。植物原料价格便宜，如果能开发适当的系统将极具竞争能力。利用植物/农作物基原料生产化学品的成本比较，详见表3。

表3、植物/农作物基化学品生产成本类别生产量万吨通常方法美元/1b植物衍生美元/1b植物衍生占总产量%

糠醛300.750.7897.0

粘合剂5001.651.4040.0

脂肪酸2500.460.3340.0

表面活性剂3500.450.4535.0

醋酸2300.330.3517.5

增塑剂801.502.5015.0

炭黑1500.500.4512.0

洗涤剂12601.101.7511.0

颜料15502.005.806.0

染料45012.0021.006.0

墙涂料7800.501.203.5

油墨3502.002.503.5

专用涂料2400.801.752.0

塑料30000.502.001.8

实际上,在制造业中选用不同的化学加工工艺对其成本影响很大。

植物/农作物基可再生资源不是一种替代性资源,而是为工业原料提供的补充资源。成本问题并非只限于原料,而且与加工过程有关，因此要进一步开发新的化学和生物加工工艺，才能扩大植物基可再生资源应用范围，使之成为经济可行系统。

二、前景

由于植物/农作物基可再生资源的来源不同，每种来源的原料又可以利用不同的加工工艺，构成了一种多维的发展前景。本“设想”运用矩阵分析方法进行探讨。不同投人的植物原料，可以运用不同的加工系统，并取得各种不同的开发效果。

1、废料和副产物利用

从当前看，利用机会多，但需要有新的加工技术才能使其成为更重要的资源。

(1)现代化学

森林工业已经将副产物利用发展成为一个较大的行业，如纸浆副产液转化为磺酸木质素表面活性剂ch3soch3以及用树皮制丹宁。农作物的磨榨工业开发了许多应用副产物进行加工的工艺，如从燕麦制糠醒、淀粉粘合剂、专用棉籽油、从湿磨料生产拧蒙酸盐和氨基酸等。但是，许多食品加工业，如蔬菜和水果却没有开发相应的副产利用加工工艺，经常将副产淀粉和糖排放入周围环境。副产物的利用具有许多发展机遇，提取及销售其所含的有效成分是降低主产物成本的手段，而且从战略上看是扩大利用植物基资源。

(2)改进化学

木本植物和有些农作物加工中有较高的木质纤维素含量和一些碳水化合物，如烃类工业一样，可以将复杂分子转变为较小分子技术。便宜的植物衍生发酵制糖的开发已在进行。用金属有机物化学将碳水化合物转变为增值化学品是扩大利用植物基原料的又一技术途径。改进化学方法具有潜力，可以使植物衍生的废料加工利用提高经济回报率。

(3)生物加工

在比较复杂的料浆中用微生物发酵法生产某种分子，再将其分离出来成为需要的产物。生物转化是应用微生物、细胞或不含细胞的酶系统的一步法工艺，它提供了改进废物料和副产物利用机会，随着分离技术的提高，生物加工工艺可以获得更为广泛的应用。

(4)新分子

在此方面似乎不太重要，从废料中生产新分子不是一条最佳途径。

2、现有农作物

从近期看扩大应用具有最佳机会。

(1)现代化学

从化学工业整体看，并没有|认为植物衍生材料具有较高的经济价值，但是具体|问题要具体分析。石油化工利用烃类而不用碳水化合物和其他生物基分子。

(2)改进化学

如果植物衍生原料是结构型的生物质，含有木质素和纤维素等成分，其具有一定优势。一些新技术，如综合燃烧或金属有机化学等都能提供更好地利用此类资源的机会。除林产资源外，约有5200亿磅的生物质资源目前尚未加以利用。改变加工工艺路线可以提高利用现有资源的效益。新的工艺开发可以提供利用糖和淀粉的机会。植物淀粉有不同来源，如水稻、土豆、玉米和小麦，它们的性质、用途都不同，因此需要改进其化学方法，发挥其潜能。新化学工艺与生物加工及先进的分离技术综合起来可产生很大效益。

(3)生物加工工艺

植物作为生物加工原料量大而多样，从结构型生物质到一些专门的植物组分，在生物加工方面潜在优势很大：用酶转换玉米衍生的葡萄糖生产高果糖的玉米糖浆。最近从玉米葡萄糖经过发酵制琥珀酸也取得成功。琥珀酸盐可以用作制一些化学产品如丁二醇、四氢呋喃，这些中间体又可进一步加工制成许多种产品。当前，用10亿磅这种原料可得到价值13亿美元产品，现在正在中试。多种学科进行合作就可取得良好的效果，这是短期内取得成效的一种良好运行模式。

(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专用酶，可产生新分子。此工作目前只在很小的市场中进行。当市场对具有特殊性能的新产品需求增加，投入产出可能会促使其发展，技术和经济的综合研究要沿着产品开发链进行，从界定所需要的产品——需要的特性——分子结构——中间体——酶技术——蛋白质/基因工程——投入植物的最佳原料——生产优化等。

3、新鲜农作物

此项作为中期发展机遇。

(l)现代化学

因为化学工业一般不认为农作物的利用能获得较高的经济价值，因此新鲜农作物并无吸引力。过去曾认为可以降低成本，但是实际上的技术限制否定了其经济性。

(2)改进化学

从投入产出看，存在类似问题，如果改进的化学工艺需要专门的农作物，-新鲜农作物可能会有优势。另一优势是在物流方面。按照改进工艺实施和运作规模，所需原料只能就近供应新鲜农作物。因此改进工艺应当与供应系统平行进行才能互相支持共同发展。植物作为原料补充资源时，困难在于许多烃类加工装置不位于农作物和森林种植地区，而植物基原料运输费用很高。

(3)生物加工工艺

与改性化学类似,区别在于如何将原料加工成中间体和最终产品。在技术上要考虑农作物品种的适用性，一种生物工艺可以对多种品种进行加工。优化工艺是影响运作经济很重要的因素。

4、改性基因类植物

这是中长期发展机遇，其可提供的成效目前尚难以想像，今后是否出现碳水化合物经济，或是其他经济，这要看建立在生物工程基础上的新工业平台所能发挥的作用。

(1)现代化学

基因改性植物基原料可能成为现有的烃类加工系统原料。但是，改性植物分子在烃类系统中降解所花代价太高。因此投入技术要能跨越加工技术，或者是较复杂的分子能直接得到并进入制造链，再有是新工艺路线能高效地应用此改性原料。当然这些变革都要从经济和环境两方面来评价其效益。

(2)改性化学

对优化植物/农作物基原料投入和加工有好处，应当进行此方面研究。至于何时见效则要根据基因技术进展及其达到工业化时间来确定。

(3)生物加工工艺

微生物或酶进行基因改变达到强化工艺过程目的。生物工程具有长期潜力，在原料投入和生物技术本身之间创优，有时所需要的可作基础原料的分子可以部分在植物原料内进行合成，用生物转化或高度专门化的生物/化学工艺进行分离。为了继续应用化石燃料生产专门产品，需要进行研究开发，使有限资源能取得最大的价值。

(4)新分子

过去20年中，塑料已成为最大的工业部门，在日常生活中代替了玻璃、陶瓷、木材和金属。市场将会根据消费者的意愿和需求发生变化。材料科学将继续发展，市场销售者将继续设计新的消费品，塑料的未来变化难以预料。能作为新工业发展平台基础的新分子将会很多，物理与化学科学与生物工程材料结合将产生新的领域。植物基可再生资源将是未来的主要资源。新陈代谢工程是将丰富资源制造成所需基础原料的渠道，支持社会基础设施。开发和拓宽其可能性，需要先进的技术，这将是未来新领域。

生物技术的潜在影响及实施“设想”的工作途径

生物技术的潜在影响

对一个新的技术领域进行评价，可以从如下几个方面来分析：近来变化的速度和引入的速度、量度及其带来利益的水平及公共公司投资、评价专利活动和有关协会的活动、观察开发进程、审视所取得的成功进展。

90年代初期，许多人对生物技术将对农作物带来很大变化是持怀疑态度的。到1996年，转基因作物在产业化方面取得成功，明确地澄清了这个问题。这些早期的成效是关于新的作物保护途径，对保护植物生产免受病虫害起了重要作用，对进一步了解和掌握如何改进植物组分也很重要。

由于管理方面的需要，转基因大田试验记录由美国动物和植物健康监测服务中心保存。从记录中可以看到一些行之有效的转基因改变植物组分的工作正在进行之中，试验范围也在不断扩大，一些主要的公司如杜邦、孟山都和pioneerhi-bred等都在进行。

为了改变植物组分以提高营养价值，改善加工性能，或是为了某些工业和制药的应用，一些转基因改性品种已经进行了评价，包括碳水化合物的变革、油和脂肪酸改性、提高氨基酸水平、蛋白质形态操作(typemonipulation)、纤维特性改性、产生抗体、工业酶生产、二级化合物操作(甾醇，earotenoids等)、新型聚合物生产。

转基因技术发展非常迅速，为植物基材料扩大应用开辟了新的途径，使其可以为工业生产提供分子基础原料和更为复杂的分子原料。用植物基原料主产聚合物，制造塑料就是一个成功事例。从a1-coligenenentrophus细菌的3种基因已经能转入植物的1ipid合成中，可以得到polyhydroxybutyrate(聚羟基丁酸酯)，浓度可达14%。这种生物可降解的热塑性塑料正在进一步开发，使之可以从黄豆、棉花和油菜籽制备。

在过去50年内，通常用的植物培植产率已经提高了3倍，根据农作物满足食物、饲料和纤维不同用途，选择不同的方法得到具有不同特性的产物。高级植物种植要用基因图谱和转基因技术，进一步提高食物和饲料生产需要供应的植物基原料。

生物技术对植物基原料已经产生革命性的影响。但是，用生物技术来改变植物，使之适合烃类经济需要，并不是一条最佳途径。这就需要进一步弄清什么是工业链需要的因素，而这些因素又是能在未来转基因植物基可再生资源中具有最大的优势。

实施“设想”的工作途径

要成功实施美国可再生资源开发利用的战略设想(以下简称“设想”)中所提出的大纲，需要将研究、开发、工业过程工程以及对未来的市场了解等项工作有效地集成起来。适应“设想”的多学科计划以及各个项目的协作都要求有一共同的目标，向前沿技术迈进。应用改进的化学工艺加工现有的农作物，包括集成运用生物工艺，可以纳入短期计划之内，从当前到今后10年可以着手实施。这是研究中的一个热点。另一个热点是观念上的飞跃，超越当前的烃类化学，结合基因改性植物，运用新的工艺，这可以纳人中长期计划中，在10到20年甚至更长时期内实施并产生影响。上述两个热点都是当前在研究中进行投资，在不同期限内可以取得回报。

如果在这些领域内取得成功，在工业应用上就可以有了一个可行的坚实科学基础。新鲜作物应用开发将被看作是一个降低这些系统成本的一种机制，或是改善供应状况(数量和质量)，满足工业发展需要。

当审视植物基可再生资源的前景时，可以看到供应链本身包含着许多重大课题。不同物种发展有各自的地理优势，可以形成专门原料的加工中心，包括进入国内和国外两个市场。对转基因作物的鉴别保护机制仍在变化，植物基可再生资源上的这些系统都需要进一步研究。

本“设想”并非要给各种问题以答案，而是指出未来潜在的可能，在各方面采取一定的步骤就可以使其实现。下一阶段就要进行各方的协调工作，使多方面的投资者能有一个投入的基础，针对“设想”提出的目标进行开发工作。该规划要订出各项目计划，通过研究和开发来支持“设想”中提出的方向性指标。各计划项目要符合下列一个或几个方面的要求。

优化生物质和农作物基原料生产，达到计划应用要求状况。

为植物基原料的供应链提出装置、地点、贮运和分销措施，包括加强农村经济的机制。

加速发展基于改性化学和生物工艺的新工艺，同时考虑利用植物/农作物基可再生资源原料。

对多类投资者支持的项目，对上述三个方面中一个或一个以上将产生影响的项目，或是多学科项目等将给以优先和优惠待遇。投资项目选择标准应考虑时间要求和潜在影响的大小来确定。

植物/农作物基可再生资源对工业基础原产的需求增长是一个战略性措施，也是使美国在21世纪继续保持领先地位的战略性选择。开发基础资源具有经济、环境和社会方面的好处。机遇是明确的，考虑未来的设想是需要的，要联合投资者对新途径进行投资，才能创造一个安全的未来。

“设想”文本中不止一处引用达尔文的名言“能够幸存下来的物种，不是最强的，也不是最聪明的，而是能适应变化的”。

2020年可再生资源应用将增加五倍

《植物/农作物基可再生资源2020年设想实施的技术指南》(以下简称“技术指南”)，是《植物/农作物基可再生资源2020年设想》(以下简称“设想”)的补充，提出的目的是：支持“设想”方向，确定发展中的主要障碍和问题，确定优先的研究领域。

要达到上述目的需要进行协调观念开发，收集专家证明，组织多学科研讨会、听证会，优势排队试验和团队行动计划等多项工作。在“技术指南”编制过程中吸收了各方面人士的意见，参加研讨的共有66名有关部门不同行业的专家。专家们就全球性问题提出“设想”，针对“设想”结合现实状况提出存在的主要障碍与问题，再确定研究与开发领域，从而找出优先研究开发的课题。这些课题所属领域都是能为利用可再生资源实现可持续发展起最大杠杆作用的研究领域。通过参加“技术指南”研究和编制的专家的专业情况反映出在化工制造中应用生物基原料需要涉及多门学科。但是有3个产业是中心，即化学、生物和农业，每个产业都涉及几门不同的学科，如农业，林业和石油化学。

1、农业和林业

农业：是一个广泛的概念，包括谷物生产、林地和牧场等。这些土地上生产的农产品和林产品一起构成生物基材料，它们通过太阳能，大气中的co2和土壤中养分进行原始生产而成为可再生资源。美国拥有大量优良土地，丰富的自然水资源和先进的技术基础，通过资源保护和利用，每年可产生可再生资源的巨大财富。林业：在美国有超过6.5亿英亩（1英亩=4046.24平方米）的森林，从业人口140万，每年生产价值2000亿美元产品。过去10年内，纸张部门的增长比木材业快。木材和纸产品回收循环利用率高，每年有约4000万t纸再生利用。美国的林业已经制定出2020年发展设想以及相应的研究计划。该设想呼吁进行研究，用先进的生物和遥感技术以及树木生理学和土壤科学等理论。

农业和林业通过应用基因学技术和转基因植物等新手段将会出现大的跃进。在不久的将来，可生产出大数量和高质量的作物。除了饲料和食品，还可以为工业部门提供原材料。而且还可以引入某些酶标记基因，可能会在植物体内制造完全新型的聚合物，并可大量生产，成为经济的消费用品。

美国将技术进展应用于植物和农作物的调整，使其在农业、林业和制造业中保持可持续发展的领先地位起着主要作用。国家的未来明显地要依靠近期开发可再生资源基础的研究来支持。

2、石油化工业

化学、工程学、物理学和地理学等几门学科在石油化学工业中的应用，对人们生活产生的影响是50年前难以想像的。石油化学工业成功地创造了众多产品，从高性能的喷气发动机燃料到基础化学品以及许多聚合物，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯和聚碳酸酯等。

石油化学工业：是资本密集型工业，已经建立了可观的基础设施来处理和加工化石燃料。美国每天要用1390万桶烃类原料，多数是作为燃料型产品，用于化工及其他工业基础原料生产，每天约为260万桶油短类原料。

近年来，工业化学品和塑料生产都有巨大的增长。塑料工业从业人员120万人，有20000套生产加工装置，过去在研究开发上花费以10亿美元数计的投资，才获得了今日成就。如果塑料制品的原料没有可再生资源，迟早有一天会变得十分昂贵。一方面，是否还有上万亿桶的石油开采量，原油价格能否在每桶10美元以内。世界原油生产已经变化迅速，而且有许多不定因素。另一方面，化石燃料资源是有限的，这是无可争议的事实。重要的是考虑当供应呈峰值时未来价格的敏感度，而不是去争论何时是油将用尽的理论时间。最近由于几处新资源的发现及应用，在20年内原油产量可能会有所增加。但是，必须注意美国一直是原油进口国，50%原油靠进口。如果原油进口一旦停止，北美可采用的化石燃料资源储量按目前消费水平只能维持约14年。如果保持目前进口水平而不增加，也只能使用28年。当然，将会有新的改进的抽提技术，例如水平钻探和核磁共振钻孔等，但是要在近年取得成效，希望是不大的。

用可再生资源补充石油化学品，要从现在开始，由少量到大量逐步进行，有关研究工作要立即开始。不考虑化石原料供应衰退时间表的争论，由于人口增长以及一些新兴国家人们生活水平提高，需求将继续增长。在可再生资源取代化石燃料之前，它将作为一种补充资源。因此，无论如何在美国开发可再生资源作为工业原料都是十分重要的。

“设想”中提出的指标是“2020年基础化学品至少有10%来自植物衍生可再生资源，随着发展观念到位，2050年要提高到50%”。要注意无论是美国还是全世界总消费量的增加是很快的，因为即使2020年的10%目标是按当时的生产总量计算，也比当前消费水平要提高4—5倍，绝对的增加更大。如果2020年消费水平本身提高1倍，可再生资源的绝对指标也要翻番。

换言之，不能期望可再生资源在不变的需求环境下能完全取代烃类资源，而只有当消费产品需求增加，可再生资源可以能满足此增加需求中的一部分。在2040年时间框架中，指标可以是：可再生资源应用使化石燃料能稳定地维持现在的消费水平。按此指标可以形成以下的观念：

由于不是一个竞争替代战略，可再生资源并不与非再生资源直接竞争。

需要用可再生资源和非再生资源两种资源来满足未来20年的需要。30年以后，可能要更多依靠可再生资源，因为那时的化石燃料将会很贵而且有限。满足近期指标的支持和研究完全与长期目标保持一致，这些方向性指标，非常清楚地表明面临的挑战是巨大的，需要从现在就采取行动，应当开始建立通向扩大利用可再生资源的道路。除了建立可操作的可再生资源基础指标外，其他一些相关的指标也是很重要的，包括：

建立系统，通过加强经济可靠性的基础设施支持，将供应、制造和分销等活动集成起来。

通过功能基因学来提高对植物新陈代谢的理解，优化对专门的增值加工工艺的设计和应用，除应用现有的组分外，要开拓新型聚合物生产和应用。要保证开发的新工艺过程的效率高于95%，同时应用伴生工艺，应用所有副产物，消除废料，保证新的平台能在特殊的环境条件下坚持目标方向对确定目标与研究指标要反复交叉检验，使其能坚持可再生燃料/能源需要的目标。

在生产和分销中要开发保持稳定供应的途径，在年生产一定范围基础上控制一些因素，如价格、数量、性能、地区分布、质量等。同时要制定提出这些因素的标准。

建立进一步合作伙伴关系，改进综合集成，通过加强农村发展来支持取得成功。

“设想”的目标要实现，主要要使本“技术指南”中所列出的目的大纲都能达到。基因改性植物生产专门的代谢产品和开发补充性的化学改性产品取得成效就可以达到2020年可再生资源应用增加5倍的目标。这些进展也将为2020年以后的进一步发展奠定基础。

可再生资源应用技术和市场的障碍及问题

将可再生资源制成消费产品的整个系统中有许多障碍和问题，其中关键和问题是：

植物科学方面：基因学、酶、新陈代谢和组分。

生产方面：单位成本、收率、持续性、基础设计、植物设计。

加工方面：经济学、分离、转化、生物催化、基础设施。

应用方面(由技术和材料驱动的问题)：经济学、功能性、性能、新用途。

应用方面(由市场和需求驱动的问题)：价格性能比、性能、知觉、市场开发。

现将上述关键和问题择要分别介绍于下。

一、关于应用方面（材料驱动问题）

1、经济学

单位成本是当前植物衍生材料使用的主要障碍，也是经常引起争论的一个问题，问题的核心是竞争性成本状态。在多数情况下，应用植物基原料的成本都比较高，难以与以烃类原料为基础的加工工艺竞争。但是，成本竞争情况有几个非常复杂的因素互相影响，诸如产品价值、材料成本、产量、需要加工程度以及所用基础原料的性能等。因此如果未来的战略只考虑降低本是不会成功的。最重要的经济推动因素不是成本本身，而是制得的产品和制造费用的差价(即增值)。

产品价格是诸多因素的函数，诸如产品利用、性能、消费者喜好和需求等，而制造成本则受原材料价格、供应的持续性、加工、废料处理费用和投资等诸因素影响，要符合当前的具有竞争性的通用化学品工业的低成本需要。但是，从长远考虑，只进行成本比较是有问题的，因为未来的化石燃料的成本是难以预测的。

在当前情况下，用烃类原料生产消费型产品的加工效率是很高的。但这并非是化石原料本身具备的特点。因为石油化工已经研究了100年，有了3代科学家，政府投入了大量资源才使之达到今日的水平。与之相比，植物基材料应用尚处于较低的水平，开拓植物基原料应用来适应已臻成熟的烃类加工需要并不是一条唯一的道路，目前应用数量还是很少的。另一条路线是通过弄清植物衍生材料性能进行技术开发，用基因改性植物，使之能提供含有需要功能的组分。

2、功能性

改变植物中的不同组分含量的目的是提高其功能性。在石油化工中先进行原料裂解降级成为简单的分子，随后用它们再行合成为较复杂的分子和聚合物。植物中已经含有不同形态的聚合物，可以在许多产品中应用。但是，在现在加工系统中尚无大量应用。用量有限的原因有几个方面，其中主要的是由于缺乏对其功能性的理解，而只注意其成本。最近，已经由植物衍生的蛋白质聚合物研制出塑料薄膜的试验产品，显示出其应用的潜力。而且，植物拥有立体化学结构，可以得到一些有价值的手性分子，如糖类、维生素、氨基酸等。从总体看，目前对植物基础原料的反应性和功能性尚不够了解，因此限制了新应用思路的产生。

二、关于应用方面（需求驱动问题）

1、市场开发的费用

植物衍生材料应用的一个关键是市场开发费用高。正如许多新产品市场一样，新产品的研究往往是由小公司开始的，它们投资不足，缺乏继续发展的资源，常常只停留在试验阶段。工业化的成功率低，由于没有一定的供应量而常使产品衰落。因此，需要大力改进产品开发和支持机制，而且要进行与产品相关的市场开发，这是扩大利用可再生资源的主要工作。目前市场上应用的标准都是基于石化产品，没有适应生物基产品的标准，这也是要成功地与石化产品竞争的另一障碍。

2、认识问题

植物衍生材料常给人以较低级的印象，这可能是由于当前处于“石化时代”之故。对某些制造厂商来说，它的性能较差，主要是因为未得优化。虽然公众环境意识增强，但是对植物基产品需求尚不足以创造市场来拉动技术开发。因此，当前可再生资源的进展主要是基于技术推动的结果，只有增加市场拉动才能有力吸引公司更多投资。没有要变革的冲击，就不会有更多的变革。因此，如果没有各种经济倾斜途径，现状是难以改变的。

三、加工问题

1、基础设施中分销问题

多年来石油化学工业已经建立了加工和分销烃类基础产品的有效基础设施。由于依赖进口原油，美国的多数基础设施是建设在海岸线上。因此，许多现有的加工装置并不适合大量植物基材料的收集。植物原料都是在木材加工厂、榨油厂和玉米湿法加工厂进行加工，它们最好接近于供应地。要应用大量植物原料就需要进一步将供应和加工制造集成起来。应当开拓确立农村发展优势和重点的战略和措施，更好地鼓励多用可再生资源。

2、分离技术

应用植物于工业用途的一个关键是缺少植物组分的分离技术。树木具有非常复杂的成分如木质纤维素。此成分强度高，但要将它分离为有用的分子组分则很困难。多数农作物收获品是种子，它们含有碳水化合物、蛋白质、油分和数万种其他组分。通常对许多谷物发芽和生长都能进行良好的安排，而对其作为原料进行分别管理则很困难。一些除去原始粗组分的工艺，如榨油和提取糖分等已经开发，但如何将专门形态的蛋白质和纯的含碳组分分离则仍是困难。在植物基原料加工中常遇到非常稀的水溶液物料，处理费用很高而且技术困难，这是应当要解决的问题。将反应与分离集成起来的加工系统(如催化蒸馏)可能是一个解决问题的方向。但是此类系统目前应用有限。而且还未被开发作为植物基原料方面的应用。通过引入某些基因而使植物增加新的组分，就更需要应用先进的分离技术来回收有意义的新组分。例如生物聚合物开发中目前就因缺少高效纯净的经济上可行的分馏工艺技术而受到限制。植物的组分如不能有效地分离出来，就不可能控制最终产品的特性和质量。

3、转换技术

要利用植物中各种组分的另一问题是将这些非均相的混杂原料转换成较为简单的分子，这才可以进行进一步反应。在植物基原料中，加工工艺需要有高性能的多功能生物催化剂或是非均相催化剂，这些催化剂具有多种功能并可以进行回收。

知识不足是另一关键，目前人们尚缺乏关于植物组分的自然差别和来自不同作物的同样组分的特性等方面知识。这些知识的缺乏和不足就构成难以鉴别植物的差异性，缺少鉴别的手段，因此也就难以考虑作为原料的应用。发酵是用来将某些农作物转化为各种产品的工艺，转化是非均相的。所用的转化方式，副产利用和分离等方面仍有许多有待改进之处。一般地说，植物系统的复杂化学问题使新型或改进植物基加工工艺的设计较为困难。烃类化学制造中有丰富的氧化化学知识，还原化学方面较少，这些都是植物系统加工所需要的。目前特别缺少关于还原生物催化剂共生因子系统方面的实践知识。

植物原料加工工艺开发的另一个大的障碍是当前缺乏有关的教育培训。目前化学工程课程中只有少数涉及生物化学课题，多数毕业生成为化学工程师只拥有非常基础的生物工艺知识和有限的重要生物分离的知识。多年来，工艺化学家和工程师的培训重点都是烃类化学，考虑植物基可再生资源加工需要很少。

四、生产方面

1、收率、持续性和基础设施

因为目前尚未利用大量植物基原料，除木材和造纸外，只是关注未来的供应分销而不是现实存在的问题。但是，这些对实现可再生资源的目标都是十分重要的。在供应的持续性方面，数量和质量都是未知数。如果植物基原料能加工成简单的碳分子，其持续性问题就不成关键。但是如果要设计应用其中某种特殊组分(如聚合物)，或是要直接抽取其中某种专门组分，原料的质量和数量的稳定性就非常重要。

在一些情况下，供应持续性中的不确定因素实际上就是风险管理的内容。未来的石油化工供应问题和可再生资源供应问题都有风险。对石油化工来说，未来的供应不桷定因素可能因世界上一些区域的政治变化而增加。而对植物基原料来说，气候可能成为不确定的地区因素。如果某些专门植物不能大量生产可能导致贸易上的不确定因素，这些问题不需要采取断然措施，但是需要重视通过改变基础设施来保证经济可靠性。另一个冲击供应持续性的不确定因素是未来的农作物用途是作为食物还是作为工业原料。一方面是根据供应短缺理论，认为农业难以供应飞跃增长的人口和消费品增长所需的原料。实际上，从需求角度看，食物和原料都在增长，即使不考虑可再生资源进行工业利用，食物本身也存在问题。解决食物问题的方案也可能就是解决工业原料问题的方案。因此，在供应方面必须应用新技术，如生物技术，这样才能保持产率不断提高，使农业能达到一个新的水平。

2、植物设计、植物科学、基因学

转基因技术已经显示出令人鼓舞的前景，要进一步充分利用尚有大量工作有待进行。存在的一个主要障碍是对植物本身内在新陈代谢过程还不够了解，不能按特殊聚合物和其他材料的需要进行设计。因此，对植物新陈代谢和碳流的知识匮乏是其发展中的限制因素。

近年来功能基因学的进展有望促进对材料合成设计的理解。但是这门科学目前刚开始，与类似的医学领域相比所取得的支持还是很有限的。基因转变中的另一成就是让更多的专用基因嵌入和对质体以及细胞核的常规转变。在植物变化、基因学和生物信息等方面有着广泛的研究项目，但是将这些出现的新技术应用于可再生资源的专门研究则很少。

要使科学知识不断深化，在一定程度上取决于消除这些主要障碍，有些已被称为多学科的研究。但是，需要努力加强和协调才能促进现有的障碍及时地被克服。换言之，基因管理的研究必须紧密地与植物内含聚合物的功能性以及分离工程等研究相结合。

研究和开发的课题

《美国植物/农作物基可再生资源2020年设想的技术指南》(以下简称“技术指南“)列出为解决植物/农作物基可再生资源利用中的主要障碍应当进行研究开发的课题。“技术指南”按4个主要方面的障碍依重要性大小列出研究开发课题，每个研究课题的影响都有其时间范围，其中近期表示0—3年、中期表示2010年、长期表示2020年，近期目标的达到可用以衡量面向2020年可再生资源开发利用设想的前进步伐。

一、植物科学研究方面

1、近期影响课题(按重要性依次减小顺序排列,，下同)

(1)应用功能基因学了解植物新陈代谢和组成，至少要与1种主要农作物基因计划结合；

(2)开发能实时进行植物组分的定量分析工具；

(3)改进转基因方法，特别是对麦杆基因的专门嵌入，要在1998年基础上提高效益10倍；

(4)开发1—2种主要农作物的基因标记系列，使之有助于摆在有用的可再生组件含量；

(5)将80%现有的germplasmbase进行编目，有效利用各类淀粉、蛋白质和油分；

(6)找寻发展中的生物信息学利用途径，推动可再生资源的研究和开发，

(7)弄清nuclear-plastid相互作用。

2、中期影响课题

(1)在新陈代谢过程和碳流中至少弄清50个限制速率的关键步骤；

(2)利用功能基因学弄清分子、细胞和整个植物的控制管理；

(3)为主要植物用于可再生资源的组分制定标准；

(4)在2种植物中，建立碳库并为细胞分割确定控制点；

(5)在plastid转变中高效率(大于90%)方法的建立；

(6)创建示范工厂，使主要组分利用率大于60%(如油料、淀粉)或是专门碳键(如c5)大于3o%；

(7)利用基因开关的方法；

(8)建立为植物可再生资源利用的生物信息学基础。

3、长期影响课题

(1)重新设计新陈代谢过程，提供有用的碳结构骨架；

(2)应用有针对性进化技术建立100个未来原料的品种库；

(3)设计新型分子或改性现有化合物，使之适应于功能需要；

(4)为提供工业用原料，创制2种新植物种类；

(5)利用简单的细胞组织进行成本和能源效率评价；

(6)利用计算机技术设计植物组分。

二、生产研究方面

1、近期影响课题

(1)提高亩产量10%~15%以降低原材料单位成本；

(2)改善农业管理，提高肥料利用效率和虫害防治，

(3)确定至少10种影响原料组分和质量的因素；

(4)对至少10种具有潜力的系统和植物类型的亩产效率进行定标赶超（如主要农作物、林业和多年生种类等）；

(5)调节气候条件对生产的影响；

(6)每年对2种农作物的潜力进行评价或用其他方法评价亩产量；

(7)提高当前农业加工中废料利用率5倍；

(8)在单位投入基础上提高贫瘠土地产量2倍。

2、中期影响课题

(1)提高产量，使单位投入的碳产出为1998年基础上的2倍；

(2)为长期可持续发展，开发尽量减小土地、大气和水利用影响的系统方法；

(3)对收获产物和主要植物成分建立标准；

(4)专门设计收获装备，尽量增大碳的收获；

(5)开发新的利用方法，使现在遗留在土地上的农作物45%能得到利用，

(6)培育适应专门土地和土壤的农作物；

(7)建立农业信息学基础，重点是不同来源的可再生资源植物类型、生产价值、质量和单位成本。

3、长期影响课题

(l)在化石燃料排出废气中co2的固定；

(2)从现在植物/农作物生产中消除碳的废料；

(3)设计新的农作物/植物生长系统，优化原料回收率(大于95%可利用)；

(4)对主要能源获取和固定，提高化合效率；

(5)对收获前期工作和部分就地加工的装置进行设计；

(6)对连续生产系统进行设计和评价。

三、加工研究方面

1、近期影响课题

(1)改进分离技术，处理大于95%的非均—植物材料；

(2)改进单体基础原料变换的生物催化剂；

(3)开发3种具有高选择性的快速反应强力催化剂；

(4)为将植物聚合物转换为有用的单体，找出新型和性能优良的酶(具有10倍活性)并进行评价；

(5)将微生物进行工程化，改善非均—植物的发酵；

(6)提高废物利用率2倍；

(7)开发高效的除水技术并对改进的非水溶剂反应系统进行评价；

(8)在植物材料中利用天然立体化学方法的评价。

2、中期影响课题

(1)应用5种以上高级分离系统(如自行清净膜、离子交换、精馏等)；

(2)为经济捕集植物单体和聚合物开发改进的分离——纯化技术；

(3)为2种以上植物类型建立经济共生系统；

(4)通过分子进化技术设计并创制50种新型酶；

(5)开发100种以上具有性能成本特性的新型酶库；

(6)研究反应性分级系统；

(7)对微生物、酶和化学品库的性能建立信息学基础，用于特殊的转化。

3、长期影响课题

(1)实现原料加工中无废料的多种产出的连续工艺；

(2)为改性植物和组分设计新设备；

(3)为3种以上新产品(如将工程化酶转入植物并在收获中得到活化)设计新机制；

(4)固态酶转化；

(5)设计14种化学与生物结合型反应器；

(6)评价植物组分在分离前相内的作用。

四、应用和基础设施研究方面

1、近期影响课题

(3)探求3种在现有加工装置(如玉米湿法加工厂、纸浆厂)上扩大应用植物原料的机遇；

(4)分析测量系统，对90%以上的主要植物组分进行定量；

(5)实时评价单位性能成本和增值成本的方法；

(6)评价运输系统及成本；

(7)计算出100%年加工贮存量和投人产出的需求量；

(8)创建基础设施，扩大利用农业废料。

2、中期影响课匾

(1)深入掌握植物中10种以上组分和碳键新陈代谢体的结构与功能关系知识；

(2)开发对高质量原材料的100%鉴别保护系统；

(3)为价值驱动的生产和定货实现营销系统；

(4)对在同一地点的多目的利用区的协同作用进行评价；

(5)对原材料组分和加工过程中的中间产物实现实时定量分析手段(小于3分钟/试样)；

(6)开发生产预测手段，准确性大于95%；

(7)在一组植物原料性能基础上建立信息学基础，如单位成本、性能、功能性、最佳来源、应用范围等。

3、长期影响课题

(1)所需功能进行分子结构设计制备植物化合物至少10种；

(2)在植物生产区内开发至少5个制造利用中心；

(3)开发3种以上有新功能的新材料；

(4)提出扩大利用可再生资源所需的教育培训需求；

(5)在植物组分功能间协同作用的利用；

(6)设计最终产品的贮存和运输，使之到达销售中心和出口；

(7)为供需关系的控制创建减轻超过90%风险的战略。

当前，美国有一些项目已在进行，可视为工业原料中应用可再生资源的先驱，也可视为本“技术指南”中研究项目的示范事例。其一是在转基因植物开发中的聚羟基丁酸酯(pib)。phb可在植物中生成，作为制造生物降解塑料的原料，用适当的细菌基因进行转化并弄清植物内在的新陈代谢路径，从而构成制备方法。现在正在进行分离、生产标准等项工作。

其二是用玉米淀粉作原料，通过酶反应制备聚乳酸(pla)。cargi11-dow合资企业已在充分研究的基础上进一步投资数百万美元建立制造装置进行工业开发。pla是一种生物裂解聚合物，原料是由玉米湿法加工工艺制备的葡萄糖，其中发酵过程和酶的活性是重要因素。最终的pla树脂可视用户制膜、纤维、碳制品和涂层的需要分别制出不同规格品种。pla具有聚苯乙烯、聚烯烃和纤维素的功能性。

协同与合作是取得成功的途径

未来利用可再生资源需要采取一条多学科和跨行业途径。在许多领域内的研究成就都提供了发展机遇，如生物聚合物、立体结构型分子、新型酶、新材料和转基因设计等。但是每个方面内的任何进展如果只当作孤立的技术领域是远远不够的，需要更有力的相关研究计划，采取平行的和协调的方式进行工作，才能取得成果。

要取得有效益的进展必须采取多学科的途径，这是非常清楚的。但是，任何一个组织都难以具备有如此深度和广度的技术能力。因此，对研究提供的支持应当是多方面的，而且要在跨行业的系统中进行。

“植物/农作物基可再生资源2020年设想”(以下简称“设想”)中提出的要求需将重点瞄准有限的热点目标同步取得进展。对于研究工作则需要有准确的时间表和系统中各方面的广泛交流，所有这些都要走相互协同的道路。例如，一位科学家可能发现一种新型聚合物，具有可以作为高级生物降解塑料的功能，但是，此研究成果的价值受到以下一些因素的限制：发现适当的基因、新陈代谢过程可靠性、:最佳作物类型是否能有足够的产率和可承受的成本、各种聚合物组分分离可能和利用此材料制造新产品的方法等。所有这些因素都需通过研究和开发才能取得相应的进展。进行这些研究开发要采取最佳途径保证研究成果关键的目标互相协调、平行地进行，此途径要鼓励私营部门的参与。

当前，植物和农作物作为生物质和原料已被应用，诸如淀粉、蛋白质、脂肪酸和异戊二烯化合物。林业主要是为纸浆和造纸提供原料。黄豆则是用于油墨和涂料。玉米通过湿法加工发酵工艺已经进入几个工业部门，但是各种用量都很少。由于基因工程可以通过新陈代谢操作使植物或农作物生成有功能需要的材料，从而显示出新的发展机遇。

“技术指南”已经突出了未来取得进展的途径，而且确定了系统的各个组成部分的目标。成功地达到这些目标就可实现“设想”中确定的到2020年可再生资源利用增加5倍的目的，同时也为2020年以后进一步发展奠定了基础。按“技术指南”目标提出课题是人们用所有的天然资源满足不断增长的消费品和能源的需要。当前进行研究将为今后的产品选择提供机会。可再生资源需要将注意焦点放在以下几个方面：发展方向、最佳科学思维的应用、最先进技术的应用和最高级智能水平的继续研究等。本“技术指南”已经提出了需求和研究开发课题，其目的就是为美国开拓实施一条成功的可再生资源战略。而且也选出了需要优先支持的领域，它们都是从几个已经确定的科学研究和工业开发需求中选择出来的，而且考虑了在高级可再生资源的关键部门有最大的投资回报。

未来世界许多方面都会延续但将发生变化。幸运的是我们已看见其需求并具有科学智慧适应变化的发展。美国要保持领先地位就要继续采取迅速的行动来满足扩大利用可持续发展的可再生资源的需求。不断的科学突破和技术进步(正如“技术指南”文件中所列出的项目和课题)才能满足资源利用的挑战。这些挑战正在我们面前，我们面临的挑战是为满足人们对产品不断增长的需求。

“技术指南”中从两个方面表明多学科和跨部门的研究开发对实现“设想”的重要性：

一是植物的投人，同时要考虑废料和副产物利用、改性基因学的应用。

第8篇

关键词：石油化工；压力管道；质量监理

压力管道为石油化工建设的要点内容，管道安装工艺是否规范，将在根本上决定石油化工各项装置的安全性与稳定性。就以往安装经验来看，在作业过程中经常会受外部因素的影响，如现场环境、天气因素、操作人员能力以及施工管理等，导致安装质量达不到专业标准。为改善此类问题，必须要重视安装作业的质量监理。

一、石油化工压力管道安装特点

1.种类多。由于石油化工行业的特殊性，以及其介质的多样性，致使石油化工管道的材料种类多样性，不同的管道材料，所需的焊材、焊接方法、对焊接环境和天气的要求都有所不同。管道材料进场时，应当做好材质标识工作，避免不同材质的混用，造成质量安全隐患。与其他类型管道相比，石油化工压力管道和管件种类更多，包括管子、管件、阀门、法兰、密封垫片、过滤器、安全保护装置、节流装置等。并且，现在市场上存在的管件种类并没有统一的质量标准，不同型号、规格、品牌的管道元件具有很大的差异，所对应的安装技术要求也有较大的区别，如果完全按照统一的方法安装，势必会对安装质量产生影响[1]。2.设计复杂。基于不同种类管道元件的多样性，在对管道安装方案进行设计时，也将要面对更多影响因素，整个方案的编制具有更高的复杂性。并且因为运送介质操作流程的复杂性，想要降低外部因素的影响，就需要从实际情况出发，结合以往成功经验，随时对设计方案进行调整，保证安装作业可以有效进行，整个过程要面临更大的难度[2]。3.技术难。石油化工压力管道的安装与其他类型的管道作业相比，因为其应用方向的特殊性，对安全性和可靠性有着十分严格的要求，因此对于管道安装作业也将要面临更多大的难度。例如受空间限制，设备与管架系统内压力管道分布密集度高，且预制埋深有限，需要设置更多的焊接点。

二、石油化工压力管道安装工艺流程

1.方案设计调整。基于石油化工压力管道的特殊性，在对其进行安装作业时，需要提前做好安装作业方案的编制，并按照专业流程进行操作，提高整个作业过程的有效性。应结合工程安装作业的环境特点，综合分析规模以及设计要求，对安装方案进行对比和调整，然后做好一切准备工作，并根据需求安排好作业人员，以及人员的技能考核和技术交底。2.材料进场验收。安装作业实施所需各项材料比较多，为避免对正式作业流程的影响，需要提前对所需材料构件进行质量验收，包括规格、等级以及其他方面的检验，达到施工标准后进行预制加工。3.构件焊接组装。验收合格后对各管道组件进行焊接处理，并按照专业标准进行检验，确定质量合格后，需要对阀门以及管支吊架进行专业验收，并根据设计图纸和相关顺序完成管件的组装。然后进行焊接与强度测试，保证焊接牢固度达到专业标准，确保管道能够在一定歪理条件下具有较高的安全性。4.防腐与气密性测试。完成上述各环节后需要对管道进行防腐处理，尤其是焊接点位置的处理，对表面存在的残留物以及杂物进行全面清洗，避免有杂物附着在管道表面，降低管道后期使用安全性。最后，还要对安装完成的管道进行气密性检测，确定是否存在泄漏点，对工程项目各节点进行最终质量验收。

三、石油化工压力管道安装质量监理要点

1.工程材料质量监理

1.1进场验收。无论是通过任何方式采购的工程材料，进场时均需要进行质量验收，由施工单位进行自检，自检合格后向监理提交材料进场报验，报验资料中包括材料清单、自检清单、材料质量证明文件等，报监理单位进行审核。由专业监理工程师现场对材料进行外观质量进行检查，特殊材质的管道还需抽样进行无损探伤检测，确认合格后签字确认方可使用。1.2现场试验。石油化工压力管道所有阀门均需要进行试验，包括压力试验、密封试验以及上密封试验等，完成后根据实际情况完成试验报告的填写，并由专业工程师、质量检察员、试验人员等签字报监理备案。另外，对于管道防腐与保温的油漆和保温材料，均需要进行见证送样检测，并由检测单位出具检测报告且盖章。

2.安装流程监理

2.1安装施工准备。石油化工压力管道施工前，施工单位应向监理单位提报工艺管道施工方案，对于特殊材质，或是特殊工艺的管道安装，按实际情况可能要提报专门的施工方案，施工方案审核通过后方可进行施工。所有的焊工必须经过资质审查，施工单位在施工前向监理单位提报特殊工种报验，其中包括人员清单、焊工证件等。2.2工序质量确认。监理人员确定管道焊缝表面质量，无问题后还要根据设计和规范比例抽样进行无损探伤检查，确认后签字。其中，要根据设计方案、焊接专业标准在无损检测合格后，对管道焊接接头进行热处理，无论是何种材质管道均需要进行硬度检测。2.3现场试压试验。按照工艺流程完成管道安装后，对管道进行热处理和无损检测，达到合格标准后对管道系统进行压力试验。正式试验前需要由专业监理工程对试验条件进行检查，确认所有节点均按照设计图纸完成，管道系统检验合格，并准备好相关资料。还要确定管道膨胀节设置好临时约束装置，并完成压力表校验，且在周检期内。2.4管道防腐保温。管道试压试验合格后，还需要对管道进行防腐保温处理，任何隐蔽工程隐蔽处理前，均需要由安装单位进行自检、互检和专职检验，确定达到合格标准后填写相关资料，连同隐蔽工程验收单一同报给监理单位验收，由监理人员现场签字确认后才可进行隐蔽作业。

结束语

石油化工压力管道安装具有一定特殊性，更容易受外部因素的影响，为保证其安装质量达到专业标准，必须要基于实际情况，编制合理且可行性高的工艺管道监理细则，将质量监理工作落实到整个安装流程中，保证各节点实施的规范性与有效性。

参考文献

[1]邵海芹.石油化工压力管道安装工程质量监理[J].设备监理,2012,02:44-48.

第9篇

[关键词] 仿真教学 仿真实训 实际操作

近年来，随着计算机在中职学校教学的普及和仿真技术的日益提高，社会对技能型人才的要求也越来越高，中职学校学生的实习教学也日益重要，中职学校的实习教学，开始由传统的实习内容向新技术新工艺发展，对职业教育也提出新的要求。同时，化工生产的高温、高压、易燃、易爆、毒性大等特点，使化工专业的学生在学习工艺类课程时，到现实生产中实习受到限制，使得理论学习与实践操作脱节。学生的职业技能得不到很好的训练。那么如何培养学生的实践操作能力呢？随着化工仿真模拟操作的引入为我们很好地解决了这个难题。

一、化工仿真教学的优点

1.化工仿真与传统课堂教学的对比

工艺课程的主要内容是讲授化工产品的生产过程，如生产的原理、工艺影响因素的分析、工艺流程的组织和实施、相关安全与环保方面等知识。传统的课堂教学过程，教师主要通过实物演示、挂图、影像等多种教学方法来加强教学的直观性、形象性、生动性，努力使理论教学与实践相结合，然而这些教学方法和手段存在一些不足，不能完全满足学生的需求。学生仍然感到教学内容枯燥、抽象、难理解，这样就达不到预期的教学效果。

利用化工仿真系统提供的仿真界面，学生可以边听老师讲解，边看老师操作，甚至可以边操作边学。在仿真系统的操作中，学生对工艺流程、设备有了更全面地认识，使得教学过程变得简单、容易，而教学效果却得到大幅提高。

传统的教学方法只利用了较少的通道，如视觉、听觉等，因此教学效率不高。仿真训练是一种多通道综合作用的教学方法，学生置身于仿真环境之中，可以充分调动感觉通道，运动通道和思维通道的学习机能，接受知识的效率明显提高。此外，仿真训练系统是一种能够充分发挥学生创造意识的环境，学生可以在没有教师的情况下自学，直到将所学知识烂熟于心。

2.化工仿真教学的优点

仿真实训能创造一个与实际近乎相同的特定环境，仿真实训过程中，学生与实训对象能进行互动，在交互式虚拟世界中，使学生如同坐在化工厂的控制室内，通过对计算机采集的数据进行分析来判断设备和仪表是否运转正常。这样可以大大激发学生学习兴趣。仿真实训技术可实现化工生产工艺的全过程模拟，化工原理、无机工艺、有机工艺、化工设备等专业课，可推出一门“工艺专业综合仿真实训”课，专业综合仿真实训更接近实际生产。学生可以利用仿真系统进行多次的开车、停车、事故处理的训练，可以根据自己的能力进行选择性的学习，成为学习的主体，可以更加系统的、全面地掌握操作技能。

我们利用仿真软件将学生容易犯的错误警示出来，这就不会像在实习厂担心出现安全问题，保证了学生的人身安全。同时还可以利用仿真软件，对实习项目进行深入的研究，在这样教学过程中，使学生学习到分析问题、解决问题的方法。

二、化工仿真教学的实施

1.实施的必要性

职业教育主要培养的是社会需要的技能型人才，然而由于中职教育自身发展的缘故，建设资金的不足，化工专业生产实习形式单一，手段落后；即使有企业愿意接受学生进厂实习，那也只是停留在只能看，不能动的状态，学生实习难、实习效果差已成为长期困扰学校的普遍性问题。这些原因导致中职学生在动手操作能力上欠缺，操作技能达不到工厂实际要求。仿真实习可以使学生不进工厂就能得到装置的开车、停车和事故处理操作机会，所以说仿真实习技术是解决以上难题的最佳选择和理想方法。目前，仿真实习技术已成为一种公认的高效现代化教学手段。“理论实践一体化”的教学模式，既让学生掌握了一定的理论知识，同时实际操作水平也得到提高，要实现这一教学方法，仿真系统不可或缺。

2.具体实施过程

在课堂教学中，学生普遍认为的知识难理解、太枯燥，通过仿真模拟训练形象、直观的表现出来。为了提高仿真实习效果，我们在仿真实习之前还采用了授课的方式使学生对将要仿真实习对象的工艺流程，包括设备位号、检测控制点位号、正常工况的工艺参数范围等进行详细的了解。在操作过程中，每部分都有严格的操作规程，每个阶段都要认真操作，防止和避免事故的发生。为了训练学生的应急能力，可以在装置操作过程中人为的设置各种生产事故。通过随机事故的添加，不仅锻炼了学生的分析、判断事故能力，还提高了学生遇到紧急突发事故的处理能力。

在具体的实施过程中，教师尽量要多让学生独立操作、独立分析、独立解决问题；对于个别问题可以采取“一对一”的问答式，对于一些比较普遍的问题采用集中式回答。这样学生不仅很快就可以掌握操作控制过程，同时也发挥了学生的学习独立性和主动性。

课程结束时，我们可以通过系统的考核项目对学生的操作能力进行考核。此考核项目能够真实的反映学生的实际掌握程度，谁也无法弄虚作假、蒙混过关，从而促进学生认真学习、掌握操作技能。

（4）化工仿真教学中应该注意的问题

化工仿真模拟系统是介于课堂与生产一线的桥梁与纽带，它来源于实际生产，有区别于实际岗位；在模拟系统中，学生可以运用所学知识和技能进行实践操作，提高职业技能。但是其操作步骤规程化与实际操作的灵活性和多变性相违背，另外仿真操作参数可以反复调节，而这在实际生产过程中是不可取的，这些问题可以在学生进行实训装置的操作中加以说明和指导。通过仿真软件和实训装置的操作的结合，让学生对实际生产操作有了进一步的认识。

化工仿真技术的应用，对提高教育技术水平、改善实习实训环境、优化教学过程、培养具有创新意识和创新能力的人才，具有重要意义。它可以解决很多常规教学手段无法解决的问题，在提高学生的实际动手能力方面有着得天独厚的优势。

参考文献：

[1] 王玉强.仿真在化工职业教育中的应用[J].辽宁教育行政学院学报2006，4

第10篇

1、分析PLC的结构、工作模式、运行原理和工作特点

所谓PLC就是可编程控制器，其作为计算中家族的重要一部分，在工业控制过程中得到了广泛的应用，其主要职能就是替代传统的继电器，达到逻辑控制的目的，并随着时代的发展，这一装置职能的逻辑控制范围也在不断的加大。

1.1分析PLC的结构

就其结构来看，虽然十分复杂，但其组成原理大致相同，大都采用微处理器作为重要的结构，而且其各项功能的实现，需要来自硬件和软件方面的支持，因而PLC就是现代新型的工业控制型计算机，其常见的硬件结构主要由CPU、I/O模块以及编程器和电源组成，而软件则是对多重程序的集合而形成的软件系统，一般分为系统方面和用户方面两种程序。

1.2分析PLC的工作模式

就其工作模式来看，主要分为运行和停止两种模式，在运行模式下，主要分为五个阶段，一是内部处理；二是通信操作；三是输入处理；四是执行程序；五是输出处理。在停止模式下，主要开展通信服务和内部处理工作。

1.3分析PLC的运行原理

就其工作过程来看，当处于内部处理阶段时，主要就是对CPU模块的各种硬件是否处于正常的工作状态进行检查，并对监视定时器进行复位，且与此同时完善相关内部工作。而在通信操作阶段，主要是同智能模块进行通信，并对编程器输入的指令进行积极响应，再对编程器显示的内容进行更新，而若其处于停运状态，往往就只对内容进行简单的处理并开展常规性的通信操作。当处于输入阶段时，主要是按照顺序对输入端子所处的状态进行读取，并将读取到的信息存在输入寄存器之中，同时也对输入映像寄存器进行了刷新。当处于程序执行阶段时，一般应坚持从上到下和从左到右的顺序进行，当扫描梯形图程序时，应采取逐句的方式进行扫描，再结合采集到输入映像寄存器的结果开展逻辑运算工作，再将运行结果存入相应的映像寄存器之中，而一旦遇到程序跳转指令时，就应结合跳转的条件能否达到标准而对程序跳转的地址进行确定。而在输出处理阶段，则主要是程序执行结束后，把输出映象寄存器内各点所处的姿态转存至输出的锁存器之中，并利用输出端的驱动外部进行负载。如此往返，成为PLC的循环扫描的工作模式。

1.4分析PLC的工作特点

就其工作特点来看，主要采取集中采取和输出的方式，并采取周期性的方式进行循环扫描，因而其扫描实际就是一个不断循环的过程，每次扫描花费的时间为工作周期，但在实际运行中，经常会出现输出之滞后的情况，即其外部输入的信号出现变化后，其控制的信号输出的时间有一定的变化和间隔，这段时间就是导致输出滞后的原因，通常在50到90毫秒之间，加上其属于串行工作，因而其运行的结构和梯形图程序排列的顺序相关，因此其余传统的继电控制器存在本质上的区别，能有效预防出点临界的竞争，进而减少联锁电路的使用[1]。

2、概述电梯的种类、结构

通过上述分析，我们对PLC的结构、工作模式、运行原理和工作特点有了一个基本的认识，因而为了更好地把PLC应用到电梯设计之中，就必须对电梯方面的知识有一个基本的认识。以下笔者分别从电梯的种类、结构等方面进行分析。

2.1浅谈电梯种类

就电梯的种类来看，主要分为乘客、载货、病床、杂物、观光、汽车、船舶、建筑施工等类型的电梯，以及一些特殊电梯，例如冷库、消防、矿井、防爆、电站等类型的电梯，此外，还可以将电梯分为交流式、直流式、液压式、齿轮式、齿条式、螺杆式等类型的电梯。由此可见，电梯的种类十分多，在设计过程中应用PLC时，应结合实际需要进行针对性的应用。

2.2分析电梯结构

电梯作为机电一体化的产品，如果将整个电梯比喻成人，那么电梯的“大脑”就是整个控制系统，“躯体”就是整个电梯的机械部分，“神经”就是电梯的电气部分。通过各部位的“精诚合作”，确保电梯处于安全高效的运行状态[2]。

3、探究PLC在电梯方面的应用

通过上述分析，我们对PLC的结构、工作模式、运行原理和工作特点以及电梯的种类、结构有了一定的认识，那么我们应如何加强PLC的应用呢？笔者认为，为了确保应用成效的提升，必须应用PLC组成整个电梯控制系统的结构，并掌握PLC电梯控制系统运行的原理，通过PLC的应用满足各项应用的目的，最终提高整个电梯运行的安全性。

3.1应用PLC组成整个电梯控制系统的结构

在电梯控制系统设计过程中，通过应用PLC技术，确保整个PLC电梯控制系统由拖动控制系统和信号控制系统构成，并在硬件设备的支撑下组成整个电梯控制系统，例如PLC主机、机械系统、轿厢操纵盘、门机、厅外呼梯盘、主拖动系统、层号指示灯、调速装置等的协助下，组成整个PLC电梯控制系统，为PLC技术的应用水平的提升奠定坚实的基础。

3.2分析PLC应用过程中整个PLC电梯控制系统的运行原理

在PLC电梯控制系统中，主要采取随机逻辑控制，其处于运行状态时，由于不同信号的输入均属于随机性的出现，因而信号出现不具有确定性，从而更好地控制输入接口输入的光脉冲指令和内外指令等信号，并将其PLC主机之内，再利用软件对输入的各种信号进行逻辑运算并处理，最后利用输出结构将指令发出，从而满足整个电梯运行的需要。

3.3应用PLC技术于电梯控制系统中应达到的目的

在电梯控制系统中加强PLC技术的应用，应达到的目的主要体现在以下几个方面：一是一台相应功率的电动机控制轿厢的上升与下降，同时各层之间设有上、下呼叫开关；二是自动关门待客；三是待客自动开门；四是内指令记忆；五是呼梯记忆与顺向截停；六是按钮开门；七是自动定向；八是自动关门与提早关门；九是自动返基站，并停机待客[3]。

4、结语

综上所述，对PLC在电梯方面的应用进行探讨具有十分重要的意义。作为电梯控制系统的设计人员，应充分掌握PLC的结构、工作模式、运行原理和工作特点以及电梯的种类、结构由了一定的认识，并在应用过程中应用PLC组成整个电梯控制系统的结构，并掌握PLC应用过程中整个PLC电梯控制系统的运行原理，且达到应用PLC技术于电梯控制系统的目的，最大化的确保电梯运行的安全性。

参考文献：

[1]林海波.PLC在电梯控制系统设计中的应用[J].长春工程学院学报（自然科学版），2003，02：61-64.

[2]贾启展.PLC技术在电梯控制系统中的应用研究[J].金田，2013，02：359.

[3]李桢，于洋.浅谈PLC在电梯方面的应用[J].黑龙江科技信息，2012，07：7.

梁晓，广西壮族自治区特种设备监督检验院，检验师，工程师，主要从事机电类特种设备检验工作。

压力管道安装问题的处理措施

刘 俊 熊明明 姜吉武

浙江省特种设备检验研究院 310020

摘要：由于压力管道输送着具有高温、高压、易燃和易爆等特性的物体，其危险性非常大，如果在安装中出现了问题，就会给人们的生命和财产带来很大的威胁。因此，为了保障压力管道安装质量，确保人们的人身安全，就必须对其中存在的问题进行详细的分析，然后采取切实可行的处理措施。

关键词：压力管道 安装问题 处理措施

压力管道是一种非常常见的特种设备，其安装的好与坏直接影响到压力管道的正常运行。因此，为了防止事故的发生，必须对施工过程中的人员进行管理，同时还要使安装质量得到保障。

一、压力管道安装中存在的问题

（一）施工方案不符合实际

施工方案没有按照实际来编写，有的方案中缺少内容，并且不具备操作性，只是将以往的施工方案套用在里面，与实际产生很大的差距；有些施工单位缺少专业的质保人员；有些方案中所涉及到的焊接工艺不全面；无损检测内容出现漏项等现象。

（二）质量意识薄弱

压力管道所涉及的材料种类比较多，材料是由业主进行提供，施工方只提供一些辅的材料和人力，然而有些业主对压力管道安装问题缺乏安全意识，常常为了自身的经济利益着想，在压力管道安装施工的过程中任意将管材配件进行更改，施工方没有及时和监检人员进行沟通，这样就埋下了安全隐患。此外，由于有些施工队伍是通过轻包的方式来进行施工，其质量意识薄弱，在一定程度上对材料的质量管理比较放松，导致一些质量较差的材料仍然被使用，再加上所购买的管道材料质量不合格，或者购买的是假冒伪劣的管道材料，致使施工质量受到严重的影响。

（三）焊接工艺不符合实际要求

在压力管道安装过程中，焊工没有经过专业的焊接工艺技术培训，导致焊接技术水平低；其作业人员缺乏安全意识；甚至有些施工单位为了能够降低工程成本，将焊接作业承包给个人，导致焊接工艺不符合实际要求，给压力管道的安全运行带来了安全隐患。

（四）现场安装中出现的质量问题

在压力管道安装时焊接是一方面，同时现场安装的每一个环节都与压力管道的质量有着密切的联系。在具体的安装过程中，安装材料如果不匹配、支架的固定不能牢固等，都会影响安装质量，出现安全隐患。究其原因，主要是由于没有按照施工图纸的设计进行，选用的材料质量差；同时在安装时经常出现领错或者装错管件等现象；对于很可能会弄混的材料没有进行标注说明；为了节约人力和材料的成本，随意将安装的方式改变，这样就会在很大程度上降低压力管道安装的质量。

（五）无损检测

无损检测是压力管道安装中关键环节，主要是检查焊接过程中是否存在缺陷，例如，检查焊接是否熔合，是否焊透等等。但是有些施工企业在进行管道无损检测时，对焊缝的焊接质量不够了解，这样就导致安装现场出现很多不合格的焊缝。有时抽检的方法不正确，不能按照相关规定进行，在无损检测中发现了有不符合片时，对执行和扩深比例不够严格，有些单位对拍片进行补片时，出现了记录虚假的现象。上述的一些问题在安装过程中是很难发现的，但是一旦压力管道运行，管道会在温度和压力等的影响下，焊缝存在的缺陷就会体现出来，很可能会出现开裂的现象。

（六）对管道强度和气密性进行试验

当完成压力管道的安装以后，安装人员应该对管道强度和气密性进行试验，试验合格之后才能进行使用。在实践中我们会发现，压力管道强度和气密性受很多因素影响，其中主要包括：施工人员在安装完压力管道之后，没有对管道进行清洁处理，使得管道不够清洁；在管道进行试验的过程中，由于检查的工作内容比较多，检查人员没有把具体的检查工作落实到管道安装的每一个环节当中，导致检查结果不能达到预期的效果；由于压力管道工作内容比较杂，压力表不能将管道泄漏的真实情况反映出来。

（七）忽略了管道的防腐工作

从目前压力管道施工的具体情况可以看出，一些施工单位在施工的各个环节中，把施工的工期和如何降低施工成本放在首位，这样就导致了在一定程度上忽略了管道的防腐工作。再加上很多施工单位缺少专业的管道防腐工程师，这样就会出现油漆的质量不过关，随意的对焊缝进行除锈。同时，实际操作人员不能掌握熟练的操作技术，导致涂装的方法不正确，这样就很难将防腐效果充分发挥出来。

二、压力管道安装问题的处理措施

（一）加大宣传和监管的力度，健全完善的质量管理体系

加大压力管道安装宣传和监管的力度，同时建立完善的监管制度，施工单位应该建立健全完善的压力管道安装质量管理体系，制定科学的质量管理方针，并且明确质量管理的目标，制定出质量管理的计划和管理的基本要求。并且与其他的监管部门保持联系，以确保熟练掌握压力管道安装方面的信息，避免出现违法安装现象发生。

（二）增强安装人员的质量意识，并提高专业技能

安装人员在进行安装时，必须增强自身的质量意识并且提高安装人员的专业技能，从而保证施工质量。目前，掌握专业的焊接工艺技术的人员短缺，很难满足压力管道安装的基本需求。因此，施工单位必须对已有的焊接工艺人员进行培训，培训的主要内容是指导施工人员在施工过程中进行安全施工，增强施工人员的自身技能的训练，从而提高施工人员的自身素质。确保所有的焊接工都能够经过培训，获得相关证件才能上岗。同时还要为压力管道安装焊接培养更多的人才，以提高焊接质量。

（三）认真做好无损检测工作

无损检测工作必须由检测机构来完成，在进行抽样时，必须加大监督检查的力度，并且严格按照相关的规定进行抽样检查，如果发现其中存在着一定的缺陷，那么就应该严格执行返修和扩大探深比例的相关规定，以防止弄虚作假现象的出现。

（四）做好管道强度和气密性试验

压力管道强度和气密性试验是施工的最后一个阶段，以试压来完善安装的工作是一种非常有效的方法。在管道进行试验之前，施工单位编制安装方案并将其上交给监理单位进行批准，要求所有的安装环节都应该按照安装图纸进行。

（五）创造安全的施工环境

适当的增加经济投入，并且给施工人员创造一个舒适的安装环境，同时，施工人员必须使用先进的施工设备，同时还要合理的安排压力管道安装人员的安装时间，减少安装人员的劳动强度，提高其工作质量和效率，以确保施工安全。

（六）加强对安装工作进行自检

压力管道安装人员必须在正常的安装过程中进行安装，当安装人员完成安装任务之后，应该及时检查，并且总结自检经验，同时质检人员进行检查时，必须对已经确定好的控制点进行检查，然后做好检查记录。

总结：

综上所述，为了保障压力管道安装质量，在设计、施工、竣工、验收中都必须严格按照压力管道安装质量的基本要求进行，同时安装还要与安装图纸保持一致。此外，作为压力管道安装单位，必须承担起安装的责任，提高安装安全意识，重视安装的每一个环节，同时对可能在安装中出现的问题进行预防和加以解决，控制压力安装质量，以保证压力管道能够正常的运行，获得最大的经济效益与社会效益。

参考文献：

[1]刘伟.压力管道安装中存在的问题及处理探析[J].中华民居（下旬刊），2013（4）.

[2]柯文丽.基于压力管道安装中常见问题以及相应处理措施的分析[J].中国新技术新产品，2013（3）.

[3]宋文昂.解析压力管道安装中存在的问题与处理措施[J].中国新技术新产品，2012（12）.

[4]赵秋颜，颜延富，边立生.谈压力管道安装过程中的关键问题[J].山东冶金，2010（12）.

[5]高正良.压力管道安装中几个问题的探讨[J].石油化工设备，2011（7）.

[6]张颖.压力管道安装中存在的问题分析及处理研究[J].城市建设理论研究，2012（8）.

压力注浆法处治桥头跳车的设计综述

吕世斌

抚顺市公路管理局 抚顺 113006

摘要：桥头跳车现象是公路运营中的常见病害，为了有效的防治桥头跳车，可从考虑改善路基性能方面加以实现。本文通过以抚顺市竖碑大桥桥头过渡段的压力注浆为实例，详细介绍压力注浆技术的设计方案，工程处治效果显著，希望为广大工程技术人员提供一份参考。

1、引言

导致桥头跳车的根本原因是与桥台相邻的桥头引道路基的路面和桥台顶面在各自沉降后形成的高程差。加固处理台背填筑前的地基目前国内已有不少处理方法，如排水固结法、换土法、振动碎石桩法等，都是行之有效的方法。压力注浆法是利用注浆设备，运用液压、气压将配制好的水泥（或水泥与其他材料混合物）浆液，通过注浆管注入填料中，浆液在压力作用下渗入填料空隙中，与土粒骨架产生固化反应，土的密实度进一步提高，减少台背填土与桥台的刚度差，进而减小两者间的不均匀沉降。

2、工程概况

竖碑大桥竣工于2003年10月，由于建设时台背填料碾压不到位，加之受到2005年特大洪水的浸泡，台背填筑砂砾结构损坏严重，造成填筑体与桥台之间出现了较大沉降差。特别是16号台处，路桥过渡段经过两次加铺沥青层维修后不久，在桥头接触处又出现了差异沉降，并产生二次跳车，说明沉降还在继续。经过现场勘测，桥头路堤填料为砂砾，回填范围在6m左右，地基土质良好。初步分析，引起桥头路堤沉降的主要原因是台背路堤填料在汽车荷载和雨水浸泡作用下，砂砾原有挤密结构发生破坏，强度降低，路堤产生较大压缩变形；同时，锥坡稳定性降低引起路堤整体纵向滑移，加速了差异沉降的产生。处治思路是，采用静压注浆的方法，将水泥浆液注入到松散的填料中，在桥台附近路堤土体里形成连续墙，提高路堤承载能力，减少压缩变形。

3、注浆材料选择及配合比设计

本工程采用水泥浆液作为注浆材料，水泥浆是以水泥为主加水配制成的浆液，根据工程需要加入一定的附加剂（速凝剂、早强剂等）改变浆液性能。所用水泥主要为硅酸盐水泥和矿渣水泥，其浆液结石强度高、抗渗性能好，制作工艺简单。水泥浆的水灰比一般为0.5～2.0，常用的水灰比是1：1。桥头跳车病害处治作为常规的公路维修项目，应尽量快速开放交通，减少对公路运营的影响，所以水泥浆液中需加入速凝剂等外加剂，改善其早期使用性能。为了获得符合速凝、早强及施工和易性要求的材料配合比，本文选择减水剂和速凝剂（LA-11型混凝土速凝剂）两种外加剂，进行室内试验研究，分别对不同外加剂掺量、水灰比、养生天数下水泥浆的立方体抗压强度和等效水泥稳定砂砾的无侧限抗压强度进行了试验分析。

4、压力注浆参数的确定

（1） 浆液扩散半径的确定

浆液扩散半径（r）是一个重要参数，一般可用理论公式进行估算，如杨秀竹等提出在砂土中进行渗透注浆时有效扩散半径计算公式[2]。但如果地质条件复杂或计算参数难以准确获得时，就应通过现场注浆试验来确定[3]。注浆施工时，可通过对注浆压力、注浆胶凝时间、注浆量、浆液浓度等参数进行控制调。本文注浆对象为粒径较大的砂砾材料，渗透系数大，故根据扩散半径经验值为0.8～1m，本设计取大值r=1.0m。

（2） 孔位布置

注浆孔的布置是根据浆液的注浆有效范围，且应相互重叠，是被加固土体在平面和深度范围内连成一个整体的原则决定的。设计中需要计算的参数有：灌浆孔距L、最优排距Rm和最大灌浆有效厚度Bm。

本文以竖碑大桥为例，介绍孔位布置计算方法。如图1所示，L为灌浆孔距，r为浆液扩散半径，b为单排孔灌浆体的厚度。则灌浆孔距L、最优排距Rm和最大灌浆有效厚度Bm厚的理论计算公式如下：

（1）

（2）

（3）

其中，r为扩散半径，b为灌浆体的厚度，N为布置注浆孔排数。

为施工方便起见，可先按经验确定孔距L（r

布置三排注浆孔，最优排距和最大灌浆有效厚度分别按下列理论公式计算：

=1.66m；=4.64m

图1孔位布置图

（3） 注浆压力的确定

注浆压力Pe注浆是指不会使地表产生变化和邻近结构物受到影响前提下可能采用的最大压力。注浆压力值与地层土的密度、强度和初始应力、钻孔深度、位置及灌浆次序等因素有关，宜采用现场注浆试验来确定。也可以用理论公式或经验值确定容许注浆压力值，如砂土中的经验值为0.2～0.5MPa。砂砾地基容许注浆压力经验公式[4]为：

（4）

式中，Pe―容许注浆压力（×105Pa）

T―地基覆盖厚度（m）

C―与注浆期次有关的系数，第一期孔c=1.0，第二期孔c=1.25，第三期孔c=1.5

K―与注浆方式有关的系数，自上而下时K=0.8， 自下而上时K=0.6

λ―与底层性能相关的系数，可在0.5～1.5之间选择，松散时取低值

h―地面到注浆段的深度

以本设计为例，注浆长度为5m，每段1.5m，最上一段为2m，孔深5.5m，分两期自下而上注浆，则第一期孔的第一段参数为c=1，T=0.5m，K=0.6，λ=1，h=5.5m，计算得容许注浆压力Pe=1×（0.75×0.5+0.6×1×5.5）=3.675×105Pa。同理可得其他段的注浆压力见表2。

表2 注浆压力计算结果

注浆分段 每段长度/m h值/m 注浆压力/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） 注浆量的确定

在正常情况下理论上注入的浆量，应充填到颗粒之间的孔隙中。砂砾土质条件下注浆所需的浆液总用量Q可参照下式计算[5]：

Q=KVn （6）

式中，K―经验系数（细沙K=0.3～0.5，中粗砂K=0.5～0.7，砂砾K=0.7～1.0）；

V―注浆对象的土量；

n―土的孔隙率。

K为与浆液损耗系数和填充系数有关的经验系数，一般土颗粒越大、结构越松散、布桩排数越少时，其取值越大。本次设计背填料为相对密实的砂砾土，含有一定量的细颗粒，且为多排桩布置，综合考虑经验系数K可取低值0.7，n取0.3，每孔注浆体积V=πr2h=3.14×1×5.0=15.7m3，则：Q=0.7×15.7×0.3=3.297m3。

5、工程注浆效果

工程于2012年9月完成注浆施工，并采用复注法和变形观测法检验注浆处治效果。在注浆范围内重新钻了两孔进行压力注浆，发现可注浆量均较小，约为邻近注浆孔的10%，说明此次注浆比较充分。注浆完成后，在台后引道路面上共设5个沉降点进行变形观测。由观测数据发现，离桥台最近的1#监测点沉降2mm，2#和3#监测点基本没有沉降，而远离注浆区的4#、5#监测点反而有微弱抬升的趋势。分析原因，主要是因为两次观测时间分别为11月中旬和3月末，气温较低，路堤受冻胀抬升；相反，注浆区受冻胀影响很小，说明浆液与土体形成的注浆体能有效防止雨水的冻融破坏，同时，路堤承载能力明显提高，达到了控制沉降的目的，注浆效果良好。

参考文献：

[1]中华人民共和国行业标准.公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）.北京：人民交通出版社，2006： 19～20.

[2]杨秀竹，雷金山，夏力农，王星华.幂律型浆液扩散半径研究.岩土力学.2005（11）.

[3]蔡宏庆.路基注浆加固方案的实施.公路与汽运.2004（6）.

[4]刘玉卓主编.公路工程软基处理.北京：人民交通出版社，2001：154～165.

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

浅析锅炉爆管的形成原因及预防措施

裴建国 安春荣

白城市特种设备检验中心 137000

白城市特种设备检验中心镇赉检验所 137300

摘要：锅炉运行过程中发生的爆管原因非常多。其中有水质控制不严，造成管内结垢，引起钢材过热而爆破；有的由于司炉工操作失误，超温超压，超过钢材的强度，而引起的爆破；造成锅炉汽水循环的破坏，而引起的爆破等。不管是何种原因引起的锅炉钢管爆破，锅炉钢材金属内部的组织均发生了很大变化。本文就这个方面进行论述，从中找出解决和预防的措施。

关键词：锅炉爆管 高温 原因 分析

一、引言

锅炉的安全是直接影响人们和企业的重要因素。锅炉压力容器质量能不能有保障关系到工作安全问题，当锅炉运行过程中，由于水质标准、水循环、机械损伤、生火速度、吹灰、管材质量、给水温度、给水导管位置等原因导致炉管、过热器、省煤器管、空气预热器管爆破的发生，出现安全生产事故。本文主要以锅炉爆管事故当中存在的问题进行分析和探讨。

二、锅炉使用金属材质的分析

任何金属在长期高温条件下工作，不但会发生蠕变、断裂和应力松驰等形变过程，而且还会发生一些组织和性能的变化和其他损坏。这一点和室温下使用的钢材不同。在室温条件下，钢的组织和性能较稳定，不随时间而改变。金属（主要指的是钢）在高温下长期运行中发生的组织变化主要有。

（一）、珠光体的球化和碳化物聚集

珠光体球化会使钢的蠕变极限和持久强度下降。珠光体球化对钢材的高温机械性能影响是很大的，它会加快金属在高温下蠕变速度，加快钢材的破坏。

（二）、金属的石墨化

渗碳体是一个不稳定的化合物，它在适当的条件下会发生分解而形成奥氏体和石墨或铁素体和石墨。在正常的室温下，这一过程实际上是不进行的，但它随着温度的升高而急剧加速。石墨化将大大降低机械性能。石墨在基础组织中可以认为是孔洞和裂缝，所以大大削弱钢材的机械性能，使钢材的强度极限，工作韧性大大下降，从而使钢材脆性增加。

（三）、高温造成合金元素的重新分配

由于锅炉上的钢材在长期高温条件下，除了会发生珠光体球化和石墨化现象外，还会发生合金元素从固溶体中逐渐向炭化物扩散，使炭化物中的合金元素逐渐增多，引起合金元素的重新分配。合金元素的重新分配，会使钢材的高温机械性能发生变化，从而使该材料在该温度下强度极限降低约一半。

三、锅炉爆管的原因分析

（一）、管路长期过热爆管

是金属长时间在应力和超过其额定温度条件下导致的管子爆破，其超过的温度水平一般在钢的临界点Ac1以下。所以，长期过热爆管是一个缓慢的过程，长期地由于蠕变变形而使管子爆破。

1、破口的宏观分析

破口并不大，断面粗糙而不平整，破口边缘呈钝边，并不锋利，破口附近有许多平行于破口的管子轴向裂纹，由于在长期高温下运行，所以在破口外表面上出现一层较厚的氧化皮，这些氧化皮很脆，容易剥落。管子在长期过热爆破前，由于过热，温度提高，加快了蠕变速度，又加上受到内压――切向应力作用，使管子胀粗，管径增大，管壁减薄，当超过一定极限时，管子发生爆破。

2、长期过热爆管的微观特征

长期过势爆管它的温度应在材料的再结晶温度以上（因为在此温度以上钢材才能产生蠕变）。管子胀的越粗，强度下降越大。

（二）、管路短期过热爆管

短期过势爆管，是金属在短时间内，由于温度升高，管子金属在高温下被内部介质的压力作用而很快爆破，这种爆破往往是一个突发过程，所以在爆破口的变形量、形状及内部组织上也有所不同。这种破口张开很大，呈喇叭状，破口边缘锐利，减薄较多，断裂面较为光滑，呈撕裂状，破口附近管子胀粗较大，对水冷壁管而言，由于汽水混合物急速冲击，内壁显得十分光洁，外壁一般呈蓝黑色。破口附近没有众多的平行于破口的轴向裂纹。短期过热爆管主要分为：短期直接过热爆管、管下腐蚀鼓包而引起的爆管和瞬时过热爆管三种。

1、短期直接过热爆管

管子破口极大，呈不规则的菱形，边缘极其锐利，管径相对变形很大，并且在离破口较远处管径也有不同程度的变形。金相组织：珠光体已有一定程度的球化，但其球状渗炭体并未脱离出原珠光体区域，铁素体晶粒严重地沿爆管方向拉长。

2、管路垢下腐蚀而引起的鼓包变形爆管

这种爆破，是由于管内结垢，导热性差，造成钢材的局部过热，而产生爆破，所以破口较小，破口边缘也锐利、光滑。

（三）、瞬时过热爆管

锅炉水冷壁管，直接受炉膛内火焰的高温辐射，因此运行不正常时，为管子堵塞，水循环不良，严重缺水等，管子的局部地区过热温度很高，而造成水冷壁管的瞬时爆破。它的特征是：破口呈喇叭状，破口边缘锋利，破口处管壁减薄很多，有的破口边缘厚度仅为0.2mm，靠近破口处管壁是突然减薄，为韧性断口。

四、锅炉爆管的预防措施

（一）、加大检修管理力度，制定实施防磨计划

施工人员要充分利用大、小修对受热面管道进行宏观检查，坚持“逢停必检”原则，掌握金属长期运行中的性能规律，发现和消除金属事故的隐患。对高温腐蚀、磨损、胀粗、鼓包、应力集中等情况加强检查，发现问题及时彻底地处理。加强金属监督和化学分析，对热负荷较集中部分采取割管检查和化学分析，对易结焦、易磨损、吹灰器易吹薄的部位进行侧厚检查，对过热器、再热器等易超温的部位进行金相分析。加强受热面附件的检查，如防磨瓦、管排卡子和护体铁，整理管排严防形成烟汽走廊。对检修焊口做好无损探伤检验，把好焊接质量控制关。

（二）、加强对烟气侧的调节

改变过热器的对流吸热量，通常靠改变经过过热器的烟气量和烟气温度来实现。燃烧工况的改变对汽温有一定影响，因此，在锅炉运行中，应根据实际情况，改变喷燃器的倾角和上、下排喷燃器的运行方式，从而改变火焰中心的位置和炉膛出口烟温，并通过调节风量挡板，使流经过热器的烟气量发生变化而达到调节汽温的目的。应注意的是，喷燃器的运行方式和风量的调节，首先应满足燃烧的要求，这有利于设备的安全和提高锅炉效率，因此烟气侧调整只能作为辅助手段。此外，当负荷过低时，不能用上倾火焰中心高度来增加汽温，以防止锅炉灭火或煤粉在烟道内再燃烧而发生事故。

（三）、控制锅炉的汽温变化

1、调节燃煤量

当锅炉负荷有较大变动，需启、停1套制粉系统时，投入的喷燃器应均衡。当炉负荷变动不大时，可通过调节运行着的制粉系统出力来解决。

2、调节燃烧风量

当外界负荷变化时，应对风量作相应的调整。实际运行中，随着过量空气系数的增加，利于完全燃烧。但是过量空气的增加要适当，同时烟气流速加大，造成送、引风机的耗电量增加，经济性降低，加剧低温段的磨损，因此要严格监视氧量的变化。

（四）、加强运行管理和炉水监督

运行人员要认真操作，按规程升降负荷。日常密切监视受热面报警情况，严防受热面管道超温，加强对管壁温度的监视，减少管壁超温。燃料专业要加强入炉煤快速分析预报工作，为运行人员精心操作、勤调整提供依据，便于运行人员及时调整一、二次风，合理调粉量和过剩空气量，使煤粉在炉内充分燃烧。保证磨煤机在最佳状态运行，严格控制煤粉细度减少设备磨损。认真进行燃烧调整，控制火焰中心不倾斜，严格控制各部件的参数，严禁超限运行，加强受热面吹灰，防止局部结焦超温。加强炉水监督，保证品质合格等。

五、结束语

加强锅炉的爆管发生是一项重要且综合工程，应从运行、检修、技术改进等方面加强监督、管理和检查、综合考虑。运行人员根据煤质变化及时调整燃烧，控制合理风速，控制管壁超温、加强设备运行监督和化学监督。检修人员提高检修质量和金属监督力度。尽可能地扩大检查范围，发现问题并及时处理，大大地减少了锅炉非停，保证锅炉的安全稳定运行。

参考文献：

[1]开颜.世界最大燃煤注汽锅炉试注成功[J].石油工业技术监督，2008（04）.

大气污染的主要类型及防治技术探讨

乔 波

山西省侯马市环境保护局

摘 要：当前形势下，全球的工业和交通不断持续发展，给大气环境带来了许多污染和破坏，但目前大气污染物的排放量仍然日趋增多，将会导致大气污染状况越加严重。我国的大气污染物排放量很大，为了使大气污染得到一定程度的控制，我国不断进行大气污染防治技术的研究。本文主要阐述了大气污染的主要类型，并针对大气污染状况提出了相应的防治技术和措施。

关键词：大气污染 防治技术 主要类型 探讨

引言：

大气污染指的是通过自然活动以及人为因素，致使一些物质融于大气中，在达到一定的时间及浓度之后，会对环境产生严重的污染，对人体健康产生一定损害的现象。当人类的大气污染物排放种类不断增加时，地球的大气成份也在同样出现变化，已经无法单纯依靠大气层的自然净化，大气污染的防治已经势在必行。随着我国经济的发展，对环保领域的研究也日趋重视，尤其是对于大气污染的防治，研发了清洁生产技术和三废治理措施等。

一、大气污染的主要类型

1.按照化学性质划分

1.1还原型的大气污染

大部分出现在燃烧过程中，主要以煤炭和石油作为燃料的地域，通常又被称作煤烟型污染。以二氧化硫、一氧化碳及颗粒物为主要污染物。当处于湿度较高、温度较低的阴天时，这种类型的污染物通常在低空开始聚集在一起，致使污染事故的出现。

1.2氧化型的大气污染

通常出现在主要燃料为石油的地域，汽车尾气含量较多。一次污染物通常是碳氢化合物以及一氧化碳，当太阳短光波的催化下，经过光化学反应形成三氧化碳和醛类等污染物，它们很容易造成氧化，还对眼睛产生一定的刺激，例如洛杉矶烟雾等。

2.按照燃料性质划分

2.1石油型大气污染

通常来自于石油化工厂及汽车尾气的排放，以二氧化氮、链状烷等为污染物的构成部分，还包括它们在大气中产生的自由基、臭氧以及各种中间产物等。

2.2煤炭型大气污染

当工厂及企业生产过程中经常会排放一些烟气等污染物，而家庭中的炉灶等常用设备也会出现一些煤炭烟气。它的主要构成污染物是二氧化硫、烟气粉尘，还有当这些一次污染物出现一系列化学反应时，形成的硫酸等污染物。

2.3混合型大气污染

混合型的大气污染是将石油和煤炭作为燃料，经过燃烧之后产生一定的污染物被排放出来，并且还有加工工厂及生产企业等在生产过程中。会排放出一些化学物质等污染物。在日本的川崎和横滨等就出现过混合型的大气污染。

2.4特殊型大气污染

一些生产企业在生产过程中，往往会排放出特殊的污染气体，例如生产铝碱的工业区会存在氯气污染，制造磷肥的工厂会存在氟污染等，此类污染通常是在局部范围当中存在。

二、大气污染的防治技术

1.脱硫技术

当前脱硫技术主要分为燃烧前的脱硫技术、燃烧中的脱硫技术以及燃烧后的脱硫技术。其中燃烧前的脱硫大致包括煤的液化、煤的气化以及洗煤。洗煤通常是脱硫的配合措施，而煤的液化及煤的气化是比较经济的工艺，目前正在不断研发中。在燃烧过程中，采用燃用型煤比较节约资源，而且非常环保，通常适用小锅炉的燃烧。当前我国循环流化床较多应用在采暖及工业锅炉燃烧中，其中最大的炉型为每小时75t。当前较大规模的商业化脱硫技术，只有燃烧后的烟气脱硫，它能够很大程度的控制酸雨污染以及二氧化硫污染。烟气脱硫技术通常包括硫氮联脱、干和半干法以及湿法等。德国、美国和英国等国家较多的运用烟气脱硫技术，在烟气脱硫工艺中，技术比较纯熟而且使用范围比较广泛的有CDSI法、喷雾干燥法、石膏法及LIMB法等。当前我国并未有烟气脱硫设备的生产和设计工艺技术，对于排放也没有较高的要求，治理手段不完善也不尽合理，在电厂中很少装置有脱硫设备，没有对二氧化硫等污染气体的排放进行有效控制。除硫设备基本都是从国外进口的，但在经济上造成了一定的亏损。

2.除尘技术

大气中的细微灰尘颗粒会降低大气的能见度，并且影响了城市的景观，最主要的是会给人体呼吸系统带来很大的损害。尽管使用除尘器能够使大气中的灰尘颗粒得到一定的控制，但只能除去较大的颗粒分子，对于那些细微的灰尘颗粒仍然没有作用。我国目前已经对细微灰尘颗粒分子，给大气的污染和危害给予重视，对细微颗粒分子的分布情况以及污染的来源和特征，进行了深入研究，但就当前研究情况来讲，对于细微颗粒分子的控制技术，以及作用机理等研究都有待提高。我国的总体除尘效率，平均值大概为95%，与国外相比还有很大的差距，当前国外的除烟技术相对先进和成熟，需要我们不断的向国外先进工艺技术合作和学习，并且尽快的发展烟气净化产业，努力掌握烟气净化设备的设计和生产技术。

3.机动车大气污染控制技术

机动车在行驶过程中会排放出一些列的污染物质，例如氮氧化物、VOCs、含铅颗粒物和CO等。而VOCs会在一定作用下形成光化学污染，并且氮氧化物在受到光化学反应以后会形成硝酸盐气溶胶。目前国外经过深入的研发，形成了三元催化技术，这项技术目前已经成熟并开始推广运用，现今已经在开发机动车尾气污染净化技术。随着我国社会经济的持续快速增长，机动车的数量也在日益增加，在一些发达城市中，已经出现比较严重的光化学污染和NOx污染。为了使机动车尾气污染程度得到一定的缓解，我国已经研发出自动补气的尾气净化设备，它能够让尾气中的NOx以及碳氢化合物得到全部净化。还可以使NOx得到一定的降低排放。

4.脱氮技术

当前形势下，很多国家都已经对NOx的排放问题采取重视，并制定了相应的控制计划。NOx的控制技术主要包括在大气中将NOx的含量清除，以及将燃烧技术进行改进，减少其排放量两种方式。在氮氧化物以及硫化物的联合脱除手段中，通常有可再生技术、烟道及炉内喷吸着剂技术、用SCF取出氮氧化物技术等。目前发达国家的脱氮技术，通常是在大型燃煤锅炉中装置低氮燃烧器，可以将NOx的排放量减少大约40%。而德国等环保标准较为严格的国家，通常还在燃烧锅炉上装置烟气脱氮设备。对于烟气脱氮技术的研究，我国已经取得了新的进步和发展，并不断突破，例如在2000年研发的整体分级低氮氧化物的燃烧技术，已经通过有关部门的检测，并开始实施。在部分锅炉中开始装置低氮燃烧器等装置，但一些300MW之下的锅炉还不能安装此装置，NOx还是没有得到控制，生成量在日趋增加。现如今，我国只存在氮氧化物的环境质量指标，并没有NOx的燃烧排放标准，相关的一系列技术研究，也仅仅局限在部分氮氧化物较低级别的燃烧技术当中，以及固硫技术里面的氮氧化物附带降低效果的技术分析。我国当前的产业结构开始向集约型结构转变，并且不断优化能源的消费结构，逐渐使氮氧化物的排放趋势得到一定程度的缓解，并处于逐年降低的趋势。

三、结论

综上所述，尽管当前我国的大气污染治理技术有很大的进步，但大气污染形势依然很严峻，大气污染物的排放量还在持续增长。随着经济发展与环境保护的紧密联系，要想促进经济又好又快发展，必须加大控制大气污染的投资力度，在防治大气污染的过程中要按照实际情况研发适合的技术，并形成产业化。

参考文献：

[1] 刘洋，李宏伟. 浅谈大气污染的防治措施[J]. 黑龙江科技信息. 2009（12）

[2] 于慧. 大气污染的成因及治理措施[J]. 辽宁化工. 2008（02）

[3] 王继华. 大气污染的防治措施研究[J]. 中国新技术新产品. 2009（20）

[4] 王皓. 汽车尾气危害及控制对策探讨[J]. 化学工程与装备. 2010（07）

[5] 袁冬. 我国大气污染现状、危害与防治对策[J]. 商品与质量. 2011（SC）

浅谈下向焊在管道施工中的过程控制

任树春 施德海

石油化工工程质量监督总站管道储运分站 221008

摘要：在长输管线管道施工过程中，采用下向焊接技术可以提高施工过程中的焊接机械性能和工艺性能，笔者根据多年的监督经验，结合工作实际，改进了焊接工艺参数，提高了工作效率和焊接合格率，并从焊前准备，施焊过程中的质量控制及缺陷预防进行了详细阐述。

主题词：下向焊工艺 焊接准备 缺陷预防 作用

前言：下向焊就是采用下向焊条，由上向下运条进行施焊的一种操作方法。目前，这种方法因其生产率高、易保证焊接质量等特点，在国内已用于压力容器和大口径长输管线的焊接。

纤维素焊条由于在垂直下向焊接时可以使用大直径焊条，这样可以用大电流和高焊速进行焊接，因而其经济性很好。多年来已经成功地应用于辅设管道时管道圆周焊缝的焊接。但是，这种焊条焊接的焊道中氢含量较高，在适用的管道壁厚和所需的冲击性能方面受到一定的限制。虽然碱性焊条经济性差，然而其特点在于优良的机械性能和工艺性能。

在打底焊和热焊时采用纤维素焊条，焊接填充和表层焊缝采用碱性垂直下向焊焊条，可将其经济性、优良的机械性能和工艺性能结合起来。虽然这是一套成熟的焊接工艺，但是在现场施工过程中，焊工普遍感到碱性下向焊条难以掌握，使这一工艺的应用及推广受到一定限制。

笔者针对这一情况，利用监督工作的条件，组织有关技术人员进行有针对性的焊工培训和焊接试验，进一步改进了焊接工艺参数，使大部分焊工在较短时间内掌握了这种焊接工艺，较好地解决了这一难题。经过在日照-仪征原油管道及配套工程和江苏成品油管道工程的应用，取的了良好效果。

一、管材的保护及焊前准备

第11篇

关键词 微重力科学，基础物理，流体物理，燃烧学，材料科学，生物技术

Abstract In recent years fundamental physics in a microgravity environment has attracted much attention from theoreticians in the international community， and has been given the name of fundamental physics in space. Furthermore， microgravity science has gradually become known as physics in space amongst the space agencies of the chief space countries. However， physics in space has not changed the contents of microgravity science. As the International Space Station nears completion， its member countries are working hard to schedule the microgravity science missions， and important results should be obtained before 2016. On the other hand， plans for space tests on the theories of gravity and general relativity on board special satellites are under way. After the GP-B satellite experiment by NASA， the LISA program for space measurement of gravitational waves aroused broad interest. Physics in space will certainly make great strides in both promoting important scientific achievements and in developing high technology for applications.

Keywords microgravity science， fundamental physics， fluid physics， combustion， materials sciences， biotechnology

1 引言

当一个空间飞行器环绕地球以第一宇宙速度自主飞行时，我们可以选择一个(局部)惯性参考系，其原点位于空间飞行器的质心位置.如果不考虑大气阻力､光辐射压力､质心偏离引起的各种扰动力，则空间飞行器中物体受到的地球引力与运动离心力抵消，物体处于“失重”状态，或者说物体处于微重力水平中.所谓“微重力”是指该处的有效重力水平为地球表面重力水平的10-6.在实际的绕地球飞行器中，有效重力水平与频率相关，低频时达到10-3，高频时优于10-6.除了地面的落塔､抛物线飞行的失重飞机和可达十几分钟的微重力火箭外，用于微重力实验的空间飞行器有返回式卫星和不返回卫星､载人飞船､航天飞机和空间站.各种载人空间飞行器不可避免人的干扰，飞行器中的有效重力很难达到微重力水平;而验证引力理论的高分辨率空间实验需要非常低的飞 (femto，亳微微)重力至阿(atto，微微微)重力环境，一般需要发射专门的基础物理卫星.

随着载人空间活动的发展，人们需要进一步认识微重力环境中的物质运动规律，从而发展了微小重力这种极端环境下的学术领域——微重力科学.在微重力环境中，地球重力的影响极大地减弱，控制地面过程的浮力对流､沉淀和分层以及由重力引起的静压梯度都极大地降低，表面张力和润湿等作用变得突出.从上世纪七八十年代以来，微重力科学主要研究微重力流体物理､微重力燃烧､空间材料科学和空间生物技术.近十余年来，微重力条件提供的高精度物理环境吸引了一批理论物理学家，他们希望利用空间的微重力环境能更好地检验广义相对论和引力理论以及低温原子物理和低温凝聚态物理的许多基础物理前沿问题.这样就形成了微重力科学的一个新领域——空间基础物理.近来，人们常常把这些微重力科学的领域统称为空间的物理学，它是利用微重力环境来研究物理学规律，以区别于在地面重力环境中的物理学.要指出的是，中文的 “空间的物理学”和 “空间物理”是两个不同的概念，后者主要研究太阳系等离子体的运动规律和行星科学，而不涉及基础物理的前沿问题.

2 空间基础物理

2.1 广义相对论验证和引力理论[1]

引力质量mg和惯性质量mi相等的(弱)等效原理是广义相对论爱因斯坦强等效原理假设的基础[12].有文献记载的弱等效原理验证始于牛顿的摆实验，Eotvos的扭称实验更为精确;现代的月-地激光测距实验则检验了强等效原理[12].到目前为止[12]，弱等效原理的实验精度η=2∣mg-mi∣/(mg+mi)已达10-13，在地基实验中已再难提高.现在的一些引力理论认为，将测量精度提高到10-15以上有可能揭示广义相对论的问题，具有很大的学术价值，这只能在空间微重力条件下才能实现[2].国际上蕴酿多年的“等效原理的卫星检验”(STEP)计划，试图将弱等效原理的实验精度提高到10-18.STEP计划一直没有获得美国的立项经费支持，现在的立项经费就更加困难了.目前欧洲一些国家正在争取安排Mini STEP计划，其实验精度为10-15;法国的小型卫星(MicroScope)计划于2010年发射，拟在10-15精度上检验弱等效原理[13].引力探测-乙(Gravity Probe-B， GP-B)计划是美国空间局主持的计划，由美国斯坦福大学GP-B小组负责.该计划的主要任务是验证广义相对论的空间弯曲和拖曳效应，即验证时间和空间因地球大质量物体存在而弯曲(测地效应)，和大质量物体的旋转拖动周围时空结构发生扭曲(惯性系拖曳效应).用4个旋转球体作为陀螺仪，地球引力拖曳会影响球体的转轴.用飞马星座中的一颗恒星校准陀螺自旋轴的方向，用望远镜测量“测地效应”.通过球体转轴进动0.000011度，探测“惯性系拖曳效应”.GP-B卫星于2004年4月发射，2005年9月终止数据采集.原预计2006年夏公布结果，但是，由于电场等因素影响了球体的方位，仍需对其他影响进行研究.现正在加紧分析真正有效的时空信号数据，并尽快宣布观测结论.初步结果显示，较显著的‘测地效应’从数据中完全可见，正在完全证实广义相对论的道路上前进;刚刚看到 “惯性系拖曳效应”的端倪.实验结果似乎验证了广义相对论的理论，人们正在期待着最后宣布的科学结果[3].

引力波是广义相对论理论预言的现象，40年前声称在地面测量到高频引力波，激起引力探测的热潮.低频引力波只能在空间探测.欧洲空间局和美国空间局联合推进空间探测引力波的“激光干涉全球天线”(LISA)计划，它的探测源是108太阳质量的黑洞，相应的频率是10-3—10-1Hz.LISA计划由相距500万公里等边近三角形的三颗卫星组成，每颗卫星分别有2个悬浮的试验质量，位于激光器平台的前端.引力波传到卫星环境中，将引起试验质量微小的位移，通过激光干涉方法测量小于纳米量级的位移，推演出引力波的存在.为了验证LISA计划的关键技术，将于2010年发射LISA Pathfinder卫星，而LISA计划预计在2019年以后发射.引力波探测的成功不仅可以验证广义相对论理论的预言，还将开辟引力波天文学，具有极大的重要性.欧洲空间局将LISA计划列为中､远期的首选项目，美国空间局“超越爱因斯坦”计划两大卫星之一的“大爆炸观测台”卫星也是探讨测量中频(0.1—1.0Hz)引力波.空间引力波探测的学术重要性由此可见一斑.

我国空间科学的发展需要研讨引力理论，研究卫星实验的方案，大家正在集思广益.中国科学院理论物理研究所张元仲及其他专家联合提出TEPO计划，建议在10-16精度内验证弱等效原理和在10-14精度内验证新型的二维等效原理;华中科技大学罗俊等人提出TISS计划，希望利用高精度空间静电悬浮加速度计将检验牛顿引力的反比定律精度提高3个数量级.中国科学院紫金山天文台倪维斗的计划是希望探测低频(5×10-6 — 5×10-3Hz)引力波;中国科学院应用数学研究所刘润球则关注空间的中频(10-2 — 100Hz)引力波探测.这些方案都还在蕴酿过程中.

2.2 空间冷原子物理和原子钟研究

激光冷却和玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)曾分别于1997年和2001年获得诺贝尔物理学奖，它们是当代物理学最活跃的前沿领域之一.BEC有时也称为物质的第五态，它是1925年爱因斯坦预言的物质状态，即当气体温度低于其极限温度时，所有冷原子都聚集在最低量子能态上，表现出玻色子的特证.作为一种新的物质状态，它包含着许多新的基本物理规律，等待人们去探索，诸如物质波及其相干性､低温极限(10-15 K)､量子相变等.另一方面，它蕴育着许多重大的应用前景，诸如原子激光､高精度时标等.微重力环境可以更好地降低气体的温度，改进谱线的宽度和稳定性，提高系统的信噪比，从而为研究提供更好的条件.欧洲空间局的空间BEC研究也正在安排当中.

作为该领域的一个重要应用项目，空间冷气体原子钟的研制受到重视.地面通过激光冷却和冷原子喷泉效应，可以使冷气体原子钟的精度达到10-16.而在微重力环境中，则可以使冷气体原子钟的精度提高一个数量级，从而在军事和民用上产生极大的价值.欧洲空间局和美国国家航空和空间署都将空间冷原子钟研究作为国际空间站的重要研究项目.

中国科学院上海光学精密机械研究所王育竹在地基的BEC研究中取得很好的成果[4]，正在准备研制空间的超高精度冷原子微波钟，精度可达10-17;华东师范大学马龙生提出进行空间高精度光钟研究的建议，精度可达10-18.

2.3 低温凝聚态物理

凝聚态物质在极低温条件下会表现出许多特异的性质，成为物理学的新热点.微重力条件可以实现极小的静压梯度，可以提供更高精度的物理学实验条件，从而在更高精度下验证理论和揭示新的规律.美国喷气推进实验室在航天飞机上完成了液氦在临界温度附近(纳度的精度内)的比热奇异性实验，初步验证了二阶相变的重整化群理论[1].科学家们提出了一批空间实验课题，诸如超流氦相变动力学，连续相变的普适性，气-液临界点的尺度规律，约束于不同几何形状和尺度的液氦性质，相图特殊点附近氦混合物的性质，约束和边界效应，非平衡相变，分形结构和图样形式，临界现象，超流体的流体动力学，量子固体等.这些课题大都需要超低温条件，因而需要空间大型制冷设备，耗资巨大.美国已暂停这方面的研究，中国在短期内还难于安排相关的空间实验条件.

3 微重力流体物理

微重力流体物理是微重力科学的重要领域，它是微重力应用和工程的基础，人类空间探索过程中的许多难题的解决需要借助于流体物理的研究.在基础研究方面，微重力环境为研究新力学体系内的运动规律提供了极好的条件，诸如非浮力的自然对流，多尺度的耦合过程，表面力驱动的流动，失重条件下的多相流和沸腾传热，以及复杂流体力学等.可以引入静Bond数Bo=ρgl2/σ或动Bond数Bd=ρg l2 /(∣σ′T∣ ΔT)来分析重力作用和表向张力作用的相对重要性，其中 ρ，σ， g， l 分别是流体密度､界面的表面张力､有效重力加速度和特证尺度，∣σ′T∣和ΔT分别是表面张力梯度和特征温差.Bond数小于1时，表面张力的作用会大于重力的作用，这要求小的尺度､或小的重力加速度､或小的密度差，对应于小尺度过程､微重力过程､或中性悬浮过程[5].

3.1 简单流体的对流和传热

具有界面的流体体系普遍存在于自然科学和工程应用中.研究热毛细对流的规律，对于空间材料加工､生物技术､燃烧等过程中热毛细对流控制都有重要意义，并对地面电子装置的热控制，食品加工过程，化学工程微电子机械系统(MEMS)，薄膜等小尺度的流动问题也有指导作用.微重力环境中流体的晃动､流体的运动与固体结构的相互耦合是航天工程中经常遇到的问题.对微重力环境中简单流体的传热和传质过程，人们主要研究毛细系统中临界现象和浸润现象，热毛细对流的转捩过程和振荡机理，液滴热毛细迁移及相互作用规律等方面.流体管理研究也是微重力工程中的重要课题.

3.2 多相流的传质和传热

微重力气/液两相流动与传热研究的主要对象包括两相流动的流型､沸腾与冷凝传热､混合与分离等现象，对我国载人航天技术(如航天器热与流体管理系统､空间站与深空探测器等大型航天器动力系统､载人航天器环控生保系统以及空间材料制备与空间生物技术实验等)的发展有直接的应用价值.在微重力环境中，重力作用被极大地抑制甚至完全消除，更能凸显气､液､固相间的传递机制，便于更深刻地揭示其流动与传热机理.借助于微重力气液两相流动与传热的深入研究，对我国实现能源战略需求和地面常重力环境中的石油､化工､制造等相关技术开发与应用也有重要指导意义.3.3 复杂流体

复杂流体是一种分散体系，它指的是具有一种或几种分散相的物质体系，也有人称之为软物质.在重力条件下，复杂流体的许多行为特征会受对流､沉降､分层等干扰，而微重力条件则有助于研究在地面上被重力作用所掩盖的过程，特别是分子间的相互作用力.微重力复杂流体研究包括:胶体的聚集和相变研究;悬浮液和乳状液的稳定性研究;复杂等离子体的结晶研究;气溶胶的稳定性和聚集行为研究;对颗粒体系本征运动行为的研究;临界点现象的研究;以及材料制备､石油开采和生物流体的相关问题研究.随着人类深空探测活动的展开，对不同重力场中分散体系物质的操作与输运的要求，以及对其运动规律认知的需求十分迫切.空间科学实验不仅能够使我们获得新的科学知识，而且其科学成果对于地面材料及器件制备工艺的创新具有重要指导意义.对复杂流动现象的研究在材料设计中起到了切实的作用，如对复杂流体自组织现象的研究成果已经应用于纳米结构材料和器件的研制.近年来，复杂流体(软物质)的力学和物理学，接触角､接触线和浸润现象等与物理化学密切相关的领域也越来越受到关注[6].

3.4 近期的空间实验

随着国际空间站的逐步安装，国外微重力空间实验的项目将逐步进行.目前己经纳入计划中的项目有:

毛细流动:不同形状､介质､浸润性､流体管理;

热毛细对流;

流体的梯度涨落;

Soret 系数测量;

近临界和超临界流体;

蒸发和冷凝过程:流体的热管理;

沸腾传热;

颗粒材料行为;

胶体和乳剂聚集和稳定性;

泡沫稳定性.

“十一·五”期间，国家安排了进行空间微重力科学和空间生命科学研究的“实践-10”卫星，将完成10项微重力科学的空间实验.这些实验包括空间热毛细对流､具有蒸发界面的对流､颗粒材料物理､沸腾传热､复杂流体的结晶等流体物理空间实验项目.同对，在载人航天工程第二阶段中，还要安排半浮区液桥､多液滴相互作用､复杂流体稳定性､多相流传热等空间实验项目.我国的微重力流体物理已有较好基础，将会做出较大贡献.

微重力流体物理所涉及的许多过程与微尺度流动中的过程有许多相似性，引起人们的兴趣.以中国科学院力学研究所国家微重力实验室为主的流体物理研究有不少建树，获得国际同行的好评.

4 燃烧科学

燃烧是一门古老的学科，而地面的燃烧过程都是和浮力对流密切耦合在一起的，给模型化研究增加了难度.微重力条件下基本上没有浮力对流的影响，为研究燃烧的化学反应过程提供了极好的机遇.1957年，东京大学Kumagai教授的0.5s落塔实验研究了乙醇棉球的微重力燃烧过程，开创了微重力燃烧的实验研究和利用落塔进行微重力实验的时代.落塔设施己成为进行微重力燃烧实验的有力工具.

微重力燃烧涉及了地面燃烧学的主要领域，美国国家航空和空间署将微重力燃烧作为重要的研究方向，欧洲和日本空间局也十分重视.几乎地面主要的燃烧过程都进行了空间微重力实验，诸如预混气体燃烧､气体扩散燃烧､液滴燃烧､颗粒和粉尘燃烧等，并研究了典型气体环境中燃料表面的点火和传播，流动过程与燃烧的耦合等，发现了一些新现象，例如燃烧的分散球状分布等.在许多微重力燃烧过程中，除了通常的吹熄极限，还有辐射损失引起的冷熄极限，这只能在微重力环境中才能观测到.微重力燃烧的研究除了具有重大的机理意义以外，还在于:利用对燃烧过程的深刻理解，改进地面燃烧过程的效益;利用对燃烧产物的进一步分析，改进地面燃烧产物污染环境.中国的能源将在较长时间内以煤作为主要燃料，应加强微重力煤燃烧的研究[7].

载人飞行器的安全防火是微重力燃烧的重大课题，自从阿波罗1号飞船在地面着火，烧死3名宇航员后，美国国家航空和空间署就把防火安全作为载人航天的首要问题.特别是今后的长期载人飞行任务，使防火任务更加严重.需要研究典型气体氛围下沿固体表面的着火条件､火焰传播过程和熄火条件;还要研究闷烧的各种条件.除进行相应的模拟研究外，还要进行大量的落塔实验，对逐个上天的非金属材料和某些金属材料进行典型气体环境下的燃烧实验.同时，还需要制订载人飞行器的防火规范.美国和俄罗斯各自建立了他们的载人航天材料筛选和防火规范，但载人航天器中的着火事件仍有发生.因为载人航天器内存在着火的条件，问题不可能完全解决.特别是在载人探索火星等长时间飞行任务中，防火规范还是一个需要进一步探讨和研究的课题[8].

中国科学院工程热物理研究所和力学研究所进行了一些微重力燃烧的研究工作.近年来，清华大学和华中科技大学等煤燃烧重点实验室开始关注微重力的煤燃烧研究.在“十一·五”期间，非金属材科燃烧､导线的烧燃､煤的燃烧等项目己列入空间实验计划，应能取得好的结果.

5 材料科学

空间材料科学曾是微重力科学中耗资最大的领域，材料科学各分支领域的学者都希望在空间微重力环境中去研究凝固过程的机理和制备高质量的材科.空间微重力环境是制备､研究多元均匀块体材料的最佳场所，其主要特征就是消除了因重力而产生的沉降､浮力对流和静压力梯度.由于浮力减弱，密度分层效应的消失，可以使不同密度的介质均匀地混合.由于空间微重力环境中静压力梯度几乎趋于零，因而能提供更加均匀的热力学状态.这种条件更有利于研究物质的热力学本质和流体力学本质，探索､研制新型的材料和发现材料的新功能.目前空间材料科学研究的重点是利用空间实验的成果改进地面材料制备技术，以及利用空间微重力环境测量高温熔体的输运系数.在国际空间站的欧洲､美国和日本压力舱中，都有材料研究的专柜.

利用微重力环境进行材料科学研究，不仅可以发展材料科学理论，还可以发展新型材料和新型加工工艺.微重力环境可以制备出一些比地面更好的高品质材料，空间材料科学的进展及空间材料制备的技术可以改进空间和地面的材料加工，特别是为地面的晶体生长和铸造技术提供帮助.空间材料科学涉及的领域有金属材料､半导体材料､光学晶体材料､纳米材料和高分子与生物医学材料等[9].

我国空间材料科学目前面临相当大的困难.克服这些困难，目前一方面可充分利用国际合作(俄罗斯､日本)，另一方面，我们需要面对现实，以地基实验为主，在加强国际合作的同时，扩大该领域的研究团队，同时该学科需要进一步凝炼学科方向和科学问题，今后应该创造条件开展空间材料科学研究.我国空间材料科学在林兰英先生的倡导和指导下，一批学者积极参与，取得了重要学术成果.“十一·五”期间，我国的SJ-10卫星计划和载人航天工程(第二阶段)计划中都分别安排了多功位材料实验炉的空间实验，应能做出一批较好结果.

6 生物技术

空间生物技术促进了生物技术的定量化和模型化研究，促进了新的实验方法和仪器设备的发展，具有重要学科意义.另一方面，空间生物技术有很强的应用背景，可以改善人类的健康和发展生物产业，是空间商业计划的新方向.目前，空间生物技术的主要研究方向是蛋白质单晶生长和细胞/组织的三维培养.

晶体衍射法仍然是当今研究生物大分子结构和功能的主要方法，获得高质量的大尺寸蛋白质单晶就是一项艰难的任务.溶液法生长蛋白质晶体受到许多因素的影响，微重力环境可以更有效地提供扩散为主的输运环境以及实现失重条件下的无容器过程和较好的界面控制，使空间的蛋白质单晶生长显示出许多优点.各国空间局都安排了大量的空间蛋白质单晶生长实验，而且取得很大进展.但并不是所有空间实验都取得好结果，也有不少不成功的实验.机理研究表明，蛋白质晶体生长过程取决于溶质的输运过程和非线性的界面动力学过程;对于不同的生长条件，可以从实验和理论上具体分析这两个过程的作用.由于蛋白质晶体生长过程的复杂性，重力因素只是生长过程中诸多因素之一，机理研究还有待进一步完善.国际上有人认为液/液体系较好，也有人认为液/气体系较好.大家都在争取更多的空间实验，以取得更多的积累.空间蛋白质单晶生长己成为有重要应用前景的商业计划项目[10].在微重力环境中实现了三维的细胞/组织培养，开创了一片新天地.地球表面的重力作用，使细胞培养器中的附壁效应十分显著，一般都需要外加旋转效应.旋转效应引起的剪切力作用于被培养的细胞，将改变其性能，使被培养细胞或组织的性能发生较大变化.人们在地面利用三维旋转器来模拟某些微重力效应的同时，还进行了大量空间细胞/组织培养的实验，包括从细菌到哺乳动植物广泛类群的细胞.空间的生物反应器实验的结果表明，失重条件下的三维细胞培养极大地改善了地面细胞的培养条件，并己获得了一些很好的成果.随着空间生物反应器实验工作的进展，空间细胞/组识培养己经显示出重要的商业应用前景[11].

中国科学院生物物理研究所是我国从事空间蛋白质单晶生长研究的主要单位，动物研究所和力学研究所在细胞三维培养方面做了许多研究工作.

目前，国际空间活动正在调整探索方向，微重力研究遇到经费紧缺的困难.今后十余年的基础物理大型探测集中于LISA计划，一些中､小型计划正在考虑之中.国际空间站将于2010年完全建成，欧洲空间局的哥伦布舱和日本的希望舱段己分别与国际空间站主体对接.今后十年将是国际空间站出成果的时期，预计会完成一大批空间微重力实验.我国空间科学规划将微重力科学列为持续发展领域;我国载人航天工程第二步将建空间实验室，第三步将建空间站.今后15年将是我国微重力科学发展的好时期，我们要抓紧机遇，安排好计划，努力做出好成绩.

参考文献

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[2] 李杰信.追寻兰色星球.北京:航空工业出版社，2000

[3] Everitt F F， Parkinson B. Gravity Probe B——Post Flight Analysis. Final Report， NASA， Oct. 2006

[4] 王育竹，王笑鹃. 物理，1993，22:16[Wang Y Z， Wang X J. Wuli(Physics)， 1993，22:16(in Chinese)]

[5] 胡文瑞，徐硕昌. 微重力流体力学. 北京: 科学出版社，1999

[6] 孙祉伟. 力学进展，1998，28:93[San Z W. Advances in Mechanics， 1998，28:93(in Chinese)]

[7] 张夏.力学进展，2004，34:507[Zhang X. Advances in Mechanics， 2004， 34:507(in Chinese)]

[8] 张夏.力学进展，2005，35:100[Zhang X. Advances in Mechanics，2005，35:100(in Chinese)]

[9] Regel L L. Materials Processing in Space， New York & London， Consultants Bureau， 1990

[10] 毕汝昌.空间科学学报，1999，19(增刊):9[Bi R C. Chin. J. Space Sci.， 1999，19(supplement):9(in Chinese)]

[11] 丰美福.空间科学学报，1999，19(增刊):17[Feng M F. Chin. J. Space Sci.， 1999，19(supplement):9(in Chinese)]