第一篇:现代机械制造技术发展趋势论文大全
1现代机械制造技术发展历程
现代机械制造技术是基于传统机械制造技术,并且有效融合了计算机技术、信息技术、自动化控制技术等科技含量比较的多项技术,相比传统的机械制造技术,现代机械制造技术的内涵和外延均产生了很大的变化,与此同时为机械制造行业的迅猛发展,创造了非常好的外部条件。
2当前现代机械制造技术的实际情况
2.1虚拟制造技术
虚拟制造技术是以虚拟现实和仿真技术为基础,对产品的设计、生产过程统一建模,在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用整个生命周期的模拟和仿真。虚拟制造技术的应用可以实时地以用户的需求作为切入点,对机械制造产品进行必要的修改,通过这种方式来保证设计制造具有较强的针对性。
2.2柔性制造技术
柔性制造技术指的是基于成组技术,以常规数控机床(不限类型和台数)以及数控柔性机床指导单位作为中心。柔性制造技术与应用系统当中,连接相关装置设备应当尽可能的通过应用自动化物流系统的方式体现出来。虽然说柔性制造技术同属自动化制造系统的其中一种,但其在生产方式上的变批量特点是其他制造系统所不具备的。有关机械制造相关产品在更新现阶段的实际工作过程与满足市场动态性发展需求,都要在一定程度上依赖柔性制造技术的有效应用方可实现。根据以往实际经验来分析,柔性制造技术能够结合成组对象,并合理选取与数控相互关联的加工机械及设备装置,从而达到对工件成批性生产的目的。另一方面,在应用柔性制造技术的过程中,能够在同一时间完成加工制造和生产管理,将其作用于切削加工、焊接、冲压过程中,这样可以最大限度的提高生产效益。
2.3敏捷技术
敏捷技术指的是基于精神创新、管理人员创新、结构管理创新所实现的全新机械设计制造技术。如果应用合理的话能够构建一个真实体现机械设计制造市场发展的基础结构(共同的),从而动态且准确地反映出市场变动情况。从以往的实践经验来看,如果引入敏捷性机械设计制造技术科学合理的话,可以大大提高机械产品的生产速度,大幅度地降低生产成本,并且可以优化生产效率。
3现代机械制造技术未来的发展趋势
3.1虚拟化
在将虚拟化技术应用于机械制造的过程中,衡量应用质量高低的关键之处就在于合理应用计算机仿真技术。通过对虚拟技术、拟实技术的可靠应用,不仅可以提升相关机械产品的开发速度,而且也在很大程度上提高了机械设计制造过程中的能源利用率。
3.2绿色化
机械制造技术的应用过程中,我们需要从节约资源能源的角度入手,从保护生态环境的角度进行分析。这样不仅可以有效降低对环境发展的不利影响,还可以提高能源的利用效率。
3.3一体化
在信息化技术快速发展的过程中,各大企业参与市场竞争的综合实力得到了质的飞跃。企业更加关注产品的个性化和多样化发展,传统意义上的大批量生产已经不能满足企业的发展需求,取而代之的是小批量和个性化生产。事实证明,这种方式可以控制机械产品制造中的生产周期,很大程度上降低了原材料的消耗,节省了资源,确保提升生产质量和控制生产成本的前提下,企业的经济效益得到实现。
4结束语
综上所述,随着科学技术和信息技术的日新月异,现代机械制造技术也得到了质的飞跃。因此我们在分析这项技术及其发展趋势相关问题的时候,应当首先了解它的发展历程以及当前现状,这样就可以在应用过程中从内心对其产生足够的重视,以及尽可能地避免出现低级失误,从而在保证产品质量、节省成本的前提下,最大限度地确保现代机械制造技术的应用价值能够得到充分体现。与此同时,机械制造技术对测量技术的发展也起到了至关重要的作用。就目前而言出现了很多关于测量方面的新问题,我们都可以通过在机械制造领域中的研究加以解决。与之对应的,新型的测量技术也可以为机械制造专业创造更加可靠的技术支持,二者是相辅相成的。
第二篇:现代制造技术的发展趋势
现代制造技术的发展趋势
袁锋
摘要
知识经济和高科技的迅猛发展给制造业带来前所未有的机遇和挑战,现代制造技术被赋予新的内涵和特征,与其它学科交互融合发展,对传统的制造业产生了巨大的冲击。只有采用先进制造技术并不断创新,我国制造业才能在激烈竞争中立于不败之地。为此阐述了现代制造技术的发展趋势。
关键词:现代制造技术;特征;趋势。引言
制造是人类社会赖以生存和发展的基石,任何时代都离不开制造业,制造业具有永恒性和不可替代性,它不仅是一个国家国民经济的支柱产业,而且对其经济和政治的领导地位也有着决定性的影响,一个国家经济的崛起在很大程度上取决于制造业的发展。在工业发达国家,约有1/4的人口从事各种形式的制造活动,70 以上的物质财富来自制造业。因此,很多国家把制定制造业发展战略列为重中之重。战后,日本、德国等国家由于重视制造业,国力很快得以恢复,成为制造强国,经济实力也跃居世界前列。美国认为要重振经济雄风,保持美国在全球经济中的霸主地位,必须大力重振制造业,夺回其制造业的世界霸主地位。为此,美国加大了制造业的投资力度,积极进行策略研究,现在某些领域已基本赶上甚至超过日本而与其并驾齐驱。可见制造业对一个国家的经济地位和政治地位具有至关重要的影响。
近年来,随着高新技术和知识经济的迅猛发展,生命科学、材料科学、信息技术、微电子技术、航空航天等新兴的科学技术不断涌现。以计算机技术、信息技术、自动化技术与传统制造技术相结合的先进制造技术应运而生,对传统的制造业产生了巨大的影响和冲击。目前,世界各国尤其是工业发达国家都非常重视制造技术的开发研究和应用,在这一领域的国际竞争日趋激烈,我们要想在新一轮的较量中立于不败之地,就必须大力发展制造技术。现代制造技术的主要特征
1.1 制造内涵的扩展
随着通讯和网络的发展,全球性的贸易壁垒正在逐步消失,制造技术已发展成为一个涵盖整个生产过程、跨多个学科且高度复杂的集成技术。制造的概念和内涵得到大大扩展,它是一种涵盖面很广的广义制造概念,是“大过程”、“大制造”,包括光、机、电产品的制造,工艺流程设计,通用产品和高精尖产品的制造以及材料制备;不仅包括机械加工方法,而且还包括高能束加工方法、硅微加工方法、电化学加工方法等;它不但包括从毛坯到成品的加工制造过程,而且还涉及产品的市场信息收集与分析、产品的选型决策、产品的设计制造过程、产品的销售和售后服务、报废产品的处理以及产品的疲劳强度和全寿命过程的预估等产品整个生命周期的全过程。1.2 先进制造技术、制造系统和制造模式的发展
近年来,制造工程与制造科学取得了前所未有的成就,先进制造技术、制造系统和制 造模式层出不穷,制造业得到空前的发展。建立在以现代信息技术为核心的制造技术基础上发展起来的现代制造系统,将会给未来的制造业带来更多意想不到的奇迹。其中最有代表性的有:①敏捷制造(AM)。1988年美国里海大学和通用汽车公司在研究总结美国制造业的现状和潜力后提出了敏捷制造的生产模式,1992年美国政府将其作为具有划时代意义的21世纪制造企业的发展战略。敏捷制造是将柔性制造的先进技术和生产技能、有素质的劳动力以及促进企业内部和企业之间的灵活管理三者集成在一起,利用信息技术对千变万化的市场机遇做出快速响应,最大限度地满足顾客的要求。②虚拟制造(VM)。虚拟制造是利用制造过程的计算机模型及其仿真来实现产品设计和研制的模式,它从根本上改变了传统的产品设计与制造模式,在产品制造出来之前应在虚拟制造环境中完成软产品原型,代替系统的硬件进行试验,对其性能进行预测和评估,从而大大缩短产品设计与制造周期,降低产品的开发成本,提高其快速响应市场变化的能力,以便更可靠地决策产品研制,更经济有效地组织生产,从而实现制造系统全面最优的制造生产模式。③精良生产(LP)。1990年美国麻省理工学院总结了第二次世界大战后以丰田汽车为代表的日本制造工业的经验,提出了以改革企业生产管理为特点的精良生产模式。它的基本要求是企业在生产过程中要同时获得极高的生产率、最好的产品质量和极大的生产柔性,使所生产出的产品具有精益特点。它摒弃了大量生产方式在人力资源、库存资金积压上造成的极大浪费,特别是单一品种生产对市场变化的需求极不适应的种种弊端,发展了按市场订单进行及时生产的丰田汽车模式。④ 智能制造(IM)。智能制造是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统,它在制造过程中能进行智能活动,诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事,去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。IM 将神经网络技术和模糊控制技术等先进制造技术应用于制造业,使制造过程实现智能化。
1.3 制造技术的多学科交叉特征
经济的发展和社会的进步对制造科学提出了新的要求与期望,它与信息科学、生命科学、材料科学、管理科学等不同学科之间的交叉融合更为紧密,形成了
多学科交叉、多方位立体发展的模式。一方面,制造技术为信息科学、生物科学和材料科学提供观察、实验、检测、制造的装备和技术支持;另一方面,信息科学、生物科学、材料科学的最新成果也会应用于制造业,进一步丰富制造科学的内容,同时,它们的发展也给制造业不断提出新的使命和挑战,从而促进制造科学的进一步提高。制造生产模式对制造过程、制造系统和产品的优质将起着关键的作用,而制造生产模式是管理科学、社会人文科学与制造科学的交叉、融汇和发展而成的结果,有着统率生产过程、加速高新技术的发展、决定产品质量和市场竞争能力的作用。1.4 信息技术是现代制造技术发展的重要保障
先进制造技术的发展与信息技术的发展密不可分。信息技术,特别是计算机技术,极大地改变着制造的面貌,是先进制造技术的发展与制造科学形成的客观条件。信息这一要素已成为现代制造业中最重要的资源和最宝贵的竞争要素。制造技术不仅加工、处理信息,而且将制造信息录制、物化在原材料上,提高其信息含量,使之转化为产品。现代制造业,尤其高科技、深加工企业,其主要投入已不再是材料和能源,而是信息和知识;其所创造的社会财富实际上也是某种形式的信息,即产品信息和制造信息。未来的产品一般应是基于信息或知识的产品。未来的制造技术将向数字化、智能化、网络化发展,信息技术将贯穿整个制造业。制造技术的发展趋势
21世纪,制造业日趋全球化,先进制造技术向着自动化、柔性化、集成化和智能化方向发展。总的来看,纳米技术、超精密加工技术和可持续制造技术是今后发展的关键。2.1 纳米技术
扫描隧道显微镜的发明与应用使人们对世界的认识进入纳米尺度,从宏观转向微观扩展。纳米技术和纳米制造技术是当前竞相研究的最前沿领域,它将使人们在生产方式和生活方式上有更大的改观。纳米技术包括纳米材料技术、纳米加工技术、纳米装配技术、纳米测量技术和纳米机械学等。纳米技术对制造业已经产生了很大的影响,对传统制造方法、制造工艺与手段带来了巨大冲击;同时,纳米技术的发展带动了微型系统制造技术的发展。微型系统是机械技术和电子技术在微/纳米尺度上相融合的产物,发展极其迅速,有可能对世界各国的科技、经济发展和国防建设产生重大影响。其覆盖领域十分广泛,从1959年科学家提出微型机械的设想,到第一个硅微型压力传感器问世,以及微型齿轮、微型齿轮泵、微型气动涡轮及联接件、硅微型静电电机、微型加速度计,直至2000年重仅200多克的微卫星上天,微型系统受到了世界各国越来越多的青睐,其应用领域将不断扩大。2.2 超精密加工技术
现代制造技术要求不断提高产品的加工质量、性能、可靠性和稳定性,而这些都取决于加工精度的提高。超精密加工技术是高精尖产品和国防武器生产的重要手段。在超精密加工领域,美国、英国、日本居世界前列。超精密加工主要包括超精密切削、超精密磨削、研磨以及超精密特种加工(主要包括电子束、离子束加工等)。目前,超精密加工已不再是孤立的加工方法和单纯的工艺问题,而是一项包含范围极广的系统工程。要实现超精密加工,不仅需要超精密的机床和刀具、稳定的环境,更重要的是要具备先进的计算机误差检测和在线补偿。
2.3 可持续制造技术
可持续制造技术是指在产品的整个生命周期中要充分考虑到节约资源和保护环境两方面的问题,其目标是使产品从设计、制造、运输、使用到报废处理的
整个产品生命周期中,对环境的负面作用最小,资源消耗尽可能小,并使企业经济和社会效益协调优化。其中绿色制造技术作为可持续制造技术的典型代表,正在被越来越多的企业接受和认同,并逐步得到应用,在美国、西欧和日本等发达国家和地区,绿色制造研究是先进制造技术领域的一大热点。随着人类居住环境的恶化、资源的短缺,可持续制造必将成为21世纪制造业发展的必然趋势。我国制造业的对策
制造技术的全球化和中国加入WTO给我国的制造业带来了前所未有的发展机遇,同时也面临着巨大的挑战。当前,人类社会已进入信息时代和知识经济时代,国际经济合作与交往日益紧密,全球产业结构进入大调整的重要时期,世界正在形成一个统一的大市场。世界范围内制造业的竞争变得越来越严酷,人们对于产品的个性化和服务的要求越来越强烈,产品的生命周期越来越短,只有采取积极的应对措施,才能逐步缩短我国在制造领域与工业发达国家的差距。
3.1 适应市场需求,增强企业竞争力
进入21世纪,用户的消费观念有了很大改变,对企业和产品提出了更新、更高的要求,产品的交货时间、新产品的开发时间和上市时间,甚至产品的整个生命周期都显著缩短 产品的开发周期缩短,对市场的响应已经成为企业竞争力的关键所在。谁能在最短的时间内交货,开发出新产品并打入市场,并在产品整个生命周期之内提供最好的服务,谁就能够占领市场。同时,原来对于产品质量、成本要求的内涵也有所改变,质量除了指对产品本 身的性能、功能、外观、可靠性和使用寿命等方面的要求外,更重要的是指如何在产品整个生命周期之内全面地满足客户的要求,包括各种服务,顾客对产品及其服务的满意程度是衡量产品质量和企业竞争力的重要指标。成本也不是指单一的产品制造和销售成本,而且是指包括产品的运行成本、维护成本及报废后的处理成本在内的全部成本。为了降低成本,要求企业的产品和制造系统均具有高度的柔性,以响应快速变化的市场,增强企业竞争力。
3.2 应用先进技术改造传统制造技术
在高科技和知识经济时代来临之际,必须用先进制造技术对传统的制造技术进行改造,对其进行全面研究和充实。我国传统的制造技术、工艺手段及装备仍然相当落后,必须从其它学科及新科技领域吸取营养并与之相结合,才能逐渐发展成为技术含量高、附加值大的现代制造技术,如纳米制造技术、超精密加工技术、微型系统制造技术、敏捷制造技术和绿色制造等。要利用先进制造系统原理优化企业组织结构,使其从产品开发、加工制造和市场开拓等方面得到重大改进,提高企业的综合效益,以赢得激烈的国际市场竞争。3.3 提高企业创新能力
创新是一个民族发展的动力,缺乏创新就会缺乏活力。企业的创新不仅指产品设计和生产工艺上的创新,还要包括制造观念的更新、组织的重构、经营的重组。综合创新能力是推动企业发展的动力和最强大的竞争武器。现代制造业应努力树立创新意识,培养创新能力,加快形成以企业为中心的技术创新体系,实现技术创新、机制创新、组织管理创新和人才创新。
3.4 重视人才培养
全球大市场中的竞争,归根结底是人才的竞争。现代制造技术都非常重视人的因素,强调以人为本和人的主体作用。现代制造业是多学科相互渗透融合而发展的,生产和管理模式正在向信息密集型和知识密集型转变,对人的素质也提出了较高的要求。一方面,应完善人才培养机制,针对现代制造科学的多学科交叉特点,在高等工科专业的教学中,实施与学科交叉前沿相应的专业设置及课程配置,以培养既有相关领域知识与能力,又具有创新精神的新型人才。另一方面,国家应重视职业技术教育,扶植发展企业对现有工程技术人员进行比学历教育更为重要的工程继续教育,以顺应新时期制造科学发展的要求。结束语
知识经济时代为我国的制造业带来新的机遇和挑战,国际竞争日趋激烈。只有利用先进制造技术,努力提升我国制造业的水平,实现精密化、微型化、高效化、清洁化、柔性化和集成化生产,才能增强企业竞争力,促进制造业的可持续发展。
第三篇:现代分离技术论文
分离技术的发展现状和展望
摘 要: 简要阐述了分离技术的产生和发展概况,各主要常规和新型分离技术的发展现状、研究前沿及未来的发展方向,并讨论了分离技术将继续推动现代化工和相关工业的发展,并在高新技术领域的发展中大显身手。
关键词: 分离技术;发展现状;展望
Development Status and prospect on separation technology Abstract: The history of produce and development on separation engineering is briefly introduced.The status and study advance of most traditional and new separation techniques and its developing direction in future is briefed.In the past, separation technology brought into important play in chemical engineering.It is discussed that it will also impel modern chemical engineering and relative industries in future.Moreover it will strut its stuff in high technology.Key words: separation technology;development;prospect
本文从分离技术的产生和发展概况入手,综述了精馏、吸附、干燥等常规分离技术和超临界流体分离、膜分离、耦合分离等新型分离技术的研究,并分析了各种技术在现代化工中的重要作用。概述
分离技术是研究生产过程中混合物的分离、产物的提取或纯化的一门新型学科。1901年英国学者戴维斯[1]在其著作《化学工程手册》中首先确定了分离操作的概念;1923年美国学者刘易斯和麦克亚当斯[1]合著出版了《化工原理》,从而确立了分离工程理论,并得以充实和完备;20 世纪后期,分离技术不断深化与拓宽。
而从近年的发展来看,各国都在根据自身特点和条件加速发展分离技术,例如美国的研究工作兼具新颖性和实用性的特点,法国重视核领域和数学模型的研究,德国重视实验技术和工程研究等。我国分离技术的研究和应用从50年代以来也取得了重大的进展。展望新的世纪,分离技术将在高新科技的发展中起更大的作用。
1.1 化工分离技术重要性
化工分离技术是化学工程的一个重要分支,任何化工生产过程都离不开这种技术[2]。绝大多数反应过程的原料和反应所得到的产物都是混合物,需要利用体系中各组分物性的差别或借助于分离剂使混合物得到分离提纯。
随着对产品的质量及物质纯度的要求随之提高,同时煤炭与石油危机所引起的能源危机对资源利用与清洁生产也提出了要求。正因为如此,推动了人们对新型分离技术不懈的探索。一些常规分离技术,如蒸馏、吸收、萃取等不断改进、完善和发展,并使一些特色明显的新型分离技术,如膜分离、泡沫分离、超临界流体萃取以及耦合技术等得到重视和发展。
1.2 化工分离技术的多样性
由于化工分离技术的应用领域十分广泛,原料、产品和对分离操作的要求多种多样,这就决定了分离技术的多样性。按机理划分,可大致分成五类,即:生成新相以进行分离(如蒸馏、结晶);加入新相进行分离(如萃取、吸收);用隔离物进行分离(如膜分离);用固体试剂进行分离(如吸附、离子交换)和用外力场或梯度进行分离(如离心萃取分离、电泳)等,它们的特点和设计方法有所不同。Kelley[3]于1987年总结了一些常用分离方法的技术成熟度和应用成熟度的关系图(图1)。十余年来,化工分离技术虽然有了很大的发展,但图中指出的方向仍可供参考。例如,精馏、萃取、吸收、结晶等仍是当前使用最多的分离技术[4-5]。液膜分离虽然构思巧妙,但由于技术上的局限性,仅在药物缓释等方面得到有限的应用。
图1 分离过程的技术和应用成熟度[3]
Fig.1 The technology and use maturity of the separating process 2 传统分离技术
精馏虽然是最早期的分离技术之一,几乎与精馏同时诞生的传统分离技术,如吸收、蒸发、结晶、干燥等,经过一百多年的发展,至今仍然在化工、医药、冶金、食品等工业中广泛应用并起着重要作用。
2.1 精馏技术
精馏是关键共性技术,已经被广发应用了200多年,从技术和应用的成熟程度考虑,目前仍然是工厂的首选分离方法[6]。精馏市场的经济效益至今仍是令人刮目相看的。而近年来,随着相关学科的渗透、精馏学科本身的发展及经济全球化的冲击,我国精馏技术正向新一代转变,以迎接所面临的挑战。其特征[7]为:(1)精馏学科正由传统的依靠经验、半经验过渡到凭半理论以至理论;(2)精馏过程正由传统的单一分离过程过渡到耦合和复杂的优化分离过程,以提高分离效率和节能;(3)由对环境造成严重污染的一代向注重环保的一代转变;(4)由走加工的道路向技术集成创新型转变;(5)通过我国自己的技术进步解决装置大型化、长周期运行,通过创新解决精馏技术问题,以降低成本、提高国际竞争力。
常规精馏包括简单精馏、分批精馏、连续精馏和多侧线精馏。在化工生产中,简单的精馏往往难以达到理想分离效果,因此特殊精馏便应运而生[8]。新型和特殊精馏主要有以下几方面:添加物精馏(如萃取精馏或共沸精馏方法);耦合精馏(如反应精馏、吸附精馏和膜精馏)和热敏物料精馏(分子精馏技术等)[9]。
2.2 吸附分离技术
吸附分离过程是利用混合物中各组分在固体吸附剂与流体相间分配不同的性质,使混合物中难吸附与易吸附组分得到分离的技术。其特点为利用吸附剂巨大的比表面积能吸附分离低浓度或微量的溶质成分,且适合的高性能吸附剂对性质相近的溶质成分有很高的吸附选择性。因此,吸附分离非常适用于采用传统分离方法(蒸馏等)难于分离的混合物体系。此外,吸附分离过程的操作条件较为温和,适合生化产物的分离。
吸附分离过程已经广泛地应用于化工、炼油、轻工、食品、制药、环保及能源等各行业中。对于液相混合物体系的吸附分离,其应用领域主要有:食品工业中油类的脱色、脱臭,无水乙醇生产中的脱水,石油馏分的脱色、干燥,以及水源保护和污水处理等。对于气体混合物体系的分离,工业化程度最高,其应用领域主要有:空气的净化及其常温下的氧氮分离制备氧气和氮气,电子工业中高纯气体的制备,工业废气的净化如废气中SO2、NOx、氟利昂、挥发性有机气体和焚烧烟气中二噁英的脱除,以及核废气的处理等。
2.3 干燥技术
干燥也是一古老传统的分离方法,其应用最广也是能耗最多的分离操作之一,用来脱出水分或湿分以获得固体产品,可以说几乎没有哪个行业完全与干燥无关。在过去20-30年间,干燥领域的主要技术进步有[10]:(1)流态化干燥。诞生于1921年,日前应用最广。(2)喷雾干燥。其独特的优势为可以直接由溶液或悬浮液制成粉状或粒状产品。(3)间接加热干燥(也称接触干燥)。这种干燥方式的特点是热气体不直接接触物料,而是通过器壁或管壁加热,如可以用废气作为加热介质而又不会污染产品。(4)真空干燥与真空冷冻干燥。真空冷冻干燥是集冷冻和干燥为一体,20世纪70年代开发研究,其产品质量均优于普通真空干燥,但成本高,现仅用于高附加值产品,如人参等。新世纪的分离技术及其展望
新世纪全人类所面临的四大问题:环保、能源、粮食与健康医疗,每个都与化学工程及分离工程相关。因此,分离技术的不断改善和发展,将成为新兴产业发展的关键。
3.1
超临界流体分离技术
当物质处于临界温度与临界压力以上,即为超临界流体。物质于超临界流体状态表现出一些重要特性:(1)当接近临界温度时,流体有很大的可压缩性,且超临界流体的密度和液体的密度接近;(2)当接近超临界压力时,适当增加压力可使流体密度很快增到接近普通液体的密度,使超临界流体具有类似液体对溶质的溶解能力;(3)超临界流体的黏度接近气体,受温度和压力的影响不太大;(4)超临界流体的扩散能力接近于普通气体;(5)超临界流体表面张力趋于零,因此在超临界流体状态下去除溶剂可以很好保护材料的微、纳米孔道。正由于上述特性,其可以广泛应用于化工分离和反应过程中,从而形成许多超临界技术。
超临界流体技术大体的发展包括三个阶段:19世纪70年代以前研究阶段,研究内容以含超临界流体体系的相平衡、过程传质为主;20世纪70到90年代的迅猛发展阶段,出现
了重要的超临界水养化技术、超临界流体粉体化技术等;20世纪90年代以来的全面发展阶段,以绿色化学、能源开发为理念的反应以及耦合分离等技术得到全面的研究和应用。超临界流体由于具有绿色化学的特点,因此其技术在天然产物、废弃物中高附加值产品的分离中仍然具有很好的前景,其优点越来越受到人们的广泛关注,已在食品、医药、香精香料、化学工业、能源工业等领域显示出广泛的应用前景。
杨敏等[11]以13%甲醇与CO2为流动相,采用超临界流体色谱分离技术(SFC)测定吴茱萸中吴茱萸次碱与吴茱萸碱含量,与传统方法相比,SFC可在简单的流动相条件下对吴茱萸中的吴茱萸次碱和吴茱萸碱进行良好分离,且分析时间仅为6min。王晓丹、史桂云[12]分别采用水提取法、传统乙醇提取法、微波提取法、超临界CO2萃取法提取柿叶总黄酮,结果表明超临界CO2萃取法提取总黄酮含量最高,且得到的萃取物纯净,色泽金黄,纯度高,无异味。
3.2 膜分离技术
膜分离技术是一种使用半透膜分离方法,其分离原理是依据物质分子尺度的大小,借助膜的选择渗透作用,在外界能量或化学位差的推动作用下对混合物中双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、分级提纯和富集,从而达到分离、提纯和浓缩的目的。与传统分离方法(蒸发、萃取或离子交换等)相比,它是在常温下操作,没有相变,最适宜对热敏性物质和生物活性物质的分离与浓缩,具有高效、节能,工艺过程简单、投资少、污染小等优点,因而在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景。
数十年来,膜分离技术发展迅速,特别是90 年代以后,膜分离技术的应用领域已经渗透到人们生活和生产的各个方面。膜分离技术作为一种新兴的高效分离技术,已经被广泛应用于化工、环保、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药、生物工程、能源工程等。国外有关专家甚至把膜分离技术的发展称为“第三次工业革命”。膜分离技术被认为是20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高新技术之一[13-15]。目前己经深入研究和开发的膜分离技术有微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、渗透汽化和气体分离等。正在开发研究中新的膜过程有:膜蒸馏、支撑液膜、膜萃取、膜生物反应器、控制释放膜、仿生膜以及生物膜等过程。
微滤主要用于分离水溶液中的物质,除去尺寸为500 um-50 um的微粒,一般其膜是一次性使用的,因此降低膜成本和拓宽应用范围将是研发方向;超滤也主要是从水溶液中除去1.2nm-50nm的大分子及高分子化合物、胶体、病毒等,根据市场需要,增加品种,提高膜的性能将是其研究方向;反渗透能够除去水溶液中0.3nm-1.2nm的溶质,可除去除H+和OH
一以外的无机离子和低分子有机物,现主要用于脱盐,研究发展方向将是提高通量和脱盐率,膜的耐热及耐氧化性,组件大型化,降低膜成本,拓宽应用领域等。
气体分离领域,氢气分离中变压吸附和深冷分离法具有明显优势,空气富氧化方面,正在积极开发燃烧用膜式空气富氧化系统。
渗透蒸发已成功用于制取无水乙醇。开发低能耗,工艺简单的方法从发酵液中提取乙醇是一重要课题,正在研究的乙醇选择性透过膜可由含乙醇4%-8%的发酵液中制成80%的乙
醇,使制备无水乙醇的能耗降为常规精馏法的25%,一旦成功,传统精馏法生产乙醇将受到挑战,但膜是否能循环使用是个问题(抗污染性)。反应与渗透蒸发藕合,利用渗透蒸发使生成物不断排除,促进可逆反应的进行,如脂化反应,这一课题前景光明。
液体膜,至今几乎无大规模工业应用,主要是由于液膜寿命短的问题一直没有解决,因此长寿命液膜的研究是诱人的课题。
其余具有开发研究价值的膜分离技术还有膜反应器、酶膜反应器;具有催化活性的络合金属高分子膜、离子传导膜;膜在医疗上的应用,如人工肾、反应-膜分离藕合等。
3.3 耦合分离技术
将分离与分离或者反应与分离等两种或两种以上的单元操作藕合或者结合在一起并用于分离的过程称为基础过程或杂化过程。集成过程的最大特点是为实现物料与能量消耗的最小化、工艺过程效率的最大化,或为达到清洁生产的目的,或为混合物的最优分离和获得最佳的产物浓度。
将膜分离技术与传统分离技术相结合组合而成的集合技术,如精馏-渗透汽化集成技术、渗透汽化-萃取集成技术、错流过滤-蒸发集成技术、膜渗透-变压吸附集成技术等分离技术使分离过程在最优条件下进行。
而在反应过程中,采用反应-分离耦合技术可以及时将反应产物移除出反应体系,可以促进反应的进行,进一步提高反应的转化率,具有十分重要的意义。陶昭才等[16]利用催化反应-蒸馏集成技术将Ti(0C4H9)4与PbO复配作为催化剂,对苯酚和DMC醋交换法反应蒸馏合成DPC进行了探索性研究。结果达到了预期效果,为将来碳酸二苯醋的工业化打下基础。王乐夫等[17]则采用醋化反应-渗透汽化集成技术制备了活性分离层厚度为l-10μm的PPVA/PAN渗透汽化复合膜,并将其用于乙醇/水恒沸混合物的分离及乙酸和正丁醇酯化制乙酸正丁醋的酸催化反应过程,该复合膜具有很好的热稳定性和抗溶剂性,并具有非常高的水涌透选择性和适宜的通量。张秀莉等[18]用膜基化学吸收集成技术对中空纤维膜组件中NaOH水溶液吸收CO2的传质过程进行实验研究。对气相分传质系数进行了计算和关联,得到了中空纤维膜组件管内气相传质数学模型计算式,为中空纤维膜基化学吸收的研究提供了一种理论模型。
目前,新型分离技术已在多个领域实现了产业化,对某些新领域的开发也取得了一定进展。随着节能和环保的要求日益提高,新型分离技术将会发挥更大作用,是解决能源危机和缓解三废污染的有效途径。结合了先进的计算机模拟工具,相信相关的新型分离技术在未来将会有更好的发展。特别是在今天环保和节能已经成为全世界最关注的焦点下,更使那些具有低能耗、无污染特色的新型分离技术将得到充分的开发和应用。展望
21世纪是生物科学技术的时代,是信息时代,是全人类为生存、为健康、为保卫人类共同的家园——地球而奋斗的时代。相信分离工程将会在新世纪的科学技术进步中起更大作用,取得更辉煌的成就。
参考文献
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第四篇:现代化工技术论文
现代化工技术论文
班级:化学工程与工艺1104班
学号:120110815
姓名:孙思明
现代化工企业三废治理技术及其展望
——造纸废水治理技术及其展望
摘 要
废纸的回收具有良好的经济和社会效益,但废纸造纸产生的废水也会对环境造成污染。因此,为了使其产生的废水达标排放,应采用合理的处理技术。本文对废纸造纸废水污染特性、目前比较成熟的处理技术及零排放清洁生产工艺进行总结,并对废纸造纸处理技术的进一步发展提出建议。
关键词:造纸废水,废水处理 引言
造纸废水具有污染物种类多、色度高、COD高和排放量大等特点。废水中含有大量的有机物质、悬浮物、致癌、致畸、致突变的有毒有害物质等,若不经有效处理而直接排放,将对人类的生存环境和自然界的生态平衡造成严重的破坏。制浆造纸废水中或多或少含有木素降解产物及其衍生物包括氯化苯酚类CPs)和五氯苯酚类(PCP)等对环境有着重大影响且已被美国EPA[1]和欧盟决议2455/2001/EC[2]列为首要污染物的持久性有机物它们都对环境有着严重的污染。造纸废水对水生生物不仅具有明显的急性和亚急性毒性而且具有遗传毒性和潜在的致癌性能对水生生态系统产生严重危害甚至通过食物链危及人体健康 [3]。纸浆造纸废水特点
废纸造纸废水主要产生于脱墨、洗涤、净化筛选、浓缩和抄纸系统。其废水的特性与原料结构、生产设备、工艺过程、产品品种、水资源及用水水质等因素有关,废水中含有的污染物主要有4类[4]:还原性物质,如木素、无机盐等;可生物降解物质,为半纤维素、树脂酸、低分子糖、醇、有机酸和腐性物质等;悬浮物,如细小纤维、无机填料等;色素类:如油墨、染料和木素等。不同废纸种类及不同制浆方法所产生的污染物总量不同[5],非脱墨再生纸厂废水的CODCr浓度为800~1500mg·L-
1、BOD5浓度150~350mg·L-
1、TSS浓度为900~1200mg·L-1;脱墨再生纸厂废水的CODCr浓度为200mg·L-
1、BOD5浓度为300~900mg·L-
1、TSS浓度为500~1500mg·L-1;另外,在一些使用次氯酸钠漂白废纸浆的废水中还发现有三氯甲烷,所以废纸造纸废水具有一定的毒性。
总结其主要特点如下:
(1)污染物浓度高。尤其是制浆生产线废水,含有大量的原料溶出物和化学添加剂,其BOD5浓度甚至高达104mg/L以上
(2)难降解有机物成分多,可生化性差。木素、纤维素类等物质采用活性污泥法难以降解。
(3)废水成分复杂。除原料溶出物外,有的还含有硫化物、油墨、絮凝剂等对生化处理不利的化学品。
(4)废水流量和负荷波动幅度大,并伴有纤维、化学品溢泄。在有多条生产线的工厂这种现象更明显。水量和负荷波动对生化处理系统的稳定运行非常不利[6,7]。
废纸造纸废水处理技术
目前废纸造纸废水的处理方法有物理法、化学法、生物法和物理化学法,实际应用的工艺往往是几种方法组合而成。但由于废纸来源、产品用途及生产工艺各异,废水水质差异较大,因此废纸造纸厂废水的处理也必须根据各企业废水水质的特点进行设计。
3.1 物理处理方法
通过物理作用来清除废水中的污染物称为物理处理法
物理处理法主要有气浮法过滤法和挤压法等。目前,在我国用得最多、效果较好的气浮法是浅层气浮法。其气浮进水器为一圆形槽,有效水深只有420mm。进水配水器和出水集水器为同时旋转的行走架,进水和出水的流速相同,这样就使槽体内的水体相对静止,水流速度为零,避免了水流扰动,固体物的悬浮和沉降在静态下垂直进行,极大地提高净水效率废水在净水器中的停留时间约3min,表面负荷达到10m3/(m2•h)溶气装置是一溶气管,其溶气机理是尽量使水流扰动,减少液膜阻力,以增大气液接触面积。
在结构上改变了进气方式,以提供能实现更大进流密度的结构。溶气时间约为l0s过流密度达到2200-2700m3/(m2•h)。广州造纸有限公司采用CQJ型超效浅层气浮净水器处理新闻纸机白水。结果表明,在混凝剂PAC和絮凝剂PAM用量分别为400 mg/L和10-15 mg/L及气浮器入口SS为3234.0 mg/L、CODCr为3716.9 mg/L 时,SS和CODCr去除率分别为98.5和81.8。每台处理量5760m3/d,回收白水4930 m3/d16。从这些数据可看出,浅层气浮处理造纸白水具有效率高、投资少及运行可靠的特点,是一种高效的废水处理设施。德国曾有人用简易的圆盘和低能耗的压力设备过滤净化纸厂中的循环用水;在压力容器中缓慢旋转的圆盘和过滤层可使细小纤维分离,再用其他特殊装置在质量控制范围内将3种物质和1种废料分离开来[8]。一般来说,物理法只能去除废水中的大颗粒物质,如进一步净化废水,还需更深度的处理。
3.2 化学处理法
化学处理法主要是利用化学反应、转化、分离和回收处理废水中的污染物质。
(1)臭氧氧化法
吴忆宁等的实验表明臭氧可以将造纸废水中部分有机物质氧化为CO2和H2O;废水处理中,分别选定2、5、6、8、10、15和20min等与臭氧接触不同时间并控制不同的臭氧投加量,结果表明,随着臭氧投加量的增加COD去除率和废水可生化性均增加[9]易封萍采用臭氧-混凝法处理造纸废水CODCr悬浮物(SS)等主要污染物去除率均高达99%以上,各项指标超过一级排放标准,水质完全可以回收利用[10]。
(2)光催化氧化法
光催化氧化法是在特殊的光照射条件下发生的有机物参与的氧化分解反应,最终把有机物分解成无毒物质的处理方法。锐钛型的TiO2在紫外光的照射下能产生氧化性极强的羧基自由基,对所有的有机物几乎都氧化为CO2和H2O,且除净度高,降解速度快,无二次污染。用水解法制得的纳米级TiO2具有巨大的表面积和更强的紫外光吸收能力,因而具有更强的光催化降解能力,可快速将吸附在其表面的有机物分解掉,比普通的 TiO2的降解率高40%。实验发现:CDD(2-氯代二恶英)在2h内降解了98.3%,DCDD(2,3-二氯代二恶英)PeCDD(1,2,3,7,8-五氯代二恶英)和OCDD(八氯代二恶英)在4h内分别降解了87.2%、84.6%和91.23%。生物法
4.1 好氧法
好氧法主要包括活性污泥法和生物膜法等两种方法。
(1)性污泥法。SBR活性污泥废水处理制装造纸SBR(Sequencing Batch Reactor)即序批式反应器,是一种间歇式活性污泥处理系统,它已经成为一种简单可靠、经济有效和多功能的生化处理工艺,普通活性污泥法的BOD和悬浮物去除率都很高,达到90~95%左右,COD去除率达到80%以上。
(2)生物膜法。胡维超采用浸没式膜生物反应器S-MB。进行了造纸废水的中试处理试验,结果表明
COD去除率高达95%。
4.2 厌氧法
厌氧生物处理技术是对普遍存在于自然界的微生物过程的人为控制与强化技术,是处理有机污染和废水的有效手段。造纸废水含大量有机物及难降解物质,适宜用厌氧法进行预处理。IC反应器是在UASB反应器的基础上发展起来的第三代高效厌氧反应器,它具有处理量大,投资少,处理效率高,抗冲击能力强,能耗低,占地省等优点,拥有良好的产业化发展前景,通过采用强制外循环IC反应器完成了造纸废水的启动研究,其COD去除率维持在73%-75%之间,其应用范围已成为废水厌氧生物处理的热点之一。
4.3 酶处理法
吴香波等研究了白腐菌采绒革盖菌Coriolusversicolor漆酶对木素聚合的影响,在有氧条件下,通过添加漆酶和少量ABTS介体到水样中,用紫外分光光度计测定了其中木素浓度变化,利用凝胶色谱法分析了酶催化聚合木素前后的分子量的变化,结果表明:酶处理6h以后,废水中木素浓度从93.1mg/L下降到17.2mg/L,酶处理2h以后,从造纸厂污水分离的木素的分子量从31251上升到58610,造纸废水中木素及其衍生物被聚合后通过絮凝沉淀除去,从而实现废水色度与COD降低,进而为造纸废水回用提供可能。
4.4 土地处理法及污灌
土地处理法具有投资少。运行费用低。耗能少及处理效果高的特点[11]。张洪芬等根据扎龙自然保护区独特的地理、地质条件、研究采用土壤渗滤法处理排入湿地的造纸废水,并从技术和实践分析的角度对该地浅表部亚黏土渗滤的稳定性及可行性进行了探讨;结果表明,保护区地表层的亚黏土对造纸废水中各项污染物均有较好的去除效果,其CODCr、BOD5、Cr6+、NH4+-N及TP的去除率分别达到了70%、84、90%、78%及80%以上[12]。江苏双灯纸业有限公司利用稳定塘和苇田系统,对碱法稻草制浆造纸废水作深度处理;稳定塘出水CODCr去除率为70.5%,出水再灌溉芦苇,在苇田内废水进一步降解,同时又因蒸发、蒸腾而实现了封闭循环[13]。宝鸡陇县东南造纸厂采用物理化学法-生物塘-人工湿地联合技术处理制浆造纸废水,实践证明,此工艺经济合理,同时具有先进性和实用性[14]。余永东等介绍了地表漫流-地表流湿地工艺在处理废纸造纸生产废水中的应用;在进CODCr、SS浓度分别为454.18mg/L、369.28 mg/L时出水浓度分别达到34.72 mg/L和21mg/L二者去除率分别达到92.4%和94.3%[15]。
三、结束语
造纸废水成分复杂, 污染物多种多样, 各造纸企业有各自最佳的治理方法, 但不能期望只用一种方法就达到处理的目的, 往往需要几种方法组成一个处理系统, 才能完成所要求的处理功效。随着技术的进步, 人们也会解决传统技术中出现的问题, 新技术也越来越多地被运用, 最终达到实现减少或者消除废水对环境的污染。目前清洁生产和零排放技术是适应国家节能环保的最佳技术, 也是最为理想的工艺和未来的发展趋势。
参考文献
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第五篇:现代远程教育与发展趋势展望论文
【摘 要】现代远程教育以其无可比拟的优越性得到了越来越多的认可和承认的同时也存在着与之相应的种种问题,文章强调了现代远程教育的重要性,并对其中存在的问题进行了详细的剖析和研究。
【关键词】教学模式 远程教育 教育研究
随着互联网的飞速发展,信息时代的不断进步,我们能够在任何时间、任何地点传递任何教学课程。利用计算机技术,网络技术,多媒体技术等现代信息技术手段开展新型教育模式,将最大限度地利用现有教育资源,这种远程教育方式是实现高等教育的大众化,现代化,终身化和国际化的新型教育形式的必然途径。但如果我们要让远程教育更有活力的发展,还需要加大投入,组建高素质师资队伍,改进教育教学方法以及学生为本周到服务。
一、现代远程教育的概念理解分析
科教兴国是我国的基本国策,同时发展现代远程教育又是实施科教兴国战略的需要。
在知识经济时代,国民素质的高低,掌握知识的程度,拥有人才的数量将决定一个国家,一个民族经济的发展快慢。科教兴国,基础在教育,关键是人才。许多国家的教育实践证明:远程教育可以实现大规模培养人才的梦想,可以提高学习效率,可以减少学习时间和成本,消除人们在学习时的空间和时间限制。像中国这样的发展中国家,要发挥科学技术是第一生产力的作用,要大面积地提高劳动者的科学文化素质,以促进社会各项事业的进步,就必须发展现代远程教育。
如果从理论上理解的话,现代远程教育是指以多媒体,早网上跨越时空,地域进行实时或非实时的交互式教与学的一种新型教育形式。具体地说,它是通过卫星专用信道,加密传输,将大学直播教室里的课堂授课,多媒体课件,图文资料以及相关数据转输到设置在全国各地的校外站;在校外站,则利用电视教室或多媒体教育组织学生学习课程(包括在家完成学习任务)。教师与学生之间的实时交互式讨论,可通过ADSL,可视电话或视频会议进行。提交作业和批改作业,以及辅导答疑等其他非实时讨论,则可通过互联网和电子邮件进行。总结下来说就是一种随着现代信息技术的发展而产生的新型教育方式。
现代远程教育的优势在于:现代远程教育缓解了一些高校师资相对不足的情况。同时,降低了办学成本,打破了时间,空间上的限制,取代了以教师为中心,教材为中心的旧传统,而遵从“以人为本”的教育理念,学习时间,内容,进度可以由学习者自行支配。综合利用文本,声音,图像等多媒体技术,以丰富的表达方式使学习者能够在较轻松的环境中学习,减少了传统课堂上的紧张感和枯草感,较好地调动了学习者的积极性。通过现代通信技术和高科技手段,在一定限度内,使异地的学习者和教师之间能够互动式学习,及时进行学习反馈,调整学习的进度和授课方式;将课程内容,作业,参考资料,考试试题做成课件,使学习者可以通过网络,根据自己水平,灵活选择适合自己的内容进行学习。
二、现代远程教育思路整理研究
现代远程教育中存在的问题可以归纳为:
1.教育专业分配不均衡,在我国,很多高校的远程教育都设有法律类,计算机类,经济类,教育类等专业,却忽视了对数学基础学科人才的培养。这样势必会造成重复投资,资源和费用的极大浪费。同时还会带来某类专业人才的供过于求,就业压力增大的局面。
2.反馈信息的缺乏,许多远程教育只是将教师的形象传播到异地,而学生的学习状况缺乏一定的了解与交流,使得教学仍是传统填鸭式教学,课堂内容设有新意。并且几乎所有课程都设置了练习这部分,但大部分都只是将书本上练习变成网页形式,并附上简短的答案;或是以思考题的形式提出,没有提供详细的答案。
3.课程选择局限性强,假如远程教育能够准许学习者跨学校,跨学科,跨专业,自主的选择课程,那么学习者将可以按照自己的特长和兴趣来选择自己所上的课程,那么其自觉能动性将会进一步增强。
我们这里研究的现代远程教育思路是以优化教学效果为目的进行的。大体上可分为以下几个步骤。一是学习者能力的确定,现代远程教育教学目标应对学习者在能力上给出明确的要求,在掌握知识的同时应具有以下能力:信息处理包括收集,加工,储存,应用信息的技能及提出问题并解决的能力;批判性思维能力;学习的能力;以及与他人协作的能力。二是教学手段的选择,面对我国的实际情况,函授教育,广播电视教育及现代远程教育在某中情况下会同时存在。我们所谓最优的教学手段不仅仅是指一种而是多种方法的结合——这就要求我们在明确的教学目标的前提下认真分析所面对的教学环境。三是归纳学习者的特点,现代远程教育应注意到学习者的个别差异,应用教学设计分析学习者在非课堂教学条件下的学习特点及其规律。就如同基础教育一样远程教育中的学生也有学习动机,学习兴趣,认知结构。其学习动机可分为两个方面:一是外部动机,也就是社会对人才的学历要求;一个是内部动机,也就是提高自己所从事工作的能力水平。教学设计中应该注重教学内容的实用性,使学生从学生中得到收获使其内部动机得到增强。四是远程教育资源的设计,我国目前已建成《国家现代远程教育资源库》进行优化资源配置,宏观上它是以中央电大中央资源库为核心,以电大系统和普通高校为主要依托建立起来的“资源优化配置,促进有些资源利用和共享”的国家级资源库平台;微观上我们对教学资源的设计应考虑从集中建库,随课配发,网际共享,提供链接等方面出发,帮助学习者更加便捷地使用教学资源。
三、我国现代远程教育的发展趋势展望
首先,学习支持服务的即使性主要体现在学习者需要学习的时候,能快速,方便,灵活有效地获取相应信息。信息时代知识更新速度将会越来越快,人们获取知识的方式也将更加灵活,可以不按部就班地先学这个,再学那个。此外,学习过程中学习者需要经常和其他学员进行交互讨论学习中的问题,否则会严重影响接受远程教育学习者的学习效果,学习兴趣和学习积极性。所以在现代远程教育中,只有做到学习支持服务的即时性,使学习者可以随时快速,方便地调用教学资源,随意浏览复习教学内容。
其次,要及时,准确,快速地为学生提供丰富的学习支持信息已成为学生普遍的需求。学习支持服务信息应包括学生注册,学习考试以及学习材料,教学活动和学生学习成就等内容。应经常发布对教学过程,教学效果做出准确评价的信息,并提供方便,快捷的查询方法,使学生能随时了解想了解的东西,及时得到关于自己学习进程及成就的反馈,以方便学生灵活地选择学习内容和学习进程,并结合自身条件来调整学习计划和学习方式。
最后,教学支撑系统由一系列支持多种教学模式的教学工具构成,主要包括学习系统,授课系统教学资源编辑制作系统,辅导答疑系统作业评阅系统,考试系统,评价系统,交流讨论工具,虚拟实验系统及搜索引擎等。这些教学工具都是基于远程教育资源库的,用以完成远程教学中的各项教学活动和实现远程协作。学习系统,授课系统,教学资源编辑和制作系统都可能要与媒体素材库,题库,课件库,案例库和网络课程发生关联,考试系统要与题库系统发生关联,评价系统则涉及教学资源的各个部分。
参考文献:
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