生物技术及应用

生物技术及应用（共8篇）

生物技术及应用 篇1

生物技术及应用专业

培养目标：

本专业培养具有系统的生物技术基本理论、基本知识、基本技能的人才，受到严格的科学思维训练，了解生物技术及相关学科的发展和前沿，具备从事与分子生物学、细胞工程、发酵技术、食用菌栽培、农产品加工等生物技术有关的研究、开发与管理的基本能力，能适应社会需求且有一定创新能力和创业潜力的高端技能型专门人才。

主干课程：

生物化学、细胞生物学、遗传学、分子生物学、微生物学、细胞工程、发酵技术、食用菌栽培、酶应用技术、农产品贮藏与加工技术、生物农药与肥料等。

就业方向：

毕业生主要就业领域为生物技术方面的应用技术开发领域、食品加工、医药工业、环境保护、生物化工等领域；有关科研院所和大专院校的实验工作、食用菌工厂、花卉苗木公司及在应用生物技术、食品发酵、植物与细胞组织培养等领域。

生物技术及应用 篇2

我国是世界上经济发展最为迅速的国家之一,对能源的需求量长期持续高速增长,在现在的能源消耗构成中,除煤炭能够满足自给外,石油和天然气供给远远满足不了经济发展的需要,特别是石油。我国2003年消耗石油2.5亿t,从国际市场上进口高达9100万t,国际依存度高达36.4%,从各种渠道得到的数据表明,2004年我国石油进口量将突破亿t大关,达到1.2亿t,石油的国际依存度也将突破40%。国际石油价格的高企,不仅增加了购买石油的外汇消耗,而且给我国经济的稳定发展造成不容忽视的负面影响。

与矿物柴油相比,生物柴油具有环境友好的特点,其柴油车尾气中有毒有机物排放量仅为1/10,颗粒物为20%,CO2和CO排放量仅为10%。按照京都议定书,欧盟2008～2012年间要减少CO2排放8%,就燃料对整个大气CO2影响的生命循环分析(LCA)指出,生物柴油排放的CO2比矿物柴油要少约50%[1]。

生物柴油通常可与石油基柴油调合使用,现一般调入20%。调合油的效益是:含硫很低(0～24×10-6)、高十六烷值(46～70,如采用加氢裂化工艺为100)。调合油甚至优于欧Ⅳ柴油。生物柴油可大大减少未燃尽烃类、CO和颗粒物质排放。调合20%生物柴油的调合油,可减少排放,总的未燃尽烃类20%、12%的CO、颗粒物质12%、硫酸盐20%、多环芳烃13%、硝化多环芳烃50%、特定烃类的潜在臭氧量10%。生物柴油为清洁燃料,几乎不含硫,无芳烃,含氧约10%(有助于充分燃烧)。柴油机无需改造,不像其他替代燃料如CNG、LNG和乙醇调合油需改造发动机。另外,可改进润滑性,生物柴油的长链脂肪酸的酯类是喷射系统极好的润滑剂。石油基柴油脱硫过程也大大损害了润滑性(特别是含硫从500×10-6减少到50/10×10-6)。加入极少量(1%～2%)生物柴油的调合油就可使润滑性能提高65%[2]。

鉴于我国的能源现状及生物柴油的优点,开展可再生清洁能源研究不仅具有非常重要的现实意义,同时还具有十分重要的战略意义。本文将对生物柴油的应用现状和技术进展进行介绍和分析。

1 生物柴油的原料来源及生产工艺

生物柴油由未使用过的或使用过的植物油(可食用和不可食用的)与动物脂肪,通过各种化学过程生产,最常见的是反酯化法。由三甘油酯(所有天然油和脂肪的主要成分)生成甲酯、乙酯或较高级的醇酯。三甘油酯与醇类在催化剂存在下生成脂肪酸酯,脂肪酸酯的物化性质与石油基柴油相似。

柴油分子由15个烃链组成,植物油分子一般由14～18个烃链组成,与柴油分子相似。因此,用菜籽油等可再生植物油或动物脂肪可加工制取新型燃料生物柴油。生物柴油合成采用比较简单的酯基转移反应(反酯化),只需油、醇和催化剂,醇类现多选用甲醇,可使植物油与醇类生成酯类并联产丙三醇(甘油)。反酯化工艺基于碱催化或酸催化,碱催化反酯化优于酸催化,过程转化率高(大于98%),在常压(0.14 MPa)和低温(～66 ℃)下进行,可直接转化,无中间步骤。油的分子是三甘油酯,含有3个脂肪酸链,联结于甘油分子骨架上。催化剂一般采用氢氧化钠,催化剂用量为植物油的约10%。催化剂的作用是使链断开并与甲醇反应生成甲酯,副产甘油(丙三醇)[3,4,5,6]。

1.1 生物柴油的原料来源

世界各国生产生物柴油所用的原料不尽相同,美国使用大豆籽和动物脂肪,欧洲使用油菜籽和动物脂肪,日本使用动物脂肪,马来西亚使用椰子油籽,印度使用非食用植物油。欧洲和北美利用过剩的菜籽油和豆油为原料生产生物柴油。

生物柴油原料来源极广,各种动、植物油脂、废煎炸油、地沟油、植物油厂脚料油、酸化油、毛油等等。均可作为生物柴油的原料。

1.2 生物柴油的生产工艺

动、植物油脂与化工原料通过泵在化学反应釜中混合,在反应釜中进行化学合成,合成的成品通过管道输入成品储藏设备中。生物柴油的生产工艺简图如图1所示。

2 生物柴油的生产方法[7,8,9,10,11,12]

生物柴油经过多年的研究和发展,其生产技术和使用技术已经进展到相当的深度。早期利用油脂高温裂解生产汽油、柴油的技术,因转化率低、能耗高、经济性差而淘汰,现在生物柴油生产方法可归纳为2种:一种是物理法生产生物柴油;一种是化学法生产生物柴油。

2.1 物理法

用物理法生产生物柴油,主要是利用了动植物油脂具有高能量密度和可燃烧的特性用于柴油代用燃料。由于动植物油脂具有粘度较高的特点,为了使其能够用于内燃机燃烧,一种方法是将植物油与石化柴油直接混合用于柴油代用燃料。Amans等在1983年将大豆油与2号柴油进行混合,然后在直接喷射的涡轮发动机上试验,结果表明,大豆油与2号柴油以1∶2的比例混合,降低了燃料油的黏度,并可直接用于农用机械的替代燃料。通常采用植物油与石化柴油5%～30%的混合比,其性能与2号石油柴油的性能很接近。另一种方法是将动植物油制成微乳液,来解决动植物油黏度高的问题。Georing等用乙醇水溶液与大豆油制成微乳液,Ziejewski等用冬化葵花籽油、甲醇、1-丁醇制成乳状液,Neuma等用表面活性剂(主要成分为豆油皂质、十二烷基磺酸钠及脂肪酸乙醇胺)、助表面活性剂(主要成分为乙基、丙基、异戊基醇)、水、石化柴油和大豆油制成可替代柴油的微乳液。我国江苏理工大学与德国ELSBETT公司合作,成功地开发了燃烧植物油的小缸径高速直喷内燃机。

2.2 化学法

与物理法不改变油脂组成和性质不同,化学法生产生物柴油就是将动植物油脂进行化学转化,改变其分子结构,使主要组成为脂肪酸甘油酯的油脂转化成为分子量仅为其1/3的脂肪酸低碳烷基酯,使其从根本上改善流动性和粘度,适合用作柴油内燃机的燃料。酯化和酯交换是生物柴油的主要生产方法,即用(含或不含游离脂肪酸)动植物油脂和甲醇等低碳一元醇(通常为C1～C4醇)进行酯化或转酯化反应,生成相应的脂肪酸低碳烷基酯,再经分离甘油、水洗、干燥等适当后处理即得生物柴油。通过化学转化得到的脂肪酸低碳烷基酯完全具有石化柴油几乎相同的流动性和粘度范围,同时具有与石化柴油的完全互溶性,是一种良好的柴油内燃机动力燃料。生物柴油化学生产技术经过多年发展,已经形成比较完备的技术体系和方法,其技术根本点就在于采用不同的酯化或转酯化催化剂、工艺技术条件等将动植物油脂转化成生物柴油,在这些方面已有大面积的专利技术覆盖和公开发表的大量研究报告,涵盖了化学催化剂法、生物酶催化剂法、无催化剂法(在高温高压下进行)、常压法、加压法等生物柴油生产技术的各个方面,其生产原料包括动植物油脂和废弃食用油脂。在这些技术中化学方法的常压连续转酯化和加压连续转酯化等生物柴油生产技术,已在欧美等发达国家形成大规模工业化生产,代表了当今主流生物柴油技术,而且技术仍在不断发展。

3 各国生物柴油的应用现状

欧盟最近发布了2项新的指令以推进生物燃料在汽车燃料市场上的应用,这将进一步推动欧洲生物柴油工业的发展。与常规柴油相比,生物柴油价格要贵一倍以上,为此,指令要求欧盟各国降低生物柴油税率,并对生物柴油在欧洲汽车燃料中的销售比例作出规定。这将有助于欧洲生物柴油市场价值由2000年5.04亿美元提高到2007年24亿美元,年增长率可望达到25%。

德国现有8家生物柴油生产厂,拥有300多个生物柴油加油站,2003年生产生物柴油50万t·a-1,不久将达到90万t·a-1。并制定了生物柴油标准DIN V51606,对生物柴油不收税。

法国有7家生物柴油生产厂,总能力为40万t·a-1。使用标准是在普通柴油中掺加5%生物柴油,对生物柴油的税率为零。意大利有9个生物柴油生产厂,总能力33万t·a-1,对生物柴油的税率为零。奥地利有3个生物柴油生产厂,总能力5.5万t·a-1,税率为石油柴油的4.6%。比利时有2个生物柴油生产厂,总能力24万t·a-1。

英国生物燃料公司在英国锡尔圣兹投资2100万英镑(3780万美元)以豆油为原料建设生物柴油装置,该装置能力为25万t·a-1生物柴油、1.96万t·a-1医药级和2700 t·a-1工业级甘油,以及600 t·a-1硫酸钾化肥。该装置于2005年1季度投产。生物燃料公司还计划在当地于2005年再建第2套装置,使生物柴油能力翻番,达到50万t·a-1。该公司另计划于2007～2009年在英国或欧洲其他地区再建3套装置,总能力为75万t·a-1。

芬兰能源公司-富腾(Fortum)公司将在芬兰南部城市波尔沃建设专门生产生物柴油的加工厂。这座耗资1亿欧元的生物柴油加工厂将于2007年夏季投产。该加工厂从植物油和动物脂肪中提炼高质量的柴油,预计每年可生产生物柴油17万t。这种生物柴油可供各种以柴油作燃料的机动车辆使用,可减少汽车的废气排放量。

欧洲其他国家的生物柴油生产量为:捷克和斯洛伐克10万t·a-1。

由于用于加工生物柴油的植物油是可更新的原料,在欧盟鼓励其成员国增加使用可更新原料的情况下,欧盟成员国对生物柴油的需求量今后将会进一步增加。

目前,美国有4家生物柴油生产厂,总能力为30万t·a-1。在普通柴油中的掺入量为10%～20%。生物柴油的税率为零。美国GreenStar产品公司所属子公司美国生物燃料(ABF)有限公司正在加利福尼亚州建设美国最大的生物柴油生产装置,设计生产能力为3500万加仑/年(约12万t·a-1)。为了减少装置的占地面积、投资及操作成本,该装置采用连续流动工艺。在装置的建设中,使用ABF拥有专利权的单元反应器/分离器,每个单元反应器/分离器的生产能力为250万加仑/年,这种单元组件安装非常方便,可以根据市场需求的情况来进行扩能。该装置已于2003年开始进行生物柴油的生产。

巴西生物柴油法令LEI No.11097已获通过,2008年1月起正式推行。B-2柴油(2%生物柴油/98%常规柴油)于2008年1月起执行,B-5柴油(5%生物柴油/95%常规柴油)标准也已颁布。亚洲国家也在兴起生物柴油产业。马来西亚产能为50万t·a-1。日本生物柴油生产能力达到40万t·a-1。泰国发展生物柴油计划于2001年7月发布,泰国石油公司承诺每年收购7万t棕榈油和2万t椰子油,实施税收减免,泰国第一家生物柴油装置已经投运。

据美国Freedonia咨询公司研究分析,生物柴油需求将快速增长,到2006年增速为30%,生物柴油市场价值将从2003年3500万美元增长到2006年1.3亿美元。

4 生物柴油的技术进展

新开发的生物柴油的反酯化方法可克服碱催化反酯化的缺点,如甘油回收和催化剂脱除困难,反应不完全,以及当油中含有游离脂肪酸或水时会生成皂化产物。传统的碱催化方法从三甘油酯和甲醇生产脂肪酸甲酯存在几个问题,包括在室温下反应速率太慢。植物油的催化反酯化(特别是反甲基化)生产生物柴油甲酯过程很慢,这是因为初期反应混合物由两相组成,因此反应受到传质限制。生物柴油的工业化生产作为石油基柴油的替代路线往往还不甚经济,因为其生产费用为石油基柴油的约3倍。现在的生物柴油生产商仍采用高压、高温方法,速度慢且能耗高;采用化学方法也不能低成本地生产达到ASTM标准的生物柴油。加拿大BIOX公司正在将David Boocock公司开发的技术(美国专利6642399和6712867)推向工业化,该工艺不仅可提高转化速度和效率,而且可采用酸催化步骤使含游离脂肪酸高达30%的任意原料(包括大豆油、废弃的动物脂肪和回收的植物油)转化为生物柴油,该工艺可降低生产费用高达50%,如果商业化成功,可望使生物柴油生产费用与石油基柴油相竞争。BIOX公司自2001年4月起已在加拿大奥克韦尔(Oakville)100万L·a-1中型装置上验证了称为BIOX的工艺,现正在Hamilton Harbour生产地投资2400万美元建设6000万L·a-1生物柴油装置放大BIOX工艺,该装置于2005年6月投运,这将是BIOX公司第一套工业化装置。在BIOX工艺中,脂肪酸首先在酸催化反应中转化成甲酯,反应在接近甲醇(溶剂)60 ℃的沸腾温度下,在柱塞流反应器(PFR)中进行,40 min反应后,在相似条件下,在第2台PFR中采用专用的共溶剂进行碱催化反应,三甘油酯在几秒内就转化成生物柴油和丙三醇副产物,99.5%以上未使用的甲醇和共溶剂循环利用,回收冷凝潜热用以加热进料。

新开发的方法使用共溶剂,可形成富油单相系统,因此反应可在室温下快速进行,10 min内反应可完成95%,而现用工艺要几个小时。该工艺已在德国莱尔(Leer)8万t·a-1验证装置上应用,第二套10万t·a-1装置也在德国汉堡投运。

在新工艺中,惰性的共溶剂使之形成富油、单相系统,整个反应在该系统中进行,因此可提高传质和反应速率。碱催化步骤在接近室温和常压下于几分钟内完成,它与酸催化步骤结合在一起,使BIOX工艺可连续进行。BIOX工艺还克服了生物柴油现有生产路线的另外一些缺点,包括必须使系统达到所需纯度,以免反应中断,以及它们不能处理含脂肪酸大于1%的物料。使用常规技术生产生物柴油的成本因原料而变化,原料占生物柴油生产费用约75%～85%,因此采用低费用的原料达到高的转化率至关重要。

Diester工业公司在法国塞特建设生产脂肪酸甲酯(FAME)的新装置,16万t·a-1的装置将于2005年底投产,这将是采用Axens公司Esterfip-H工艺的第一套工业化装置。塞特装置的建设符合欧盟指令2003/EC3117目标要求,该指令要求到2010年使生物燃料用量达到5.75%。生物燃料可减少温室气体总排放量和使欧盟减小对原油进口的依赖。生物柴油的主要组分FAME通过植物油如菜籽油、大豆油和葵花籽油来生产。Esterfip-H工艺由法国石油研究院(IFP)研发,由Axens公司推向商业化。第一套工业化Esterfip工艺装置于1992年建于法国Diester工业公司维尼特地区,基于均相催化剂。而新装置则采用多相催化剂—2种非贵金属的尖晶石混合氧化物,属首次应用,它可避免采用均相催化剂如氢氧化钠或甲醇钠的工艺所需的几个中和、洗涤步骤,以及不会产生废物流。此外,来自Esterfip-H工艺的丙三醇副产物的纯度大于98%,而采用均相催化剂路线时,其纯度约为80%。这种副产物的利用可提高整个生产的经济性。在连续法Esterfip-H工艺中,反酯化反应采用过量甲醇在比均相催化剂工艺温度较高的条件下进行,过量甲醇用蒸发方法除去,并循环至工艺过程,与新鲜甲醇相混合。该化学转化采用2个串联的固定床反应段来达到,分离丙三醇以改变平衡。每一反应器后的过量甲醇通过部分闪蒸除去,酯类和丙三醇再在沉降器中分离[13,14,15]。生物柴油在甲醇最后回收后通过减压蒸发予以回收,然后提纯去除微量丙三醇。甲酯纯度超过99%,产率接近100%。

另一个先进的工艺是在连续流动反应器中采用油与甲醇强化混合,2002年采用这一技术的10×104 t·a-1生物柴油装置已建于德国玛尔(Marl),从该过程可回收1.2万t·a-1高级丙三醇。该技术也在美国加州里弗代尔(Riverdale)南方动力公司的10万t·a-1装置上应用。

另一创新工艺是采用连续反酯化反应器(CTER),这一新技术可降低投资费用,Amadeus公司在澳大利亚西部建设的3.5×104 t·a-1生物柴油装置将采用CTER技术。

目前生物柴油主要采用化学法生产,现正在研究生物酶法合成生物柴油技术。用发酵法(酶)制造生物柴油,混在反应物中的游离脂肪酸和水对酶催化剂无影响,反应液静置后,脂肪酸甲酯即可分离。日本大阪市立工业研究所成功开发使用固定化脂酶连续生产生物柴油,分段添加甲醇进行反应,反应温度为30 ℃,植物油转化率达95%,脂酶连续使用100 d仍不失活。反应后静置分离,得到的产品可直接用作生物柴油。

通过加氢裂化方法也可生产生物柴油,现已开发了几种新工艺。加氢裂化方法不联产丙三醇。可将植物油转化为高十六烷值(～100)、低硫柴油,可加工宽范围原料包括高含游离酸的物料。加氢裂化过程中发生几种反应,包括加氢裂化、加氢处理和加氢。产率为75%～80%,十六烷值高(～100),硫含量<10 ×10-6。28 d后可生物降解95%,而石油基柴油在同样时间内降解40%。与其他生物柴油比,主要优点是可降低NOx排放。该工艺采用常规的炼厂加氢处理催化剂和氢气,可供炼油厂选用,因有氢气可用,可方便地与炼油厂组合在一起。

目前我国生物柴油的研发和生产已经起步。2002年8月,四川古杉油脂化学公司成功开发出生物柴油,该公司以植物油下脚料为原料生产生物柴油,产品的使用性能与0号柴油相当,燃烧后废物排放较普通柴油下降70%,经检定,主要性能指标达到德国DIN 51606标准。

2002年9月,福建省龙岩市也建成2万t·a-1生物柴油装置,标志着我国生物柴油生产实现了产业化,其产品成本可控制在2000元·t-1,并于2003年建成10万t·a-1能力。这种利用废动植物油生产生物柴油的新工艺在福建龙岩卓越新能源公司应用以来,截至2003年5月,已生产生物柴油5000多t。产品经上海内燃机研究所试验测定,其技术性能指标优于0#矿物柴油。由福建省经贸委组织的专家鉴定认为,这一生物柴油技术具有较高的推广和应用价值。生物柴油项目已被福建省列为2002年重点技术创新项目。

制约生物柴油产业化最大的障碍是成本过高,而福建省研制成功的这一技术克服了生物柴油成本高的难点。主要取决于2点:①这一工艺的原料是废旧的植物和动物油,价格低且来源广,主要有:食用油加工过程中的下脚料,仅国内食用油厂一年就有这样的下脚料200万t;宾馆、食堂中的“地沟油”(又称“泔水油”),一般的大中城市都有人专门回收这种“地沟油”;粮食储备的陈化油;废猪油、鱼片油等动物油。这一生物柴油所需要的原料,全国每年有400万t,但目前这些“原料”大都作为废物处理,不仅容易污染环境,而且造成很大浪费。②新工艺在两项关键技术上取得突破。通过一种微酸性催化剂技术,使得在同一反应罐中醇解和酯化可同时进行,且反应速度明显加快。通过一种金属盐处理剂,解决了利用废旧动植物油脂生产柴油残留酸值高的关键问题。这两项关键技术均明显降低了成本。鉴定认为这两项关键技术达到了国际先进水平。

清华大学完成的生物酶法转化可再生油脂原料制备生物柴油新工艺通过教育部鉴定。利用这项创新工艺制备的生物柴油样品经检测,关键技术指标符合美国及德国生物柴油标准,并符合我国0#优等柴油标准,这种环境友好的生物酶法生物柴油技术将有望实现产业化。

目前已实现产业化的生物柴油生产工艺主要是化学催化转酯法。但化学法制备生物柴油存在一些不可避免的缺点,如反应过程中使用过量的甲醇,后续处理过程较繁琐,油脂原料中的水和游离脂肪酸会严重影响生物柴油得率及品质,废碱(酸)液排放容易对环境造成二次污染等。而利用生物酶法合成生物柴油由于具有反应条件温和、醇用量小、无污染物排放等优点,日益受到人们的重视。但利用生物酶法制备生物柴油目前存在着一些亟待解决的问题,如反应物甲醇容易导致酶失活、副产物甘油影响酶反应活性及稳定性、酶的使用寿命过短等,这些问题成为生物酶法工业化生产生物柴油的主要瓶颈。针对生物酶法工艺瓶颈问题,清华大学课题组提出了全新的生产工艺,从根本上解除传统工艺中反应物甲醇及副产物甘油对酶反应活性及稳定性的负面影响,酶的使用寿命显著延长。利用该新工艺生产生物柴油,操作简单,常温常压下可将动植物油脂有效转化成生物柴油,产率达90%以上。另外,在该新工艺中,脂肪酶不需任何处理就可直接用于下一批次反应,并且表现出相当好的操作稳定性。该新工艺已在反应器上连续运转了10个多月,近200个反应批次,酶反应活性未表现出任何下降的趋势。新工艺显著延长了酶的使用寿命,大大降低了酶的使用成本,有望采用环境友好的生物酶法实现生物柴油的产业化生产。

由科技部组织实施的农产品深加工重大科技专项“双低油菜籽深加工关键技术研究与开发”课题组,围绕以油脚等废弃油脂开发生物柴油转化技术进行联合攻关,取得重大技术进展。针对现有废弃油脂制备生物柴油存在原料适应性差、工艺复杂、转化利用率低以及能耗较高等问题,该课题组在国内外首次提出了共沸蒸馏甘油酯化—甲酯化生物柴油转化技术,并在此基础上先后完成了废弃油脂的收集和技术测试、废弃油脂的生物柴油转化工艺研究、酯化专用关键设备研究、扩大试验、产品技术指标测试和应用试验等。试验及测试结果表明,采用共沸蒸馏甘油酯化-甲酯化新技术实现了废弃油脂游离脂肪酸酯化和油脂转酯化高效反应,产品各项指标达到美国ASTM6751标准,使用性能良好,完全能够作为柴油内燃机燃料。2004年该技术通过湖北省科技厅组织的成果鉴定。与国内外现有同类技术相比,该工艺技术具有工艺简捷,原、辅料消耗低,产品收率高等显著技术特点,达到国际先进水平。该技术将废弃油脂转化成生物柴油,实现了资源的综合利用,有利于实现农业和能源产业的有机结合,有利于环境保护,具有良好的经济和社会效益。目前我国油脂消耗量高达1700万t,每年要产生250多万t的废弃食用油脂,通过该技术加以转化可以实现产值105亿元,增值可达40亿元。

采用新工艺在中试装置上生物柴油产率达90%以上。用中试装置生产的生物柴油样品经中国石化集团石油化工科学研究院检测,产品技术指标符合美国及德国的生物柴油标准,并满足我国0#优等柴油标准。中试产品经发动机台架对比试验表明,与市售石化柴油相比,采用含20%生物柴油的混配柴油作燃料,发动机排放尾气中一氧化碳、碳氢化合物、烟度等主要有毒成分的浓度显著下降,发动机动力特性等基本不变。生物酶法因反应条件温和、醇用量小、无污染物排放等优点日益受到重视,但存在甲醇及副产物甘油影响酶的反应活性及稳定性、酶的使用寿命不长、成本高等问题,成为生物酶法工业化生产生物柴油的瓶颈。对此,清华大学化工系再生资源与生物能源试验室提出了一条全新的生产工艺路线,可以有效消除甲醇及副产物甘油对酶反应活性及稳定性的负面影响,酶的使用寿命也随之大大延长。该工艺在湖南海纳百川生物工程有限公司200 kg·d-1的生物柴油中试装置上得到成功应用,以菜籽油为原料生产生物柴油。中试装置的反应器连续运转3个多月,生物酶活性未表现出明显下降趋势。另外,利用目前已有的技术还可以将生物柴油生产过程中的副产物甘油进一步转化为高附加值产品1,3-丙二醇。两项技术的有机结合,可以显著提高生物柴油生产过程的经济效益。

5 我国生物柴油发展应解决的技术问题

随着我国经济的快速发展,我国石油能源供应大量依靠进口的局面在我国石油蕴藏量极为有限的情况下将会长期持续,科学家们也将不懈地致力于可替代新能源的研究和开发。生物柴油作为可再生生物质新能源,其发展前景自然极为广阔。但目前用于食用的动植物油脂还远远不能满足市场需求,以现有动植物油料生产生物柴油能源,即使在国际石油价格高达50美元/桶的情况下,也远远高于现有的普遍使用的石化能源价格,建立在现有动植物油料为原料的生物柴油能源生产,其竞争力受到严重制约。但在可再生能源具有非常庞大潜在市场需求的基础上,发展生物柴油能源关键是寻求适合于发展的合适途径。

根据目前状况,结合科技发展趋势,我国生物柴油发展应解决好以下技术问题:

5.1 大力选育高产含油植物

从普遍的知识来讲,植物的种子或果实均含有一定数量的植物油,只是含油量高低和成分不同而已,这些植物油均可以转化为液态能源,这为生物柴油能源植物选育提供了大量的研究对象和基础,可以进行具有能源产量优势植物选育。作为能源用植物,对其植物油组成和营养性不进行限制,宜以单位面积能源产量(或能量)为目标,寻求高产能源植物选育技术上的突破。

5.2 大力发展生物工程技术应用于能源植物油生产

生物工程技术大大改变了农作物种植方式,并大幅度提高农作物产量,对传统农业生产形成了巨大冲击,转基因大豆、转基因棉花等作物的产量优势更是传统农作物所难以比拟,但存在安全性的问题。作为用于能源生产的植物油,对其含有的植物油品质或结构将不再要求,以生物工程技术来发展生物柴油能源产业,其技术上有实现的可能性和具有非常现实的发展前景。

5.3 生物柴油生产需要开发的创新性技术

在现有生物柴油生产技术方面,普遍以动植物油脂为原料采用酯化或转酯化等化学过程将油脂转化成脂肪酸单烷基酯,这一过程目前还需要使用不能回收的酸碱催化剂,在生产过程中形成了三废排放污染,同时还降低了动植物油脂进行生物柴油转化的转化效率,而生物酶技术还无法达到工业化实用水平,需要研究不使用化学催化剂或使用可完全回收催化剂的生物柴油绿色化生产技术;此外还存在生物柴油生产副产甘油的问题,虽然目前甘油是一种价值较高的化学品,但随着生物柴油的大量生产,现有的甘油市场将难以承受生物柴油生产中大量副产品甘油的冲击,因此需要考虑并研究甘油的开发和综合利用技术。

6 促进我国生物柴油产业发展的建议

目前我国生物柴油产业已经有了起步,并形成了四川古杉、海南正和、福建卓越等具有规模的生物柴油产业化示范生产工厂,但离真正的产业化还有很大的差距,还需要在产业促进、产业规划和规模、产业规范等方面开展大量的研究工作。

6.1 产业促进

生物柴油产业目前刚刚处在起步阶段,发展潜力极其巨大,相对比较容易形成较大规模的可再生能源产业,具有带动农业和能源业发展的能力。在产业形成和发展初期,国家进行政策扶持,促进产业进入快速发展轨道极为必要。在这方面,可以借鉴欧美等发达国家发展生物柴油产业的政策和措施,并研究适合我国生物柴油产业发展的扶持、促进政策。我们一方面可通过国家各种科技计划引导资金投入,加大国家资金投入的力度来促进生物柴油产业尽快形成规模;同时积极引导其它各种投资资金(包括民间投资)的投入,对生产生物柴油的企业在税收和补贴方面给予一定期限的实惠,使生物柴油的价格体系尽快形成,并增强生物柴油产品的市场竞争力。

6.2 产业规划和规模

目前以动植物油脂为原料生产生物柴油,即使生物柴油价格按目前石化柴油价格上限定价也不具备经济上的可行性,如果需要长期靠国家政策补贴来发展,不可能形成一个健康发展的产业,因此对生物柴油产业发展进行规划很有必要,同时生物柴油产业应该有一个适度的发展规模。目前宜积极发展以各种废弃油脂为原料生产生物柴油,这方面的技术已经比较成熟,而且还有一些新的技术在不断研究和开发。我国现在每年消耗各种动植物油脂在1500～1650万t,在油料加工和使用(包括食用和食品加工)过程中产生大量的废弃食用油脂,如油料加工厂的各种油脚、煎炸废油、泔水油等,其总量也在百万t以上,实现废弃油脂的回收并用于生物柴油生产,既可以解决废弃物排放对环境污染,同时还有一定的经济赢利,近期内积极倡导在油料加工或油脂消耗比较集中的地区建设2～3家规模在1～2万t·a-1的生物柴油生产企业,争取在2～3年时间内在我国形成10万t以上的生物柴油规模,并形成以生物柴油加工企业为中心的多个区域市场。

在以上形成产业基础上,以能源油料最新科学技术为先导,开始建立集约化农业(或林业)生产能源油料基地,并转化成生物柴油供应市场,形成较大规模的农业能源产业化基地。

6.3 产业规范

目前我国对生物柴油生产技术研究较多,但基本上还没有形成固定的生物柴油市场,生物柴油的使用性能尚需要通过应用试验来摸索,建立统一的产业规范(包括产品质量标准、应用体系等)条件还不成熟。现在宜积极探讨美国、欧洲等生物柴油产业规范在我国的适用性,在生物柴油产品推向市场的同时,逐渐改进完善,最终形成适用于我国的生物柴油质量标准和产业规范。

7 结语

高速加工技术机理及应用 篇3

关键词：高速加工；机理；技术链；应用

中图分类号：TG506文献标志码：A文章编号：1671－7953(2009)03－0078－04

高速加工技术的应用与发展已有10多年的历史，作为现代先进制造技术之一的高速加工技术代表了切削加工的发展方向，并逐渐成为切削加工的主流技术。一般凡切削速度、进给速度高于常规值 5～10倍以上，称为高速加工。由于高速加工的高切削速度和高进给速度可显著提高加工效率和加工精度、降低切削力、减小切削热对工件的影响、实现工序集中等，因此已在模具制造、汽车制造、航空航天、精密机械等领域得到广泛应用，并取得了良好的技术经济效益。

1高速加工技术机理

在常规状态下随着切削速度、进给速度的增加，切削力、切削热都会不断增加，刀具磨损也会加剧。而高速加工技术的切削速度在高于常规加工5～6倍时，确能达到良好的切削效果，这是高速加工所特有切削机理所决定的。

1.1高速加工技术机理

1931年，德国切削物理学家萨洛蒙(Carl.J.Salomon)博士提出了一个假设，即同年申请了德国专利(Machine with high cutting speeds)的所罗门原理：被加工材料都有一个临界切削速度V₀，在切削速度达到临界速度之前，切削温度和刀具磨损随着切削速度增大而增大，当切削速度达到普通切削速度的 5～6倍时，切削刃口的温度开始随切削速度增大而降低，刀具磨损随切削速度增大而减小。这说明高速切削比常规切削轻快，两者的机理也不同。

从图1中可以看出，当切削速度达到一定值时，切削刃口的温度开始随切削速度的增大而降低，从图2中我们了解到随切削速度的增加切削力也会有所下降。

图3是通过热辐射测量传统切削过程中热量产生的效果图，由于传统切削一般采用较大的切深，较小的切削速度，因此传统切削的特点是大量但是较慢的材料去除率。

2高速加工技术链

高速加工技术是一个非常庞大而复杂的系统工程，它涵盖了机床材料的研究及选用技术，机床结构设计和制造技术，高性能CNC控制系统、通讯系统，高速、高效冷却、高精度和大功率主轴系统，高精度快速进给系统，高性能刀具夹持系统，高性能刀具材料、刀具结构设计和制造技术，高效高精度测试测量技术，高速切削机理，高速切削工艺，适合高速加工的编程软件与编程策略等等诸多相关的硬件和软件技术。

图5所示是完成高速加工一般所必须的技术链，高速切削加工要获得良好的应用效果，3必须将高性能的高速切削机床、与工件材料相适应的刀具和对于具体加工对象最佳的加工工艺技术相结合。

2.1高速加工刀具系统

事实上，直接参与切削加工的对象是刀具，因此刀具在机械加工过程中所起的作用至关重要。为达到理想的高速加工效果，需要从刀具材料、几何参数、悬伸长度、夹头、刀柄、切削参数、切削几何关系、走刀路线、润滑冷却等各方面采取措施，尽可能减少刀具寿命的降低，提高加工效率及加工质量。

1)刀具材料。高速切削刀具在高速加工过程中要承受高温、高压、摩擦、冲击和振动等载荷，其硬度、耐磨性、强度、韧性、耐热性、工艺性和经济性等性能是实现高速加工的关键因素。对不同材料的工件高速切削时，刀具的选用要注意与工件材料的匹配，由于转速较高，刀具直径不宜太大，一般直径不超过16mm。

2)刀柄结构。高速切削加工时，刀柄与主轴的联接在大多数高速切削机床上采用圆锥空心柄(HSK)为主，它具有：重量轻、重复使用时装夹和定位精度高、刚度高、并可传送大的转矩；装夹力随转速升高而加大。它是德国工业界联合研究的成果，目前已列入国际标准。为适应高速加工的回转精度及动平衡，也常采用热装刀柄。

3)夹头。高速加工要求刀具装夹具有稳定的高精度、高动平衡性及夹持可靠性。目前，在高速精密加工技术中常用热装式夹头、液压夹头和力缩夹头等三种新型夹头。

2.2高速切削机床

高速切削机床是高速切削应用的基本条件，是实现高速切削的关键技术之一，也是实现高速加工的前提和基本条件。高速机床技术主要包括高速单元技术(或称功能部件)和机床整机技术［7］。单元技术包括高速主轴、高速进给伺服系统、高速 CNC控制系统等；机床整机技术包括机床床身、冷却系统、安全设施和加工环境等。

2.2.1高速主轴

高速主轴是高速切削的首要条件，对于不同的工件材料，目前的切削速度可达5-100m／s。主轴的转速与刀具的直径有关，采用小直径球头铣刀时，主轴转速可达100000r／min。

2.2.2高稳定性的机床支撑部件

高速加工在要求机床高速的同时，还要求机床具有高精度和高的静、动刚度和抗震性。因此，高速切削机床的床身等支撑部件应具有很好的动、静刚度、热刚度、吸震性和最佳的阻尼特性。

2.2.3高速进给伺服系统

为了实现高速切削加工，机床不但要有高速主轴，还要有高速的进给伺服系统，这不仅是为了提高生产效率，也是维持高速切削中刀具正常工作的必要条件。

2.2.4高性能的CNC控制系统

高速切削加工要求CNC控制系统有快速处理数据的能力，来保证高速加工时的插补精度。高速切削加工对数控系统的基本要求为：高速的数字控制回路、先进的插补方法。

2.3高速切削的CAM软件

高速切削有着比传统切削特殊的工艺要求，除了要有高速切削机床和高速切削刀具，具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。一个优秀的高速加工CAM编程系统应具有很高的计算速度，较强的插补功能，全程自动过切检查及处理能力，自动刀柄与夹具干涉检查、绕避功能，进给率优化处理功能，待加工轨迹监控功能，刀具轨迹编辑优化功能，加工残余分析功能等等。

3高速加工技术应用

目前国际上高速切削加工技术主要应用于航空航天工业、汽车工业和模具工业等的如下领域：

1)有色金属加工。如铝、铝合金，特别是铝的薄壁加工。目前已经可以切出厚度为0.1mm、高为几十毫米的成型曲面。

2)石墨加工。在模具的型腔制造中，由于采用电火花腐蚀加工，因而石墨电极被广泛使用。但石墨很脆，所以，必须采用高速切削才能较好地进行成型加工。

3)模具制造。特别是淬硬模具的加工。由于淬硬的材料可以直接从供应商处购买，因此采用高速切削可以直接将模具切出，这不单单是省去了过去机加工一电加工的几道工序，节约工时，还由于目前高速切削已经可以达到很高的表面质量，因此省去了电加工后面的磨削和抛光的工序。

4)硬的、难切削的材料的加工。如耐热不锈钢等。

5)大批生产领域。如汽车工业，如美国福特汽车公司与Ingersoll公司合作研制的HVM800卧式加工中心及镗汽缸用的单轴镗缸机床以实际用于福特公司的生产线。

4结束语

高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一，是一项全新的、正在发展之中的先进实用技术，在工业发达国家已得到广泛的应用，取得巨大的经济和社会效益。它会随着CNC技术、微电子技术、新材料和新结构等基础技术的发展而迈上更高的台阶。但高速切削技术自身也存在着一些急待解决的问题，如高硬度材料的切削机理、刀具在载荷变化过程中的破损、建立高速切削数据库、开发适用于高速切削加工状态的监控技术和绿色制造技术等等。但国内已进口了大批高速加工设备，也开发了多种高速机床和加工中心，还有许多可供应高速切削刀具系统的工具企业，只要充分认识高速切削加工技术的优越性和巨大经济效益的潜力，很有可能把我国高速切削加工技术的应用推进到一个新水平。

参考文献

［1］ 洪美琴，杨国先.高速加工——金属加工技术里程碑［J］.数控机床市场，2008(2).

［2］ 赵琳. 高速切削加工技术的研究及其推广应用［J］.科教文汇，2008(12).

［3］ 彭淑华. 高速切削加工技术的探导［J］.黑龙江科技信息，2008(34).

［4］ 刘慧. 高速切削技术的探讨［J］.现代制造技术与装备，2008(4).

［5］ 艾兴.高速切削加工技术［M］.北京：国防工业出版社，2003.

［6］ 陈世平，李琳. 高速精密加工用热装式刀具夹头［J］.制造技术与机床，2008(2).

测试技术及应用简历 篇4

户口所在： 广东省 国 籍： 中国

婚姻状况： 已婚 民 族： 汉族

诚信徽章： 未申请  身 高： 173 cm

人才测评： 未测评  体 重：

人才类型： 普通求职

应聘职位： 销售 : 销售工程师

工作年限： 15 职 称： 无职称

求职类型： 兼职 可到职日期： 随时

月薪要求： 面议 希望工作地区： 深圳,东莞,

工作经历

深圳市欣富刚电子有限公司, 起止年月：-11 ～ -06

公司性质： 所属行业：

担任职位：

工作描述： 经理,主营产品AI铜网,激光钢网,治具,SMT保养油(THK),钢网清洗剂,链条油.

离职原因：

深圳市鹰诺实业有限公司 起止年月：-10 ～ 2007-10

公司性质： 所属行业：

担任职位： ,激光钢网销售经理

工作描述：

离职原因：

科利泰电子(深圳)有限公司 起止年月：2005-02 ～ 2005-10

公司性质： 所属行业：

担任职位：

工作描述： 锡膏服务工程师.

离职原因：

10鑫茂科技制三处SMT生产课长. 起止年月：2004-01 ～ 至今

公司性质： 所属行业：

担任职位：

工作描述：

离职原因：

富士康CPBGOA产品处SMT检测课 起止年月：-10 ～ -08

公司性质： 所属行业：

担任职位：

毕业院校： 淮南工业学院

最高学历： 大专 获得学位:  毕业日期： 1999-07

专 业 一： 测试技术及应用; 专 业 二：

起始年月 终止年月 学校（机构） 所学专业 获得证书 证书编号

语言能力

外语： 英语 良好 粤语水平： 一般

其它外语能力：

国语水平： 一般

工作能力及其他专长

•

技能专长:SMT工艺制程,钢网,治具,AI铜网开刻,SMT焊接工艺,不良制程改善.

详细个人自传

目前从事SMT相关的销售和服务工作.熟悉SMT工艺制程,AI铜网,钢网,治具和锡膏. 吃苦耐劳,寻求兼职/全职销售,钢网或者焊料的售后服务亦可.

补充说明:兼职/全职销售,钢网或者焊料的售后服务.

区块链技术及应用解读 篇5

两万字深度长文！从原理到趋势，解剖风口上的区块链技术

区块链不是一项新技术，而是一个新的技术组合。其关键技术包括P2P动态组网、基于密码学的共享账本、共识机制、智能合约等技术；

科技史上大部分创新都是与生产力有关的，提升效率，让人做更少工作，让机器做更多工作；区块链带来的最主要的颠覆却是生产关系上的；

互联网实现了信息的传播，区块链实现了价值的转移；区块链可以看作是“价值互联网”的基础协议，类似于“信息互联网”的HTTP协议，二者都是建议在TCP/IP协议之上的应用层协议； 区块链并不是一个全能技术，在某些应用领域里相比传统技术并不具备明显的技术优势，因此创业者及投资机构都需要考虑技术适用性问题；

区块链底层技术及协议层可能出现几家平台型公司；但大部分投资机会在于应用层，即基于行业应用的“区块链+”项目。

9月4日央行等7部委下发的《防范代币发行融资风险公告》将ICO定义为非法融资，不论机构和个人都不建议参与此类项目。Part One：区块链基础知识 &区块链和区块链技术

“区块链就像一台魔法计算机，任何人都能够上传程序并自我执行，程序执行前和执行后的所有状态都公开可见，密码经济学为程序严格按照协议执行提供了机制保障。”——Vitalik Buterin 狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本（分布式数据库）。广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式。如何理解上述定义呢？

1)一个分布式的链接账本，每个账本就是一个“区块”； 2)基于分布式的共识算法来决定记账者；

3)账本内交易由密码学签名和哈希算法保证不可篡改；

4)账本按产生的时间顺序链接，当前账本含有上一个账本的哈希值，账本间的链接保证不可篡改；

5)所有交易在账本中可追溯。

&区块链特征

区块链是一种共享的分布式数据库技术。尽管不同报告中对区块链的介绍措辞都不相同，但以下4个技术特点是共识性的。

1)去中心化（Decentralization）：区块链由众多节点组成一个端到端的网络，不存 在中心化的设备和管理机构，任一节点停止工作都会不影响系统整体的运作。图2的左侧描述了当今金融系统的中心化特征，右侧描述的是正在形成的去中心化金融系统；

2)去信任（Trustless）：系统中所有节点之间通过数字签名技术进行验证，无需信任也可以进行交易，只要按照系统既定的规则进行，节点之间不能也无法欺骗其它节点； 3)集体维护（CollectivelyMaintain）：系统是由其中所有具有维护功能的节点共同维护的，系统中所有人共同参与维护工作；

4)可靠数据库（ReliableDatabase）：系统中每一个节点都拥有最新的完整数据库拷贝，单个甚至多个节点对数据库的修改无法影响其他节点的数据库，除非能控制整个网络中超过51%的节点同时修改，这几乎不可能发生。区块链中的每一笔交易都通过密码学方法与相邻两个区块串联，因此可以追溯到任何一笔交易的前世今生。

简化起见，上图展示了6处保留数据库副本的节点；在3个交易序列中，前2个交易的数据和签名得到了所有6个节点的验证，但第三个交易的位置5没有通过验证，将被其它节点的“一致意见”更改。&区块链分类

以参与方分类，区块链可以分为公有链、联盟链和私有链；从链与链的关系来分，可以分为主链和侧链。

1)公有链（Public Blockchain）

公有链通常也称为非许可链（Permissionless Blockchain），无官方组织及管理机构，无中心服务器，参与的借点按照系统规格自由接入网路、不受控制，节点间基于共识机制开展工作。公有链是真正意义上的完全去中心化的区块链，它通过密码学保证交易不可篡，同时也利用密码学验证以及经济上的激励，在互为陌生的网络环境中建立共识，从而形成去中心化的信用机制。在公有链中的共识机制一般是工作量证明（PoW）或权益证明（PoS），用户对共识形成的影响力直接取决于他们在网络中拥有资源的占比。

公有链一般适合于虚拟货币、面向大众的电子商务、互联网金融等B2C、C2C或C2B等应用场景，比特币和以太坊等就是典型的公有链。2)联盟链（Consortium Blockchain）联盟链是一种需要注册许可的区块链，这种区块链也称为许可链（Permissioned Blockchain）。联盟链仅限于联盟成员参与，区块链上的读写权限、参与记账权限按联盟规则来制定。整个网络由成员机构共同维护，网络接入一般通过成员机构的网关节点接入，共识过程由预先选好的节点控制。由于参与共识的节点比较少，联盟链一般不采用工作量证明的挖矿机制，而是多采用权益证明（PoS）或PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerant）、RAFT等共识算法。一般来说，联盟链适合于机构间的交易、结算或清算等B2B场景。例如在银行间进行支付、结算、清算的系统就可以采用联盟链的形式，将各家银行的网关节点作为记账节点，当网络上有超过2/3的节点确认一个区块，该区块记录的交易将得到全网确认。联盟链对交易的确认时间、每秒交易数都与公有链有较大的区别，对安全和性能的要求也比公共链高。

由40多家银行参与的区块链联盟R3和Linux基金会支持的超级账本（Hyperleder）项目都属于联盟链架构。目前国内有影响力的区块链联盟——中国分布式总账基础协议联盟（ChinaLedger）、中国区块链研究联盟、金链盟（金融区块链联盟）等——也都在致力于开发联盟区块链项目。

3)私有链（Private Blockchain）

私有链建立在某个企业内部，系统的运作规则根据企业要求进行设定。

私有链的应用场景一般是企业内部的应用，如数据库管理、审计等；在政府行业也会有一些应用，比如政府的预算和执行，或者政府的行业统计数据，这个一般来说由政府登记，但公众有权力监督。私有链的价值主要是提供安全、可追溯、不可篡改、自动执行的运算平台，可以同时防范来自内部和外部对数据的安全攻击，这个在传统的系统是很难做到的。

4)侧链（Side chain）

侧链是用于确认来自于其它区块链的数据的区块链，通过双向挂钩（TwoWay Peg）机制使比特币、Ripple币等多种资产在不同区块链上以一定的汇率实现转移。所谓“多种资产在不同区块链上转移”其实并不会实际发生。以比特币为例，侧链的运作机制是，将比特币暂时锁定在比特币区块链上，同时将辅助区块链上的等值数字货币解锁；当辅助区块链上的数字货币被锁定时，原先的比特币就被解锁。

侧链进一步扩展了区块链技术的应用范围和创新空间，使区块链支持包括股票、债券、金融衍生品等在内的多种资产类型，以及小微支付、智能合约、安全处理机制、真实世界财产注册等；侧链还可以增强区块链的隐私保护。&区块链产业链

区块链产业链主要包括基础网络层、中间协议层及应用服务层。

1)基础网络层

基础网络层由数据层、网络层组成，其中数据层包括了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等技术；网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等。2)中间协议层

中间协议层由共识层、激励层、合约层组成，其中共识层主要包括网络节点的各类共识算法；激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等；合约层主要包括各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础。3)应用服务层

应用服务层作为区块链产业链中最重要的环节，则包括区块链的各种应用场景和案例，包括可编程货币、可编程金融和可编程社会。

Part Two：区块链核心技术

区块链技术：指多个参与方之间基于现代密码学、分布式一致性协议、点对点网络通信技术和智能合约编程语言等形成的数据交换、处理和存储的技术组合。

&数据层：设计账本的数据结构 1)核心技术之：区块 + 链

从技术上来讲，区块是一种记录交易的数据结构，反映了一笔交易的资金流向。系统中已经达成的交易的区块连接在一起形成了一条主链，所有参与计算的节点都记录了主链或主链的一部分。

每个区块由区块头和区块体组成，区块体只负责记录前一段时间内的所有交易信息，主要包括交易数量和交易详情；区块头则封装了当前的版本号、前一区块地址、时间戳（记录该区块产生的时间，精确到秒）、随机数（记录解密该区块相关数学题的答案的值）、当前区块的目标哈希值、Merkle数的根值等信息。从结构来看，区块链的大部分功能都由区块头实现。

概括来看，一个区块包含以下三部分：交易信息、前一个区块形成的哈希散列、随机数。

交易信息是区块所承载的任务数据，具体包括交易双方的私钥、交易的数量、电子货币的数字签名等；前一个区块形成的哈希散列用来将区块连接起来，实现过往交易的顺序排列；随机数是交易达成的核心，所有矿工节点竞争计算随机数的答案，最快得到答案的节点生成一个新的区块，并广播到所有节点进行更新，如此完成一笔交易。2)核心技术之：哈希函数

哈希函数可将任意长度的资料经由Hash算法转换为一组固定长度的代码，原理是基于一种密码学上的单向哈希函数，这种函数很容易被验证，但是却很难破解。通常业界使用y =hash(x)的方式进行表示，该哈希函数实现对x进行运算计算出一个哈希值y。

常使用的哈希算法包括MD5、SHA-

1、SHA-256、SHA-384及SHA-512等。以SHA256算法为例，将任何一串数据输入到SHA256将得到一个256位的Hash值（散列值）。其特点：相同的数据输入将得到相同的结果。输入数据只要稍有变化（比如一个1变成了0）则将得到一个完全不同的结果，且结果无法事先预知。正向计算（由数据计算其对应的Hash值）十分容易。逆向计算（破解）极其困难，在当前科技条件下被视作不可能。3)核心技术之：Merkle树

Merkle树是一种哈希二叉树，使用它可以快速校验大规模数据的完整性。在区块链网络中，Merkle 树被用来归纳一个区块中的所有交易信息，最终生成这个区块所有交易信息的一个统一的哈希值，区块中任何一笔交易信息的改变都会使得Merkle 树改变。

4)核心技术之：非对称加密算法

非对称加密算法是一种密钥的保密方法，需要两个密钥：公钥和私钥。

公钥与私钥是一对，如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密，从而获取对应的数据价值；如果用私钥对数据进行签名，那么只有用对应的公钥才能验证签名，验证信息的发出者是私钥持有者。

因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫做非对称加密算法，而对称加密在加密与解密的过程中使用的是同一把密钥。&网络层：实现记账节点的去中心化 5)核心技术之：P2P网络

P2P网络（对等网络），又称点对点技术，是没有中心服务器、依靠用户群交换信息的互联网体系。与有中心服务器的中央网络系统不同，对等网络的每个用户端既是一个节点，也有服务器的功能。国内的迅雷软件采用的就是P2P技术。

P2P网络其具有去中心化与健壮性等特点。

a）去中心化：网络中的资源和服务分散在所有结点上，信息的传输和服务的实现都直接在结点之间进行，可以无需中间环节和服务器的介入。

b）健壮性：P2P架构天生具有耐攻击、高容错的优点。由于服务是分散在各个结点之间进行的，部分结点或网络遭到破坏对其它部分的影响很小。&共识层：调配记账节点的任务负载 6)核心技术之：共识机制

共识机制，就是所有记账节点之间如何达成共识，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。目前主要有四大类共识机制：PoW、PoS、DPoS和分布式一致性算法。

PoW（Proofof Work，工作量证明）

PoW机制，也就是像比特币的挖矿机制，矿工通过把网络尚未记录的现有交易打包到一个区块，然后不断遍历尝试来寻找一个随机数，使得新区块加上随机数的哈希值满足一定的难度条件。找到满足条件的随机数，就相当于确定了区块链最新的一个区块，也相当于获得了区块链的本轮记账权。矿工把满足挖矿难度条件的区块在网络中广播出去，全网其他节点在验证该区块满足挖矿难度条件，同时区块里的交易数据符合协议规范后，将各自把该区块链接到自己版本的区块链上，从而在全网形成对当前网络状态的共识。

优点：完全去中心化，节点自由进出，避免了建立和维护中心化信用机构的成本。只要网络破坏者的算力不超过网络总算力的50%，网络的交易状态就能达成一致。缺点：目前比特币挖矿造成大量的资源浪费；另外挖矿的激励机制也造成矿池算力的高度集中，背离了当初去中心化设计的初衷。更大的问题是PoW机制的共识达成的周期较长，每秒只能最多做7笔交易，不适合商业应用。PoS（Proofof Stake，权益证明）

PoS机制，要求节点提供拥有一定数量的代币证明来获取竞争区块链记账权的一种分布式共识机制。如果单纯依靠代币余额来决定记账者必然使得富有者胜出，导致记账权的中心化，降低共识的公正性，因此不同的PoS机制在权益证明的基础上，采用不同方式来增加记账权的随机性来避免中心化。例如点点币（Peer Coin）PoS机制中，拥有最多链龄长的比特币获得记账权的几率就越大。NXT和Blackcoin则采用一个公式来预测下一记账的节点。拥有多的代币被选为记账节点的概率就会大。未来以太坊也会从目前的PoW机制转换到PoS机制，从目前看到的资料看，以太坊的PoS机制将采用节点下赌注来赌下一个区块，赌中者有额外以太币奖，赌不中者会被扣以太币的方式来达成下一区块的共识。

优点：在一定程度上缩短了共识达成的时间，降低了PoW机制的资源浪费。

缺点：破坏者对网络攻击的成本低，网络的安全性有待验证。另外拥有代币数量大的节点获得记账权的几率更大，会使得网络的共识受少数富裕账户支配，从而失去公正性。DPoS（DelegatedProof-Of-Stake，股份授权证明）

DPoS很容易理解，类似于现代企业董事会制度。比特股采用的DPoS机制是由持股者投票选出一定数量的见证人，每个见证人按序有两秒的权限时间生成区块，若见证人在给定的时间片不能生成区块，区块生成权限交给下一个时间片对应的见证人。持股人可以随时通过投票更换这些见证人。DPoS的这种设计使得区块的生成更为快速，也更加节能。

从某种角度来说，DPOS可以理解为多中心系统，兼具去中心化和中心化优势。优点：大幅缩小参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证。缺点：选举固定数量的见证人作记账候选人有可能不适合于完全去中心化的场景。另外在网络节点数少的场景，选举的见证人的代表性也不强。分布式一致性算法

分布式一致性算法是基于传统的分布式一致性技术。其中有分为解决拜占庭将军问题的拜占庭容错算法，如PBFT（拜占庭容错算法）。另外解决非拜占庭问题的分布式一致性算法（Pasox、Raft），详细算法本文不做说明。该类算法目前是联盟链和私有链场景中常用的共识机制。优点：实现秒级的快速共识机制，保证一致性。

缺点：去中心化程度不如公有链上的共识机制；更适合多方参与的多中心商业模式。

综合来看，POW适合应用于公链，如果搭建私链，因为不存在验证节点的信任问题，可以采用POS比较合适；而联盟链由于存在不可信局部节点，采用DPOS比较合适。&激励层：制定记账节点的“薪酬体系” 7)核心技术之：发行机制和激励机制 以比特币为例。

比特币最开始由系统奖励给那些创建新区块的矿工，该奖励大约每四年减半。刚开始每记录一个新区块，奖励矿工50个比特币，该奖励大约每四年减半。依次类推，到公元2140年左右，新创建区块就没有系统所给予的奖励了。届时比特币全量约为2100万个，这就是比特币的总量，所以不会无限增加下去。另外一个激励的来源则是交易费。新创建区块没有系统的奖励时，矿工的收益会由系统奖励变为收取交易手续费。例如，你在转账时可以指定其中1%作为手续费支付给记录区块的矿工。如果某笔交易的输出值小于输入值，那么差额就是交易费，该交易费将被增加到该区块的激励中。只要既定数量的电子货币已经进入流通，那么激励机制就可以逐渐转换为完全依靠交易费，那么就不必再发行新的货币。&合约层：赋予账本可编程的特性 8)核心技术之：智能合约 智能合约是一组情景应对型的程序化规则和逻辑，是通过部署在区块链上的去中心化、可信共享的脚本代码实现的。通常情况下，智能合约经各方签署后，以程序代码的形式附着在区块链数据上，经P2P网络传播和节点验证后记入区块链的特定区块中。智能合约封装了预定义的若干状态及转换规则、触发合约执行的情景、特定情景下的应对行动等。区块链可实时监控智能合约的状态，并通过核查外部数据源、确认满足特定触发条件后激活并执行合约。Part Three：区块链行业应用

在《区块链：新经济蓝图及导读》一书中，作者MelanieSwan按照应用范围和发展阶段将区块链应用划分为区块链1.0、2.0、3.0。其中：

区块链1.0支撑虚拟货币应用，也就是与转账、汇款和数字化支付相关的密码学货币应用，比特币是区块链1.0的典型应用；

区块链2.0支撑智能合约应用，合约是经济和金融领域区块链应用的基础，区块链2.0应用包括了股票、债券、期货、贷款、抵押、产权、智能财产和智能合约，以太坊、超级账本等是区块链2.0的典型应用；

区块链3.0应用是超越货币和金融范围的泛行业去中心化应用，特别是在政府、医疗、科学、文化和艺术等领域的应用。

&1.0：数字货币

目前区块链技术最广泛、最成功的运用是以比特币为代表的数字货币。近年来数字货币发展很快，由于去中心化信用和频繁交易的特点，使得其具有较高交易流通价值，并能够通过开发对冲性质的金融衍生品作为准超主权货币，保持相对稳定的价格。

自比特币诞生以后，已经陆续出现了数百种的数字货币，围绕着数字货币生成、存储、交易形成了较为庞大的产业链生态。以比特币为例，参与机构主要可分为基础设施、交易平台、ICO融资服务、区块链综合服务等四类。

&2.0：泛金融应用

区块链应用于金融领域有着天生的绝对优势，用互联网语言来说，这是区块链的基因决定的。主观来看，金融机构在区块链应用的探索上意愿最强，需要新的技术来提高运营效率，降低成本来应对整个全球经济当前现状。客观来看，金融行业市场空间巨大，些许的进步就能带来巨大收益。金融行业是对安全性、稳定性要求极高的行业，如果区块链在金融领域应用得以验证，那么将会产生巨大的示范效应，迅速在其他行业推广。IBM在2016年发布的报告中指出，2017年会有14%的金融市场机构和15%的银行会采用区块链技术商用解决方案，65%的银行在三年内会采用区块链技术。

在金融领域，除去数字货币应用，区块链也逐渐在跨境支付、供应链金融、保险、数字票据、资产证券化、银行征信等领域开始了应用。1)跨境支付

该领域的痛点在于到账周期长、费用高、交易透明度低。以第三方支付公司为中心，完成支付流程中的记账、结算和清算，到账周期长，比如跨境支付到账周期在三天以上，费用较高。以PayPal为例，普通跨境支付交易手续费率为4.4%+0.3美元，提现到国内以美元进账，单笔一次35美元，以人民币进账为1.2%的费用。

区块链去中介化、交易公开透明和不可篡改的特点，没有第三方支付机构加入，缩短了支付周期、降低费用、增加了交易透明度。在这一领域，Ripple支付体系已经开始了的实验性应用，主要为加人联盟内的成员商业银行和其他金融机构提供基于区块链协议的外汇转账方案。国内金融机构中，招商银行落地了国内首个区块链跨境支付应用，民生银行、中国银联等也在积极推进。

2)数字票据

该领域痛点在于三个风险问题。操作风险：由于系统中心化，一旦中心服务器出问题，整个市场瘫痪；市场风险：根据数据统计，在2016年，涉及金额达到数亿以上的风险事件就有七件，涉及多家银行；道德风险：市场上存在“一票多卖”、虚假商业汇票等事件。

区块链去中介化、系统稳定性、共识机制、不可篡改的特点，减少传统中心化系统中的操作风险、市场风险和道德风险。

目前，国际区块链联盟R3联合以太坊、微软共同研发了一套基于区块链技术的商业票据交易系统，包括高盛、摩根大通、瑞士联合银行、巴克莱银行等著名国际金融机构加入了试用，并对票据交易、票据签发、票据赎回等功能进行了公开测试。与现有电子票据体系的技术支撑架构完全不同，该种类数字票据可在具备目前电子票据的所有功能和优点的基础上，进一步融合区块链技术的优势，成为了一种更安全、更智能、更便捷的票据形态。在国内，浙商银行上线了第一个基于区块链技术的移动数字汇票应用，央行和恒生电子等也在测试区块链数字票据平台。

3)征信管理

该领域的痛点在于：数据缺乏共享，征信机构与用户信息不对称；正规市场化数据采集渠道有限，数据源争夺战耗费大量成本；数据隐私保护问题突出，传统技术架构难以满足新要求等。在征信领域，区块链具有去中心化、去信任、时间戳、非对称加密和智能合约等特征，在技术层面保证了可以在有效保护数据隐私的基础上实现有限度、可管控的信用数据共享和验证。国内目前中国平安在开展区块链征信方向的探索，创业公司如LinkEye、布比区块链等也在这一领域进行尝试。4)资产证券化

这一领域业务痛点在于底层资产真假无法保证；参与主体多、操作环节多交易透明度低出现信息不对称等问题，造成风险难以把控。数据痛点在于各参与方之间流转效率不高、各方交易系统间资金清算和对账往往需要大量人力物力、资产回款方式有线上线下多种渠道，无法监控资产的真实情况，还存在资产包形成后，交易链条里各方机构对底层资产数据真实性和准确性的信任问题。

区块链去中介化、共识机制、不可篡改的特点，增加数据流转效率，减少成本，实时监控资产的真实情况，保证交易链条各方机构对底层资产的信任问题。目前，欧美各大金融机构和交易所都在开展区块链技术在证券交易方面的应用研究，探索利用区块链技术提升交易和结算效率，以区块链为蓝本打造下一代金融资产交易平台。在所有交易所中，纳斯达克证券交易所表现最为激进。其目前已正式上线了FLinq区块链私募证券交易平台。此外，纽交所、澳洲交易所、韩国交易所也在积极推进区块链技术的探索与实践。国内多家金融机构、百度、京东、蚂蚁金服等也在积极推进基于区块链技术的资产证券化业务，其中百度金融先后与华能信托、长安新生等落地了国内首单区块链技术支持证券化项目和区块链技术支持交易所ABS项目。5)供应链金融

这一领域的痛点在于融资周期长、费用高。以供应链核心企业系统为中心，第三方增信机构很难鉴定供应链上各种相关凭证的真伪，造成人工审核的时间长、融资费用高。

区块链去中介化、共识机制、不可篡改的特点，不需要第三方增信机构鉴定供应链上各种相关凭证的真实性，降低融资成本、减少融资的周期。

国内上市公司易见股份与IBM合作发布了国内首个区块链供应链金融服务系统 “易见区块“；宜信、点融网与富金通、群星金融等机构也推出了相关应用。6)保险业务

随着区块链技术的发展，未来关于个人的健康状况、事故记录等信息可能会上传至区块链中，使保险公司在客户投保时可以更加及时、准确地获得风险信息，从而降低核保成本、提升效率。区块链的共享透明特点降低了信息不对称，还可降低逆向选择风险；而其历史可追踪的特点，则有利于减少道德风险，进而降低保险的管理难度和管理成本。

目前，英国的区块链初创公司Edgelogic正与Aviva保险公司进行合作，共同探索对珍贵宝石提供基于区块链技术的保险服务。国内的阳光保险于2016年采用区块链技术作为底层技术架构，推出了“阳光贝”积分，成为国内第一家落地区块链应用的保险公司。中国平安、众安保险、中国人寿等多家保险公司也在推进区块链技术应用落地。&3.0：区块链 + 行业应用

随着区块链技术在金融领域应用的不断验证，其技术优势在其他行业领域也逐渐体现出价值。目前，医疗健康、IP版权、教育、文化娱乐、通信、慈善公益、社会管理、共享经济、物联网等领域都在逐渐落地区块链应用项目，“区块链+”正在成为现实。

1)区块链 + 医疗

医疗领域，区块链能利用自己的匿名性、去中心化等特征保护病人隐私。电子健康病例（EHR）、DNA钱包、药品防伪等都是区块链技术可能的应用领域。IBM在去年的报告中预测，全球56％的医疗机构将在2020年前将投资区块链技术。

目前，国外如飞利浦医疗、Gem 等医疗巨头和Google、IBM等科技巨头都在积极探索区块链技术的医疗应用，也有Factom、BitHealth、BlockVerify、DNA.Bits、Bitfury等区块链技术公司参与其中。国内，阿里健康与常州市合作了医联体+区块链试点项目，众享比特、边界智能等区块链技术创业公司也在布局相关项目。2)区块链 + 物联网 物联网是一个非常宽泛的概念，如果将通信、能源管理、供应链管理、共享经济等涵盖在内，区块链技术的物联网应用将成为一个非常重要的应用领域。场景一：供应链管理

现代企业的供应链不断延长，出现零碎化、复杂化、地理分散化等特点，给供应链管理带来了很大的挑战。核心企业对于供应链的掌控能力有限，同时对假冒商品的追溯和防范也存在很大的难度。作为一种分布式账本技术，区块链能够确保透明度和安全性，也显示出了解决当前供应链所存在问题的潜力。

应用层面，IBM在16年就推出了一个区块链供应链服务，客户可以在云环境中测试基于区块链的供应链应用来追踪高价值商品，区块链初创企业Everledger 就使用了该项服务来推动钻石供应链实现透明度。在国内IBM也与易见股份合作了“易见区块链应用”，用于医药供应链及供应链金融领域。微软推出的区块链供应链项目Project Manifest也已经吸引了13家合作伙伴，行业涉及汽车零部件件、医疗设备等。

初创型区块链公司仍然是区块链供应链项目落地的主体，国外如Skuchain主要开发区块链供应链的解决方案，解决贸易融资当中的痛点，实现无纸化；Everledger主要开发钻石防伪的区块链应用；Chronicled利用区块链技术来帮助验证收藏类运动鞋； BlockVerify主打药品的追踪溯源等。在国内，除了上述提到的易见供应链应用外，众安科技推出了一项基于区块链技术的鸡养殖追踪系统；区块链初创公司食物优提供了一套基于区块链技术的农场供应链客户系统，已对接全球500多家农场，在提供验证溯源服务的同时，还会提供基于物联网的农业大数据分析，精准营销获客等服务，以增加服务附加值；唯链（VeChain）开发了一个基于区块链技术的透明供应链平台，与Chronicled类似，也是从奢侈品流通溯源入手，已经和10多个行业客户展开合作。等等。

场景二：共享经济

共享经济是“去中心化”的典型例子。如Airbnb对接了有闲置房屋或者床位的房东和租房者，Uber、滴滴对接了闲置的汽车和乘客，摩拜、ofo提供的共享单车，等等。但共享经济始终面临的一大问题便是信用缺失。区块链技术可以很好的解决这个问题，区块链去中介化、共识机制、不可篡改的特点能有效解决人与人之间信任基础薄弱、个人信用体系不健全等阻碍共享经济发展的因素。

基于以上特点，在共享经济领域，Airbnb、Uber和滴滴、摩拜和ofo都在主动拥抱区块链，希望借助区块链技术提升效率、降低成本。创业公司中，赑特数字科技推出了运行在区块链上的物联网智能锁系统，以此切入共享经济领域。场景三：能源管理

分布式能源的发展带来的一个问题是微电网的管理以及与现有的中央电网之间如何平衡。区块链具有分布式账本和智能化的合约体系功能，能够将能源流、资金流和信息流有效地衔接，成为能源互联网落地的技术保障。

在国外，欧洲能源巨头TenneT、Sonnen、Vandebron也在与IBM合作运用区块链技术，将分布式弹性能源整合至电网，以确保供电平衡。纽约初创LO3 Energy和ConsenSys合作，由LO3 Energy负责能源相关的控制，ConsenSys提供区块链底层技术，在纽约布鲁克林区实现了一个点对点交易、自动化执行、无第三方中介的能源交易平台，实现了10个住户之间的能源交易和共享。

国内也有一家能源区块链初创企业Energo Labs，提供基于微电网和区块链的P2P清洁能源生产和交易平台及解决方案，目前在菲律宾已经有落地的试点项目，另外在澳大利亚和泰国也设立了分公司。另外，能链众合打造的能源区块链实验室也在开发适用于能源环保行业的区块链分布式账本以及企业级区块链应用。除了上述提到的三大应用场景，区块链技术在物联网领域还可应用于充电桩共享、工业互联网、智能家居等领域，不一而足，本文不再展开讨论。3)区块链 + IP版权&文化娱乐

互联网流行以来，数字音乐、数字图书、数字视频、数字游戏等逐渐成为了主流。知识经济的兴起使得知识产权成为市场竞争的核心要素。但当下的互联网生态里知识产权侵权现象严重，数字资产的版权保护成为了行业痛点。

区块链去中介化、共识机制、不可篡改的特点，利用区块链技术，能将文化娱乐价值链的各个环节进行有效整合、加速流通，缩短价值创造周期；同时，可实现数字内容的价值转移，并保证转移过程的可信、可审计和透明，有效预防盗版等行为。

目前，区块链行业致力于解决版权问题的项目已为数不少，国外如Blockai帮助艺术工作者在区块链上注册作品版权；Mediachain针对图像作品进行认证和追溯；Ascribe进行知识产权登记；Decent发布了一个去中心化的数字版权管理解决方案，等等。

在国内，海螺区块链与“猪八戒网”合作完成了基于海螺链构建的OneFair平台和猪八戒网的对接；亿书则瞄准的是数字出版行业，做一个集写作、出版、分享为一体的综合平台；ETChain泛娱链打造IP数字资产交易平台；国内首个获得虚拟货币交易许可的区块链资产交易平台——黑石区块链也将IP作为第一批交易品种。另外像YOYOW、纸贵科技、物链、知产链IPChain等创业公司也都在涉足IP版权领域。4)区块链 + 公共服务&教育

在公共服务、教育、慈善公益等领域，档案管理、身份（资质）认证、公众信任等问题都是客观存在的，传统方式是依靠具备公信力的第三方作信用背书，但造假、缺失等问题依然存在。区块链技术能够保证所有数据的完整性、永久性和不可更改性，因而可以有效解决这些行业在存证、追踪、关联、回溯等方面的难点和痛点。

应用层面，如普华永道与区块链技术公司Blockstream、Eris合作提供基于区块链技术的公共审计服务；BitFury与格鲁吉亚政府合作落地区块链技术土地确权；蚂蚁金服区块链公益项目；索尼基于区块链的教育信息登记平台，和数软件针对教育行业的区块链项目，等等。综合来看，作为一项基础类技术，区块链在众多具备分布式、点对点交易、去信任等特点的行业领域都有极大的应用价值，现阶段整个区块链产业生态仍处于起步阶段，各行业应用大多还有待探索和试验，各行各业的应用不一而足，本文不再展开讨论。有兴趣的朋友可以进一步研究，也欢迎交流。

Part Four：区块链领域的投资思考 Q：数字货币或挖矿类项目的投资机会

就比特币而言，经过了7、8年发展，比特币已经是目前最成熟的区块链体系，围绕其生态相关的项目对于早期投资而言基本上已经过了时间窗口，市面上的交易平台已经有很多成熟的渠道（据统计，比特币在国内三大交易平台成交超过80%），新平台机会很小；矿机制造商也有临近上市的。宏观而言，比特币POW验证的模式瓶颈明显，未来相关业务是否会继续存在是个问题。对于VC机构而言，围绕比特币生态相关的项目投资价值已经比较低。9月4日，央行等7部委下发了《防范代币发行融资风险公告》，禁止代币融资交易平台从事法定货币与代币、“虚拟货币”相互之间的兑换业务，这一领域的投资机会也基本关闭了。Q：ICO的投资价值与风险

ICO（Initial Crypto-Token Offering），首次加密代币发行，源自股票市场的首次公开发行（IPO）概念，是区块链项目首次发行代币。

具体来讲，ICO就是区块链项目通过发行代币向投资者众筹，而项目运营的情况将会反映在代币的价值上，这样投资者和创业团队就都能享受到代币带来的收益。可以说，ICO使得开源IT社区里，第一次有了针对开发者的激励机制。

对于区块链这样的早期技术，退出周期很长，而参与ICO，投资代币能够获得投资资金的流动性。因此，国内外有一些机构成立专门投资ICO的基金，或直接以ICO的方式募集基金来投资ICO项目。但对于大多数基金机构而言，ICO项目的风险依然过高，估值定价、资金管控等都不透明。9月4日下发的《防范代币发行融资风险公告》明确界定ICO为非法融资，宣告了ICO的死刑。这一领域不论是机构投资者还是个人投资者，都不建议参与。Q：底层技术类项目的发展 国内做底层技术的公司，一类是基于以太坊智能合约进行的修改和优化；一类是基于自定义的加密算法、共识机制等研发的区块链协议。从整个业态来看，像比特币、以太坊这种底层技术平台是开源的，因此对做底层技术及协议层的公司来说，不管是基于国外开源代码改进还是自己重新架构，都需要找到一个可持续的商业模式。

通常来说，技术类公司的发展选择有两种：一种是建系统、搭平台、布局生态；另一种是技术输出，帮助客户做应用。有理想的公司都希望做成开放式平台，吸引各类开发者、创业者来开发自己的应用。但搭平台前期比较难产生收入，投入高周期长，以前只能找VC投资，现在还可以依靠ICO融资，但风险依然很大，而且必然面临巨头的竞争，孰输孰赢很难预料。

如果从应用切入，前期的投入少、门槛低，如果场景无缝衔接，很快就能变现。但这种“技术提供商”的模式很容易把自己变成一个劳动密集型的公司，实现规模化发展压力大；比较理想的状态是将应用模块很好地产品化，与集成厂商合作推广行业应用。国内很多区块链创业公司往往选择同时涉足技术服务和平台两种模式。通过技术服务快速实现技术落地和盈利，支持平台研发；通过平台来布局未来，同时也能获得更好的市场估值。目前区块链底层协议的成熟度和稳定性都还有很大欠缺，这也给优秀的技术团队提供了更大的发展空间。长期来看，掌握底层核心技术研发及优化能力的团队更有机会成长为底层技术和协议开发的平台公司，基于对性能和安全性及应用场景的不同需求开发公有链或联盟链，然后上面生长嫁接出很多不同行业的应用。我们认为这种平台应该是具备特定的行业属性或者功能属性的。

Q：区块链应用场景的挖掘

区块链本质上是通过数学密码学解决了人与人之间价值交互的信任及公平性问题，是对现有互联网技术的升级补充。所以从这个意义上来说，它会对非常多的行业产生非常大的影响。但并不是所有行业都适合应用区块链技术。如何分析区块链应用场景呢？我们可以参照以下的逻辑： 第一，一个好的区块链技术应用场景一定会涉及到多个信任主体，大家需要有去信任中介的方式来合作。

第二，一定是主体之间有比较强的合作关系，这是商业的需要。

第三，目前的区块链技术还只能用于中低频交易，是否可以满足交易需求。第四，商业模式一定要完备、可持续。

从上述逻辑来看，金融、供应链管理、交通运输、能源管理、电子政务等都是适合区块链融合应用的领域。另外，区块链领域的应用大体上可以分两大类。一类是用区块链的技术解决现今用其他技术已经解决的一些问题，但区块链技术能更好地降低成本或者提升效率；另一类是用区块链解决之前已有技术不能解决的问题。目前的区块链应用还是以第一类为主。Q：区块链会不会是个泡沫？

目前有一个误区，认为各种电影、音乐、图片、大数据都可以运行在区块链上，事实上短期内是不太可能的。目前主流公有链技术区块都还是几MB级别容量，如果把很多数据写进区块，区块链的大小会短期内膨胀到无法存储。如果把比特币区块链比喻成DOS系统，那么以太坊类的支持智能合约的就像windows95/98。所以就不难理解为什么说区块链技术有很大潜力，但是目前还处在比较早期。

从Gartner发布的2017年技术成熟度曲线来看，区块链正在从期望膨胀期进入幻灭期，市场泡沫依然存在，但也已经出现了以太坊、超级账本、Open Blockchain等可商业化的底层协议，行业应用逐渐增多。对于一种新兴技术，我们往往会在短期内高估它的价值，但在长期的时间轴线上又往往会忽视它的影响，因此，对于区块链技术我们始终抱有一种谨慎而乐观的态度，多关注行业内的创业公司，你会发现改变随时都在发生。

区块链目前仍是一项进化中的技术，虽然近期比特币及ICO监管问题给区块链生态带来了极大的负面影响，但整个区块链生态仍在持续进化和完善中。免责声明

生物技术及应用 篇6

粉末活性炭-生物处理技术是一种强化生物工艺.本文介绍了该工艺的设计方法以及作者在不同化工废水处理中的应用实例,表明该技术在处理难生物降解的工业废水中有很好的应用前景,而且经济上可行.

作 者：吴浩汀 孔宇 作者单位：吴浩汀(东南大学环境工程系,南京,210096)

孔宇(南京市市政设计研究院有限责任公司,南京,210096)

物联网技术及应用 篇7

1 物联网概述

到2010年每个人将拥有10亿个晶体管, 该技术已被嵌入到数十亿台设备中;2011年网络用户将会达到20亿户, HSPA (高速分组接入技术) 将促进三种屏幕融合 (电视、电脑、手机) ;数以万计的事物利用物联网紧密相连。

1.1 物联网的定义

物联网的定义是通过射频识别 (RFID) 、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备, 按约定的协议, 把任何物品与互联网、移动通信网相连接, 进行信息交换和通信, 以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网是通过智能感知、识别技术与云计算、泛在网络的融合应用, 被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

1.2 物联网的特点

(1) 全面感知, 利用RFID、传感器、二维码等各种的感知设备随时随地的采集各种动态对象, 全面感知世界; (2) 可靠传送, 利用以太网、无线网、移动网将感知的信息进行实时的传送; (3) 智能控制, 对物体实现智能化的控制和管理, 真正达到了人与物的沟通; (4) 泛在服务, 物联网以无所不在、无所不包、无所不能来实现在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能通信。

2 物联网的发展及现状

1995年, 比尔·盖茨在《未来之路》中首次提到物联网时, 迫于当时网络终端技术的局限使得这一构想无法真正落地, 转眼16年后, 物联网再次登场, 一跃成为了各国关注的焦点。

1999年, 在美国召开的移动计算和网络国际会议提出了, “传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。

2009年1月28日, 美国总统与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”, IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念, 建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。

2009年8月7日, 温家宝总理在考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时指出, 把传感系统和3G中的TD技术结合起来, 加快推进传感网发展, 尽快建立“感知中国”中心。

物联网产业发展迅猛, 2009年国内RFID市场规模就将达50亿元, 年复合增长率为33%, 其中电子标签超过38亿元、读写器接近7亿元、软件和服务达到5亿元的市场格局。随着物联网的应用和推广, 中国物联网产业链1年就能创造约1000亿元产值。

3 物联网架构

物联网架构主要有感知、传输、支撑和应用四大层 (如图1) 。网络感知主要通过各种类型的传感器对物质属性、环境状态、行为态势等静、动态的信息进行大规模、分布式的信息获取与状态辨识。传输层主要功能是通过现有互联网或移动通信网 (全球移动通讯系统、TD-SCDMA、无线接入网、无线局域网、卫星网等) 基础网络设施, 对来自感知层的信息进行接入和传输。支撑层在高性能计算技术的支撑下, 将网络内大量或海量的信息资源通过计算分析整合成一个可以互联互通的大型智能网络, 为上层服务管理和大规模行业应用建立起一个高效、可靠和可信的支撑技术平台。应用层根据用户的需求, 构建面向各类行业实际应用的管理平台和运行平台, 并根据各种应用的特点集成相关的内容服务。

物联网的行业特性主要体现在其应用领域内, 目前绿色农业、工业监控、公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通和环境监测等各个行业均有物联网应用的尝试, 某些行业已经积累了一些成功的案例。

4 物联网关键技术

物联网的关键技术有传感器技术、传感器网络技术、传感网络相关的通信技术、通信网络技术、物联网平台技术以及它们之间的结合技术。

传感器负责物联网信息的采集是实现对现实世界感知的基础, 是物联网服务和应用的基础。由于各种传感器存在的温度、压力、速度、湿度、高度、视频、图像、位置等的不同, 传感器所提供的信息接口存在巨大差异, 是对物联网终端规模化的最大挑战。

传感器网络形成了一套完整的物理层、链路层、网络层规范。传感网络有蓝牙、Wi-Fi、RFID、Wireless HART等相关通信技术。传感器终端具有IP化、功耗低、体积小、信息双向传递、免人工维护等智能化。

通信网络技术为物联网数据提供传送通道, 适应物联网低数据率、低移动性等业务需求。

物联网平台技术主要是和物联网终端之间, 以及现有网络、系统间进行配合, 以提供物联网能力给不同的物联网应用, 在网络架构上, 构建一个能适合多个行业应用的统一业务平台, 为跨行业的统一信息服务提供支撑。随着物联网的进一步发展, 发展到协同感知, 甚至泛在服务的阶段后, 必然需要考虑更为有效的物联网架构、名址、路由、通信协议。

5 物联网技术应用

5.1 智能食品

物联网设计食品追溯终端设备, 工作人员将一只带有标签的黄瓜, 在终端的扫描口轻轻扫描一下, 设备终端的显示屏上便立即显示了该黄瓜的产地、育苗、种植、田间管理、采收、销售等一条龙信息, 黄瓜的生长流程一览无余。

同时使用物联网技术还可以在食品保鲜上得到应用。全球25%的食品在流通过程中而变质而损失, 这相当于每年4580亿美元经济损失, 在物联网时代下, 将智能 (RFID) 注入食物, 这样我们就能知道食物已运到何处, 监视食物到餐桌的温度, 监控它前往超市的温度, 保证到餐桌的食物依然新鲜, 从而改善我们的食物供应, 从源头保障食品的卫生安全, 并守护消费者的健康, 让生活更安全。

5.2 智能物流

智能物流是指货物从供应者向客户的智能移动过程, 例如智能运输、智能仓储、智能配送、智能包装、智能装卸以及智能信息的获取、加工和处理等多项基本活动。

将标签附在被识别物品上的表面或内部, 当被识别物品进入识别范围内时, RFID读写器自动无接触读写, 例如自动出库系统、自动入库系统、自动盘库系统、自动周转等子系统。在货物的运输中, 建立交通管理、车辆控制、车辆调度等子系统。实现大范围、全方位, 实时、准确、高效的综合运输管理系统。

5.3 智能家电

我国正迎来一个无线城市、物联网建设与发展的热潮, 在网络融合、云计算和物联网的推动下, 智能家电迎来全新的变革。

智能家电无线网络主要包括了一个家庭网关以及若干个无线通讯子节点。在家庭网关上有一个无线发射模块, 每个子节点上都接有一个无线网络接收模块, 通过这些无线网络收发模块, 数据就在网关和子节点之间进行传送。

基于物联网的家电, 在充满物物感知的环境将产生新的应用。物联网技术的感知网络, 实现了家电与人互动过程智能人机识别等一系列的“触觉”, 而语音合成技术将实现家电开口说话的能力, 让家电能及时的将信息反馈给客户。如, 热水器中部件损坏了, 通过传感器件的感知, 并与后台数据交流, 在家电通知中心驱动语音合成芯片来实现开口说话:“热水器内胆故障, 请联系售后解决此问题, 离您最近的售后的电话为……”。同时家电的售后部门, 已经得知了消息并从计算中心找到了解决方案, 并可通过云计算处理新突发的事件。实现家电开口说话的能力, 只需要语音合成芯片或已经内置的语音合成软件。

5.4 网电杆塔监控

电为世界的进步提供了无穷动力, 然而, 预防时常发生的对于塔架进行螺丝拆卸, 支架割据等盗窃行为, 使用紧固件防拆探测传感网节点, 声阵列传感网节点等设备, 对于各类破坏塔架的行为进行识别使用喇叭、摄像头以及传感网基站进行联合报警, 使得电力公司可以准确定位, 及时取证, 尽早维修。

如图2, 防拆探测传感网节点, 声阵列传感网节点 (感知层) 等监测系统安装在电网杆塔上, 实施对电塔状态的实时监控、采集、分析和记录电网杆塔的相关数据以及语音、图像供监控中心计算机查询, 并在塔上异常事件时主动上传报警信息;3G/GPRS (传输层) 通过数据包、SMS、语音通信等方式进行数据传输, 监控中心云计算 (支撑层) 将图像、声音和其他数据在监控平面上显示, 同时云计算将异常信息发给相应人员手机或PC (应用层) , 从而对电网杆塔进行及时处理。

6 结语

物联网不仅将渗透到智能交通、智能城市、环境保护、节能减排、公共安全、智能家居等领域, 还将极大推动经济发展, 成为新的经济增长点。物联网技术、产业发展和应用将引发新一轮信息技术革命和产业革命, 是信息产业领域未来竞争的制高点和产业升级的核心驱动力。加快发展物联网产业, 不仅是我国提升信息产业核心竞争力、发展创新型经济的战略选择, 也是改造提升传统产业、促进“两化”融合、提升社会信息化水平的重要抓手, 对经济发展和社会生活都将产生深远影响。

摘要：近几年来, 云计算、三网融合、互动数字电视和物联网技术受到了人们的广泛关注。本文介绍了物联网技术的研究背景、定义和概念。对物联网的发展现状和技术进行了研究, 以最具代表性的智能家电、智能物流和智能食品为例, 探索物联网在现实生活中的应用。

关键词：物联网,智能,应用

参考文献

[1]李轶君.物联网感知环境中的家电应用[J].

[2]张应福.物联网技术与应用[J].通信与信息技术, 2010 (1) .

[3]吴功宜.智慧的物联网[M].机械工业出版社, 2010.

[4]芬肯策勒, 吴晓峰.射频识别技术[M].电子工业出版社, 2006.

OTN技术及应用探讨 篇8

一、OTN技术原理与结构特征分析

（一）OTN系统的技术原理分析

OTN是一种利用G.709协议进行规范的新一代光传输网络技术，OTN光传输网络技术在实际通信传输应用中，从传统的数字传输与模拟传输形式，逐渐演变并形成一种进行数字传输与模拟传输管理实现的新标准，从而形成一种光传输网络新技术。与传统的通信网络传输形式相比，OTN光传输网络技术在传统的数字传输方式基础上，继承了数字传输中SDH网的优点，并且还进行了网络传输新能力与新领域的扩展，能够实现对于大颗粒的2.5G以及10G、40G业务的透明传输，并且在进行这些业务的通信传输过程中，还具有SDH网络的异步映射和业务透明传输等功能，在此基础上还扩展了OTN系统技术所独有的前向纠错技术，实现分层次与多网域的通信传输监视管理。

（二）OTN光传输网络技术的特征分析

OTN光传输网络系统技术主要具备以下功能特征。首先，OTN光传输网络系统技术在实际通信应用中，具有多种信号封装和业务透明传输的功能特征，这主要是由于OTN系统技术中应用的帧结构具有支持多种信号映射和支持透明传输网络体系的功能作用，像以太网技术形式等。其次，OTN系统技术在实际通信传输应用中，还具有大颗粒业务调度以及带宽复用、交叉、配置等功能作用，也就说说OTN系统技术在进行通信传输应用中，由于进行通信传输的业务为整体颗粒映射的状态，在通信传输过程中，不仅能够节约通信传输的通道资源，保证原有传输业务的完整性，同时还能够实现更优质通信通道的提供，便于进行通信网络的管理和维护。再次，OTN系统技术在通信传输应用中还具有完善性能字节，从而提高通信监控与管理能力，和加强网络通信传输中的组网与保护能力，有效降低通信传输网络的组网成本的特征。最后，OTN系统技术进行通信传输应用中，通信传输网络还能够对于倒换结构进行保护，这也是OTN系统技术在通信传输应用中一个比较突出的特征和优势。

二、光传送网（OTN）组网的先进性探讨

通过某地区运营商的城域传送网网络架构，阐述OTN技术的价值。

（一）网络简单清晰：城域骨干、汇聚和接入三层网络结构易设计、易维护，骨干层和汇聚层形成一体化网络，支撑固话、宽带和移动、专线等各种业务的传递，接入层支持多种方式的接入，如Mini-OTN、GPON、MSTP和PTN的接入，从而形成一体化的综合业务承载网；

（二）整个城域网从接入到骨干形成一个庞大的带宽池，提供端到端的业务快速部署；带宽池不受接入业务的束缚，根据不同业务的去向灵活支配带宽，使带宽可运营、可管理；对于接入的业务，不用考虑接入业务类型是否合适，不用考虑网络速率、距离和色散的限制，不用考虑接入点在骨干、汇聚还是在接入层，仅仅在源宿两端加入客户侧单板即可，业务即插即用，因此，未来的新型业务可以继续使用现网资源，延长网络生命周期，保护网络投资；

（三）对于未来的扩容，甚至新平面建设，在不确定业务的情况下，可以提前建设网络的带宽池平台，提前网络和业务规划、光纤和设备安装和带宽池的配置和测试，进而缩短未来业务商用时间；

（四）路由器数据设备借助OTN网络实现IP业务的“一站式”直达，避免了核心路由器的转发，使网络扁平化，任意扩展；相互协同减少了路由器的数量，整网成本和功耗大幅降低； 大规模数据网络的路由恢复时间超过50ms，同时一条物理路由有可能承载两三条不同的逻辑路由，如果物理光纤损坏，电信级保护（50ms）无法保证；IP网和OTN网络协同保护有效解决了这个问题，OTN网络提供光纤路径的保护，IP网提供站点和端口、逻辑的保护；

（五）骨干层采用T-bit电交叉容量的设备，支持海量业务集中调度，打破了核心站点的调度瓶颈，保证了大颗粒业务在电层的灵活调度，支持了多个线路方向调度和无缝隙转化，消除了以往多个子架的拼装组网，消除了以往ODF子架的光纤转接，消除了昂贵的O-E-O模块数量，形成大容量的全交换网络，快速部署大量突发性的需求，如GE/10GE专线、波长出租等业务；同时T-bit设备集成度高，节省了占地面积，降低了网络功耗；

（六）消除了波长碎片，波长利用率为100%，100M～40G任意业务统一封装到ODUk（k=0，1，2，3），ODUk子波长灵活调度，任意组合，共享10G/40G线路带宽传输，实现了全业务的单波长统一承载，因为根据业务容量“量体裁衣式”按需分配带宽，充分发挥了传输带宽效率，带宽“零空隙、零浪费”；相比传统方式，波长使用数量急剧减少；

（七）丰富的保护方式，覆盖从业务接入到光缆传输的任何一点，根据客户业务的需求，分别 提供客户侧、线路侧和光缆的保护，倒换时间均小于20ms；

（八）骨干层平滑支持智能ASON功能，抗多次光纤失效，其中，电层智能支持波长/子波长ODUk的端到端自动配置，摆脱了光波长的限制，单个波长内，某些通道级别高可以采用智能特性，某些通道采用传统保护；同时提供多种智能保护级别，不同级别客户选择不同的保护方式；

（九）OTN设备丰富的光电开销信息，提供类SDH的网络维护和管理，提供端到端的性能监视和故障诊断，增加了网络透明度，快速问题定位，节省维护成本；

（十）在低碳时代，OTN网络更是难得的选择，OTN使网络扁平化，减少了传输。数据等设备的数量，大幅降低整网能耗；同时OTN网络提供静态和动态节能，通过ASIC和光电集成技术，实现高密度板件设计，降低了单端口功耗，T-bit大容量交叉大量减少ODF子架转接，节省机房面积，降低配套能耗（如空调等）；动态关闭未用端口、单板、备份单板等方式降低了站点功耗。

三、总结

面对即将到来的超带宽时代，OTN技术是目前看来最适合的城域传送网技术。相信在不久的将来，更加切合未来城域光网络特点的OTN技術会得到广泛应用，将成为运营商营造优异网络平台，拓展业务市场的首选技术。

参考文献

[1]王凤敏.城域网中OTN与PTN演进与应用探讨[J].电信工程技术与标准化，2012（5）.

[2]丁树义等.中石油管道通信OTN传输网[J].通信技术，2011.

[3]刘刚，杨鹏，徐洪亮.OTN技术组网及应用研究[J].邮电设计技术，2010（9）.

[4]马秀莉等.全光网络的若干管理问题[J].深圳大学学报（理工版），2004.21（2）.

[5]孟祥东.基于OTN设备的组网技术研究[D].北京邮电大学，2010.

[6]吴秋游.面向多业务的OTN演进[J]邮电设计技术，2010（9）.