物质过程（共10篇）
物质过程 篇1
中国是畜禽养殖大国,特别是近年来畜禽养殖规模化、集约化的迅速发展使畜禽粪便的环境污染问题变得日益严重。同时,畜禽粪便含有丰富的N、P、K等植物营养元素,是农业生产中良好的有机肥源,堆肥化处理是实现畜禽粪便资源利用最主要的手段[1,2]。但在畜禽粪便堆制腐熟过程中,由于氨挥发造成氮素养分的损失,不仅降低了其农用价值,还会产生严重恶臭、酸雨等新的环境污染问题。堆肥化处理过程中氮素损失量高达77%[3]。有关畜禽粪便堆肥化处理的研究以往主要集中在如何缩短堆制时间和控制腐熟进程、腐熟度等方面,而对畜禽粪便堆制腐熟过程中氮素损失途径、损失量以及如何控制氮素损失的研究不多。鉴于此,我们以猪粪为堆肥材料,观测分析猪粪堆肥腐熟过程中氮素的主要形态及其含量变化规律、氮素的损失形态、损失时间和损失量以及添加稻草和微生物菌剂对减少氮素损失的效应,以期为减少畜禽粪便堆肥化处理过程中的氮素损失提供理论依据。
1 试验方法
1.1 堆制材料
猪粪取自黑龙江省双城养猪场粪便;稻草取自黑龙江省农业科学院试验田,经过粉碎机切割为2 cm左右的小段秸秆。菌剂从天津市农业资源环境研究所购买。堆肥原料基本性状见表1。
1.2 堆肥方案
猪粪堆肥处理采用好气模拟培养,阶段性采样后进行分析的方法,共设3个处理,分别为猪粪;猪粪∶稻草=2∶3;猪粪+稻草+微生物菌剂(100 g·t-1)。
试验步骤为:调猪粪含水量至50%～60%,从2006年4月24日至5月28日进行堆肥培养,共35 d。每天定时测定温度,并打开培养箱进行通风供氧15 min,每隔1 d进行翻堆供氧并加水调节样品含水量,根据样品温度调节培养箱的温度,使其保持低于样品温度1～2℃,避免畜禽粪便热量损失和防止人为升温的影响[4]。分别在0、7、14、21、28、35 d取样测定温度、pH以及TC、TN、NH+4-N、NO-3-N、有机氮等。
1.3 测定项目与方法
称取10 g新鲜堆肥样品,用去离子水按1∶10在室温条件下以200 r·min-1振荡1 h,纱布过滤并经离心机以10 000 r·min-1离心30 min,上清液用定量滤纸过滤,收集滤液备用。
水溶性有机氮采用有机碳分析仪;TN采用凯氏定氮法;水溶性NH+4-N纳氏比色法;水溶性NO-3-N采用紫外分光光度法。
2 结果与分析
堆肥过程中碳源、氮源是微生物直接用来合成自生命体的重要组成部分,有机物料中起始有效态氮物质及分解过程中产生的碳、氮强烈地影响整个堆体的分解过程和氮的生物固定,而堆肥过程中的氮素形态主要为氨态氮、硝态氮和有机氮。
堆肥过程中氮素转化主要包括两方面:氮素固定和氮素释放。通常在堆肥结束后,氮素有一定的损失,这主要是由于有机氮的矿化和持续性氨的挥发以及硝态氮的可能反硝化。
2.1 猪粪堆制过程中温度和pH的变化
2.1.1 温度变化
堆肥过程中温度的变化反应了堆体内微生物活性的变化和有机物料的转化。温度对于猪粪的分解及物质转化具有很大的影响。
由图1可看出,高温期温度的高低和持续时间的长短是堆腐处理能否成功的关键。处理中加入菌剂和稻草比单纯猪粪发酵升温快,在达到50℃以上的高温快7 d以上,持续50℃以上的高温达12 d以上,说明添加稻草和菌剂能显著提高堆肥发酵温度,满足堆肥无害化要求,缩短堆肥周期。刘克峰等[5]研究不同微生物处理对猪粪堆肥质量的影响时发现加入菌剂能加快堆肥的升温速度,调节堆肥碳氮比,促进堆肥中生物毒性物质的分解。
2.1.2 pH变化
pH随堆腐时间和温度的变化而变化,由图2可知,三个处理在堆腐过程中pH变化均呈现大体相同的先升高后下降的趋势。在整个堆肥过程中pH:处理3>处理2>处理1。已有的研究认为腐熟无害的堆腐产品一般呈弱碱性,pH为8～9[6]。
适宜的pH可使微生物有效地发挥作用,保留堆肥中有效的氮成分,而pH太高或太低都会影响堆腐的效率。据研究富含纤维素和蛋白质的物料堆腐的最佳pH接近8.0,因其对底物有更大的降解能力[7]。
2.2 猪粪堆制过程中TN含量的变化
三个处理TN含量在0～35 d堆腐过程中呈下降趋势,在整个堆肥过程中处理1氮损失最严重, TN的损失主要是在堆腐的0～14 d内,碳源成了微生物生长的限制因素,有机物的分解速度慢,大量富裕的氮素在堆肥初期随着温度、pH的升高而出现损失。处理3因其适宜的C/N(堆肥过程中有机物料最佳碳氮比为25～35[8])以及大量微生物存在,能够将分解产生大量的NH+4-N及时转化为有机氮或者及时为微生物利用,表现为堆肥的氮素损失较小,其TN含量基本呈上升趋势,主要是因为堆肥的重量急剧下降。
2.3 猪粪堆制腐熟过程中NO-3-N含量的变化
表3表明:三个处理NO-3-N的变化基本呈现上升趋势。堆肥初始,由于高温环境强烈抑制了硝化细菌的生长活动,无机氮主要以NH+4-N形式存在,随着堆肥温度的降低,硝化细菌快速生长繁殖,NH+4-N转化为NO-3-N[9]。处理3 NO-3-N含量在整个堆肥阶段略低于其他处理,这可能因为此处理微生物含量较多反应剧烈,温度较高,抑制了硝化细菌的生长。
2.4 猪粪堆制腐熟过程中NH+4-N含量的变化
试验过程中的NH+4-N含量变化见表4:三个处理均为先升后降,堆肥初始阶段NH+4-N迅速上升。堆肥初期随着温度的上升,微生物氨化作用及有机氮的矿化分解,水溶性NH+4-N含量增加 [9],之后随着堆肥的进行,一部分NH+4-N被微生物同化,作为细胞质的氮源,一部分转化为NO-3-N,还有一部分以气态氨形式挥发,表现出NH+4-N含量逐渐减少。NH+4-N的变化趋势主要取决于高温、pH和堆肥材料中的氨化细菌的活性[8]。
2.5 猪粪堆制过程中有机氮含量的变化
有机态氮变化主要是通过含氮有机物的氧化和微生物自身的生命活动——氧化、还原、合成等过程产生的。
堆肥中有机氮主要分布在不同的微生物群落和腐殖质库中。有机氮作为堆肥的TN的主要组成部分与TN一样,在堆肥过程中有相同的变化趋势。从图3中看到三个处理有机氮含量有一个先降后升的过程,主要是因为堆肥开始阶段氮源充足,为满足微生物生长活动的需要,含氮有机物在微生物的作用下被分解为无机养分主要为氨气,为微生物提供了氮源以及氨气迅速流失导致初始有机氮下降。堆肥后期有机氮含量增加,主要是氨态氮转化而来, 处理2和处理3有机氮含量超过堆肥初期有机氮含量。
2.6 堆肥过程中氮素损失分析
堆肥过程中碳氮比、pH、温度、通风量以及初始态氨含量都会影响到氮的损失量。试验过程中对氮素分析表明三个处理的氮素总损失量分别为5.17、1.26、1.13 g,分别占原氮素含量的78%、43%、38%。其中氨态氮损失分别为1.97、0.91、0.91 g,占氮总损失量的38%、72%、80%;硝态氮分别增加了2、3、3 mg;有机氮损失分别为3.07、0.35、0.24 g,占氮总损失量的59%、27%、21%。可见在堆肥过程中主要是氨态氮和有机氮的变化,而硝态氮在堆肥初期几乎没有生成,到堆肥结束时硝态氮的含量也很少。所以高温堆肥过程中氮素损失主要是通过氨气的形式释放到大气中。从各种形态氮损失占氮损失百分比可以看出,在猪粪中添加稻草和菌剂,有机氮损失减少,而氨态氮损失增加,其损失的总氮量(以氨气形式释放到大气中)也减少。
3 结论
3.1 在猪粪中添加稻草和菌剂堆肥,全氮损失减少,损失量为原氮素含量的38%,而单纯猪粪堆肥其氮素损失量占原氮素含量的78%。
3.2 堆肥过程中三个处理氨态氮含量均表现出先升后降的趋势,处理1氨态氮损失最少,占氮总损失量38%,处理3氨态氮损失最多,占氮总损失量80%。
3.3 堆肥过程中三个处理有机氮含量均表现出先降后升的趋势,处理1有机氮损失最多,占氮总损失量59%,处理3有机氮损失最少,占氮总损失量21%。
3.4 堆肥过程中氨态氮和有机氮的变化最大,硝态氮主要在堆肥后期略有形成。
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物质过程 篇2
生物废弃物好氧处理过程中的物质变化
摘要：研究了通气量、压实度、颗粒度对生物垃圾好氧处理过程中还原糖、有机物含量变化的.影响.结果表明:还原糖开始迅速下降,最终达到稳定平衡;处理后1～3 d内有机物降解最快,随后降解缓慢;比较适宜的好氧处理条件为:通气量25 m3/(h・t),压实度0.247kg/L,颗粒度8 cm.作 者：刘盛萍 付子豪 俞志敏 吴克 金杰 蔡敬民 作者单位：合肥学院生物与环境工程系,安徽,合肥,230022 期 刊：安徽农业科学 ISTICPKU Journal：JOURNAL OF ANHUI AGRICULTURAL SCIENCES 年，卷(期)：, 35(14) 分类号：X17 关键词：生物垃圾 还原糖 有机物物质过程 篇3
摘 要：以玉米杂交种种子为试验材料，研究了胚乳无裂纹、胚乳单裂纹、胚乳双裂纹和胚乳龟裂纹种子贮藏物质转运、物质效率和物质消耗率。结果表明，随着胚乳裂纹数的增加其幼苗干质量呈降低的变化趋势。种子胚乳无裂纹的幼苗干质量最高，种子胚乳龟裂纹的幼苗干质量最低。胚乳裂纹造成贮藏物质转运率和物质效率降低，而物质消耗率却提高。在其萌发7 d时，胚乳无裂纹的贮藏物质转运率和物质效率显著高于龟裂纹的转运率和物质效率，而胚乳无裂纹的贮藏物质消耗率显著低于龟裂纹的消耗率。说明胚乳裂纹不利于幼苗利用种子贮藏营养物质，在种子生产中应该减少胚乳裂纹产生。
关键词：玉米种子；胚乳裂纹；贮藏物质效率
中图分类号：S513 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.09.005
Effects of Endosperm Crack on Storage Substance Transportation during Maize Seeds Germination
ZHOU Yi-han1，2，SUN Yang1，HE Zhang1，XIA Dong-dong1，ZHANG Zhi-an1
（1.College of Agronomy， Jilin Agricultural University， Changchun， Jilin 130118， China；2.Jilin Agriculture Engineering Vocational Technology College， Siping， Jilin 136001， China）
Abstract：Maize hybrid seeds with endosperm no crack， endosperm single crack，endosperm double crack and endosperm turtle crack were used as test materials. During seed germination，the changes of the storage substance transportation rate， consumption rate and material efficiency of seed germination were studied. The results showed that with the increase of the number of endosperm crack， the effect of endosperm on the dry weight of seedling of crack had the trend that the seedling dry weight decreased. The seedling dry weight of endosperm no crack was highest， and that of endosperm turtle crack was the least. The effects of endosperm crack on storage substance transportation rate， consumption rate and material efficiency of seed germination had the trend that crack caused the reduction of storage matter transportation rate and material efficiency， while the material consumption rate had been increased. During its germination of 7 days， the storage matter transportation rate and material efficiency of endosperm no crack was significantly higher than that of endosperm turtle crack. While the storage substance consumption rate of endosperm no crack was significantly lower than that of turtle crack. This study has provided that the endosperm crack has adverse effects on seeding growth， the endosperm crackles should be reduced in the seed production.
Key words： maize seeds；endosperm crack；storage material efficiency
种子在完成成熟脱水后，其种胚就进入了代谢非常微弱的相对静止状态。当种子萌发的时候，种胚又会从相对静止的状态逐渐转变成在生理上较活跃的状态，并且逐渐长成在营养上自给的幼苗。种子萌发的过程是一个贮藏有机物转化的、生长的过程，在这个萌发过程中，种子内部贮藏的、丰富的营养物质将被逐步分解与利用，并且能源源不断地为幼苗的发育提供能量来源，在贮藏物质逐渐被消化的同时，又将不断有新的物质合成并积累[1]；播期、收获期对玉米物质生产及光能利用具有调控效应[2]；籽粒大小和养分含量影响玉米的生长[3]；种子活力与田间出苗状况和产量密切相关[4-5]。
玉米种子在干燥、加工过程中容易产生胚乳裂纹，朱文学等[6]分析了玉米应力裂纹的显微结构变化。研究表明，胚乳裂纹对玉米种子萌发过程中保护酶活性具有显著影响[7]，但有关胚乳裂纹对玉米种子萌发代谢过程中贮藏物质效率的变化尚未见报道。本试验以胚乳裂纹玉米杂交种子为材料，研究了胚乳裂纹对玉米种子萌发代谢过程中贮藏物质利用的影响，以期为生产高质量玉米杂交种种子提供理论参考。
1 材料和方法
1.1 试验材料
供试材料玉米杂交种吉农玉885种子由吉林农业大学玉米研究所提供，首先根据玉米胚乳中存在裂纹的数量，将种子先分为无裂纹、单裂纹、双裂纹和龟裂纹等4种类型；然后对4种裂纹类型种子萌发过程的种子贮藏物质效率、物质消耗率、物质转运率进行测定。
1.2 测定方法
按国家标准农作物种子检验规程GB/T 3543.4技术规定[8]，采用砂床发芽，3次重复，每重复100粒种子。将培养7 d的4种胚乳裂纹类型的玉米幼苗淘洗干净后，用滤纸吸干其表面水分，装入纸袋中，放入烘箱105 ℃杀青0.5 h，然后80 ℃烘干至恒质量，称质量，同时将种子萌发后剩余的残留物进行烘干，称质量。根据下列公式计算种子贮藏物质运转率和贮藏物质消耗率[9]。
物质效率= 幼苗干质量/（发芽前种子干质量-发芽后残留物干质量） ×100%。
贮藏物质运转率 = 幼苗干质量/（幼苗干质量+残留物干质量-种皮干质量）×100%。
贮藏物质消耗率 = （种子干质量-幼苗干质量-残留物干质量） /（种子干质量-种皮干质量）×100%。
2 结果与分析
2.1 胚乳裂纹对幼苗干质量的影响
从图1可以看出，玉米种子胚乳裂纹对其幼苗干质量具有一定影响，表现为随着胚乳裂纹数的增加其幼苗干质量降低的趋势变化。种子胚乳无裂纹的幼苗干质量最高，种子胚乳单裂纹的幼苗干质量次之，种子胚乳龟裂纹的幼苗干质量最低。对胚乳无裂纹种子的幼苗干质量比较分析表明，胚乳单裂纹种子的幼苗干质量为无裂纹种子的幼苗干质量的97.5%，二者差异不显著（P>0.05）；胚乳双裂纹种子的幼苗干质量为无裂纹种子的幼苗干质量的95.4%，二者差异不显著（P>0.05）；胚乳龟裂纹种子的幼苗干质量为无裂纹种子幼苗干质量的93.5%，二者差异显著（P<0.05）。
2.2 胚乳裂纹对种子萌发时贮藏物质转运率的影响
从图2可以看出，玉米种子存在胚乳裂纹对其萌发时贮藏物质转运率具有一定的影响，种子胚乳裂纹会使其在萌发时的贮藏物质转运率降低。玉米种子在其萌发7 d时，胚乳无裂纹的贮藏物质转运率最高，胚乳单裂纹的次之，胚乳龟裂纹的最低。胚乳单裂纹种子萌发7 d时的贮藏物质转运率是胚乳无裂纹种子萌发7 d时的98.0%，二者之间差异不显著（P>0.05）；胚乳双裂纹种子萌发7 d时的贮藏物质转运率是胚乳无裂纹种子萌发7 d时的96.9%，二者之间差异不显著（P>0.05）；胚乳龟裂纹种子萌发7 d时的贮藏物质转运率是胚乳无裂纹种子萌发7 d时的94.9%，二者之间差异显著（P<0.05）。
2.3 胚乳裂纹对种子萌发时贮藏物质消耗率的影响
从图3可以看出，玉米种子胚乳裂纹对其萌发时贮藏物质消耗率具有一定的影响，种子胚乳裂纹使其在萌发时的贮藏物质消耗率明显提高。玉米种子在其萌发7 d时，胚乳龟裂纹的贮藏物质消耗率最高，胚乳双裂纹的次之，胚乳无裂纹的最低。胚乳单裂纹种子萌发7 d时的贮藏物质消耗率是胚乳无裂纹种子萌发7 d时的102.8%，二者之间差异不显著（P>0.05）；胚乳双裂纹种子萌发7 d时的贮藏物质消耗率是胚乳无裂纹种子萌发7 d时的111.5%，二者之间差异显著（P<0.05）；胚乳龟裂纹种子萌发7 d时的贮藏物质消耗率是胚乳无裂纹种子萌发7 d时的115.0%，二者之间差异极显著（P<0.05）。
2.4 胚乳裂纹对种子萌发时贮藏物质效率的影响
从图4可以看出，玉米种子胚乳裂纹对其萌发时贮藏物质效率具有一定的影响，种子胚乳龟裂纹使其在萌发时的贮藏物质效率显著降低。玉米种子在其萌发7 d时，胚乳无裂纹的贮藏物质效率最高，胚乳单裂纹的次之，胚乳龟裂纹的最低。胚乳单裂纹种子萌发7 d时的贮藏物质效率是胚乳无裂纹种子萌发7 d时的97.47%，二者之间差异不显著（P>0.05）；胚乳双裂纹种子萌发7 d时的贮藏物质效率是胚乳无裂纹种子萌发7 d时的92.8%，二者之间差异显著（P<0.05）；胚乳龟裂纹种子萌发7 d时的贮藏物质效率是胚乳无裂纹种子萌发7 d时的90.2%，二者之间差异显著（P<0.05）。
3 结论与讨论
种子发芽和最初期幼苗生长所要需的营养以及能量来源于种子中的贮藏物质。在全籽粒中，淀粉和蛋白质主要存在于胚乳内，而脂肪类物质主要集中于胚内。种子中最主要的贮藏物质是糖类物质，糖类物质是种子在生命活动中最主要的呼吸底物，在种子萌发过程中，贮藏的糖类物质为胚的生长和发育提供所必需的养分和能量。
杨力等[10]研究表明，收获时间不同的玉米种子在其萌发过程中保护酶活性有较大差异；欧阳西荣[11]研究表明，在较低温度发芽时，高活力玉米种子中胚乳蛋白酶活性比低活力玉米种子的高，并且在不同的温度条件下发芽，高活力玉米种子中胚乳蛋白酶活性变化较小。刘军等[12]研究认为，在玉米种子萌发期间，高活力种子中胚蛋白降解速度较中、低活力种子中胚蛋白的降解快，且高活力种子萌发前期胚蛋白合成能力较强。玉米种子在萌发、出苗过程中，种子胚乳内的贮藏物质被逐渐分解，一方面在呼吸过程中转化为能量，用于生长合成，另一方面通过代谢转化为新细胞的组成成分，贮藏物质的运转和利用受到种子本身化学组成、种子活力以及萌发环境条件等因素的影响。
本试验结果表明：胚乳裂纹影响其萌发时贮藏物质转运率、消耗率和物质效率。在玉米种子萌发7 d时，贮藏物质转运率和物质效率均表现为胚乳无裂纹>胚乳单裂纹>胚乳双裂纹>胚乳龟裂纹；而贮藏物质消耗率则表现为无裂纹<胚乳单裂纹<胚乳双裂纹<胚乳龟裂纹。胚乳龟裂纹种子萌发7 d时的贮藏物质转运率是胚乳无裂纹种子萌发7 d时的95.9%，二者之间差异显著（P<0.05）。胚乳双裂纹种子萌发7 d时的贮藏物质消耗率是胚乳无裂纹种子萌发7 d时的122.2%，二者之间差异显著（P<0.05）；胚乳龟裂纹种子萌发7 d时的贮藏物质消耗率是胚乳无裂纹种子萌发7 d时的127.1%，二者之间差异极显著（P<0.05）。说明胚乳无裂纹玉米种子更有利于贮藏营养物质在苗期的利用。
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生物质热裂解过程的节能与优化 篇4
生物质是一切有生命的,可以生长的有机物质的通称,是一种分布于世界各地的、普遍的、年年再生的无限产品[1]。秸秆是生物质的一种,是洁净的可再生能源,它的开发利用越来越受到人们的关注。我国作为农业大国,生物质资源十分丰富,每年农作物秸秆产量达7亿多吨,其中大部分被废弃燃烧,不仅污染环境,而且由于热效率低,造成能源的浪费。目前,生物质秸秆资源利用已成为国内外众多学者研究的焦点,生物质热裂解液化技术已被认为是最具发展潜力的生物质能技术之一,这一技术存在的问题是快速裂解的条件较难控制,热能利用率较低,因此,高效、综合地提高热裂解过程中的热能利用率,是生物质热裂解中急待解决的难题之一[2]。
1 生物质热裂解过程
生物质热裂解液化技术是在无氧或者缺氧的条件下,以103～104℃/s的加热速率将生物质加热至450～600℃,使生物质发生分子键断裂、异化和小分子聚合等复杂的化学反应,生成小分子气体(生物气)、可凝性挥发组分(生物油)及固体产物(焦炭)。因为固相在热裂解炉停留时间较长,二次、三次甚至多次裂解不可避免,产生小分子气体的量就越多,液体的量就越少。所以,生物质热裂解液化工艺条件十分苛刻,要求严格控制加热速率、反应温度以及固相停留时间和气相滞留时间[3]。
在生物质的转化工艺中,生物质热裂解技术是最具发展潜力的前沿技术之一。该技术能以连续的工艺和工厂化的生产方式将以农作物秸秆为主的低品位能源转化为高品质的易储存、易运输、能量密度高且使用方便的代用液体燃料——生物油。生物油不仅可直接用于现有锅炉和燃气透平等设备的燃烧,而且可以通过进一步改进加工,使液体燃料的品质接近于柴油或汽油等常规动力燃料的品质。相比于常规的化石燃料,生物油因其所含的硫、氮等有害成分极其微小,可视为21世纪的绿色燃料。同时,热裂解产生的副产品还有同样具有商业价值的中热值的燃烧气和炭。生物质热裂解加工及其产品见图1[4]。
2 生物质热裂解的节能与优化研究
近年来,由于能源逐渐匮乏,环境污染日趋严重,节能减排越来越受到人们的重视。因此,工业的节能降耗具有重要的经济效益和社会效益。目前,人们纷纷从各种途径寻找降低生产过程能耗的办法,并取得了很好的效果。夹点技术就是目前应用最广泛的热集成技术之一,它是将热力学原理和系统工程相结合,对工程系统的能量进行优化配置,提高系统的能量利用率,从而降低能耗[5]。
夹点技术是英国学者Linhoff于20世纪70年代在总结前人研究基础之上提出的,并逐渐发展成为一整套换热网络的设计法。该技术是以热力学为基础,从宏观角度分析过程系统中能量流沿温度的分布,从中发现系统用能的“瓶颈”所在,并给以解“瓶颈”的一种方法。夹点技术以整个系统为出发点,同以前只着眼于局部,只考虑某几股热流的回收、某个设备或车间的改造的节能技术相比,节能效果和经济效益要显著得多。应用夹点技术可以方便地找出换热网络中不合理的用能设备,对优化换热网络提供指导,使能量达到最大回收[6]。夹点分析时,将物流数据输入到夹点分析软件Aspen Energy Analyzer中进行处理,得到组合曲线夹点图。从图中得到冷公用工程用量、热公用工程用量、夹点温度、最小传热温差等参数,从图中找出换热网络的用能问题。
胡爱娟等利用夹点技术的人工神经网络法,研究糠醛渣(玉米芯和植物纤维)热裂解反应特性,预测生物质热裂解的产品分布和产量,为生物质热裂解过程的能量优化分析提供了基础性研究数据[7]。
生物质热裂解是一个吸热过程,需要源源不断地向反应器内提供热量。不同的研究表明,生物质热裂解所需的热量是比较少的,如NREL的研究得出,生物质快速热裂解所需的能量仅为230 kJ/kg;何芳等利用同步热分析仪确定小麦秸秆从303 K到773 K过程的升温和热裂解所需的总热量为558 kJ/kg[8];Dynamotive公司在流化床小试装置上的能量衡算表明,生产1 kg生物油所需提供的全部热量为2.5 MJ[9]。生物质快速热裂解一般得到50%～70%(wt)的生物油,其余产物为焦炭和燃烧气,每kg生物质热裂解得到的焦炭和燃烧气的总能量大于其热裂解所需要的热量,这表明完全可以利用热裂解副产物来为生物质热裂解提供能量,从而实现生物质的自热式热裂解[10],达到节能的目的。
图2为自热式生物质热裂解工艺流程。裂解炉出来的烟气在空气预热器中与冷空气换热,冷空气被加热后送入裂解炉,空气预热器中排出的烟气,经烟气冷却器冷却至150℃以下后,送入地槽对物料进行干燥,同时将物料间隙中的空气置换出来,降低氧的含量,避免氢原子与氧原子结合生成水。从裂解炉出来的裂解产物在旋风分离器中进行气固分离,炭粉送至炭粉冷却器,冷却后的炭粉进入炭粉除尘器分离,夹带炭粉的燃气送回裂解炉以调整裂解炉用热。从旋风分离器中分离出的气态生物质送精馏洗涤塔洗涤,塔顶排出的气体经冷凝器冷凝后进入油水分离器,分离出轻质油。精馏洗涤塔塔底的重油经冷却后得到重油产品。
自热式生物质热裂解工艺的主要特点是:热裂解炉用自身产生的燃气加热,不需要任何化石燃料;热量被充分利用,可通过调节裂解温度,调整所产生燃气的比率,一方面满足生产过程用热,一方面使装置的产油率最高;整个装置不排放任何污染物,洗涤塔底流出的含渣高沸点产物量少,且可作为锅炉燃料油使用。因此,该工艺流程能高效、综合地提高热裂解过程中的热能利用率,从而降低生产成本,提高炭、可冷凝气体和可燃气体或生物质燃料的产出率和质量。
李滨等利用ZRS200型锥式生物质闪速热裂解装置对生物质热裂解气液化冷凝技术进行了深入研究,该装置由喂入、反应器和收集三个主要部分组成,热裂解温度600℃。热裂解气的冷凝采用直混式对喷冷凝塔,使得从旋风分离器分离出来的热裂解气体,在冷凝塔中与冷的生物油直接接触,并在1～2 s内迅速冷凝成生物油[11]。这种直接接触式换热设备具有结构简单,没有间接换热热阻,传热效率高,节能效果明显等特点。
图3为ZRS200型锥式生物质闪速热裂解工艺流程。
青岛科技大学丁赤民等研发了下吸式移动床生物质秸秆闪速热裂解工艺[12],该工艺结合了自热式生物质热裂解工艺和ZRS200型锥式生物质闪速热裂解工艺特点,采用裂解产生的燃气作为裂解炉热源,燃烧后的气体用于脱除生物质原料中的空气,同时对原料进行预热;部分生物油循环,直接用于裂解气的洗涤,提高热利用率,达到节能目的。目前,该工艺已实现工业化生产。
图4为下吸式移动床生物质闪速热裂解工艺流程。
3 结束语
目前,世界各国都在对可再生能源进行研究,生物质秸秆作为一种洁净能源,其利用时SO2、NO2等危害气体排放量极小,而且具有CO2零排放的优点[13]。生物质热裂解过程依靠自身产生的热量进行供热,没有外界能量的输入,真正实现了节能减排。随着技术的不断进步和秸秆清洁能源成本的降低,我们深信,清洁秸秆能源的利用具有美好的前景。
摘要：生物质秸秆是一种洁净的新能源,具有硫、氮含量低,环境污染小等优点。生物质热裂解是一种很有前景的生物质高效利用方式。本文简要介绍了生物质热裂解过程,介绍了夹点技术、自热式热裂解以及移动床闪速热裂解的研究进展情况,并对国内生物质热裂解节能与优化的发展方向提出了建议。
物质过程 篇5
关键词：物质；实物；场；量子力学；量子场论
在高中阶段，物质被区分为实物和场两大类。然而，高中课本中并没有对物质的概念进行明确定义，只是提出“实物是由大量分子组成的”，而电场和磁场也仅被定义为一种客观实在。在这个阶段，实物和场有鲜明差异。随着高中物理学习的推进，特别是《物理（选修3-5）》量子论这部分知识的出现，实物与场之间的界限变得模糊，而且课本也没有明确对实物与场之间的关系进行解释。那么物质的这两种基本形态之间到底是什么关系呢？笔者试图对这个问题做进一步的剖析。
一、经典物理学中实物与场的定义与关系
经典物理学认为物质有实物和场两种基本形态。实物是指“具有静止质量的微观粒子以及由他们所组成的物体”，如质点、分子、原子等。其特点是有质量，有能量，有较为确定的界面，占据有限的空间等，是一种物质聚集的形态。而场是指“传递实物间相互作用的物质形态”，像自然界中存在的电场、磁场、电磁波、光、辐射等，其特点是无静止质量、有能量、波动性等。高中物理有四大主要模块：《物理（必修1）》和《物理（必修2）》中的质点的运动到牛顿定律（实物）；《物理（选修3-1）》和《物理（选修3-2）》中电荷、电流（实物）到电场、磁场、电磁波（场）的电磁学；《物理（选修3-3）》中的分子的热运动（实物）；《物理（选修3-4）》中的几何光学（实物）到电磁波（场）光学。从这几大模块的学习中，我们知道实物具有粒子性而场具有波动性，它们有鲜明的差异。以电磁场与实物为例：（1）电磁场是连续的，而实物是不连续的。（2）实物可以以任意速度在真空中运动，而电磁场在真空中却永远以光速运动。（3）实物占据的空间不能同时被另一实物占据（不可入性），但是几个电磁波却可以互相叠加。由此可见，实物和场是有着明显的不同的。在经典物理学看来，这两者从概念上是不能相容的。
二、近代物理学中实物与场的关系开始统一
随着物理学的发展以及黑体辐射、光电效应等问题的出现，量子化的观点开始被引入物理学中。爱因斯坦指出：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子后来被称为光子。按照爱因斯坦的理论建立的爱因斯坦光电效应方程解释了光电效应现象，而该方程式被美国科学家密立根通过试验所验证。这说明光作为一种电磁场不仅具有波动性，也具有粒子性。之后德布罗意的“物质波假设”说明实物粒子不仅具有粒子性，还具有波动性。这一部分内容在《物理（选修3-5）》中作了简要介绍，但比较抽象，学生课后多数表示不好理解，笔者在此作进一步的解释。
1925年，海森伯等人着眼于前期量子论的批判，发展矩阵力学。1926年，薛定谔根据德布罗意“物质波假设”建立了波动力学，并在不久后证明了基于波动性的波动力学与基于粒子性的矩阵力学在理论上等价，从而在理论上说明了实物粒子确实具有波粒二象性。这就使得实物与场之间的界限变得模糊起来。这两种理论后来融合为量子力学。量子力学是描述微观粒子运动的物理学科，在实物与场的两种形态中它侧重于实物的存在形态，阐述了实物与场的统一性。
爱因斯坦指出：“实物与场之间的区别，与其说是定性问题，倒不如说是定量的问题。实物是能量密度特别大的地方，场便是能量密度小的地方。把实物和场看作是彼此完全不同性质的两种东西是毫无意义的。”
三、现代物理学中实物与场的关系向“场是唯一的实在”发展
爱因斯坦设想，从“质能相当”出发，实物与场无定性区别，所以可否设想将实物归于场，“场是唯一的实在”。他提出，能否实现这一设想的关键是物理学理论的研究上要达到“改变场的定律，使它在能量密度极大的地方仍不至失效。”因为我们发现经典物理学的引力定律或者库仑定律等结构定律在场源存在的地方，即实物或带电体本身所在的地方便失效了。（场源问题高中课本是回避的，但是一部分物理程度较好的同学在课后会提出这个问题。）他说：“能否放弃实物概念而建立起纯粹是场的物理学？在这种物理学中，不容许有场和实物两种实在，场是唯一的实在，实物是空间中场特别强的一些区域。”
近年来，在量子力学与相对论基础上发展起来的量子场论在这方面取得了一定的成果：将实物归于场，场是更基本的物质存在形态。它强调了“相互作用场”的波粒二象性，也提出了“实物粒子场”，实现实物与场在概念上的统一。
在量子场论中关于物质存在的基本形式的观点是：
1.在物质存在的两种形态中，场是更基本的物质存在形态。这表现为任何一种粒子（包括实物粒子和媒介粒子）均对应一种场，我们称为“量子场”，粒子称为对应的“场量子”。实物粒子不过是场处于激发状态的表现。因此一个粒子对应一种量子场的激发状态。
2.量子场可以分为两类，它们对应的场量子不同。实物粒子场（如电子场、中子场等）：对应的场量子为实物粒子（轻子、夸克）。相互作用场（引力场、电磁场、弱相互作用场、强相互作用场）：对应的场量子为媒介粒子（引力子、光子、中间玻色子、胶子等）。这部分玻色子、胶子等粒子知识出现于《物理（选修3-5）》“粒子与宇宙”这一节，内容较为抽象，学生在课后也对此表示难以理解。
3.真空态是各种量子场均处于基态的状态。因此不存在任何物理粒子，只表现为场的一种物质存在形态，这进一步说明了场较各种粒子来说是更基本的形态。
4.物质间的相互作用表现为场之间的相互作用，粒子间的相互作用也表现为场之间的相互作用。实物粒子场间的相互作用在很多时候是通过相互作用场来传递的，也就是通过交换相应的相互作用场量子来实现。例如：物质间的引力相互作用是通过交换引力子来实现，带电粒子间的电磁相互作用是通过交换光子来实现。夸克间的相互作用是通过胶子来传递的。
5.在物理学理论上能够初步达到用场的运动规律去描述粒子的运动。从理论上初步做到了“场是唯一的实在”。在量子场论中，粒子间的相互作用就是相应量子场间的相互作用。一个量子场的“激发”即反映了粒子的产生，一个量子场的“去激发”即反映了粒子的消失。因此，量子场的相互作用是粒子产生、湮灭、相互转化的根源和机制。场是作为物质存在的更基本形态。
量子场论已经取得了初步的成功，并且还在继续发展。经典物理学发展到量子物理学的过程，是物理学研究从宏观进入到微观的过程，也是人们不断寻求对物质终极本性的理解过程。
总之，现阶段的高中课本在注重经典物理学内容的同时，关于量子物理这部分内容的设置比重比以往明显增多了。如：在《物理（选修3-5）》章节中安排了光的粒子性、粒子的波动性、概率波、不确定性关系、粒子和宇宙等，《物理（选修3-5）》的“科学漫步”中简要介绍了量子力学。《物理（选修3-5）》的“STS”是“从量子力学的诞生看科学技术与社会”。通过对量子物理知识的渗透，给学生在适当的地方开设“窗口”，开阔学生的视野，激发学生的学生热情，引导学生自主钻研，体现了新课改的时代性、基础性和选择性。但是这部分内容在课本中知识较为分散，缺乏连贯性，不易理解。因此笔者在课本内容的基础上结合部分大学物理内容，以学界对物质的形态认识过程为时间线索，将经典物理向量子物理的发展和物理学的研究从宏观进入到微观的过程做了一个较为浅显的剖析与阐述。
参考文献：
[1]人民教育出版社课程教材研究所物理课程教材研究开发中心.物理（选修3-3）（人教版）[M].北京：人民教育出版社，2010.
[2]人民教育出版社课程教材研究所物理课程教材研究开发中心.物理（选修3-1）（人教版）[M].北京：人民教育出版社，2010.
[3]人民教育出版社课程教材研究所物理课程教材研究开发中心.物理（选修3-5）（人教版）[M].北京：人民教育出版社，2010.
[4]李忠，齐淑静.物理学概念教学研究[M].长沙：湖南教育出版社，2000.
[5]人民教育出版社课程教材研究所物理课程教材研究开发中心.物理（必修1）（人教版）[M].北京：人民教育出版社，2004.
[6]人民教育出版社课程教材研究所物理课程教材研究开发中心.物理（必修2）（人教版）[M].北京：人民教育出版社，2004.
[7]人民教育出版社课程教材研究所物理课程教材研究开发心.物理（选修3-2）（人教版）[M].北京：人民教育出版社，2010.
[8]赵凯华，罗蔚茵.新概念物理教程——量子物理[M].北京：高等教育出版社，2001.
[9]熊钰庆，何宝鹏.量子力学导论[M].广东：广东高等教育出版社，2000.
景观设计中草图的物质化过程 篇6
1 草图表达的重要性
1.1 是自我意识的完整表达过程
在中国传统绘画创作中, 画家首先强调“立意为先”, 说明前期的思维意图、整体规划和成熟构思的重要性, 强调了“想”要大于“做”这一过程, 这是证明一件好的作品产生的前提条件。设计师完成一件环艺作品的过程中, 大部分的时间都处于“计划方案”这一阶段。你也许看到他们在那静静的坐着, 或者看见他们手里拿着笔时而画着、时而停下, 其实他们是在“想”和“构思”, 当然这并非是他们在“空想”, 而是有计划的把灵感或印象以草图的形式绘制出来, 形成初步的草稿。
对于设计师来说, 他们认为设计中最好的方法就是运用最适当的工具创作出理想的作品, 对他们而言最适当的工具无外乎就是一支笔、一张纸就能勾勒出他们思维中的草图。草图的构思是设计师在设计中的长期经验积累以通过灵感的形式表达出来, 它只是设计师脑海中一个抽象的轮廓, 设计师把这些轮廓通过绘画的形式用完美的线条一气呵成, 从而表达出草图。弗兰克·盖里所设计的古根海姆博物馆就是通过一张抽象的设计草图开始的, 从而设计出一个能与自然契合, 与景观交融的建筑。这就告诉我们一张抽象模糊的草图真切的反映了设计师的设计构思, 能通过人与人, 人与物, 人与自然的关系, 指导你不断的深入和修改它, 从而以实物的形象完美的展现给人们。
1.2 是具体沟通的有效呈现方式
景观设计作为与市场紧密联系的实用设计艺术, 怎样与设计需求方建立良好的合作关系非常重要, 这就要挑战设计师的设计方案怎样达到设计需求方的要求从而能进行愉快的合作。在计划方案阶段时要和设计需求方及时沟通, 了解设计需求方的想法, 沟通过程中计划方案包括所设计对象的功能与审美, 还包括工程的目标、质量、预算等一些实质性的问题。设计作为造型艺术, 是设计师的长期积累经验以灵感的形式通过草图表达出的, 能清晰表达自己的设计意图和思想, 让设计需求方一目了然。但在设计过程中还要不断的与设计需求方进行交流, 通过了解设计需求方的意图。从而在设计方案上进行全面的调整, 以达到最佳的设计方案。在设计方案定稿之后就到了正式绘制草图阶段。正式绘制草图阶段相对于方案设计而言比较简单, 主要通过电脑软件把设计师前期的方案计划和构思的草图更加准确详细的展示出来。由此可见, 草图阶段在整个设计过程中所占据的位置是多么的重要。但是现在很多的设计初学者很容易陷入一个误区, 总是用电脑软件表现出精细、真实的效果, 而忘记了设计最终的目的是反映设计师内心真实的内涵和感受。
2 草图表达的物质化过程
对于景观设计来说, 它最终表现出的形式有两种, 生产性建筑和非生产性建筑, 因为每个设计需求方对设计方案的方式及理念不一样, 这就需要设计师在整体的大环境背景下, 进行草图设计时做大量的前期工作。实地考察历史文化环境、民族民间风情、地域自然环境, 人居环境, 了解环境的功能及需求方的使用需求来进行草图设计。
完成一件环艺设计作品大致可分为四个阶段: (1) 计划方案阶段; (2) 初步草图设计阶段; (3) 正式绘制图纸阶段; (4) 施工阶段。草图阶段是设计师把自己内心所思所想通过视觉的形式传达出一种具有实际效用事物的活动。它大致分为两个方面:一是设计师将自己思维形式下的那个雏形图示表达的过程;二是指草图绘制的过程。广义的理解就是通过草图把这个设计方案让它以实体的形式完美体现出来;狭义的理解是, 把思维形式下所需要的各种元素通过完美的组合。正式绘制草图阶段是设计师用辅助工具电脑软件进行绘制, 把最初勾勒出草图雏形通过一些绘图软件做出更加真实的图片效果展示给设计需求方, 让设计需求方能显而易见的看见建筑最终的效果。在通过设计需求方的认可及各个主管部门审批之后就到了施工阶段, 需要技术施工人员把设计方给出的设计图纸、建筑施工红线范围、坐标、高程等进行施工, 最终展示给我们一个实用的三维空间。
3 草图表达的要点
3.1 对物理环境及功能的熟悉
在草图设计中, 应对建筑的通风、采光、绿化等功能设计方面有清楚详细的了解。例如:建筑环境的高度、进深、长度和迎风方位都会对通风产生影响, 所以在进行草图设计的时候要对建筑物的朝向、建筑物的间距以及建筑群的布局做到合理的规划, 以便达到最佳的设计效果。自然采光也成了设计中不可缺少的一部分。从美学角度来讲它可以丰富室内光环境, 还可以创造出人工照明无法创造的自然环境, 而且室内人员还可以享受室外的美景。自然采光还可以满足人们心里需求, 因为产生的光影图案变化可以使房间空间活跃, 清晰明朗的地表达室内的形体。绿化在设计中具有相当重要的意义, 一个城市的面貌需要园林绿地进行装饰, 一个单体建筑更需要室内外的园林绿地来进行渗透。可以使人们在钢筋水泥的居住环境中享受到田园的风光, 大大地丰富了建筑的艺术效果。绿化还可以有效地防治或减轻污染, 它起到吸碳制氧、吸滞粉尘、降低温度、调节湿度、消减噪音等多种作用。在草图设计时, 不同的建筑物具有不同的功能划分。但这些环境建筑的功能都应满足安全性、适用性、耐久性。
3.2 对形式美感的深入认识
3.2.1 元素及符号
景观设计作为空间与实体的造型艺术离不开点、线、面等基本元素, 这些元素的美学特征直接反映了空间的艺术形式。这些元素作为空间的一种形式符号在不同的位置、不同的组合会存在不同的视觉效果。色彩在景观设计中是作为生动、活跃的元素出现的, 因为一个建筑或一个空间最先进入我们视野的是它的色彩, 最能感染我们的也是色彩。图形图案在景观设计中得到广泛的应用。它成为了表现设计风格和体现艺术效果的一种视觉语言。它以符号、造型等方式来捕捉美感, 通过图案的谐音、形状含义及变形寄托感情、丰厚建筑的文化内涵、增强建筑特色和艺术感染力。
3.2.2 空间构成
一个建筑环境是通过若干空间构成元素营造出的一种主体调动多方位感官共鸣的形象。可以通过三个方面进行设计: (1) 空间的限定; (2) 空间的组合; (3) 空间的形象塑造。
在空间的限定上我们要注意到其限定方式 (水平限定、垂直限定、中心限定、分割限定) ;空间的分隔方式 (绝对分隔、局部分隔、虚拟分隔、弹性分隔) ;空间的限定要素的形态 (线要素、面要素) 。在空间的组合上我们要注意到其空间的组合形式 (单一空间的组合、多空间的组合方式) ;空间组合的艺术法则 (空间组合的艺术法则、空间的重复与再现、空间的渗透与层次) ;空间的指导与暗示 (景象、光线的导向, 空间中天花、地面、色彩图案的导向, 楼梯坡道的导向) 。在空间的形象塑造上我们要注意到其空间的围透关系 (封闭空间、开敞空间) ;空间的形状、比例 (平面形状、剖面形状) ;空间的形体与尺度 (绝对尺度、视觉尺度) ;空间的动与静 (动态空间可表达的生命力、静态空间的平和稳重) 。例如:人们在需要交往和观视时希望开放性强的空间, 而当独处和私密性活动时, 防干扰是极重要的条件, 希望封闭性强的限定空间。
4 对技法的熟练应用
对于一名设计师来讲, 图就是一切, 图纸本身就是决定胜负的东西, 图纸必须具有强烈的感染力。这就需要设计师完成草图构思的同时还需要他高超的绘画技法来表现草图。在具有高超的绘画技法同时, 设计师还应熟练的掌握透视基础、素描基础、色彩基础三个最基本的绘画要素。
在透视技法表现上要明确的区分一点透视、两点透视、三点透视, 对透视图中的视高、视距、视角有合理的规划, 体现出其美感。素描可以说是一切造型艺术的基础, 所以在素描技法表现上要充分表达出构图的形式美。可以通过构图、形体表现、光线的表现、质感的表现来进行草图绘画, 产生强烈的艺术效果。在色彩技法表现上可以通过色彩的基本原理;色彩间的搭配关系来进行草图绘制, 表达出思维中草图的颜色美。
5 结语
景观设计, 它是一门艺术与科学、技术相结合的专业, 艺术是它的核心, 科学、技术只是用来表现它的辅助工具。在景观设计中, 如果有一项设计项目开标, 肯定会有很多设计师来进行投标, 会出现多种不同的设计方案。这就需要设计师有新的设计理念, 独特的思想构思, 通过自己长期的设计经验, 再加上完美的表现技巧, 表现出独特的设计方案。设计师还需要明确知道除了自己的综合素养, 专业知识和表现技法之外, 最主要的是紧跟社会发展的节奏, 在各个层次上提高自己的审美水平。随着社会的发展, 科技的进步, 市场上不断涌现出许多新型的建筑材料和设计思潮。要求设计师随时观察社会的发展和变化, 避免出现与社会格格不入的现象, 才不会被社会淘汰。
参考文献
物质过程 篇7
某些标准物质可能只适用于某一物质方法或专属领域的应用。同时, 对于非有证标准物质, 在用于开展方法确认方面是受到限制的, 往往不能提供对方法检测溯源性与准确性方面的确认, 但非有证标准物质在开展测量质量控制方面往往是适用的, 在使用非有证标准物质进行日常质量控制的同时, 应注意尽可能以一定的使用有证标准物质。还应注意, 有证标准物质提供的标准量值之外的其他特性量值, 不能按照有证标准物质使用。
目前标准物质研制机构在标准物质证书中对特性量值尤其是标准物质以外的其他特性量值及其不确定度的描述存在着一定的差异, 例如:参考值、信息量、评估值、指示值、非标准值等, 一些量值类型提供不确定度信息, 一些不提供, 量值及不确定评定的严谨性也各不相同。对于各种来源的商业标准物质, 在特性量的表示方面可能更不规范, 需要谨慎选择使用。
2 标准物质基体、特性量及特性量水平的适用性
对于校准用的标准溶液物质, 溶剂基体的类型可能会影响标准物质在稀释时的溶解性, 或造成与实际样品在仪器灵敏度响应方面的差异。在采用多种单特性量值的标准物质配制混合标准溶液时, 必要时应考虑所使用标准物质的杂质本底在干扰情况;对于基体标准物质, 则应尽量选择与实际检测样品的基体和特性量浓度范围接近的品种, 因此在选购前应了解标准物质的基体、特性量水平等方面的信息, 包括一些可以反映标准物质基体组成的参考值或信息值;在形态分析或不同形态、价态灵敏度存在差异的情况, 如测定六价铬而不是总铬, 在标准物质的选择上应尤其注意, 同时, 标准物质使用者应注意, 基体标准物质与纯品或纯品溶液标准物质 (包括气体标准物质) 具有不同用途, 前者一般适用于开展分析方法的确认评价及测量质量控制, 而后者则适用于开展测量设备的检定或校准, 不能互相取代。
3 标准物质的最小取样量
标准物质是当今分析数据质量保证与监控系统中最重要的手段之一。正确使用标准物质的重要条件是遵循标准物质最小取样量的规定。然而当今高灵敏度、小取样量的现代主流分析技术, 同时也提醒分析方法研究者、质量管理者和标准物质研制者关注取样量的问题, 以使更新换代快的技术方法和相对滞后的监管方法 (包括标准物质) 得到协调发展。当标准物质证书中规定了标准物质的最小取样量, 那么使用标准物质时的实际取样量应不低于标准物质的最小取样量, 当小于标准物质的最小取样量使用时, 证书中声明的标准物质特性量值不确定度等参数可能会由于标准物质的不均性而不再有效。
4 标准物质使用中的通用常识与特殊规定
基于分析方法选择正确, 仪器运行稳定正常, 分析操作过程准确的前提下使用标准物质, 否则可能会导致错误结果。对于标准溶液物质, 在特性量值以质量体积浓度表示时, 应按照证书要求, 在规定的温度范围内保存和使用。在进行质量分数与质量体积尝试换算时, 也应注意引用证书中提供的不同温度下溶液密度数据。此外, 有些标准溶液物质并不是直接使用的, 需要经过一定的处理, 应做好这些过程的质量控制。例如:在校准COD测量仪器的校准, 需要使用COD标准溶液进行多点测量校准, 在配制COD标准溶液的过程中, 需要经过称量、干燥、溶解及稀释等多步骤操作后才能使其浓度范围适用于测量仪器的校准。
另外, 针对有些标准物质易挥发、易氧化等特殊性, 在转移等操作过程中要有必要的处理措施。对于证书中给出的一些使用注意事项也要特别留意。如易挥发性标准物质地, 在打开后应尽快使用;吸湿性标准物质, 要按照证书中规定的操作程序进行处理后再进行称量;对于标准物质证书上明确规定为一次性使用的标准物质, 应严格遵守此规定, 不得留存并再次使用;对于可多次使用标准物质, 为了避免玷污、挥发、吸潮、氧化等情况发生, 在使用时应保持环境清洁, 开盖时间尽可能短, 取样工具洁净, 取样方式正确, 用完后将瓶盖盖紧, 有外包装的应还原, 保持其包装完整性, 然后放回原处或其他妥善位置保存, 同时应有标准物质的使用记录, 以跟踪使用与保存情况。
对于使用自动进样器进行测量的情况。在多次、长时间进样过程中。标准物质可能要使用多次, 如果只使用一个样品盛放标准物质, 连续进样多次后可能导致易挥发的组分或溶剂挥发掉, 而且连续进样多次也会通过进样针带来污染, 影响测量结果。对于这种情况, 最好将标准物质分到多个样品瓶中。
5 标准物质的保存条件
标准物质的保存条件与标准物质量值的稳定性密切相关, 因此应注意证书中是否对标准物质的保存有特殊要求, 如冷藏、避光和开封后的保存等, 如果有, 应严格遵守。对于一些标准物质, 低温保存条件可能反而会导致缩聚、吸附等现象, 从而不利用保存其量值的稳定性, 这一点需要引起特别注意。
参考文献
[1]JJF-2012标准物质研制 (生产) 机构适用要求.
物质过程 篇8
随着煤、石油、天然气等常规能源的日益枯竭, 可再生能源的开发与利用已受到世界各国的高度重视。生物质能以其产量巨大、可储存和清洁性等优点成为最有发展前景的可再生能源, 专家认为, 生物质能源将成为未来可持续能源的重要组成部分, 到2015年, 全球总能耗将有40%来自生物质能源, 我国生物质能源极为丰富, 现在每年农村中的秸秆量约7.26×108吨, 相当于5×108吨标煤, 有着巨大的开发利用空间。生物质气化过程及其复杂, 模拟通常从热力学和化学平衡进行考虑, Philippe Mathieu[1]等则利用ASPEN PLUS软件模拟了生物质气化过程, 并且对不同参数的变化进行了灵敏度分析。Mehrdokht Behnam Nikoo[2]利用ASPEN PLUS软件建立了流化床气化模型, 模拟了温度、原料粒径、ER等因素对气化结果的影响, 发现模拟结果与实验值相吻合。赵向富[3]利用ASPEN PLUS软件建立了流化床气化模型, 空气-水蒸气气化时, 随着S/B增加, H2含量增加;当用水蒸气气化时, H2含量可高达55%, 热值为11 MJ/m3。本文利用大型流程模拟软件ASPEN PLUS中的Gibbs自由能最小化法建立了生物质气化反应器模型, 以空气为气化剂, 对气化过程进行了模拟分析。探讨不同原料、气化温度和压力对气化结果的影响, 为生物质气化方面的研究提供一定的理论依据。
1 生物质气化模型及气化条件
1.1 气化模型
基于大型流程模拟软件ASPEN PLUS中的Gibbs自由能最小化法建立了生物质气化反应器模型, 用高的主要反应器模块为Ryield和RGibbs[4]。本文模型利用热解 (Ryield) 、燃烧 (RGibbs) 和气化 (RGibbs) 三个反应器对生物质气化过程进行模拟, 流程图如图1所示。
流程图的基本思路是:生物质原料进入到RYIELD模块 (DECOMP) 中进行裂解, 裂解的产物包括气体部分和固体部分两大部分, 由SEP模块进行分离。固体部分与空气一同进入第一个RGIBBS反应器模块 (COMBUST) 中进行燃烧。气体部分和第一个RGIBBS反应器模块燃烧的产物及部分燃烧放热同进入第二个RGIBBS反应器模块 (GASIFY) 中进行气化。气化产物由SEPATATE模块分离出气体和固体, 气体流经SEPH2O模块, 得到干燥气体和水蒸气。裂解中的热量进入第一个RGIBBS反应器模块中, 并有部分热量损失流入第一个RGIBBS反应器模块中 (当热量为负值时, 表示反向流向) 。
生物质气化一般分为干燥过程、热解过程、氧化反应和还原反应四个阶段, 发生的反应主要有:
1.2 气化条件
为了研究不同参数对生物质气化产气结果的影响, 本文采用稻壳为气化原料, 该原料来自某生物质气化燃烧供热系统所用的原料。原料的成分分析如下表1所示:
气化剂选用空气, 空气温度为20℃, 压力为常压, 原料加料量为75 kg/h。热量损失按生物质地位热值的2%计算。
2 温度对气化结果的影响
由图2可以看出, 一氧化碳的体积分数随气化温度的升高先增大后减小, 700℃时最高为18.86%;氢气、二氧化碳和甲烷体积分数一直减少, 600℃时分别为22.07%、17.42%和1.91%, 900℃时分别为14.43%、11.81%和0.0026%。氮气的体积分数一直增加, 由气化温度为600℃时的45.78%增加到气化温度为900℃时的55.46%, 因为温度升高是以增大ER来实现的, 因此, 氮气的体积分数增加。气体热值随气化温度的升高而降低, 由600℃时的5.1867 MJ/m3降低到900℃时的4.1461 MJ/m3。原因是, 氢气和甲烷两者的减少直接导致气体热值的减少。
从图3可以看出, 气化温度升高, 气体产率也随之升高, 由600℃时的1.608 m3/kg升高到900℃时的2.296 m3/kg。原因主要是, 空气量增多使反应更加充分, 产气率随之增多;另一方面, 空气量的增多, 本身也导致了气体量的增多。气化效率随气化温度的先升高后降低, 700℃时最高为74.8%, 这是由气体热值与气体产率两者共同影响导致的。
3 结论
通过使用ASPEN PLUS流程模拟软件, 对生物质气化过程进行了模拟研究, 主要考察了气化温度对气体成分、气体热值、气体产率和气化效率的影响, 主要结论如下:
(1) 分析工艺流程的基础上, 建立了生物质气化模型, 结果表明模型是可行的。
(2) 气化温度由600℃升高到900℃的过程中, 气体产率由1.608 m3/kg升高到2.296 m3/kg, 气体热值由5.1867 MJ/m3降低到4.1461 MJ/m3, 700℃气化效率最高为74.8%。
摘要：基于大型流程模拟软件ASPEN PLUS中的Gibbs自由能最小化法建立了生物质气化反就器模型, 对气化过程进行了模拟分析。以空气为气化剂, 探讨了气化温度对气体成分、气体热值、气体产率和气化效率的影响, 模拟计算结果表明:在气化温度变化范围内, 700℃时气化效率最高为74.8%。
关键词：生物质气化,ASPEN PLUS,模拟
参考文献
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物质过程 篇9
将固体生物质转化为气体燃料, 称为生物质气化, 生物质气化是当今生物质能源利用技术研究的热点方向, 其基本原理是含碳物质在不充分氧化 (燃烧) 的情况下, 会产生出可燃的气体 (CH4、H2、CO) 。
对生物质气化过程的建模研究主要集中在对生物质的热解特性及流体动力特性等方面, 缺乏针对其气化过程特性描述的模型, 因此不利于进一步实现生物质气化过程的控制参数优化。本文建立了一种生物质气化过程的LS-SVM模型, 对生物质气化过程进行了研究。
1、最小二乘支持向量机
近几年, 发展出了一种新的机器学习方法, 那就是支持向量机【1】 (Support Vector Machine) , 它的核心内容是Vapnik等人在1992年至1995年之间提出来的。支持向量机作为统计学习理论中比较新型的理论, 与神经网络等方法相比, SVM具有很强的学习能力和泛化能力。由于支持向量机具有泛化性能优异、全局收敛、样本维数不敏感、不依赖于经验信息等优势, 因而其应用研究比较活跃。
支持向量机的原理比较复杂, 在很多文献中均有详细的介绍, 在此不再累述。
2、基于LS-SVM的气化过程模型的建立
为了便于模型的建立和验证, 同时为了保证模型的通用性和正确性, 本文建立一种简化的生物质气化过程的LS-SVM模型, 以当量比 (ER) 和气化温度 (T) 为模型输入, 以气体热值 (Lower Heating Value, LHV) 、气化效率 (Gasification Efficiency) 、气体产率 (Gas Yield) 为模型输出。构建最小二乘支持向量机模型对气化过程进行研究。
3、模型测试数据选取
我们知道, 竹子的C、H含量是比较高的, 所以竹子是比较适宜气化的生物质之一。文献[3]采用自行设计小型流化床实验装置进行了一系列气化和热解实验, 其中得到的生物质竹子的气化试验数据如表-1所示。本文采用文献[3]中数据建立气化过程模型, 并验证最小二乘支持向量机方法在生物质气化过程建模中的适用性。目的在于把此方法应用于不同生物质、不同工况的气化过程建模。
从表1可见竹子的气化气热值分布规律:当量比 (ER) 增加, 气化温度 (T) 和气化气热值都降低;相反当量比 (ER) 减小, 气化温度 (T) 和气化气热值都升高。
4、模型的验证
利用MATLAB软件进行仿真实验, 以竹子气化实验数据作为模型的训练和测试样本。表1中当量比分别为ER=0.2、ER=0.4、ER=0.6的12组数据作为模型的训练数据, 对模型进行训练。为了验证模型正确性, 对当量比ER=0.8的4组数据对应的气体热值、气化效率和气体产率分别进行仿真分析。
对于训练后的模型, 最后把测试样本输入训练好的模型进行泛化能力的检验。气体热值、气化效率、气体产率的平均相对误差分别为0.2075%、0.575%、0.15%。可以认为模型具有较好的泛化能力和拟合效果, 在实际过程中可以采用该方法对生物质气化过程进行模拟预测。气体热值 (Nm3/kg) 、气化效率 (%) 、气体产率 (Nm3/kg) 的预测结果及相对误差如表2--表4所示。
由于本文中用于训练的样本数据较少, 同时气体热值、气化效率数据值分布不均, 所以有些拟合结果误差值较大。本文中气体产率拟合结果较好, 误差小。本文方法的总体误差与其它模型相比, 具有较好的结果。如果训练样本较多一些, 拟合效果也会更好的。
本模型选取的样本数据只有16组, 样本数据较少, 同时气体热值、气化效率本身数据分布不均, 使得有些拟合结果误差较大。总体来来看, 本文建立的最小二乘支持向量机模型符合工程的要求, 说明应用最小二乘支持向量机方法建立的气化过程模型可行有效。
摘要：提出了一种基于支持向量机的生物质气化过程研究的新方法。采用竹子气化数据建立LS-SVM模型, 并验证最小二乘支持向量机方法在生物质气化过程建模中的适用性。结果表明:提出的LS-SVM模型预测方法是有效的。
关键词：MATLAB,支持向量机,预测
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物质过程 篇10
目前的研究主要集中在苦荞麦萌发过程中黄酮和蛋白等的研究上, 对于在萌发过程中淀粉和淀粉酶等物质的研究以及它们的分布变化情况的研究尚且不足, 因此本研究通过将苦荞麦萌发之后的苦荞麦芽剥离成种子部分和芽部分, 再分别测定分析主要的营养成分在苦荞麦萌发过程中的变化及分布情况, 为进一步提高苦荞麦芽的综合利用率、为开发苦荞麦芽新的功能产品提供一些理论基础。
1 试验材料与方法
1.1 材料与仪器
苦荞麦, 产自江苏宿迁;黄豆, 市售;其他试剂均为分析纯。
S-212型恒速搅拌器、HH-S24恒温数显水浴锅、PTY-B1000电子天平、DFY-500摇摆式高速中草药粉碎机、TGL20M-II台式高速大容量冷冻离心机、GZX-DH400-BS-II电热恒温干燥箱、LGJ-100F真空冷冻干燥机、FE20试验室pH计、HYP-1014消化炉、501A型超级恒温器和SPX-150A-JBS双制式恒温培养箱等。
1.2 试验方法
1.2.1 苦荞麦的萌发
苦荞麦→2%盐水浸泡3h→洗净→加水浸泡3h→沥水→22℃恒温箱培养→苦荞麦芽→剥离苦荞麦萌发出的芽部分和种子部分。
1.2.2 基本成分分析
粗蛋白测定采用GB/T 5009.5-2003 (N×6.31, 干基计) ;粗脂肪测定采用GB/T 5512-2008;粗纤维测定采用GB/T 5515-2008;水分测采用GB/T 10358-2008;灰分测定采用GB/T 9824-2008;淀粉测定采用GB/T 5514-2008。
1.2.3 淀粉酶活力测定
α-淀粉酶活力测定采用GB/T 5521-2008;β-淀粉酶活力测定参见文献[9]。
1.2.4 还原糖含量测定
还原糖含量测定采用GB/T 5009.7-2008。
1.2.5 总黄酮类含量测定
总黄酮类含量测定参见文献[10]。
2 结果与讨论
2.1 苦荞麦种子基本成分
苦荞麦种子的主要组分见表1。
2.2 水分含量
在浸泡过程中, 苦荞麦种子可以吸收基本与自身质量相当的水。由图1可知:在苦荞麦萌发过程中, 种子部分和整体的含水量上升明显, 而由于芽在萌发时含水量高导致上升趋势不明显。这是由于在萌发过程中需要大量的水参与呼吸作用和各功能物质的水解反应, 同时例如淀粉等的水解和转换产物具有较强的持水力, 芽的生长、细胞组织增大也需要极大量的水分, 因此含水量不断上升, 但是到了第6天之后, 基本趋于平缓, 说明在俺是培养箱中生长已达到最大值, 此时芽部分中含水量约为96%, 种子部分含水量约为80%, 总体水分约为92%。
2.3 粗脂肪含量
由图2可知:苦荞麦在萌发过程中总的油脂含量有下降趋势, 这主要是用于水解供能, 用于生长发育的需要。但是芽部分油脂含量上升明显, 种子部分的油脂有略微下降的趋势, 这主要是由于在萌发过程中芽所需要的能量远大于种子所需要的能量, 因此油脂被大量运送到芽中以供芽的生长发育。到了第6天之后, 基本趋于平缓, 芽部分中含油量约为2.2%, 种子部分约为4.2%, 总体约为3.5%。
2.4 粗蛋白含量
由图3可知:在萌发过程中, 总的蛋白含量也略有增加, 但是在培育过程中并没有添加含氮的物质, 同时种子也不可能利用空气中的氮气, 因此认为应该是含氮量的相对增加, 即在萌发过程中, 种子由于生长发育的需要消耗了一些供能物质导致总干基质量的减少, 而总蛋白含量并未减少, 从而使蛋白含量增加, 从13.78%增长至15%。种子部分中蛋白含量的增加则应该是淀粉的大量被降解运输导致相对含量的增加, 从第1天的14.08%上升至第8天的18.71%。芽部分由于细胞增生、生命活动的增加需要大量的蛋白质给予支持, 因此含量也明显增加, 从最开始的0.96%上升至8.29%。
2.5 淀粉含量和淀粉酶活力
由图4可知:在萌发过程中总体的淀粉含量基本是呈直线下降的趋势, 但是下降过程中明显看出有2个迅速下降的时段 (1~4d和5~8d) 和一个平缓的过渡期 (4~5d) , 种子部分的淀粉变化趋势和总体趋势是相同的, 而芽中前5 d积累的淀粉量很少, 说明淀粉水解主要在种子部分中进行, 而5~8d芽中的淀粉含量积累很快, 说明淀粉被大量运往芽中, 主要在芽中进行水解。
由图5和图6可知:两种淀粉酶的活力也可以得到上述体现, 在1~4d的时候α-淀粉酶活力保持的较高, 最高可以达到23.7U, 且种子部分的α-淀粉酶活力要大于芽部分的, 第4天之后, α-淀粉酶活力急剧下降至0.2U, 而此时β-淀粉酶刚刚从0.2U的活力开始增加, 第5天的时候就达到了29U, 之后逐渐增加, 到第7天时达到了最大值37.9U, 且芽部分的β-淀粉酶活力要大于种子部分。因此, 种子萌发时淀粉的水解分为2个阶段, 1~4d, 由α-淀粉酶水解淀粉, 主要是在种子部分中进行水解, 4~5d是过渡阶段, 由α-淀粉酶水解转变为β-淀粉酶水解, 5~8d, 由β-淀粉酶水解, 主要在芽中进行, 同时淀粉大量的从种子部分转移到芽部分, 在芽中得以积累。
2.6 还原糖含量
由图7可知:在萌发刚开始时, 还原糖的含量很低, 随着淀粉酶活力的增强, 淀粉不断水解, 还原糖含量不断增加。在1~4dα-淀粉酶水解过程中, 还原糖含量增长较5~8d的β-淀粉酶水解时的增长要慢, 这是由于α-淀粉酶是随机性的水解α-1, 4糖苷键, 剪切下的片段有大有小, 导致小分子的还原糖含量较少, 而β-淀粉酶则是沿着碳链一个一个的剪切麦芽糖, 因此还原糖含量大大增加, 且由于β-淀粉酶主要在芽中进行水解反应, 故而芽中的还原糖含量增长迅速, 到第8天时达到了33.3%, 而此时种子部分约为6%, 总体约为15.6%。
2.7 总黄酮类含量
由图8可知:总体的总黄酮类含量有着先下降后上升的趋势, 到第3天达到最小值939mg/100g, 到了第8天达到1 359mg/100g, 增幅达16.6%。其中种子部分基本稳定在1 000mg/100g, 而芽部分的含量从一开始的324mg/100g上升至第8天的1 955mg/100g, 增幅高达503%。这说明只对苦荞麦种子进行短时间的萌发培养会降低苦荞麦芽的营养价值, 还是需要适当延长培养时间。
3 结论
随着萌发时间的增长, 苦荞麦芽整体和种子部分的营养物质的变化趋势保持基本一致, 水分增加至92%和80%, 蛋白含量相对增加至15.03%和18.71%, 油脂减少至3.54%和4.18%, 淀粉减少至17.27%和21.75%, 这主要用于生命活动和细胞分裂, 同时还原糖增加至15.58%和5.91%;整体的总黄酮类呈现先下降后上升的趋势, 第
3 天最小值为939mg/100g, 第8天达到1 359mg/100g, 增幅达16.
6%, 而种子部分总黄酮类基本稳定在1 000mg100g。而芽部分的营养功能物质含量都不断增加, 水分增加至96%, 蛋白含量增加至8.28%, 油脂增加至2.38%, 淀粉增加至9.07%, 还原糖增加至33.28%, 总黄酮含量从324mg/100g上升至1 955mg/100g, 增幅高达503%。
在萌发过程中, 淀粉水解过程经历了2个阶段:1~4d主要由α-淀粉酶在种子部分中的水解;5~8d主要由β-淀粉酶在芽中的水解。
综合所有的营养物质, 苦荞麦芽最佳取材时间应在
4 d之后。
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