德士古水煤浆气化技术概况与发展

毕业设计（论文）

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德士古气化技术概况与发展

摘要本文简要介绍了德士古气化技术现状、原理、工艺流程，以及一些存在的问题。

煤气化，即在一定温度、压力条件下利用气化剂(O2、H2O或CO2)与煤炭反应生成洁净合成气(CO、H2的混合物)，是对煤炭进行化学加工的一个重要方法，是实现煤炭洁净利用的关键。1984年我国建设了我国第一套Texaco水煤浆气化装置，气化炉是水煤浆加压气化技术的关键设备之一。目前，国内外最常用的水煤浆气化炉是德士古气化炉。Texaco气化炉由喷嘴、气化室、激冷室(或废热锅炉)组成。其中喷嘴为三通道，工艺氧走一、三通道，水煤浆走二通道。介于两股氧射流之间。水煤浆气化喷嘴经常面临喷口磨损问题，主要是由于水煤浆在较高线速下(约30 m／s)对金属材质的冲刷腐蚀。喷嘴、气化炉、激冷环等为Texaco水煤浆气化的技术关键。

最后是对德士古气化技术的展望，还有新型煤气化技术发展前景，及发展重要意义。从我国经济发展全局出发，结合我国的能源资源结构和分布，寻求行之有效的替代石油技术，以缓解我国石油进口的压力．水煤浆代替燃油技术在国内外已经成熟，用水煤浆代替原油对我国国民经济发展具有重要的战略意义．

关键词德士古煤气化，水煤浆，气化炉，工艺烧嘴

目录

1.德士古水煤浆气化技术概述 (1)

1.1 水煤浆技术的发展 (1)

1.2 德士古水煤浆加压气化技术............................................................................ 错误！未定义书签。

2.德士古水煤浆气化工艺流程 (1)

2.1 制浆系统 (1)

2.2 合成气系统 (2)

2.3 烧嘴冷却系统 (4)

2.4 锁斗系统 (4)

2.5 闪蒸及水处理系统 (5)

2.6 德士古水煤浆气化工艺过程简述 (6)

3．德士古水煤浆气化反应原理 (7)

4. 德士古水煤浆技术发展的重要意义 (7)

4.1 水煤浆代替燃油是国家经济发展之需要 (8)

4.2 水煤浆产品有着巨大的国际国内市场 (8)

4.3 水煤浆是洁净燃料，环保效益好 (8)

参考文献 (9)

致谢 (10)

1.德士古水煤浆气化技术概述

德士古水煤浆加压气化工艺简称TCGP，是美国德士古石油公司Texaco在重油气化的基础上发展起来的。1945年德士古公司在洛杉矶近郊蒙特贝洛建成第一套中试装置，并提出了水煤浆的概念，水煤浆采用柱塞隔膜泵输送，克服了煤粉输送困难及不安全的缺点，后经各国生产厂家及研究单位逐步完善，于80年代投入工业化生产，成为具有代表性的第二代煤气化技术。

水煤浆是70年代末国际石油危机时出现的一项煤炭高新技术产品，它是由70％左右的煤炭、30％的水和少量添加剂组成的外观像重油的产品．水煤浆技术是将固态的煤燃料变为液态的煤基燃料．它既保留了煤的燃烧特性，又具备了类似重油的液态应有的特点．用它代替重油燃烧，是一种制备相对简单、便于运输储存、安全可靠的新型清洁燃料，在西方发达国家已经得到工程应用．我国是一个煤炭资源丰富而石油资源相对短缺的国家，煤炭消耗占我国能源总消耗的75％．随着我国工业化进程的加快的战略选择，是“十五”期间我国煤炭结构调整的一个重要方向，实施洁净煤战略，发展水煤浆技术是保证我国能源安全和可持续发展。

1.1 水煤浆技术的发展

能源是社会和经济发展的重要物质基础国外水煤浆技术的发展和应用主要受国际油价市场的影响, 多数科技发达国家是作为技术储备来研究。煤炭是我国的主要能源, 在未来的相当长的时间内, 我国能源以煤炭为主的格局不会改变, 自1990 ～2006年, 煤炭在我国能源生产构成中的比例已经超过75%。2005年, 我国能源生产构成: 原煤76.3%,原油12.6%, 天然气3.2% , 水电7.9%[ 1 ]。由此可见, 我国石油资源十分短缺, 同年我国石油净进口量1136亿t, 对外依存度达到4219% , 预计到2010年,

国产原油只能满足需求量的58%, 2020年我国石油对国际市场的依赖程度将达50%以上。因此, 立足于我国能源资源的特点, 开发煤代油技术, 对于我国的经济建设和能源安全具有战略意义。

水煤浆是70年代石油危机中发展起来的一种煤基流体燃料。它是由约70%的煤粉、30%的水和少量化学添加剂组成的混合体, 约2 t或215 t普通水煤浆代替1 t重油。因水煤浆具有良好的流动性和稳定性, 可以象油一样实现全密封储运和高效率的雾化燃烧。制浆过程基本上属于物理过程, 工艺简单, 生产成本低, 投资小, 属于一种见效快、节能和环保型的较为理想代油燃料。实际上, 水煤浆应用领域相当广泛, 如许多种类工业锅炉、窑炉等, 可以实现水煤浆替代燃油。

2.德士古水煤浆气化工艺流程

2.1 制浆系统

制浆系统用于水煤浆的制备。原料煤经煤称重给料机计量后送入磨煤机，同时在磨煤机中加入水、添加剂、石灰石、氨水，经磨煤机研磨成具有适当粒度分布的水煤浆，合格的水煤浆由低压煤浆泵送入煤浆槽中。

磨机高浓度磨矿制浆工艺：

原煤→破碎→高浓度磨碎→搅拌→滤浆→成品水煤浆

↑↑↑

水添加剂稳定物

图2.1.1 磨煤系统

2.2 合成气系统

水煤浆经高压煤浆泵加压后与高压氧气经德士古烧嘴混合后呈雾状喷入气化炉燃烧室，在燃烧室中进行复杂的气化反应，生成的煤气和熔渣经激冷环及下降管进入气化炉激冷室冷却，冷却后合成气经文丘里洗涤器进入碳洗塔，熔渣落入激冷室底部冷却、固化，定期排出。在碳洗塔中，合成气进一步冷却、除尘，并控制水气比，然后合成气出碳洗塔进入后工序。

图2.2.1 气化炉工艺PID

图2.2.2 碳洗塔工艺PID

2.3 烧嘴冷却系统

德士古工艺烧嘴是气化装置的关键设备，一般为三流道外混合式，在烧嘴中煤浆被高速氧气流充分雾化，以利于气化反应。由于德士古烧嘴插入气化炉燃烧室中，承受1400度座右的高温，为了防止烧嘴损坏，在烧嘴外侧设置了冷却盘管，在烧嘴头部设置了水夹套，并由一套单独的系统向烧嘴供应冷却水，该系统设置了复杂的安全连锁。

2.4 锁斗系统

落入激冷室底部的固态熔渣，经破渣机破碎后进入锁斗系统，锁斗系统设置了一套复杂的自动循环控制系统，用于定期收集炉渣。在排渣时，锁斗和气化炉隔离。锁斗循环分为减压，清洗，排渣，充压四部分，每个循环约30分钟，保证在不中断气化炉运行的情况下定期排渣。

图2.4.1 锁斗系统PID

2.5 闪蒸及水处理系统

该系统主要用于水的回收处理。气化炉和碳洗塔排出的含固量较高黑水，送往水处理系统处理后循环使用。首先黑水送入高压、真空闪蒸系统，进行减压闪蒸，以降低黑水温度，释放不溶性气体及浓缩黑水，经闪蒸后的黑水含固量进一步提高，送往沉降槽澄清，澄清后的水循环使用。

a MP a MP a MP PIC214:-0.053PIC213:0.109PIC212:0.706去沉降槽

来自

来自

去灰水罐

真空泵循环水

去灰水罐来自来自来自高压灰水泵

去文丘里来自冷凝液泵4

灰水闪蒸系统 1023-A

1023-

1022-

1022-

1023-

去地沟补充水

去火炬

1023-

去火炬1022-

去

真空闪蒸换热器

中压罐顶换热器

去地沟来自

来自

高压闪蒸罐顶换热器

真空泵分离罐

压力闪蒸分离罐

真空闪蒸分离罐

真空闪蒸罐

中压闪蒸罐

高压闪蒸罐

AR:氧含量<0.015mg/l

5

去锁斗冲洗水罐

去E-1311

去P-1205

去锁斗冲压去E-1310II

低压蒸汽

絮凝剂泵絮凝剂泵来自预热水泵来自来自

来自

灰水沉降及除氧系统 1023-

去P-2205

灰水罐

循环水1022-

一次水

1023-

软水

冷凝液

软水

去C-2202

絮凝剂槽絮凝剂槽软水去地沟低压灰水换热器低压灰水泵高压灰水泵

冷凝液泵除氧器

沉降槽

絮凝剂絮凝剂

图2.5.1 灰水处理系统

2.6 德士古水煤浆气化工艺过程简述

德士古水煤浆加压气化的基本工艺过程是用高压煤浆泵将煤浆送入烧嘴，同时将来自空分的高压氧也送入烧嘴，氧走烧嘴的外环隙和中心管，煤浆走内环隙，二者一起由烧嘴喷入气化炉中，充分混合雾化，在1350～1400 ℃温度下进行气化反应，生成的高温合成气和熔融渣一起流经渣口，激冷环、下降管，进入激冷室的激冷水中。高温合成气和熔融渣与激冷水直接接触激冷，激冷的目的是将高温气体直接冷却到该压力下的饱和蒸汽温度，将熔融渣冷却后沉积，实现气渣分离。分离出的渣经破渣机，通过锁斗定期排入渣池，由捞渣机捞出装车外运。激冷水是由激冷水泵从洗涤塔抽出，送入激冷环，并沿下降管内壁旋转均匀分布下流。激冷水在下降管内壁形成的水膜，不仅避免高温气流及熔渣与下降管内壁直接接触而保护下降管，同时也逐渐降低气体温度。在激冷水中激冷后的合成气沿下降管和上升管的环隙空间均匀鼓泡上升，出激冷室后，经文丘里洗涤器和洗涤塔进一步降温除尘，再送往CO变换。

图2.6.1 德士古水煤浆工艺流程

3.德士古水煤浆气化反应原理

水煤浆和99.6%纯氧经德士古烧嘴呈射流状太进入气化炉，在高温、高压下进行气化反应，生成以CO + H2为主要成分的粗合成气。

进入气化炉的水煤浆在气化炉内的反应过程大体可分为三个反应区段:裂解区、燃烧区、气化区。在裂解区主要进行了水煤浆中水分的蒸发、挥发份的脱除和热裂解,该过程需要的热量主要来源于炉内高温环境辐射的热量,回流过来的高温反应气的加热。煤脱除挥发份以后变成煤焦。在燃烧区主要进行的是燃烧反应。首先发生燃烧反应的是裂解区产生的可燃气体,以及少量的从回流区卷吸进来的反应气,紧接着发生煤焦的燃烧反应。燃烧反应的主要产物为CO2 ,只有在气化炉内的大部分氧气消耗

掉以后才产生CO的反应。气化炉内的氧气消耗过程为:与可燃气反应约占入炉总氧的10 % ,与煤焦反应产生CO2约占炉总氧的60 % ,与煤焦反应产生CO 约占炉总氧的30 %。与氧气的消耗情况相对应,煤焦的消耗情况为:燃烧产生CO2消耗煤焦总量的30 % ,燃烧产生CO约占煤焦30 % ,还有约40 %的煤焦在燃烧区未能参加燃烧反应而直接进入了气化区。在气化区主要发生煤焦和水蒸气的反应、煤焦和CO2的还原反应以及其他一些氧化还原反应。气化反应是气化炉内的主要反应,存在着化学反应平衡的问题,需要较长的时间,较多的热量,对气化反应的结果影响也比较大。在各阶段反应所需要的时间划分上,裂解反应和燃烧反应所占的比例很小,约占不到10 % ,气化还原反应所占的时间较多约占90 %以上。下面是气化炉内几种物质与碳的反应速率对比:

燃烧反应:C + O2 = CO2的反应速率为10000 ;

还原反应:C + H2O = CO + H2的反应速率为4 ,

C + CO2 = 2CO 的反应速率为1 。

从碳的反应速率可以看出,燃烧反应的速率非常大,还原反应的速率相对比较小,所以还原反应所占的时间比例比较大

水煤浆制备

其内容主要侧重于研究各种外在和内在因素对水煤浆流变性质的影响, 对高浓度水煤浆制备和改善水煤浆流变学性质等起到了至关重要的指导作用。煤炭特性对煤成浆性和煤浆流变性的影响[1]煤质是影响煤浆流变性的首要因素。能否制备出高浓度、低黏度水煤浆, 煤质是关键。这取决于煤的表面物理的、化学的结构特征, 包括煤表面亲水性、煤孔隙度及煤孔结构特征、煤岩相组成、煤矿物质组成、可磨性、介质中离子强度组成、煤表面电化学性质等因素。一般说来, 煤的变质程度越低, 煤中氧碳比越高, 亲水官能团越多, 内在水分越高, 孔隙越发达, 可磨性指数越小, 煤中所含可溶性高价金属离子越多, 煤的成浆性越差。

4. 德士古水煤浆技术发展的重要意义

4.1 水煤浆代替燃油是国家经济发展之需要

我国是一个少油、富煤的国家，已探明煤炭资源储量为1万亿t以上，按年产煤炭10亿吨计，可连续开采1000年．但石油探明储量人均仅为3 t，是全球平均值的12％．我国对燃油要求量很大，国内的石油产量远远不能满足国内经济发展的需求．从1993年开始，我国已成为石油进口国，1993年进口原油905wt，到2000年进口量已达6000多万t．国家每年为此约支付几百亿美元的外汇．随着我国经济的迅速发展，在国内石油产量还不会有大的增长情况下，我国进口石油仍呈上升趋势，而石

油供求形势和国际油价变动又不确定，仅1999年11月至2000年6月国际油价就7次大幅上升，造成我国的成品油大幅度上升，致使我国多支付达几亿美元的外汇，给国家的经济建设带来了很大的影响．这说明石油作为一种特殊的战略物资，它对国家的经济发展有着直接的影响．从我国经济发展全局出发，结合我国的能源资源结构和分布，寻求行之有效的替代石油技术，以缓解我国石油进口的压力．水煤浆代替燃油技术在国内外已经成熟，用水煤浆代替原油对我国国民经济发展具有重要的战略意义．

4.2 水煤浆产品有着巨大的国际国内市场

(1) 国内市场．随着我国国民经济的持续发展，产业结构发生了很大的变化，华东地区和我省的燃油量逐年增加.以1999年为例，我国燃油实际消耗量约4 x 10 t左右，华东地区和华南地区占燃油总量的60.51％，其中华东地区燃油，主要分布在上海、江苏和山东占总量的27.95％．共有燃油企业近1 500家．

(2) 国际市场．我国台湾省、日本、韩国及东南亚地区是缺少能源的地区，由于国际石油价格的攀升及核电废料难以处理等原因，这些国家和地区急需寻求新的替代能源．日本每年从山东的枣庄、兖州进口约5x10 t的水煤浆用于发电燃料，该水煤浆出口离岸价约50美元／t．台湾省的中国新电力香港国际投资股份有限公司已与大陆某公司签订有关水煤浆项目产品出口与技术合作的议向协议，第一期在2年之内对4 x 10 KW 燃油电站锅炉进行改造，年需进口大陆水煤浆约2 x 10 t，第二期需进口大陆水煤浆5 x 10t．韩国方面也有意向进口中国的水煤浆．据有关资料，韩国电站锅炉和工业锅炉若变水煤浆代潜燃油，则每年需进口水煤浆1 x 10 t左右．台湾省和韩国迫于国际油价的影响，对水煤浆的需求是急迫的，这是我国水煤浆打人国际市场极好的机遇．

4.3 水煤浆是洁净燃料，环保效益好

据统计，至1998年底，全国拥有几十万台中小型锅炉在直接燃用散煤(原煤)，每年燃煤量约3×10t，燃烧效率低，造成我国城市大气环境以总悬浮颗粒、S02、NOX、cch等为主要特征的严重煤烟型污染．统计资料表明，S02排放量的90％、烟尘排放量的70％是由直接燃煤排放造成的．因此从清洁环境、净化空气来看，用水煤浆替代烧散煤，是解决城市大气污染的一种较为经济的代煤环保燃料．另一方面，长期以来，由于矿产资源开发利用中忽视环境保护，使我国煤矿及国内采矿业的环境恶化问题仍未得到有效遏制．土地破坏，水生态平衡失调，“三废”污染日益突出，尤其是煤矿选煤厂的大量煤泥排放，严重污染环境，造成经济损失．用水煤浆技术可以有效利用和处理选煤厂大量的煤泥，如把煤泥制备成经济型水煤浆，供矿区和周围城镇锅炉燃用，不仅可变废为宝，节约煤炭，改善矿区环境，还可改善煤炭产品结构，增加煤矿企业经济效益，对煤矿企业产业结构调整和企业升级都具有现实意义。

参考文献

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光镊原理

1.1光镊技术简介 光镊是以激光的力学效应为基础的一种物理工具，是利用强会聚的光场与微粒相互作用时形成的光学势阱来俘获粒子的【4】。1969年，A. Ashkin等首次实现了激光驱动微米粒子的实验。此后他又发现微粒会在横向被吸入光束（微粒的折射率大于周围介质的折射率）。在对这两种现象研究的基础上，Ashkin提出了利用光压操纵微粒的思想，并用两束相向照射的激光，首次实现了对水溶液中玻璃小球的捕获，建立了第一套利用光压操纵微粒的工具。1986年，A. Ashkin等人又发现，单独一束强聚焦的激光束就足以形成三维稳定的光学势阱，可以吸引微粒并把它局限在焦点附近，于是第一台光镊装置就诞生了【5，6】。也因此，光镊的正式名称为“单光束梯度力势阱” （single-beam optical gradient force trap）。 由于使用光镊来捕获操纵样品具有非接触性、无机械损伤等优点，这使得光镊在生物学领域表现出了突出的优势。这些年来，随着研究的深入和技术的不断完善，光镊在生物学的应用对象由细胞和细胞器逐步扩展到了大分子和单分子等。目前，光镊常被用来研究生物过程中的细胞和分子的运动过程【7-10】，也常被用来测量生物过程中的一些力学特征【11-14】。 1.2光镊的原理与特点 众所周知，光具有能量和动量，但是在实际应用中人们经常利用了光的能量，却很少利用光的动量。究其原因，这主要是因为在生活中我们接触到的自然光和照明光等的力学效应都很小，无法引起人们可以直接感受到或观察到的宏观效应。而科学家们利用激光所具有的高亮度和优良的方向性，使得光的力学效应在显微镜下显现了出来，在这里我们要介绍的光镊技术正是以这种光的力学效应为基础发展起来的。 1.2.1光压与单光束梯度力光阱 光与物质相互作用的过程中既有能量的传递，也有动量的传递，动量的传递常常表现为压力，简称光压。1987年，麦克斯韦根据电磁波理论论证了光压的存在，并推导出了光压力的计算公式。1901年，俄国人П.Н.列别捷夫用悬在细丝下的悬体实现了光压的实验测量【15】。此后，美国物理学家尼克尔、霍尔也

水煤浆水冷壁清华炉气化技术

水煤浆水冷壁（清华炉）气化技术 水煤浆水冷壁（清华炉）气化技术一、概述 北京盈德清大科技有限责任公司是盈德气体集团有限公司与清华大学清华炉煤气化技术的发明人共同组建的合资公司，取得了清华大学的授权，独家经营清华炉煤气化技术，并与清华大学共同进行后续相关技术的研发和推广。 第一代清华炉耐火砖气化技术（非熔渣—熔渣分级气化技术）大型工业装置已分别在大唐呼伦贝尔（18/30项目）、鄂尔多斯市金诚泰化工有限责任公司（一期60万吨甲醇装置）、山西阳煤丰喜肥业（集团）临猗分公司投入运行，运行至目前三套装置均运行稳定，专家鉴定认为“该技术优于国外同类技术，具有国际先进水平”。 第二代清华炉水煤浆水冷壁技术是气化炉的燃烧室采用水冷壁型，气化炉内件本身是一台膜式水冷壁，安装在整个气化炉承压外壳中。气化炉运行时，气化反应段膜式壁固化的灰渣层，能够对水冷壁起保护作用，防止水冷壁管受到熔渣的侵蚀，达到“以渣抗渣”的效果。水冷壁清华炉煤气化技术对煤种适应性强，能够消化高灰份、高灰熔点、高硫煤，易于实现气化煤本地化。清华炉煤气化技术残炭含量低，废渣易于收集处理，废水无难处理污染物，正常生产过程中无废气排放；制浆用水可以使用工厂难以处理的有机废水，对环境友好。第二代水煤浆水冷壁清华炉煤气化技术的工业装置于2011年8月在山西丰喜投入运行，首次投料即进入稳定运行状态，并全面实现了研发和设计意图。至2012年1月9日计划检修，创造了首次投料并安全、稳定、连续运行140天的煤化工行业奇迹。水冷壁清华炉气体成份与水煤浆耐火砖炉气体成份相当，且不必每年数次更换锥底砖，定期更换全炉向火面砖，节约运行费用并提高单台气化炉的年运转率，为煤气化生产装置的“安稳长满优”运行创造了条件。 清华炉煤气化技术可应用于国家重点新能源领域，煤炭的清洁利用和石油、天然气替代项目。适用于合成氨、甲醇、煤制氢、煤制乙二醇、煤制烯烃、煤制油、煤制天然气、煤制芳烃、冶金、石化、陶瓷、玻璃、液体燃料及电力等行业。 清华炉煤气化技术为煤炭洁净化开发，利用丰富的“三高”煤资源走出了一条创新之路，第一代清华炉已有山西丰喜、山西焦化、内蒙金诚泰、大唐呼伦贝尔、惠生内蒙、江苏永鹏等多个生产厂家20余台气化炉建成运行或即将投运；第二代水煤浆水冷壁清华炉煤气化技术除山西丰喜运行外，已与石家庄盈鼎、潍坊盈德公司、克拉玛依盈德公司、中海石油天野化工有限公司、江苏德邦兴华化工科技有限公司、山东金诚化工科技有限公司、新疆天智辰业化工有限公司、河北正元化工集团公司、阳泉煤业（集团）有限责任公司、兴安盟乌兰泰安能源化工有限责任公司等十几家公司签约。目前，正在对在贵州水城矿业集团鑫晟煤化工有限公司和黑龙江北大荒农业股份有限公司浩良河分公司的水煤浆耐火砖炉进行水冷壁技术改造。这将为水煤浆水冷壁清华炉技术的推广、应用提供了更加广阔的发展前景。二、技术特点

专题19可持续发展(解析版)

2019年浙江省中考科学真题解析分类汇编 专题19 可持续发展 一、选择题 1.（2019·宁波1）“垃圾是放错位置的资源”。乱丢垃圾会造成资源浪费和环境污染，所以我们要将垃圾进行分类处理。废弃的草稿纸应放入下列四个垃圾桶中的（） A B C D 【答案】B 【考点】环境污染的危害性与防治措施 【解析】【分析】根据废纸可回收利用分析。 【解答】废弃的草稿纸应放到可回收物垃圾桶中； 故答案为：B。 2.（2019·嘉兴、舟山3）从2019年5月20日起，用普朗克常数定义质量的单位一千克，以代替工作了100多年的国际千克原器（如图）。下列有关质量的说法，正确的是（） A. 体积为1立方米水的质量为千克 B. 实验室可用弹簧测力计来测量物体的质量 C. 千克原器因生锈而质量减小，故不宜作为标准 D. 物体的质量不会随温度的改变而改变 【答案】D 【考点】质量及其特点 【解析】【分析】（1）水的密度会随着状态和温度的变化而变化； （2）弹簧测力计是测力的工具； （3）铁与空气中的氧气和水分发生反应生成铁锈，因此质量会增加； （4）质量是物质本身的一种属性，不随物质形状、状态、位置和温度的变化而变化。 【解答】A.如果水的密度是1g/cm3 ，那么1m3的水质量是1kg；但是水的密度会发生变化，因此1m3的水质量也会发生变化，故A错误； B.实验室用弹簧测力计测量物体的重力，而不是质量，故B错误； C.千克原器因生锈而质量增大，故C错误； D.物体的质量不会随温度的改变而改变，故D正确。

故选D。 3.（2019·衢州10）如图为小科与妈妈在牛排馆用餐的对话： 小科叙述中的“？”可能是（ C ） A.加热还原氧化铜反应时通入足量氢气 B.二氧化碳溶于水后加入紫色石蕊试液 C.加热氯酸钾制取氧气时加入二氧化锰 D.将氧化钙转化成氢氧化钙时要加入水 【答案】C 【分析】在化学反应里能改变反应物化学反应速率（提高或降低）而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂（固体催化剂也叫触媒）。 【解答】由小科与妈妈的对话可知，蛋白酶能够加速蛋白质的分解，这时酶起到催化剂的作用； 加热还原氧化铜反应时通入足量氢气，是为了使氧化铜完全被还原；故A不符合； 二氧化碳溶于水后加入紫色石蕊试液，是为了检测溶液的酸碱性；故B不符合； 加热氯酸钾制取氧气时加入二氧化锰，是为了加快反应的速率；故C符合； 将氧化钙转化成氢氧化钙时要加入水，是作为反应物参与反应；故D不符合； 故答案为：C。 4.（2019·金华、义乌、丽水1）生活垃圾通常可分为可回收物，有害垃圾，其他垃圾三类，处置矿泉水瓶的正确方法是（） A．扔进有害垃圾桶B．扔进其他垃圾桶 C．扔进可回收物垃圾桶D．看到垃圾桶就扔进去。 【答案】C 【考点】材料制造与环境保护 【解析】【分析】垃圾分类，指按一定规定或标准将垃圾分类储存、分类投放和分类搬运，从而转变成公共资源的一系列活动的总称。分类的目的是提高垃圾的资源价值和经济价值，力争物尽其用。 【解答】矿泉水瓶属于废旧塑料，可以重新利用，因此应该扔进可回收物垃圾桶里； 故答案为：C。 5.（2019·金华、义乌、丽水4）国际千克原器作为质量计量标准，有由铂铱合金制成，科学家发现其质量有微小变化。2019年5月20日，服役129年的国际千克原器退役，今后将使用普朗克常量来定义千克，以提

《光镊原理及应用》课程教学大纲

《光镊原理及应用》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程中文名称：光镊原理及应用 课程英文名称：Optical tweezers theory and application 开课学期：2 学时：16 学分：1 二、课程目的和任务 激光生物学是多学科交叉的新兴学科，其中以激光微束光阱效应为基础的光镊技术是生命科学和生物工程研究的有力工具，已成为当前生物物理学中新方法和新仪器的研究热点之一。是光子技术和生命科学相互交叉与渗透而形成的一门新的边缘学科，课程教学目标：让光镊在生命学科及其他应用领域中的作用与地位，逐步树立科学的世界观，促进综合素质的提高；帮助学生获得光镊的基本知识，掌握光镊相关技术。通过课程小论文与研讨，让学生了解本学科的发展前沿，培养学生的创造型思维；开放式的教学，提高学生的综合分析和解决问题的能力。 三、教学内容与基本要求 教学主要内容及对学生的要求： 教学主要内容 第一章 光镊技术的产生与发展 光镊技术的理论研究、光镊技术的应用研究 国内外光镊技术的研究现状 第二章 光镊技术及其基本原理 光镊技术的描述、光镊的基本原理、光辐射压力、 梯度力和散射力、二维光学势阱、基于激光微束的三维光学势阱 第三章 光镊的理论分析与计算方法 光镊理论计算的意义、粒子分类与计算方法、光阱力与光操纵束缚条件第四章 光镊的系统构成与技术性能

传统光镊的原理、系统构成、激光器和显微镜的选取、多光镊技术 第五章 光纤光镊技术 远场光纤光镊、近场光镊 第5章 光镊技术的发展应用 光镊技术在生物学方面应用、光镊在分子生物学领域的应用、光镊与其它技术的结合应用 对学生的要求： 1、 对光镊原理方法有明确认识。 2、 对光镊系统的性能、参数能深入了解，并能自由运用。 3、 能够了解光阱力的计算方法。 4、 有查阅外文资料的能力。 五、教学设计及方法 教学方式 1) 教学与科研结合，激发学生的求知欲 2)专家讲授与教师专题讲座相结合，拓展学生知识面 3)理论与实践结合，加强学生实验技能的训练 4)中、英双语教学相结合，提高学生国际交流能力 5)撰写专题调研报告，培养学生的自主创新能力 教学手段 将多种现代的教学手段运用于课程教学之中，多方位多途径地展教学活动，以激发学生学习兴趣，提高教学效果。 1)将多媒体教学与板书相结合，以解决学时少内容多的矛盾 2)课件与电视录像片相结合，以提高学生的自学能力 3)丰富的网络资源为学生学习提供良好的软环境 六、调查、参观、实践、实验内容 七、主要参考资料 [1]《光镊原理、技术和应用》李银妹编译中国科学技术大学出版社1996 [2]《时域有限差分法FDTD Method 》 高本庆 国防工业出版社.1995年 [3][《非均匀介质中的场与波》美]Weng Cho Chew 著聂在平，柳清伙译电子工业出版社,1992年 [4] Ashkin A. Optical trapping and manipulation of single cells using infrared laser beams. Nature, 1987, 33: 256-

水煤浆气化及变换操作

水煤浆气化及变换操作知识问答 1 煤气化的基本概念是什么？ 答：煤的气化是使煤与气化剂作用，进行各种化学反应，把煤转变为燃料用煤气或合成用煤气。 2 煤气化必备的条件是什么? 答:煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。 3 简述煤气化工艺的分类。 答:煤气化工艺按照操作压力分为常压气化和加压气化；; 1）按照操作过程的连续性分为间歇式气化和连续气化；; 2）按照排渣方式分为液态排渣和固态排渣；; 3）按照固体原料（煤）反应物料在炉内的运动过程状态分为固定床、流化床、气流床和熔融床（熔渣池）。 4 气流床煤气化工艺按照气化炉的进料状态都有哪些分类?其代表技术有哪些？ 答：气流床煤气化工艺按照气化炉的进料状态分为干法粉煤进料和湿法水煤浆进料。 国外技术:干法粉煤进料的代表技术为荷兰壳牌干煤粉气化工艺(SHELL Process），德国未来能源公司的GSP气化技术；湿法水煤浆进料的代表技术为美国GE公司的水煤浆气化工艺(GEGP)。另外，德国未来能源公司的GSP气化技术，能够以干煤粉和水煤浆两种进料方式进料。 国内技术:湿法水煤浆进料的技术有西北化工研究院的多元料浆技术和华东理工大学的四喷嘴对置气化技术，干法煤粉进料的技术为西安热工研究院的两段式气化技术。 5 气流床气化技术有哪些特点? 答:气流床气化技术的主要特点: (1)采用干粉形式或水煤浆形式进料；; (2)加压、高温气化；;

(3)液态排渣；; (4)气化强度大；; (5)气化过程中不产生有机污染物，具有良好的环保效应。 6 试简要叙述煤气化技术发展的趋势。 答：随着技术的不断进步，煤气化技术由常压固定床向加压气流床气化技术发展的同时，气化炉能力也向大型化发展，反应温度也向高的温度（1500～~1600℃）发展，固态排渣向液态排渣发展，这主要是为了提高气化效率，碳转化率和气化炉能力，实现装置的大型化和能量高效回收利用，降低合成气的压缩能耗或实现等压合成，降低生产成本，同时消除或减少对环境的污染。 7 水煤浆加压气化工艺装置由哪儿部分组成? 答:水煤浆加压气化工艺主要由水煤浆制备和储存、水煤浆加压气化和粗煤气的洗涤、灰水处理和粗渣/细渣的处理等四部分组成。 8 煤的工业利用价值通过哪些项目来判断?其各自包含哪些内容? 答:煤的工业利用价值可通过工业分析和元素分析测定判断。 工业分析的内容包括水分Mt(内水M in 、外水M f ）、灰分(A)、挥发分（V）、固定 碳(FC）、硫分(S)、发热值(Q)、可磨指数(HGI）、灰熔点（IT/F1;DT/F2;ST/F3;FT/F4)等。 元素分析包括C、H、O、N、S、Cl以及灰分中各种金属化合物的含量。 9 水煤浆加压气化的技术经济指标有哪些?它们各自的含义是什么？ 答:水煤浆加压气化的技术经济指标主要有碳转化率、冷煤气效率，比煤耗、比氧耗、氧耗、有效气产率、气化强度、O/C原子比。 各自的含义为: (1)碳转化率煤气中携带的碳占入炉总碳的比率，% (2)冷煤气效率煤气的高位热值与入炉煤的高位热值的比率，% (3)比煤耗每生产1000Nm3有效气消耗的干煤量，kgCoal/kNm3(CO+H 2 ) (4)比氧耗每生产1000Nm3有效气消耗的氧气量，Nm3O 2/kNm3(CO+H 2 ) (5)氧耗单位重量的煤气化所需要消耗的氧量，Nm3O 2 /Tcoal (6)有效气产生率单位体积的煤气中有效气CO+H 2 所含的比例，% (7)气化强度单位容积的反应器在单位时间生产的干煤气量，Nm3/m3·h

半导体激光器的发展及其应用

浅谈半导体激光器及其应用 摘要：近十几年来半导体激光器发展迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。由于半导体激光器的一些特点，使得它目前在各个领域中应用非常广泛，受到世界各国的高度重视。本文简述了半导体激光器的概念及其工作原理和发展历史,介绍了半导体激光器的重要特征,列出了半导体激光器当前的各种应用,对半导体激光器的发展趋势进行了预测。 关键词：半导体激光器、激光媒质、载流子、单异质结、pn结。 自1962年世界上第一台半导体激光器发明问世以来,半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展,被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一。近十几年来,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制以及价格较低廉等优点,使得它目前在光电子领域中应用非常广泛,已受到世界各国的高度重视。 一、半导体激光器 半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的Pn 结或Pin 结为工作物质的一种小型化激光器。半导体激光工作物质有几十种,目前已制成激光器的半导体材料有砷化镓、砷化铟、锑化铟、硫化镉、碲化镉、硒化铅、碲化铅、铝镓砷、铟磷砷等。半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式、光泵式和高能电子束激励式。绝大多数半导体激光器的激励方式是电注入,即给Pn 结加正向电压,以使在结平面区域产生受激发射,也就是说是个正向偏置的二极管。因此半导体激光器又称为半导体激光二极管。对半导体来说,由于电子是在各能带之间进行跃迁,而不是在分立的能级之间跃迁,所以跃迁能量不是个确定值, 这使得半导体激光器的输出波长展布在一个很宽的范围上。它们所发出的波长在0.3～34μm之间。其波长范围决定于所用材料的能带间隙,最常见的是AlGaAs双异质结激光器,其输出波长为750～890nm。 半导体激光器制作技术经历了由扩散法到液相外延法(LPE), 气相外延法(VPE),分子束外延法(MBE),MOCVD 方法(金属有机化合物汽相淀积),化学束外延(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺。半导体激光器最大的缺点是:激光性能受温度影响大,光束的发散角较大(一般在几度到20度之间),所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。但随着科学技术的迅速发展, 半导体激光器的研究正向纵深方向推进,半导体激光器的性能在不断地提高。以半导体激光器为核心的半导体光电子技术在21 世纪的信息社会中将取得更大的进展, 发挥更大的作用。 二、半导体激光器的工作原理 半导体激光器是一种相干辐射光源,要使它能产生激光,必须具备三个基本条件: 1、增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布,在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带,因此在半导体中要实现粒子数反转,必须在两个能带区域之间,处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多,这靠给同质结或异质结加正向偏压,向有源层内注入必要的载流子来实现, 将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用。 2、要实际获得相干受激辐射,必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡,激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的,通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜,而出光面镀上减反膜。对F—p 腔(法布里—珀罗腔)半导体激光器可以很方便地利用晶体的与p-n结平面相垂直的自然解理面构成F-p腔。 3、为了形成稳定振荡,激光媒质必须能提供足够大的增益,以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔

光镊原理浅析

光镊原理浅谈 岑学学 光镊技术由来已久，阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin ）在1986年就发明了第一代光镊。经过30多年的发展，光镊技术已经越来越成熟，并应用在生物学、物理学、医学等领域。这里我们将尽量通俗地介绍光镊的原理。 光镊，简单来讲，就是用激光来俘获、操纵、控制微小粒子的技术。这微小粒子可以是小水珠，活细胞，生物大分子等。当激光打到小粒子的时候，粒子就被光“吸住”了，并且会被吸到光强最强的地方，也就是焦点处，移动光束，就可以移动粒子。 那么，粒子为什么会被吸到光强最强的地方并被束缚住呢？ 光与物质是可以相互左右的。一柱水喷我们身上，或者一阵风迎面吹来，我们都能感觉到些许压力，具有波粒二象性的光自然也一样会对我们产生压力，只不过这个力很小很小而已，这就是光压。而在某些情况下，光还能对物体产生拉力，这样就形成了能束缚粒子的一个“陷阱”，通常被称为势阱。那么势阱又是如何产生的呢？我们需要先来复习一些中学的物理知识---动量守恒定律。

如图，有两个小球，铜球有一个初速度，动量为p1，钢球则是静止的，动量为p2=0。把这两个小球看作一个系统，那么这个系统的初始动量就是p=p1+p2。

铜球撞上钢球后，它们各自的速度都发生了变化，动量也变了。但是系统的动量是不变的，还是等于p，这就是动量守恒定律。 我们回来看光束和透明小球组成的系统，如图，光束有一个动量，而小球则是静止的，动量为0，而光束的动量是水平的，系统在竖直方向上的动量为0. 当光束照射到小球但不通过中心的时候，小球会使光线折射，如图。

这时光束在竖直方向上有了一个向下的动量。为了使系统的动量守恒，小球必须有一个向上的动量，这个动量就把小球“吸”向光速的轴线。 如果小球在光束的轴线上但在焦点之外，那小球就会使光束汇聚，如图。

第五组——光镊技术的新应用剖析

光镊技术的新应用 纪美伶，白中博，王娜，马学进（西安交通大学生物医学工程） 摘要激光光镊自从1986年发明以来，作为一种无直接接触、无损伤、可产生和检测微小力以及精确测量微小位移的物理学工具，在生命科学等多个领域得到了广泛的应用。本文从光镊的诞生出发，简要讨论了光镊的原理，光镊装置的基本结构，并简要介绍了各个种类光镊的独特功能以及基于光镊的一些新技术，进而对光镊技术及其在生命科学中的应用现状和进一步发展作了评述和讨论，阐述了光镊在生命科学研究中的潜在地位和巨大的发展前景。关键词光镊；生命科学；原理；基本结构；应用现状；发展 New Applications of Optical Tweezer Ji Mei-ling,Bai Zhong-bo,Wang Na,Ma Xue-jin Abstract The optical tweezer technique has emerged as a flexible and powerful tool for exploring a variety of scientific processes such as life science since it was invented in 1986. From the birth of the optical tweezer, this paper will briefly discuss its working principle, its basic structure and introduce some kinds of optical tweezers with novel features or some new technologies based on it. Then its recent developments on both the technology and applications in life science will be reviewed. It is shown that optical tweezer will have great potential in life science. Key words：optical tweezer; life science; principle; basic structure; application; development 光镊简介 一百年前，爱因斯坦提出的光量子学说最终导致了激光的诞生，20世纪60年代激光器的发明，使光与物质相互作用产生的力学效应真正走向实际的应用。20世纪70年代，美国贝尔实验室的学者Arthur Ashkin等人[1]发现了激光具有移动微粒的能力，并首先提出利用光压操控微小粒子的概念：在氩离子激光器发出的TEM00模式激光束作用下，硅小球在横向梯度力的作用下陷入光束中心，然后在光束散射力的作用下沿着光束传播的方向加速运动；还发现了折射率低于周围介质的粒子（气泡）会被激光束排斥，同时也会被激光束沿着激光传播的方向加速。其后Ashkin 利用两束相对照射的TEM00模式激光去捕获高折射率粒子，发现粒子在激光横向梯度力的作用下陷入光束中心，然后沿着光束传播的方向运动到一个稳定的平衡点停止下来，这样粒子就被两束相对照射的激光束稳定捕获了。这时它还不能称之为光镊，因为只能实现横向二维捕获，而在轴向上由于强烈的散射力的存在无法实现捕获。 1971 年，Ashkin 和Dziedzic 第一次使用了单光束捕获粒子[2]。他们利用一束聚焦的TEM00模式激光从下向上照射粒子，在轴向散射力的作用下粒子被顶起，同时粒子受到向下的重力作用。当粒子运动到平衡位置时，向上的散射力和向下的重力达到平衡，粒子在轴向上稳定下来。在横向上，由于光束的横向梯度力始终指向光束中心，因此粒子被稳定地捕获在光束中心。这样就形成了一个单光束悬浮光阱（opticallevitation trap）。在1986年，Ashkin 发表了一篇具有深远意义的论文[3]，标志着光镊的诞生。在此文中Ashkin仅仅利用一束激光就实现了在三维方向上捕获电介质粒子，而且在轴向上利用的是梯度力捕获粒子，而非利用重力作用的悬浮光阱。实验中Ashkin利用高度聚焦的单光束焦点形成的单光束梯度力势阱（single beam gradientforce trap），在水中成功地捕获了直径从25nm 到10μm 的电介质粒子，且在横向和轴向上所施加的捕获力都来自于光场梯度力。由于这种单光束梯度力势阱

水煤浆气化工艺对原料煤的要求

水煤浆气化工艺对原料煤的要求 水煤浆气化炉工艺原则上在高于灰熔点5O～100~C以上的温度下操作，以便于顺利排渣，根据德士古水煤浆气化厂的生产经验，水煤浆加压气化用煤选择原则应以煤的“气化性能及稳定运行性能”为主。 2．1煤的灰分含量 灰分是煤中的无用形式成分，为使其能顺利地以液态形式排出水煤浆气化炉，必须将温度升至其灰熔点以上，无谓的增加了氧气消耗有资料表明，在同样的气化反应条件下，灰分每增加l％，氧耗增加0．7％～0．8％，煤耗增大1．3％一1．5％；其次灰分增加，使烧嘴和耐火砖的磨损加剧，寿命大大缩短，同时灰、黑水中的固含量升高，系统管道、阀门、设备的磨损率大大加剧，设备故障率提高。灰分含量高对成浆性能也有一定的影响，除使煤浆的有效成分降低之外，还使煤质的均匀性变差，消弱了煤浆分散剂的分散性能，在相同的情况下，对提高煤浆浓度不利。建议所选煤样的灰渣干基含量不高于l3％。 2．2煤的最高内水含量 煤的内水含量对气化过程的主要影响表现在对成浆性能的影响，一般认为煤的内水含量越高，煤中的O／C越高，含氧官能团和亲水官能团越多，空隙率越发达，煤的制浆难度越大。煤质对成浆性能的影响是多方面的，各影响因素之问密切相关。煤的内在水含量越高时所制得的煤浆浓度越低，而且使添加剂的消耗、煤耗、氧耗均有一定的增加，综合技术与经济方面考虑，水煤浆加压气化原料用煤的最高内在水含量以小于8％为宜. 2．3煤渣的熔融特性

煤灰的熔融特性是煤的灰熔点(还原条件下)，煤的灰熔点以低于反应温度50～100~C为宜（熔融温度)。若煤的灰熔点提高，为使气化炉顺利排渣，必须将气化炉的反应温度提高至煤的灰熔点以上，温度提高使气化炉耐火砖的寿命相应缩短(气化炉的操作温度每提高100~C，耐火砖的磨蚀速率增加2倍)，氧耗、煤耗增加。为了降低操作温度必须加入助熔助，而助熔剂的加入会增加煤中惰性物质含量，使耐火砖磨蚀加剧，提高了制浆成本，固体灰渣处理量增加，灰渣水系统的结垢量上升。煤的灰熔点以低于l300℃为宜，考虑到煤的气化效率及耐火砖的使用周期等方面的因素，最好的煤种灰熔点在1250～l300℃，如果原料煤的灰熔点太低，由于生产条件下煤灰的黏度降低，也会加剧对耐火砖的侵蚀，较低灰熔点的煤种可以通过配煤来解决。 2．4灰的粘温特性 黏度是衡量流体流动性能的主要指标，要实现气化温度下灰渣以液态顺利排出气化炉，黏度应在合适的范围之内，既要保证在耐火砖表面形成有效的灰渣保护层，又要保持一定的流动性。根据国内外对液态排渣锅炉的研究指出，灰渣的黏度应在25～40Pa·S之间方可保证顺利排渣，水煤浆气化炉在操作温度下灰渣黏度控制在25～3OPa·S 为宜。影响灰渣黏度的主要因素是煤灰的组成，即灰成分。煤灰的主要矿物质成分是Al2O3、SiO2、MgO等，通过调查研究表明：A12O3是灰渣熔点升高、黏度变差的主要成分。Al2O3含量越高，煤灰的流动温度越高；A1203含量高于40％时，煤灰的流动温度大于l500℃。MgO含量一般很少，MgO又和SiO2形成低熔点的硅酸盐。起到降低灰融熔温度的作用。SiO2是煤灰成分中含量最高的组分，使煤的灰熔融特性变差，黏度升高，但它与其它的组分(CaO)可以形成低熔点的

德士古水煤浆气化技术概况与发展讲解

毕业设计（论文） 题目德士古水煤浆气化技术概况与发展 专业 学生姓名 学号 小组成员 指导教师 完成日期 新疆石油学院 1、论文（设计）题目：德士古水煤浆气化技术概况与发展

2、论文（设计）要求： 3、论文（设计）日期：任务下达日期 完成日期 4、系部负责人审核（签名）： 新疆石油学院 毕业论文（设计）成绩评定 1、论文（设计）题目：德士古水煤浆气化技术概况与发展 2、论文（设计）评阅人:姓名职称 3、论文（设计）评定意见：

成绩：5、论文（设计）评阅人（签名）： 日期：

德士古气化技术概况与发展 摘要本文简要介绍了德士古气化技术现状、原理、工艺流程，以及一些存在的问题。 煤气化，即在一定温度、压力条件下利用气化剂(O2、H2O或CO2)与煤炭反应生成洁净合成气(CO、H2的混合物)，是对煤炭进行化学加工的一个重要方法，是实现煤炭洁净利用的关键。1984年我国建设了我国第一套Texaco水煤浆气化装置，气化炉是水煤浆加压气化技术的关键设备之一。目前，国内外最常用的水煤浆气化炉是德士古气化炉。Texaco气化炉由喷嘴、气化室、激冷室(或废热锅炉)组成。其中喷嘴为三通道，工艺氧走一、三通道，水煤浆走二通道。介于两股氧射流之间。水煤浆气化喷嘴经常面临喷口磨损问题，主要是由于水煤浆在较高线速下(约30 m ／s)对金属材质的冲刷腐蚀。喷嘴、气化炉、激冷环等为Texaco水煤浆气化的技术关键。 最后是对德士古气化技术的展望，还有新型煤气化技术发展前景，及发展重要意义。从我国经济发展全局出发，结合我国的能源资源结构和分布，寻求行之有效的替代石油技术，以缓解我国石油进口的压力．水煤浆代替燃油技术在国内外已经成熟，用水煤浆代替原油对我国国民经济发展具有重要的战略意义． 关键词德士古煤气化，水煤浆，气化炉，工艺烧嘴

光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展

光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展 信息工程系 王 坚 [摘要] 激光陷阱和控制、操作中性微小粒子的光镊技术是以光的辐射压原理为基础的，利用光与物质间动量的传递的力学效应形成三维梯度光学陷阱。光压的实际应用在20世纪激光诞生后才得以实现。由于激光突出的高方向性、高相干性、高亮度产生的辐射压高于一般的光，所以使得基于光压原理的光镊能够被发现并运用。光镊能够捕获和操纵微米尺度粒子成为捕获操纵粒子独特且有效的手段，并且这种方法在物理和生物科学等领域掀起了一场技术革命。本文简要回顾了早期光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展，以及当代光镊技术研究的最新成就。 [关键词] 激光陷阱，光镊，激光 1． 引言 光镊是基于光的力学效应的一种新的物理工具，它如同一把无形的机械镊子，可实现对活细胞及细胞器的无损伤的捕获与操作。光镊的发明正适应了生命科学深入到细胞、亚细胞层次的研究趋势，也为生物工程技术提供了一种新的手段。仅仅20年光镊的应用已展示其在物理和生命科学领域中无限美好的应用前景。 2. 光镊技术原理 2.1光压原理 光镊技术是基于光压原理的，光压原理在牛顿和开普勒时期就已经提出来了但是一直都没有什么应用。光的压力原理早期只有在天文学中有些应用，德国的天文学家开普勒，在17世纪初提出彗尾之所以背向太阳的原因是，其受到了太阳辐射光压的作用力。因为只有在天文学研究中当光的强度和距离都非常大的时候，光压对物质的影响才会明显的表现出来。1873年Maxwell 从光的波动理论角度根据电磁理论推导出了光压的存在（电磁辐射压）并且给出了垂直入射到部分反射吸收体表面的光束的光压为： ()R c E p +=1 其中,E 为每秒钟垂直入射到12m 上的能量，c 为光速，R 为物体对光的反射系数。

光镊原理及其应用

光镊原理及其应用 摘要：激光的发明使得光的力学效应走向了实际应用。本文介绍了光镊技术的基本原理及其在生物科学方面的一些应用。 关键词：光镊；光的力学效应；生物科学；应用 1 引言 光镊是A. Ashkin[1]在关于光与微粒子相互作用实验的基础上于1986年发明的。光镊在问世之初被看作是微小宏观粒子的操控手段，并渐渐成了光的力学效应的研究和应用最活跃的领域之一。近20年来光镊技术的研究和应用得到了迅速的发展，特别是在生命科学领域，光镊已成为研究单个细胞和生物大分子行为不可或缺的有效工具。 2 基本原理 光镊的基本原理在于光与物质微粒之间的动量传递的力学效应。对于直径大于波长的米氏散射粒子来说，光镊的势阱原理可以用几何光学来解释[1~3]。如图1（a）所示。入射光线A将光子的动量以辐射压的形式作用于粒子小球，力的作用方向与光线入射方向相同。A经过若干反射、折射后，以光线A’出射。入射光线的辐射压减去出射光线的辐射压为粒子小球所受的净剩力F A。图1（b）为作用力简图，实际力的作用过程较此复杂，A’应为所有（包括反射光透射光）出射光线辐射压的合力，但结果与此相似，小球受轴向指向焦点的力。 对于直径小于激光波长的瑞利散射颗粒，适用于波动光学理论[1]和电磁模型。波动光学理论（也是光镊的基本理论）认为，在光轴方向有一对作用力：与入射光同向正比于光强的散射力和与光强梯度同向正比与强度梯度的梯度力。在折射率为n m的介质中，折射率为n p 的瑞利粒子所受的背离焦点的散射力为[1] F scat =n m P scat/ c （1） 这里P scat为被散射的光功率。或用光强I0和有效折射率m = n p / n m表示为 （2） 对于极化率为α的球形瑞利粒子所受的指向焦点的梯度力为

水煤浆气化装置灰水系统除硬技术探究

水煤浆气化装置灰水系统除硬技术探究 摘要：近年来，随着我国经济的不断发展和社会的不断进步，各个领域都有了 一定上的技术提升。这些化肥生产的公司也在生产的装置上，以及技术上进行了 相应的改变。随着我国节能环保的不断推出，以及绿色发展的不断进行水煤浆气 化系统结垢装置方面存在的问题，严重的干扰的相关企业的正常发展。下面将结 合河南的某化肥公司进行水煤浆气化装置中灰水槽的钙含量以及硬度进行相应的 分析，同时，针对三种除应技术进行对比，分别包括电絮凝除硬技术、酸性气除 硬技术以及膜吸收除硬技术，通过对比后最终选用的处理技术为酸性气除硬技术。关键词：水煤浆；灰水系统；除硬技术 引言：用于水煤浆气化工艺可以更好地利用资源，为企业创造更多的经济效益， 因此备受关注。但是在水煤浆气化灰水系统的运行中发现，水煤浆企划装置系统 存在着严重的结垢问题。为了更好地解决存在的污垢问题，维持系统的长时间稳 定运转，提高企业的经济效益，就要对灰水系统的除硬技术进行研究，在原有的 雏鹰基础上进行相应的提升，降低水煤浆气化装置长时间的结垢难题。下面将对 水煤气化装指灰水系统除应技术进行相应的研究和分析，并提出自己的观点，以 供相关企业参考。 一、水煤浆气化灰水系统 1.1水煤浆气化灰水系统中存在的问题 由于我国能源分布存在着缺少石油天然气，但存在着丰富的煤的特点，因此，基 于我国的能源分布更好地利用煤炭资源，降低在使用过程中的污染问题，是现阶 段符合我国国情发展以及能源多元化的重要手段，利用一定的技术进行煤炭资源 的清洁利用处理，是推动我国能源更好地利用以及经济发展的重要手段。这其中 最常出现的就是水煤浆气化灰水系统的使用。但水煤浆气化灰水系统的应用过程 中还存在着大量的问题。由于在水煤浆系统运行的初期所需要的补水量非常大， 系统经过一次脱盐用的水量高达每小时125立方米，这个过程中，造成氨水的量 消耗的极大，同时，在废水排除系统外管道出现了严重的腐蚀和结垢现象。这些 问题主要表现在以下几个方面： （1）水煤浆系统的系统补水和系统的各处冲水所需要用的水量巨大。在进行拖 延补水的过程中，大量高品质的水被补入灰水系统内，造成了高品质水的浪费。（2）高压闪蒸系统在实际的运行中达不到所要求的设计参数。由于达不到实际 工作所需，因此水中的酸性物质在高压闪蒸的过程中，不能被有效地处理，因此 导致设备的运行期间都处于酸性状态，对设备造成了一定的腐蚀性。 （3）灰水系统的处理中，排水过程没有相应的设置工艺指标。在进行灰水系统 的工艺指标设计时，是根据相关设备的液体位置进行分析来调整灰水系统的高低，没有根据相应的指标进行设计，因此导致灰水系统存在着浓缩性倍数整体较低的 情况。 （4）灰水系统中所使用的水质情况不够稳定。由于回水系统中的水质不够，稳定，存在着波动较大的情况，因此导致药剂的浓度波动也偏大，不能够更好地处 理水中的钙和镁离子美的聚集情况，对后期的管道和设备出现结垢的情况创造了 一定条件。 （5）灰水系统的水资源利用率较低。在实际运行的过程中，由于系统的补水量 消耗大，因此导致对水资源的利用率较低。例如在实际应用的过程中一吨安的取 水情况约为15立方米，而排出的水则达到七立方米，因此，在系统的应用过程

《光镊技术》阅读答案(2019年四川省内江市中考题)

阅读下文，完成第21～23题。（12分） 九旬美国物理学家阿瑟·阿什金因为发明“光镊技术”,获得 2018 年诺贝尔物理学奖。很多科研界人士甚至压根没听说过“光镊”这种技术。“光镊”虽然内涵深奥，但其实稍加简介就能让普通人建立概念。今天，我们就先试着让大家了解一下这个能够以光的力量来操纵细胞的诺贝尔奖成就。 “光镊”诞生的发想——光之力 伴随着上世纪60年代以来激光束流相关的产生、控制技术的进展，利用光来操作微小物体的“光镊”随之登上了历史舞台。阿瑟·阿什金教授曾在贝尔实验室和朗讯科技公司任职，他很早就开始进行光操控微粒的研究工作，并最终于1986年公开了他的第一代“光镊”。大家都知道光可以协助动物产生视觉，可以为植物提供能量来源，可以加热物体，但是对“光的力学领域”可能并不熟悉。实际上，光镊正是利用了“光的力”（也译为光压、辐射压等等），并诞生了举世瞩目的成果。 什么是“光的力”？ 中学物理中，我们已经了解了光同时具有波和粒子的双重性质，所谓波粒二象性。与人体被飞来的棒球击中后产生冲击一样，光的粒子即光子在接触物体后，同样会对该物体施加力的作用。 你可能会感到奇怪，既然如此，我们为什么没有被强烈的日光或者探照灯击倒在地呢？ 这是因为，光的压力大概仅仅在10亿分之一到100亿分之一N这个数量级，所以说能用肉身感受到光压的人显然是不存在的。 然而，越是微小的物体，就越容易被微小的力所撼动。例如，红血球、细菌一类人体细胞或者微生物等等都对光压非常敏感。来自光的微小压力可以让微小的物体在不受到积压破坏的前提下进行移动。 光镊是如何让光操控微粒成为可能的 具体来说，光镊系统一般由照明光路和控制光路构成。 照明光路负责采集成像所需的信号，而控制光路用来控制和限制微小物体的运动。控制光路的核心是汇聚性能特别好的激光束发射系统。 激光的特性之一就是可以被汇聚到一个十分微小的光斑上，这是普通光源所无法实现的。对于所要操控的微小物体来说，这种激光束汇聚形成的强聚焦光斑会形成一个类似“陷阱”的机构（称为三维光学势阱），微粒将会被束缚在其中。 一旦微粒偏离这个“陷阱”中的能量最低点（即位置的稳定点），就会受到指向稳定点的恢复力作用，好像掉进了一个无法摆脱的“陷阱”一般。如果移动聚焦光斑，微粒也会随之移动，因此便能实现对微粒的捕获和操控。 光镊技术早已大显神通 光镊技术在生物学研究领域已经有了相当广泛的应用，例如将不同细胞挤压在一起，或者向细胞中注入微量物质或者微小物体一类场合，都是光镊大显身手的时机。 又比如，在环境科学领域，经常会有区分水中数种微小物体的需求，利用光镊可以将各种物质在无损条件下容易地分离，给之后的精密分析创造良好的条件。 此外，在操控的同时，鉴于激光波长良好的稳定性和高精度，光镊还可以同时获得大量空间测量数据。 一个有趣的应用实例就是，有研究人员利用光镊测量了驱动蛋白在微管上行走的距离数据，从而推算出驱动蛋白每走一步的能量正好相当于一个ATP水解所释放的能量，堪称光镊操控性和测量性结合的绝好案例。

激光加工技术发展的研究

激光加工技术发展的探究 摘要:激光加工是将激光束照射到工件的外表，以激光的高能量来切除、熔化质料以及转变物体外表性能。由于激光束的能量和光束的移动速率均可调治，因此激光加工可应用于任意层面和领域上。本文分别从激光加工技术的原理及其应用综合品评了激光加工较传统加工技术的良好性,说明其在制造行业中不行替换的作用.结合我国激光加工制造现状与国际的差距,对我国激光加工业发展做了良好的预测.在阐发外国研究动向的基础上，指出激光制造技术的发展趋向,将重点定位在微结构、微刻蚀、微工具以及多功效性微技术、微工程的研究与开发上。可以预测，三维微纳尺度的激光微制造技术必将成为新世纪的主流制造技术。 关键词:激光加工激光制造体系技术发展 1.前言 激光的研究及其在各个领域的应用得到了迅速的发展。其高相干性在高细密丈量、物质结构阐发、信息存储及通讯等领域得到了普遍应用。激光的高单色性，可在光化学领域对一些相距很近的能级作选择引发，进行重金属的同位素疏散；激光的高偏向性和高亮度可普遍应用于加工制造业（大到航天器、飞机、汽车工业，小到微电子、信息、生物细胞疏散等微技术）。随着激光器件、新型受激辐射光源，以及相应工艺的不停改造与优化，尤其是近20年来，激光制造技术已渗透到诸多高新技术领域和产业，并开始取代或革新某些传统的加工行业。 2.正文 激光制造技术包括两方面的内容，一是制造激光光源的技术，二是使用激光作为工具的制造技术。前者为制造业提供性能优良、稳固可靠的激光器以及加工体系，后者使用前者进行各种加工和制造，为激光体系的不停发展提供广阔的应用空间。两者是激光制造技术中不可或缺的部分，不行偏废。激光制造技术具有许多传统制造技术所没有的优点，是一种切合可持续发展战略的绿色制造技术。比如，质料浪费少，在大规模生产中制造资本低；凭据生产流程进行编程控制（自动化），在大规模制造中生产屈从高；可靠近或到达“冷”加工状态，实现通例技术不能实验的高细密制造；对加工工具的顺应性强，且不受电磁干扰，对制造工具和生产情况的要求低；噪声低，不孕育发生任何有害的射线与剩余，生产历程对情况的污染小等等。因此，为顺应21世纪高新技术的产业化、满足宏观与微观制造的需要，研究和开发高性能光源势在必行。现在正在积极研制超紫外、超短脉冲、超大功率、高光束质量等特性的激光，尤其是能顺应微制造技术要求的激光光源更是倍受关注，并已形成国际性竞争。可以

多喷嘴对置式水煤浆气化技术工程设计介绍

多喷嘴对置式水煤浆气化技术工程设计介绍 0 前言 进入新的世纪以来，世界能源状况对我们国家的建设产生了重大影响，国家的能源安全、经济的快速发展、我国资源的基本构成等因素，使煤炭的综合利用以及煤化工事业受到了广泛的关注，同时也促成了空前规模的煤化工建设热潮，来自方方面面的投资正使煤化工以前所未有的速度发展。该领域的装置规模、技术水平都有了整体的提升，新技术开发、装备制造能力以及生产管理水平也取得了可喜的进步。随着一批大型煤化工装置陆续投产，人们在探询各种技术路线优劣时也能够更客观冷静，在总结和比选各种技术的特点时，也增加了几分把握。如果说这些投产的装置在当初建设时还算大型的话，现在看来这只是进入更大规模装置建设的起点，也是国有大型煤炭、电力和石化企业进入煤化工领域的试水之举。特别是“十一五”期间，国家对能源的消耗和废弃物的减排提出了明确的定量要求，由于煤气化对此举足轻重的影响而必将更加引人注目。可以肯定地说，煤制油、煤制烯烃必将催生更大规模的煤化工装置。煤气化技术作为煤化工装置的龙头自始至终是人们探索和争论的焦点，选择何种煤气化技术也是投资者在决策时最需要慎重考虑和把握的，实践也证明选择是否适合自己的煤气化技术对煤化工项目是至关重要的。现以多年来参与水煤浆气化工程设计的经历，就多喷嘴对置式水煤浆气化装置工程设计谈一点体会。 1 多喷嘴对置式水煤浆气化技术的工艺特点 目前己投入生产运行大型煤气化装置，采用水煤浆气化的装置普遍有较高的运转率，水煤浆气化的可靠性已无可争议，以GE(德士古)水煤浆气化技术为代表的单喷嘴水煤浆气化得到了广泛地认同，近年来研发成功的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，也成功实现了在大型装置上的工业化运行。“九五”期间华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司承担了国家重点课题《新型(多喷嘴对置)水煤浆气化技术开发》，进行了中间试验研究，有关部门组织了鉴定和验收。“十五”期间进行了工业性示范装置的建设，由中国天辰化学工程公司负责进行多喷嘴对置式水煤浆气化装置和配套工程的设计，在兖矿国泰化工有限公司进行工程建设，工程列入“十五”期间的国家“863”计划。气化装置设置2台日处理1150t煤、气化压力4.0MPa，以日处理20t煤的中间试验装置为基础进行工程放大。该装置于2005年7月21日一次投料成功，于12月11日至19日进行了现场考核，其生产负荷和技术指标均达到了预定的设讨寸旨标，各项技术经济指标优于国外同类技术，说明工业化放大设计是成功的。我国已拥有自主知识产权的先进煤气化技术，标志着我国现代煤化工技术完全依赖国外技术的时代已经结束。 多喷嘴对置式水煤浆气化技术的化学反应原理与单喷嘴水煤浆气化技术相同，但其过程机理与受限射流反应器的单喷嘴水煤浆气化炉又有很大的不同，多喷嘴对置式水煤浆气化炉采用撞击流技术来强化和促进混合、传质、传热。位于气化炉直筒段上部的4个工艺喷嘴在同一水平面上，相互垂直布置，通过4 股射流的撞击可以使反应更充分并显著提高碳转化率。从考核和生产企业总结的数据来看，碳转化率均可提高约1％～2％，有效气成分可提高约2％，相应的比氧耗降低约7.9％，比煤耗降低约2.2％。多喷嘴对置式水煤浆气化技术粗煤气初步净化和渣水处理的配置，较好地解决了粗煤气带灰和设备管道结垢堵塞问题。采用复合床洗涤冷却技术液位平稳，减弱了粗煤气的带水带灰现象，通过在