化工能源与技术

化工能源与

节能技术化学与材料工程系主要内容第一章绪论第二章能源及能源利用现状第三章节能的热力学基础第四章流体输送过程设备的节能第五章传热过程的节能第六章分离过程的节能第七章制冷与热泵节能第八章反应节能第九章系统节能第二章能源及能源利用现状2.1能量与能源2.2能源分类2.3能量转换过程及转换设备或系统2.4传统能源技术进展2.5可再生能源的开发2.6蓄能和换能技术★可再生能源开发利用情况2.1能量与能源能量——宇宙间一切运动着的物体，都有能量的存在和转化，人类一切活动都与能量及其使用紧密相关。所谓能量，也就是“产生某种效果（变化）的能力”。反过来说，产生某种效果（变化）必然要伴随能量的消耗和转换。人类所认识的六种能量形式机械能热能电能辐射能化学能核能1.机械能包括固体和流体的动能、势能、弹性能及表面张力能等。动能和势能统称为宏观机械能——人类认识最早的能量。2.热能构成物体的微观分子运动的动能表现为热能。它的宏观表现是温度的高低，反映了分子运动的强度。地球上最大的热能资源应为地热能。3.电能它和电子流动与积累有关，通常由电池中的化学能转化而来，或通过发电机由机械能转换得到。反之，电能也可以通过电动机转化为机械能——电做功。在自然界中，还有雷电等电能。4.辐射能即物体以电磁波形式发射的能量。如太阳能，太阳是最大的辐射源。5.化学能它是物质结构能的一种，即原子核外进行化学变化时放出的能量。按化学热力学定义，物质或物系在化学反应过程中以热能形式释放的内能，称为化学能。利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢。6.核能它是蕴藏在原子核内部的物质结构能。核反应有两种：核裂变反应23592U+10n→14456Ba+8956Kr+310n

23592U+10n→14054Xe+9438Sr+210n

ΔH=8.2×1010J/g相当于煤的250万倍。原子弹工作原理：让裂变能量不断积累，最后在瞬间酿成重大的爆炸。核聚变反应21H+31H

→42He

ΔH=5.8×1011J/g，相当煤的1000万倍。优点：A、聚变产物是稳定的氦核，无放射性污染，没有难处理的废料；B、氘资源丰富，海水中氘：氢＝1.5×10－14。核聚变发电困难：A、聚变反应需要非常高温度（109℃如何“点火”？氢弹用一个小的原子弹作引爆装置，产生瞬间高温。考虑化学激光）B、如何约束：用什么材料制造反应器？考虑耐火陶瓷。探索21H+63Li→

242He（温度低些的聚变反应，处于实验室初探阶段）2.2能源分类能源是指人类用来获取能量的自然资源1.按来源不同可把能源分为三类

（1）来自地球以外天体的能量（包括直接的太阳辐射能外，还包括间接来自太阳能能源，如化石能源、生物能、水能、风能、海洋能等）；（2）地球的本身蕴藏的能量资源（如地热能等）（3）地球与其他天体相互作用而产生的能量（如潮汐能等）2.按形成条件不同，可把能源分为两类（1）一次能源，指天然存在的、可直接利用的（如原煤、原油、天然气、水力、太阳能等）（2）二次能源，在一次能源基础上加工而成的（如电力、汽油、煤气、沼气、氢气等）3.按能否反复利用，可把能源(一次)分为两类（1）再生能源（如太阳能、风能、水力等）；（2）非再生能源（煤炭、石油、天然气等）。4.

按开发使用的程度不同，可把能源分为两类

常规能源，指已被广泛利用的能源；新能源，指未被广泛利用、正在研究开发、有待推广的能源。（辩证地看）5.按能源本身的性质分含能体能源（燃料能源），如石油、煤、天然气、地热、氢等，它们可以直接储存；过程性能源（非燃料能源），它们无法直接储存，如风能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆发、雷电、电磁能和一般热能等。6.按对环境的污染分清洁能源，即对环境无污染或污染很小的能源，如太阳能、水能、海洋能等；非清洁能源，即对环境污染较大的能源，如煤、石油等。2-3能量转换过程及转换设备或系统能量的转换广义地说，能量转换应包含三项内容：能量的形态转换，即通常所谓的能量转换；能量的空间转换，即能量的传输；能量的时间转换，即能量的储存。能量的转换能源能源形态转换过程转换机械或系统石油、煤炭、天然气等矿物燃料氢和酒精等二次能源化学能热能化学能热能机械能化学能热能机械能电能化学能电能热能化学能电能炉子、燃烧器各种热力发动机热机、发电机，磁流体发电，EGD发电（压电效应）热力发电，热电子发电燃料电池能源能源形态转换过程转换机械或系统水力、风力、潮汐、海流、波浪太阳能机械能机械能机械能机械能电能光能热能光能热能机械能电能光能热能电能光能电能光能化学能光能生物能电磁波电能水车、风车。水轮机——发电机，波力发电、风力发电、潮汐发电、海流发电热水器，采暖、制冷、光化学反应，太阳灶太阳热发动机太阳热发电热力发电，热电子发电光电池、光化学电池光化学反应（水分解）光合成能源能源形态转换过程转换机械或系统核能核分裂热能机械能电能核分裂热能核分裂热能电能核分裂电磁能电能核聚变热能机械能电能电能光（激光）热能电能热能聚变核发电，磁流体发电核能炼钢热力发电，热电子发电光电池核聚变发电1.热能的产生燃料燃烧核能转换太阳能转换地热电能转换燃烧设备燃烧设备锅炉工业炉窑化学能

热能2.机械能的获取

热机转换热机效率内燃机——往复运动热机燃气轮机——外燃式热机蒸汽轮机——将蒸汽热能转换为机械功的热机燃烧室发电机燃料空气废气电机转换3.电能的生产机电转换电动机发电机热电转换磁流体发电热电偶温差发电热电子发电4.电化学电池燃料电池

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。用于电动自行车的金属储氢装置2.4传统能源技术进展传统能源主要是化石燃料，按埋藏的能量的数量的顺序分有煤炭类、石油、油页岩、天然气和油砂。1.煤的转化洁煤技术：有两条途径，即一是先进燃烧和污染处理，二是气化和液化煤，将煤转化为含一氧化碳和氢的“合成气”。（1）煤炭液化——对固体煤炭经过化学加工，使它转化为烃类；或把煤气合成为烃类（或醇类），转为液态。（2）煤炭气化——以煤炭作为原料，控制氧化程度，使煤炭转化成为一氧化碳、氢和甲烷等可燃性气体。

火力发电生产流程示意图火电厂外景加压气化法城市煤气生

2.石油的精炼石油经过精制后可得到汽油、煤油、柴油和重油。目的1：是从复杂的原油中提取粘度较小的能充分燃烧的烃类。其中辛烷最好，因此汽油常根据辛烷值来标号。目的2：就是把不好的分子转变为好的分子。如长链烷烃容易引起汽缸爆震。精炼方法一般是先根据不同沸点把不同成分分离开，然后除硫再向高辛烷转变。3.天然气液化天然气是埋藏在地层深处的一种富含碳氢化合物的可燃气体。主要成分是甲烷，其次是乙烷、丙烷、丁烷和其他重质气态烃类。

天然气是理想的气体燃料，但难以长途运输和妥善贮存。为解决这些问题，把气态天然气变成液态天然气。但液态天然气的制造成本高，而且不能直接用作燃料，还得使它蒸发变为气态，增加能耗。为了更经济合理，利用天然气作原料合成甲醇。甲醇性能稳定，象石油一样能直接当作燃料，使用时不污染环境，便于运输和贮存。天然气热裂解制乙炔炉

能源系统能源系统指把全社会的能源利用看成一个系统，加以控制和平衡。包括热电联合系统，集中供热系统，综合用热系统，低温余热利用系统，总能系统等。如在市中心建立一些集中供热的工厂，像电厂供电、水厂供水那样，就可节省大量燃煤。如这些供热工厂与电厂联合组成热电厂，既生产电力又生产热水或蒸气，燃料利用率会更高。再进一步，可把城市垃圾加工成燃料，支持热电厂。发电厂涡轮热能发电2.5可再生能源的开发

在1995年颁布的《电力法》“总则”和明确提出，国家鼓励和支持利用可再生能源和清洁能源来发电。1995年，国家计委、国家科委、国家经贸委又根据上述法律及方针、战略制定印发了《新能源和可再生能源发展纲要(1996—2010)》，通过计划组织安排落实。1992年国务院批准的《中国环境发展十大对策》中明确提出，要“因地制宜地开发利用和推广大阳能、风能、地热能、生物质能等新能源”。中国于1997年颁布了《节约能源法》，从1978年到2004年中国以年均增长4.8%的能源消费支撑了年均9.4%的经济发展速度，1990年至2004年中国每万元GDP能耗下降了45%，中国政府制定了《节能中长期发展规划》中国全国人大常委会已通过了《可再生能源法》，为我国可再生能源发展提供法律保证。可再生能源的开发主要是太阳能的开发。太阳射向地球的总能量为8.0×1013kW。每分钟射向地球的能量相当于人类一年所耗用的能量。目前太阳能利用转化率约为10％～12％。据此推算，到2020年全世界能源消费总量大约需要25万亿立升原油，如果用太阳能替代，只需要约97万平方公里的一块吸太阳能的“光板”就可实现。1.太阳能太阳能的转换和利用方式有光——热转换、光——电转换和光——化学转换等。光——热转换：接收或聚集太阳能使之转换为热能，然后用于生产和生活的一些方面，是光一热转换即太阳能光热利用的基本方式。光——电转换；利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池，可将太阳的光能直接转换成为电能，称为光一电转换，即太阳能光电利用。光——化学转换；光一化学转换目前尚处于研究开发阶段，这种转换技术包括半导体电极产生电面电解水产生包、利用氢氧化钙或金属氢化物热分解储能等内容。太阳能加热器太阳能发电系统

太阳能发电原理光-电转换光-电转换主要是利用太阳能电池转换。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作薄膜式太阳能电池为主流。平面单晶硅高效电池结构图按结晶状态分类：结晶系膜式：单结晶形和多结晶形。非结晶系膜式按材料可分类：硅薄膜形化合物半导体薄膜形有机薄膜形等。太阳能电池目前太阳能电池效率可达到20％

太阳能电池原理掺入磷原子后，形成P型半导体磷原子硼原子空穴电子发展方向太阳能建筑、太阳热水器要形成规模化生产；降低太阳能电池成本，提高光电转换效率；大力推广应用小功率光伏电源系统；建立分散型和集中型联网光伏示范电站。到2010年，太阳能利用总量达到467万t标准煤。太阳能发电图光伏发电图青海太阳能发电图住宅太阳能发电系统太阳能发电家用系统2千瓦美国加洲太阳发电2.地热能按目前钻井技术可钻到地下10公里的深度，估计地热能资源总量相当于世界年能源消费量的400多万倍。地热能约为全球煤热能的1.7亿倍。地热资源有两种：一种是地下蒸汽或地热水（温泉），这种电能已占总发电量的0.3％。另一种是地下干热岩体的热能。1904年，意大利人在拉德瑞罗地热田建立世界上第一座地热发电站，功率为550千瓦，开地热能利用之先河。其后，意大利的地热发电发展到50多万千瓦。到80年代末，全世界运行的地热电站，其发电功率每年已超过500万千瓦，1995年达到680万千瓦，年增16％。中国最著名的地热电站，是西藏的羊八井地热电站，装机容量2.5万千瓦。地热发电系统3.生物质能全世界每年通过光合作用固化的太阳能，陆地为1.917×1021J；海洋为9.21×1020J。相当于全世界年耗能量的10倍。一个360万平方公里的陆地表面，假定太阳能转化率为1％，从理论上讲，生产的生物质就足以解决全世界的能源需求了。森林能源的直接效益（生产木材）和间接效益的价值之比为1:9。薪炭林薪炭林一般二三年就可砍伐木质燃料不含硫，燃烧的剩余物是理想的肥料。开发森林能源有利于森林更新，提高营林水平，促进木材采运的现代化。发展森林能源，成本低，依靠现有的人力物力就可办到，不需要很高的技术；木材工业可以利用自身剩余物达到能源自给或部分自给，有利于降低生产成本。石油植物系指那些可以直接生产工业用“燃料油”，或经发酵加工可生产“燃料油”的植物的总称。例如，现已发现的大量可直接生产燃料油的植物，主要分布在大戟科，如绿玉树、三角戟、续随子等。这些石油植物能生产低分子量氢化合物，加工后可合成汽油或柴油的代用品。巴西的苦配巴树，树液只要稍作加工，便可当作柴油使用，巴西香胶树化学成分与石油相似。澳大利亚有一种名叫辐射胶的树，含油率高达4．2％，一吨桉树可获取优质燃料5桶之多。黄鼠草可以提炼“石油”，大约每公顷这样的野草可提取“石油”l000公斤；若经人工杂交种植，每公顷可提炼“石油”6000公斤。风信子可以达到一箭双雕的目的：不仅可以净化水源，而且可以得到可燃气体。巨型海带具有一种不可思议的成长速率每天可长2英尺（l英尺=0.3048米），在不到5个月的时间内，它可以长到200英尺（即60.96米）长！从这种巨型海带中，可提取大量合成天然气。燃料乙醇巴西从1975年开始实施“酒精替代计划”，制定了一系列的经济资助和免税政策，现在已使温室气体排放减少了20％。日本从1983年开始实施燃料乙醇的开发计划，重点开发使用农、林废物等未利用资源来直接发酵生产乙醇的技术。美国从1992年开始鼓励使用乙醇作新配方汽油的添加剂，欧盟则于1993年要求汽油燃料中掺混5％的乙醇，并建议提高欧洲的燃料乙醇生产量。生物质能发电原理图示广州拉圾电厂沼气发电原理图示4.水力能

水力发电技术是利用水体不同部位的势能之差，它跟落差和流量的乘积成正比。目前水力发电的发电量占世界能源的7％，据专家估计，到21世纪将会有较大的发展。法国、意大利水能资源开发程度超过90％，美国、加拿大、日本、挪威、瑞士、瑞典、英国等，也达到了40％－60％。而我国已利用的还不到可利用资源的6％。水电优点1．水力是可以再生的能源。2．水电用的是不花钱的燃料，大中型水电站一般3－5年就可收回全部投资。3．水电没有污染，是一种干净的能源。4．有防洪启溉、航运、养殖和旅游等综合效益。5．施工工期也并不长，属于短期近利工程。6．操作、管理不到火电的三分之一人员。我国的水能我国的水能居世界第一位。理论蕴藏量为6.8亿千瓦，其中可开发的年发电量为1.9万亿度，相当于大电厂每年消耗7亿吨标准煤。我国三峡水电站将安装26台单机容量为70万千瓦的水轮发电机组，总装机容量1820万千瓦，年均发电量847亿度。将成为世界最大的水电站。这个工程从1997年实现大江截流，2003年首批机组发电，2009年工程全部竣工后，巨大的电能将为国家增加年工农业产值2000亿元，全国平均每人可获得近200元的产值，这些电能每年可节约煤炭4000万吨，5.海洋能

全世界海洋能的理论可再生量超过760亿千瓦。其中，海水温差能约400亿千瓦，盐度差能约300亿千瓦，潮汐能大于30亿千瓦，波浪能约30亿千瓦。现代海洋能源开发主要就是指利用海洋能发电。利用海洋能发电的方式很多，其中包括波力发电、潮汐发电、潮流发电、海水温差发电和海水含盐浓度差发电等。潮汐发电潮汐发电型式：①单库单向型，只能在落潮时发电。②单库双向型：在涨、落潮时都能发电。③双库双向型：可连续发电，但未见实际应用。目前世界上最大的潮汐发电站，是1966年在法国朗斯潮汐电站，装有24台104千瓦贯流式水轮发电机，年均发电量为5.44亿度。1980年建成的江厦潮汐电站是我国第一座双向潮汐电站，也是目前世界上较大的一座双向潮汐电站，其总机容量为3200千瓦。法国朗斯潮汐电站外景法国朗斯潮汐电站示意图有2%的太阳能变成了风能。全世界一年所耗的能量不及风力1年内提供的1/100。目前，尽管风能所能提供的电量还不足全球总发电量的0.l％，但它将会很快成为人类可靠的动力来源之一。美国能源研究与发展局宣称，到21世纪初，风力发电将达200亿度，占全国总发电量的10％左右。6.风能

发展风力发电，储能是关键，因为风是间歇性的。简单的办法是用蓄电池。另一种办法是抽水法。目前，最新型的风轮机每转可发电300－750千瓦，其体积只有普通火力发电千分之一。风力发电独立系统示意图发展前景：小型风力机市场化；加速中大型风力机设计、制造国产化进程；发展风力发电控制和管理系统；加强和完善风电场的规划选点和勘察设计工作，建设若干个大型风电场。2000年和2010年全国风力发电装机容量分别达到30万—40万kW和100万—110万kw。香港沙洲自动气象站风力发电机7.氢能是指氢在发生化学变化和电化学变化过程中产生的能量；氢作为能源的优点是储量丰富、热值高和清洁无污染；氢的利用：(1)直接用作燃料（如发射火箭等）；(2)用作燃料电池（如用于航天飞机）；(3)用作能源转换介质（能源中间载体）。氢在周期表中是第1号元素，相对原子量是1.000.在标准状态下,它的密度为0.0899g/L,常温下为无色气体。1s1其原子核外的电子排布如右图所示，其核外的电子构型为:1氢能优点作为能源，氢有以下特点：(1)所有元素中,氢重量最轻当温度降至-252.7℃时,可变成液体;若将压力增大到数百个大气压,则液氢就可变为金属氢。(2)所有气体中,氢气的导热性最好比多数气体的导热系数高出10倍,因此在能源工业氢是极好的传热载体。(3)氢是自然界存在最普遍的元素水中制得，永无枯竭之虞；据估计它构成了宇宙质量的75％,除空气中含有单质氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有石化燃料放出的热量还大9000倍。(4)氢本身无毒,燃烧后产物没有污染产物水无污染，属“清洁能源”；由于燃烧产物是水蒸气，不会产生诸如CO、CO2、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，从而也就不会造成酸雨和温室效应。所以，氢是世界上最清洁的能源之一。燃烧生成的水还可继续制氢，循环使用。(5)热值高；氢能的燃烧热值远高于一次能源除核燃料外，氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,达142.351kJ/kg,是汽油发热值的3倍。(6)氢的燃烧性能好点燃速度快，与空气混合时有广泛的可燃范围。现有汽车、飞机、舰船及其他运载工具，只需简单改装即可使用氢燃料。氢能要解决的问题(1)廉价的制氢技术。理想的氢能源循环体系：水在太阳能光分解催化剂的作用下分解成氢和氧；氢气作为燃料电池发电。现行太阳能制氢技术包括：太阳能分解水制氢；太阳能电解水制氢；太阳能光化学分解水制氢；太阳能太阳能光电分解水制氢；模拟植物光合作用分解水；光合微生物制氢。

氢能－氢的制取

随着化石燃料耗量的不断增加,其储量在日益减少,终有一天会枯竭。这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料并储量丰富的新的含能体能源。氢能正是一种较为理想的新的含能体能源。电厂用制氢设备工业氢气净化设备(2)安全、方便的贮氢技术。（密度小，不利于贮存）单位体积LaNi5贮氢量达88Kg/m3，高于液氢70.6Kg/m3由于氢易气化、着火、爆炸，因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为开发氢能的另一个关键。历史上氢气热气球爆炸事件震惊世界氢能小轿车日本本田德国宝马1980年我国研制成功第一辆氢能汽车。氢的其它应用氢不但是一种优质燃料，还是石油化工、化肥和冶金工业中的重要原料和物料。如:合成氨工业要用氢;用氢制成燃料电池可直接发电。采用燃料电池和氢气-蒸汽联合循环发电,其能量转换效率远高于现有的火电厂。氢燃烧电池400～500℃150～500atm8.核能技术由单个质子和中子组成原子核时，会出现质量亏损：

Δｍ=[Zmp+(A-Z)mn]-m式中为mp质子质量，mn为中子质量。由爱因斯坦的理论得，与质量亏损相对应的能量改变为：ΔE=Δｍｃ2

称之为结合能。

核能技术就是利用原子的核变化释放出能量的技术。对于中等质量的原子核，核子的平均结合能最大。核裂变——重核分裂成轻核的反应。核聚变——轻核聚合成重核的反应。两种核反应裂变1938年德国的哈恩和奥地利女物理学家梅特纳发现铀分裂并产生的能量，比相同质量的化学反应放出的能量大几百万倍以上！约里奥伊丽夫约里奥·居里夫妇及其同事哈尔班等人又发现铀核裂变还放出两、三个中子来。费米提出链式反应费米在1934年时，其实就已经用实验完成了原子的裂变，可惜他没能认识到。哈恩等发现裂变后，费米就提出原子裂变自持链式反应的概念。

1942年12月2日，第一座核反应堆首次实现自持的链式反应，宣告人类社会进入了"原子能时代"。

第一颗原子弹于1945年7月在新墨西哥沙漠中引爆第一颗用于战争的原子弹，是1945年8月6日投在广岛的原子弹。原子弹的威力比化学炸弹大一百万到一亿倍。第一颗氢弹于1952年在美国在太平洋马绍尔群岛首次爆炸试验成功，是投到广岛原子弹威力的750倍。

1954年苏联建成世界上第一座核电站。原子弹原理核燃料存在一个临界体积。当体积大于此临界体积时，核反应将得到放大，否则链式反应将终止。临界体积对应的质量称为临界质量。例如铀的临界质量为30磅，钚的临界质量为5磅。玻尔研究指出，只有提炼出铀的同位素U235，而且要达到一定的数量，才能发生链式反应。原子弹第一颗原子弹

在核裂变的过程中会释放出巨大的能量。1942年，美国政府实施了“曼哈顿”计划，利用核裂变原理制造了世界上第一座核反应堆和第一颗原子弹。可控核反应一座百万千瓦级的压水堆核电站，一年仅需补充30吨核燃料，其中仅消耗1吨左右，同样规模的热电厂，要燃原煤250万吨可控核反应堆堆芯示意图费米主持设计的第一座核反应堆

高科技时代到来的标志核电站和原子弹是核裂变能的两大应用，两者机制上的差异主要在于链式反应速度是否受到控制。核反应堆按中子能量可分为：热中子堆和快中子堆。热中子堆：中子能量在0.1eV左右。根据慢化剂和冷却剂和燃料不同，热中子堆可分为轻水堆（又分压水堆和沸水堆）、重水堆和石墨水冷堆。快中子堆中子能量在2ｅV左右。堆内，每个铀235核裂变所产生的快中子，可以使12至16个铀238变成钚239。尽管它一边在消耗核燃料环239，但一边又在产生核燃料钚239，生产的比消耗的还要多，具有核燃料的增殖作用，快中子增殖堆几乎可以百分之百地利用铀资源，所以各国都在积极开发，现在全世界已有几十座中小型快堆在运行。核反应堆控制棒是由硼和镉等易于吸收中子的材料制成的。如果把控制棒拔出一点，反应堆就开始运转，如果想增加反应堆释放的能量，只需将控制棒再抽出一点，要停止链式反应的进行，将控制棒完全插入核反应中心吸收掉大部分中子即可。世界核电截至2000年底，全世界正在运行的核动力堆共有438座，总装机容量为351兆千瓦，占所提供的电力的16%。法国核电占总电力的74.6%，比利时56.8%，瑞典39%，日本33.8%，德国30.6%，英国22%，美国20%，中国为1.2%。法国布热核电站美国帕洛佛第核电站中国大亚湾核电站中国秦山核电站中国的核电建设起步比较晚。21世纪初已有秦山、大亚湾三套核电机组在运行，总装机容量21万千瓦，只占全国发电总量的l%左右。岭澳核电站：距大亚湾核电站仅1公里，主体工程于1997年5月15日开工建设，2002年5月28日1号机组正式运行，2号机组于2003年1月8日投产运行。总装机容量2x90万千瓦。田湾核电站：位于江苏省连云港市，是根据中俄两国政府签订的协议合作建设的大型核电项目。规划建设4台为100万千瓦压水堆核电机组。

三门核电站：位于浙江省东部沿海，隶属台州市。三门核电项目规划建造6台百万千瓦级压水堆核电机组。前苏联切尔诺贝利核事故1986年4月26日前苏联切尔诺贝利核电站发生的事故，位于苏联大城市基辅以北130公里乌克兰大森林地带东部的切尔诺贝利核电站，第四号机组发生了事故，反应堆猛烈爆炸，大火被扑灭后，撤离了核电站毗邻地区及电站周围30公里地带的居民。核事故之后前苏联切尔诺贝利核事故发生后，为制止该电站第4机组废墟中残留的核燃料扩散，有关单位用厚厚的混凝土堆造了一个有复杂通风系统的多层大型建筑物，把第4机组的全部设施埋在其中，这个建筑物成了“石屋”。在距核电站半径30公里以内地区的动植物基因发生了巨大变化，30公里以外地区变化很小。如纳罗季奇区有大约半数儿童甲状腺异常或淋巴腺肥大。成人癌症患者成倍增加。先天性畸形家畜急剧增加。动植物体积竟变得比平常大3倍以上，以致出现“鼠大如猪。”核聚变

核聚变是两个轻原子核(如氢)聚合成一个较重的核，从而释放出巨大的能量。

聚变是核裂变平均每个核子放出能量的四倍。海水中氢与氘的原子数之比约为1:0.00015一克氘经聚变放出大约千瓦时的能量1升海水中的氘核聚变放出的能量相当于燃烧300升汽油所放出的能量。地球上所有海水中的氘可供人类使用数百亿年。氢弹氢弹是不可控的热核反应。1967年6月17日，中国第一颗氢弹爆炸成功方案：高效炸药+裂变原料+氘化锂。选氘氚反应，因为d+T反应截面比d+d反应大两个数量级T的制备人类的希望——受控热核反应受控核聚变必须具备以下3个条件：(1)足够高的点火温度，需要几千万摄氏度甚至几亿摄氏度的高温；(2)反应装置中的气体密度要很低，相当于常温常压下气体密度的几万分之一；(3)充分约束，能量的约束时间要超过1秒钟。等离子体的温度、密度和热能约束时间三者乘积称为“聚变三重积”，当它达到1022时，聚变反应输出的功率等于为驱动聚变反应而输入的功率，必须超过这一基本值，聚变反应才能自持进行。

惯性约束惯性约束：激光惯性约束是在直径为0.4mm的小球内充以30-100大气压的氘氚混合气体，用强激光（1012-1014W）均匀照射，使氘氚混合气体的密度是液体的一千到一万倍，温度达到108K（恒星上至少要700万度）而引发聚变。其它惯性约束方案：电子束、重离子束惯性约束。磁约束磁约束：是利用强磁场可以很好地约束带电粒子这个特性，构造一个特殊的磁容器（托卡马克），建成聚变反应堆，在其中将聚变材料加热至数亿摄氏度高温，实现聚变反应。二十世纪五十年代初期，前苏联科学家提出托卡马克的概念。托卡马克（TOKAMAK）在俄语中是由“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”几个词组合而成，美、日、欧等发达国家的大型常规托卡马克在短脉冲（数秒量级）运行条件下，做出了许多重要成果。等离子体温度已达4.4亿度；脉冲聚变输出功率超过16兆瓦；Q值（表示输出功率与输入功率之比）已超过1.25。这表明：在托卡马克上产生聚变能的可行性已被证实。受控热核聚变能研究的一次重大突破，就是将超导技术成功地应用于产生托卡马克强磁场的线圈上，建成了超导托卡马克，使得磁约束位形的连续稳态运行成为现实。目前，全世界仅有俄、日、法、中四国拥有超导托卡马克。1987年春，IAEA（国际原子能机构）总干事邀请欧共体、日本、美国和加拿大、前苏联的代表在维也纳开会，决定四方合作设计建造国际热核实验堆（ITER）。这是一个基于托卡马克方案的项目，估计将产生热功率150万千瓦，预计2010年建成，计划投资达80亿美元。未来发展计划包括一座原型聚变堆，在2025年前投入运行。如果ITER获得成功，下一个目标是建造一座示范核聚变堆，并在2040年前投入运行。2050年以后有望开发商用核聚变堆。目前增益因子Q值已超过了1.25。激光器输出功率已达100万亿瓦，足够点燃核聚变之用。然而美国于1998年7月宣布退出国际热核实验反应堆计划。日本却加大了投资。核聚变能梦想将面临一个“无法预知的未来”。广东阳江核电站9.其它

----------海水盐差发电用一层多孔质隔膜置江河入海口处，二边插入电极，由于渗透压力差而产生电动势。技术关键：多孔质隔膜如何能将淡水和海水隔开而又形成渗透压磁流体发电示意图2.6蓄能和换能技术

电的蓄能技术大致分三类：一是直接储存电磁能，如：超导线圈蓄能系统，就属于这一类；二是把电能转化为化学能储存，如铅电池、钠硫电池、锌氯电池等；三是把电能转化为机械能储存，如制造压缩空气，在用电高峰时让它推动涡轮机发电。还有"抽水蓄能"技术，利用多余电力驱动水泵，把河里的水抽到高处的水池或水库中。(1)显热蓄能技术：利用比热容较大的物质，在物质形态不变的情况下，随着温度的变化，吸收或放出热量来蓄能。现在应用最广泛的就是冷、热水蓄能技术。(2)潜热蓄能技术：是利用物质相变时需要吸收或放出热量的特性来储存或释放能量，包括冰蓄冷技术和共晶盐蓄能技术。(3)热化学蓄能技术：在一定的温度范围内某些物质吸热或放热时，会产生某种热化学反应。利用这一原理构成的蓄冷技术称之为热化学蓄能技术。1.电池

电池是一种将化学能转化为电能的装置。（1）原电池：指电池放电时，活性物质不断地被消耗，到一定程度电池便停止工作.（2）蓄电池：又称二次电池，电池放电后通过充电方法使活性物质复原而供再次放电的电池。（3）贮备电池：贮备期间，活性物质不与电解质直接接触，使用时注入电解液或电解质熔化。（4）燃料电池：电池供电时，活性物质输入电池能连续工作。电池不同的分类碳锌干电池普通锌锰干电池结构简图锌锰电池原理负极锌原子放出电子，成为离子Zn2+，正极处氨离子得到电子成为氨气和氢。二氧化锰起去极化作用，去除析出的氢。2NH4++2e=2NH3+2[H]2[H]+MnO2=Mn2O3+H2OZn2++4NH3=[Zn（NH3）4]2+

2Zn+4NH4Cl+2MnO2=[Zn（NH3）4]Cl2+ZnCl2+Mn2O3+H2O负极：锌筒Zn－2e=Zn2+正极：盖有铜帽的碳棒总反应：负极反应

Zn+4OH--2e→ZnO22-+2H2O正极反应

MnO2+H2O+2e→MnO+2OH-总反应

Zn+MnO2+2OH-→ZnO22-+MnO+H2O寿命长，容量大，内阻小2.蓄电池蓄电池是1859年由普兰特(Plante)发明的，至今已有一百多年的历史。铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有绝对优势。这是因为其价格低廉、原材料易于获得，使用上有充分的可靠性，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点。1975年，GatesRutter公司发明VRLA的电池，成为当今主要使用的蓄电池。蓄电池原理把A、B两块铅板插入硫酸溶液中，铅于硫酸作用的结果，使A、B两块铅板上形成硫酸铅，溶液中也被硫酸铅饱和，这是还没有电势，给蓄电池充电时，在两极上发生的化学反应如下：A;PbSO4+2H2O-2e-→PbO2+H2SO4+2H+;B:PbSO4+2e-→Pb+SO42-;充电后，A板上的PbO2成为正极，B板上Pb成为负极。放电时两极发生的反应如下：正极：PbO2+H2SO4+2H+-2e-→PbSO4+2H2O-2e-;负极：Pb+SO42-→PbSO4+2e-;汽车电池钮扣电池负极反应Zn+2OH--2e→Zn(OH)2正极反应Ag2O+H2O+2e→2Ag+2OH-总反应

Zn+Ag2O+H2O→Zn(OH)2+2Ag隔膜一般采用聚乙烯接树脂3.氢燃料电池

燃料电池工作时无噪声、无尘埃、无辐射、不污染环境，是一种清洁的能源。燃料电池的另一个特点是可以长时间连续工作，只要燃料供应不断，电池能持续不断向负载输出电能。供电功率比一般电池大得多。

燃料电池的基本组成：电极、电解质、燃料和氧化剂。燃料电池的电极为多孔结构，由具有电化学催化活性的物质制成，它是电化学反应的载体和电流的传导体。电解质可以是固态或液态，液态电解质可以是水溶液或熔融的离子晶体。燃料电池原理

复习思考题1.什么是能源？它有哪几种分类方法？2.太阳能有几种利用方式？试举例说明。3.什么是核能？它分为哪两类？它有哪些主要用途？4.什么是海洋能和生物质能？5.氢能源有哪些主要优点和用途？谢谢观看/欢迎下载BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH安全注射与职业防护PART01一、安全注射二、职业防护主要内容安全注射阻断院感注射传播让注射更安全！《健康报》

别让输液成为一个经济问题有数据显示，是世界最大的“注射大国”。2009年我国平均每人输液8瓶，远远高于国际上人均2.5—3.3瓶的平均水平。我国抗生素人均消费量是全球平均量的10倍。因此我国被称为：

“输液大国、抗生素大国和药品滥用大国”。2016年国家十五部委重拳出击

遏制细菌耐药《阻断院感注射传播，让注射更安全（2016-2018年）》专项工作指导方案量化指标医疗卫生机构安全注射环境、设施条件、器具配置等合格率100%医务人员安全注射培训覆盖率100%规范使用一次性无菌注射器实施注射100%（硬膜外麻醉、腰麻除外）医疗卫生机构对注射后医疗废物正确处理率100%医疗卫生机构内部安全注射质控覆盖率100%医务人员安全注射知识知晓率≧95%医务人员安全注射操作依从性≧90%医务人员注射相关锐器伤发生率较基线下降≧20%相关内容基本概念安全注射现况不安全注射的危害如何实现安全注射意外针刺伤的处理

基本概念

注射

注射是指采用注射器、钢针、留置针、导管等医疗器械将液体或气体注入体内，达到诊断、治疗等目的的过程和方法。包括肌内注射、皮内注射、皮下注射、静脉输液或注射、牙科注射及使用以上医疗器械实施的采血和各类穿刺性操作。

基本概念

符合三个方面的要求：对接受注射者无危害；对实施者无危害；注射后的废弃物不对环境和他人造成危害。不安全注射发生率东欧：15%中东：15%亚州：50%印度：50%中国：50%对我国某地3066个免疫接种点的调查表明:一人一针一管的接种点为33.5％一人一针的接种点为62.1％一人一针也做不到的接种点......

目前情况

不安全注射

没有遵循上述要求的注射常见不安全注射-对接受注射者不必要的注射注射器具重复使用注射器或针头污染或重复使用手卫生欠佳注射药品污染不当的注射技术或注射部位医用纱布或其他物品中潜藏的锐器常见不安全注射-对接受注射者减少不必要的注射是防止注射相关感染的最好方法据调查，从医疗的角度来说，有些国家高达70％的注射不是必须的应优先考虑那些同样能达到有效治疗的其他方法口服纳肛不安全注射-对实施注射者采血技术欠佳双手转移血液不安全的血液运输手卫生欠佳废弃锐器未分类放置不必要的注射双手针头复帽重复使用锐器锐器盒不能伸手可及患者体位不当不安全注射-对他人不必要的注射带来过多医疗废物医疗废物处置不当废弃锐器置于锐器盒外与医用纱布混放放在不安全的处置地点—如走廊中容易拌倒废物处理者未着防护用品（靴子，手套等）重复使用注射器或针头最佳注射操作注射器材和药物注射器材药物注射准备注射管理锐器伤的预防废物管理常规安全操作手卫生手套其他一次性个人防护装备备皮和消毒清理手术器械医疗废物二次分拣2023/7/6Dr.HUBijie1742023/7/611/05/09174锐器盒摆放位置不合适，放在地上或治疗车下层头皮针入锐器盒时极易散落在盒外，医废收集人员或护士在整理过程中容易发生损伤不正确使用利器盒绝大部分医务人员对安全注射的概念的理解普遍仅局限于“三查七对”，因此安全注射的依从率也非常低。安全注射现况滥用注射导致感染在口服给药有效的情况下而注射给药临床表现、诊断不支持而使用注射治疗

由于滥用注射，导致感染的发生几率明显增加。安全注射现况注射风险外部输入风险：注射器具、药品、材料等产品质量；非正确使用信息，非正规或正规培训传递错误信息，非合理用药及操作习惯等。内部衍生风险：注射的“过度”与“滥用”、非正确的注射、未达标的消毒灭菌、被相对忽略的职业暴露、不被关注的医疗废物管理。

安全注射现况

当前院感注射途径传播的高风险因素使用同一溶媒注射器的重复使用操作台面杂乱，注射器易污染注射后医疗废物管理欠规范---注射器手工分离与二次分捡

对患者的危害-------传播感染

是传播血源性感染的主要途径之一，也是不安全注射的最主要危害。注射是医院感染传播的主要途径之一！不安全注射的危害导致多种细菌感染，如脓肿、败血症、心内膜炎及破伤风等。败血症破伤风心内膜炎脓肿不安全注射

不安全注射的危害

对医务人员的影响

针刺伤：每年临床约有80.6%-88.9%的医务人员受到不同频率的针刺伤！原因：防护意识薄弱、经验不足、操作不规范、防护知识缺乏。

不安全注射的危害

对社会的危害

拿捡来的注射器当“玩具”

不安全注射的危害

如何实现安全注射三防：人防、技防、器防四减少：减少非必须的注射操作减少非规范的注射操作减少注射操作中的职业暴露减少注射相关医疗废物

如何实现安全注射

重视环境的准备警惕锐器伤正确物品管理严格无菌操作熟悉操作规程执行手卫生安全注射

如何实现安全注射

进行注射操作前半小时应停止清扫地面等工作。避免不必要的人员活动。严禁在非清洁区域进行注射准备等工作。应在指定的不会被血液和体液污染的干净区域里，进行注射准备。当进行注射准备时，必须遵循以下三步骤：1.保持注射准备区整洁、不杂乱，这样可以很容易清洁所有表面2.开始注射前，无论准备区表面是否有血液或体液污染，都应清洁消毒。3.准备好注射所需的所有器材：-无菌一次性使用的针头和注射器-无菌水或特定稀释液等配制药液-酒精棉签或药棉-锐器盒重视环境的准备手卫生之前先做脑卫生！观念的改变非常重要！安全注射，“手”当其冲！认真执行手卫生工作人员注射前必须洗手、戴口罩，保持衣帽整洁；注射后应洗手。操作前的准备注射前需确保注射器和药物处于有效期内且外包装完整。操作前的准备给药操作指导单剂量药瓶——只要有可能，对每位患者都使用单剂量药瓶，以减少患者间的交叉污染多剂量小瓶——如果别无选择，才使用多剂量药瓶-在对每个患者护理时，每次只打开一个药瓶-如果可能，一个患者一个多剂量药瓶，并在药瓶上写上患者姓名，分开存储在治疗室或药房中-不要将多剂量药瓶放在开放病房中，在那里药品可能被不经意的喷雾或飞溅物污染药物准备给药操作指导丢弃多剂量药瓶：-如果已失去无菌状态-如果已超过有效日期或时间（即使药瓶含有抗菌防腐剂）-如果打开后没有适当保存-如果不含防腐剂，打开超过24小时，或制造商建议的使用时间后-如果发现未注明有效日期、储存不当，或药品在不经意间被污染或已知道被污染（无论是否过期）药物准备给药操作指导具有跳起打开装置的安瓿瓶——只要有可能，就使用具有跳起打开装置的安瓿瓶，而不是需要金属锉刀才能打开的安瓿瓶如果是需要金属锉刀才能打开的安瓿瓶，在打开安瓿瓶时，需使用干净的保护垫（如一个小纱布垫）保护手指药物准备准备好注射所需的所有器材：-无菌一次性使用的针头和注射器-无菌水或特定稀释液等配制药液-酒精棉签或药棉-锐器盒注射准备对药瓶隔膜的操作步骤在刺入药瓶前用蘸有70%乙醇棉签或棉球擦拭药瓶隔膜（隔层），并在插入器材前使其晾干每次插入多剂量药瓶都要使用一个无菌注射器和针头不要把针头留在多剂量药瓶上注射器和针头一旦从多剂量药瓶中吸出药品并拔出，应尽快进行注射注射准备贴标签多剂量药瓶配制后，应在药瓶上贴上标签：-配制日期和时间药物的种类和剂量-配制浓度-失效日期和时间-配制者签名对于不需要配制的多剂量药品，贴上标签：-开启日期和时间-开启者名字和签名注射准备皮肤消毒剂在有效期内使用。严格落实皮肤消毒的操作流程（以注射点作为中心，自内向外，直径5cm以上）。一人一针一管一用，禁止重复使用。熟悉操作规程，严格无菌操作使用同一溶媒配置不同药液时，必须每次更换使用未启封的一次性使用无菌注射器和针头抽取溶媒。必须多剂量用药时，必须做到一人一针一次使用。熟悉操作规程，严格无菌操作熟悉操作规程，严格无菌操作红圈标注地方绝对不能碰触！××熟悉操作规程，严格无菌操作皮肤消毒后不应再用未消毒的手指触摸穿刺点！皮肤消毒后应完全待干后再进行注射！熟悉操作规程，严格无菌操作现配现用药液抽出的药液、开启的静脉输入用无菌液体须注明开启日期和时间，放置时间超过2小时后不得使用；启封抽吸的各种溶媒超过24小时不得使用。药品保存应遵循厂家的建议，不得保存在与患者密切接触的区域，疑有污染或保存不当时应立即停止使用，并进行妥善处置。

熟悉操作规程，严格无菌操作

2小时内：——输注类药品；

24小时内：

——溶媒启封抽吸后；

——灭菌物品启封后（棉球、纱布等）提倡使用小包装。每周更换2次：

——非一次性使用的碘酒、酒精等，容器应灭菌。

7天内：——启封后一次性小包装的瓶装碘酒、酒精.药品保存：——应遵循厂家的建议（温度、避光）——不得保存在与患者密切接触的区域。——疑有污染禁用。应注明开启时间物品管理

禁止双手回套针帽禁止用手传递利器禁止用手分离注射器针头禁止手持锐器随意走动禁止随意丢弃锐器，随时入锐器盒禁止用手直接抓取医疗废物

操作时保证充足光线、空间宽敞

操作时从容不迫

操作时尽可能采用有安全保护装置的锐器六禁止三操作警惕锐器伤耐用，防穿透，防渗漏。大小合适，锐器可以完整放入。可能产生锐器的地方均配，不需二次分捡。放置的位置醒目且方便使用，治疗车要放在上层的侧面。一次性使用、禁止徒手打开、清空或清洗重复使用。禁止放入其他杂物。到达3/4时及时封闭。在转运过程中确保密闭，避免内容物外漏。

规范使用锐器盒

二、医务人员职业暴露体液血液分泌物排泄物其他04年7月23日，广州某医院在一次急诊抢救意外伤中,9名医务人员均直接接触了出血