科技模块2—工业设计
"我们是人类的先驱,我们独一无二!"
"我们是人类的火种,我们一致联合!"
为了实现"人人都能在自己喜欢的模块中享受到'私人定制'的高品质生活"的目标,我们的工业力求面面俱到,管理精细化,空间紧凑和生产高效。在设计的工业体系中,我们尽可能采用旧世界前沿的,绿色环保的的技艺。
世界工业总能耗占世界能源总量45%,约为11799000千瓦时。
工业总体积:207673m³
食品加工(含农副食品加工与食品制造):
l原料:农业区的肉类(猪、牛、羊、鱼、鸡),奶类(牛奶、羊奶),蔬菜(含油料作物和糖料作物),水果
l方法:经现代技术改进的传统发酵(酸奶、酒、泡菜、酸菜),榨油工艺,鲜奶高温灭菌(107°c灭菌7~8秒),食品深加工必要处理(火腿、罐头)等。("复合果蔬汁的发酵工艺及风味品质研究"[1])("发酵型海带复合果汁饮料的研制及发酵体系抗氧化活性的研究"[2])
l 该产业占1200㎡,四层高,每层1.8米。
该产业预计能耗:约1415880千瓦时每年
酒、饮料:
l原料:药类作物(党参、人参、灵芝等),水果,化学调味剂
l方法:液体发酵制酒,化学调味剂(含食用香精、咸甜鲜酸味剂)及水果提取液制水果味饮料等。("药桑葡萄酒发酵工艺优化及体外抗氧化与结合胆酸盐能力研究"[3])("枸杞果酒发酵工艺优化及香气成分分析"[4])
l该产业占1000平方米,三层高,每层1.8米。
l该产业预计能耗:589950千瓦时每年
纺织、服装服饰与制鞋:
l原料:棉、麻、动物毛(羊毛)以及新型纳米增强弹性材料等
l方法:传统纺织行业和传统制鞋业(占比较少),3D打印技术(占比较多);皮革加工技术(真皮与人造皮);
l个性定制与批量化需求兼顾。
l该产业占地1500平方米,三层高,每层2米。
l该产业预计能耗:825930千瓦时每年
木材加工、造纸、印刷:
l原料:林场树木、竹林以及高分子材料l方法:现代造纸技艺(原浆纸、白纸等),印刷工艺,木材家具及装修材料等等
l该产业占地1000㎡,高3层,每层2米
l该产业预计能耗:471960千瓦时每年
家具制造业:
l原料:林场树木,皮革
l方法:现代家具制造
l该产业占工业用地约占地800平方米,高3层,每层2.2米
l该产业预计能耗:353970千瓦时每年
文教、工美、体育和娱乐用品制造业:
l原料:化工产品
l方法:现代文教、工美、体育和娱乐用品制造技艺
l该产业占地700平方米,两层,每层1.8米
l该产业预计能耗:235980千瓦时每年
采矿业:
清洁节制采矿技术,结合规范的采矿管理条例(本世界考虑与盟友合作,互通矿业)
黑色、有色金属冶炼及压延:
l原料:开采的黑色和有色金属
l方法:火法、湿法、电解("单嘴精炼炉冶炼不锈钢冶金机理及工艺"[5])("稀土渣中稀土相选择性析出与超重力分离"[6])
l该产业占地1000平方米,高3层,每层2.2米
l该产业预计能耗:471960千瓦时每年
废弃物处理(占地3500平方米,高4层,每层1.8米;该产业预计能耗:1769850千瓦时每年):
废气:"强化生物技术处理含二氯甲烷和甲苯废气的工艺和机理"[7]
l对于医药化工行业的代表性VOCs如芳香烃和卤代烃等,由于其疏水性、难生物降解的特点,传统生物净化手段的去除效果不甚理想。该工艺以生物净化技术为核心,通过优化生物反应器构型、提升微生物降解能力、耦合臭氧催化氧化预处理等方法,强化生物净化技术对于疏水性、难生物降解VOCs的处理能力。
l经过体积分数为43%硝酸改性的催化剂样品具有最高的电子亲和性和最好的晶格氧移动性,并且具有最高的甲苯转化率、CO2选择性臭氧和转化率。将臭氧催化与生物净化技术相结合,构建了臭氧催化-生物净化耦合体系用以去除甲苯。
l当臭氧催化加热温度70°C,臭氧浓度250 ppm时,能保证耦合体系拥有较高甲苯去除效率,又能控制填料层生物质的累积速率,耦合体系基本没有臭氧排放。耦合体系的最大甲苯去除能力能为442gm-3h-1,相比单一生物滴滤器(Biotrickling filter,BTF)提高了 39%以上。且填料层的压力降能够长期维持在相对稳定的低压状态。
"移动床生物膜法处理二硫化碳和硫化氢废气及硫单质回收"[8]
l采用高效降解菌液启动MBBR生物反应器。在pH为2,温度为25-35°C下,降解菌活性最强,在充足的氧气下可将CS2和H2S废气污染物全部氧化成硫酸根离子,且产生的硫酸根离子对生物无毒害作用,不影响废气污染物的去除效率;接种了高效降解菌液的MBBR反应器对CS2和H2S混合废气最大去除负荷达386.4 g/m3.h。
l气生物净化技术因其环保、安全、经济且无二次污染等优点,在治理含硫恶臭污染中得到越来越广泛的应用。
"垃圾热解气化过程中氯的转化与控制特性及生命周期可持续性"[9]
l垃圾焚烧技术有无害化程度高、减容减量效果好、能源化利用等优点,可成为处理生活垃圾的主要手段。垃圾焚烧厂主要通过往脱酸反应塔喷入钙基吸收剂在低温段对HCl进行脱除,然而无法避免烟气中的HCl引发的设备高温腐蚀和参与二恶英的生成。
l生活垃圾热解气化技术可以通过"两步式"热化学转化将可燃气净化后与燃气轮机、内燃机等高效的发电设备联用,从而更好实现高效清洁利用。我们将钙基吸收剂作为炉内脱氯添加剂,在生活垃圾中高温热解气化的同时对HCl进行脱除。
废水:"电化学强化短程硝化-厌氧氨氧化工艺处理垃圾焚烧渗沥液厌氧出水"[10]
l采用短程硝化-厌氧氨氧化工艺处理垃圾焚烧渗沥液厌氧出水,并通过电化学技术对组合工艺进行强化。
l控制反应过程中NH4+、COD和NaCl浓度低于其抑制阈值,将pH=7-8(FA<20-25 mg/L,FNA<20 ug/L),T=35°C。外加电势为0.06 V——最优外加电势。外加电势通过提升AnAOB菌功能酶活性及AnAOB丰度提高组合工艺的脱氮效能,同时通过降解大分子有机物为反硝化菌提供碳源,以及富集反硝化细菌,进一步提高脱氮效率。
l当进水NH4+浓度为500 mg/L,NO2-浓度为650 mg/L时,TN去除率达到75.6%,比对照组高35%,COD去除提高10-15%,分子量大于20k Da的类富里酸、腐殖质和溶解性微生物代谢产物等有机物被逐级降解为分子量更小的有机物,为反硝化菌提供电子供体。
"藻类微生物燃料电池处理餐厨垃圾厌氧消化液的工艺"[11]
l微藻在培养过程中不仅能吸收大量氮磷元素还可用于生产生物质能,利用微藻光合作用产氧的特性将MFC与微藻培养相结合构建藻类微生物燃料电池(AMFC),不仅能实现消化液中碳氮磷的同步高效去除,还可提升系统的能量回收率并减少系统能耗。
l阴极液——厌氧消化液前需稀释,稀释比例为25倍;将多个阳极室置于藻类跑道池中并结合转换电路构建AMFC堆栈,阴阳极室直径比为2;添加3mg/L的磷使微藻生长状况良好同时AMFC系统性能稳定。AMFC阳极室有机物去除率约为68.2%。在上述条件下AMFC系统产生的总能量为4.1 kWh/m3,其中电能约为0.59 kWh/m3,微藻生物质能约为3.51 kWh/m3,系统的能量回收率约为14.8%。
l当AMFC与PBR系统耦合时,连续运行和序批式运行模式下AMFC产生的电能分别为0.84 kWh/m3和0.92 kWh/m3。连续运行模式下耦合系统可获得更多的微藻生物质但产生的电能略少于序批式运行,最终两种运行模式下产生的总能量相近约5.4 kWh/m3。连续运行和序批式运行模式下系统的能量回收效率分别为14.1%和19.3%。
其他:"核电厂痕量气载碳14处理工艺"[12]
"循环流化床垃圾焚烧炉燃烧"[13]
l针对焚烧城乡垃圾和填埋场陈腐垃圾的焚烧炉,我们设计尾部烟道转向室底灰收集减系统,减少飞灰率4%以上。我们在长期焚烧城乡垃圾和填埋场陈腐垃圾的锅炉中运用循环灰收集减量系统减少飞灰率5%左右。我们采用的飞灰回燃系统有助于CO排放控制,并且能够减少飞灰率1.5%左右,减少每吨垃圾2kg左右氢氧化钙用量。
l U 型烟道转向室底灰收集减量系统、分离器循环灰收集减量系统和飞灰回燃系统,通过多项飞灰减量措施,可以降低飞灰率 5%以上,降低飞灰处置成本,并延长锅炉运行周期。
l基于 SC-ANFIS 算法的模型在综合性能方面更加优秀,模型预测精度高达 94%,能够很好反映出实际垃圾热量的变化趋势,能够在实际运行过程中为运行人员提供一定的参考信息,同时可以为锅炉燃烧控制系统提供可靠的热量信号。
产氢储氢工业:
l原料:水
l方法:"钾掺杂富勒烯衍生物用于储氢"[14];"金属基纳米/单原子催化剂的构筑及其在甲酸产氢与副产物二氧化碳转化"[15];"轻金属配位氢化物储氢材料的放氢机理及性能改善 ——密度泛函理论研究"[16]
l该产业占地700平方米,高两层,每层1.8米
l该产业预计能耗:235980千瓦时每年
医药、通用设备、专用设备、汽车、铁路、船舶和其他运输设备、电气机械和器材、计算机、通信和其他设备、仪器仪表与其他制造业:
l原料:石油制化工原料,药类作物,有色金属,黑色金属,非金属材料
l方法:中药制剂,西药合成,3D打印(药物、各类设备)
l该产业占地4000平方米,高3层,每层2米
l该产业预计能耗:2359800千瓦时每年
石油加工、化学原料加工、化学制品、化学纤维:
l原料:人造石油
l方法:药品化工原料合成制造,纺织所用化工纤维,高分子材料合成,食品化学调味剂,各种化学工业原料等("重芳烃轻质化与分离"[17])
l 该产业占地2000平方米,高3层,每层2.2米
l该产业预计能耗:943920千瓦时每年
橡胶采集及其制品(占地1500平方米,高3层,每层1.8米;该产业预计能耗:825930千瓦时每年):
l原料:天然橡胶,化工原料
l方法:人工合成橡胶,现代天然橡胶加工,合成树脂(悬浮聚合法、本体聚合法、乳液聚合法、溶液聚合法)
军工行业(占地1000平方米,高3层,每层2米)
l该产业预计能耗:353970千瓦时每年
净水工业(占地2000平方米,高3层,每层2.7米,预计能耗为:825930千瓦时每年)
l原料:河水,生活污水
l方法:污水处理技术(渗透膜,细菌处理,生物技术);生活供水处理。
技术引用:"堆叠型氧化石墨烯纳滤膜分离性能及其净水机理研究"[18]
l氧化石墨烯二维纳米片(GO)因其超高的表面与厚度纵横比、优异的机械性能和独特的表面性质,开始在膜分离应用领域得到广泛关注。
l提升GO-IPDI交联纳滤膜表面电荷强度对改善金属离子去除起着重要作用。通过在prGO堆叠层中引入电负性的UiO-66-(COOH)2结晶颗粒可以有效地增强UiO-66-(COOH)2/prGO复合纳滤膜孔道内的电荷强度,从而提升对正电荷有机污染物和重金属的截留性能。
l掺杂超低氧化程度的Gr可以有效地调节GO纳米片层之间的相互作用,提升复合纳滤膜的稳定性。对于染料分子的截留效果也有明显提升。在Gr纳米片掺杂下,增强了片层之间的范德华力及π-π作用,有效地降低层间水合作用,提升了复合纳滤膜的整体稳定性。
l抗污测量(BSA和HA)中低Rt值(36.5%,和41.3%)和高FRR值(83.4%和80.2%)表明GO/MoS2复合纳滤膜具有优异的抗污性能。
"生物滤饼层/超滤耦合工艺净化水源水机理及优化研究"[19]
l低压重力流超滤净水技术(GDM)具有低维护、低能耗、无清洗及操作简单等优点,是一种理想的分散式净水技术。
l通过构建生物预处理+GDM联用工艺,我们可以有效地结合生物预处理和GDM间的互补效应,显著地提高污染物(如微生物和UV254等)的去除效能及其抗水质冲击负荷的能力。此外,生物预处理工艺可显著地降低GDM滤饼层内的EPS含量,提高其稳定通量。
l生物预处理工艺一方面可有效的预去除水中的污染物,改善GDM膜前进水水质,避免其在膜表面沉积;另一方面还可有效地去除水中的营养物质(如AOC),显著地降低滤饼层内的生物量及EPS浓度,从而提高GDM的稳定通量。
l一体式GAC/GDM耦合工艺,利用GAC滤层中的原生/后生动物以强化GDM膜表面滤饼层内的生物捕食作用,显著地提高了GDM的稳定通量(30-50%)和除污染效能(DOC和AOC去除率均大于80%)。
l一体式GAC/GDM耦合工艺和分置式GAC+GDM组合工艺的稳定通量和除污染效能基本相当,但其可有效地节省构筑物的占地面积,降低操作/维护工作量
"几种非贵金属净水材料去除水中溴酸根和六价铬的性能与机制研究"[20]
科研(占地300平方米,高7层,每层2米,预计能耗为:117990千瓦时每年)
注:该科研地点为工业实验地点和工业技术转化试验地点,与其他行业中科研部分同属"科研区划",即"科研"用地并不集中。
总结余空间:63493立方米
参考文献
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[2]刘茂,付晓婷,王雷,许加超,高昕.发酵型海带复合果汁饮料的研制及发酵体系抗氧化活性的研究[J/OL].食品工业科技:1-14[2021-12-02].https://doi.org/10.13386/j.issn1002-0306.2021060184.
[3]古丽米热·祖努纳,王伟雄,吕泽,黎进雪,雷静,买哈巴·库尔班,米克热衣·衣沙克江,武运.药桑葡萄酒发酵工艺优化及体外抗氧化与结合胆酸盐能力研究[J/OL].食品工业科技:1-17[2021-12-02].https://doi.org/10.13386/j.issn1002-0306.2021060236.
[4]李曼祎,张亚萌,刘春凤,郑飞云,钮成拓,李崎,王金晶.枸杞果酒发酵工艺优化及香气成分分析[J].安徽农业大学学报,2021,48(05):865-872.
[5]代卫星.单嘴精炼炉冶炼不锈钢冶金机理及工艺[D].北京科技大学,2021.
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[11]杨志刚. 藻类微生物燃料电池处理餐厨垃圾厌氧消化液的工艺构建及性能研究[D].山东大学,2020.
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[17]袁国民,从海峰,李鑫钢.重芳烃轻质化与分离研究进展[J/OL].化学工业与工程:1-17[2021-12-02].https://doi.org/10.13353/j.issn.1004.9533.20210305.
[18]张鹏. 堆叠型氧化石墨烯纳滤膜分离性能及其净水机理研究[D].湖南大学,2019.DOI:10.27135/d.cnki.ghudu.2019.004041.
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[20]陈雅静.几种非贵金属净水材料去除水中溴酸根和六价铬的性能与机制研究[D].中国科学技术大学,2020.