PAGE第8頁共8頁第1頁共8頁泰山醫學院2010～2011學年第一學期2009級化學工程與工藝、高分子材料與工程(醫用)、環境工程、應用化學專業本科《工程制圖與CAD》試卷(A)題號一二三四總分統分人復核人得分得分閱卷人一、選擇題（每小題2分，共20分。請將答案填在下面的表格內）題號12345678910答案1.下列說法不正確的是（）。A.裝配圖中，相鄰零件的接觸面和配合面只畫一條線。B.相接觸的兩零件，同一方向上一般只能有一對接觸面。C.化工設備主視圖采用多次旋轉的表達方法，假想將設備上處于不同圓周方位的結構，分別旋轉到與投影面平行的位置，然后畫出其視圖或剖視圖。接管口旋轉方向的選擇，可以使其投影在主視圖上出現重疊現象。D.在工藝施工流程圖中，主要物料流程線用粗實線繪制，輔助物料流程線用中實線繪制，設備用細實線繪制。2.下列尺寸標注，滿足正確、完整、清晰的是（）。ABCD3.根據主、俯視圖，選擇正確的左視圖（）。4.根據主、左視圖，選擇正確的俯視圖（）。5.根據主、俯視圖，選擇正確的左視圖（）。6.下列視圖中，正確的一組局部剖視圖是（）。7.將主視圖畫成全剖視圖，正確的為（）。8.根據主視圖，選擇適當的移出斷面圖（）。9.下列螺柱連接畫法正確的是（）。10.下列鍵連接畫法正確的是（）。得分閱卷人二、補畫視圖中的漏線（第1題2分，第2、3題3分，共8分）得分閱卷人三、作圖題（第1題8分，第2、3、4、6題10分，第5題16分，共64分）1.根據組合體的主、左視圖，補畫俯視圖。2.根據組合體的俯、左視圖，補畫主視圖。3.在指定位置畫出半剖的主視圖。4.用階梯剖的方法把主視圖畫成全剖視圖。5.根據立體圖，選用合適的表達方案表達機件（作圖比例1：1）。6.用組合剖切的方法把主視圖畫成全剖視圖。得分閱卷人四、閱讀零件圖，回答問題。（第1、2、5題1分，第3題3分，第4題2分，共8分）1.此零件為箱體類零件，結構復雜，而且加工位置多變，主視圖盡量按_________位置放置，以最能反映主要結構的形狀特征，以及各組成部分相互位置關系的視圖作為主視圖。2.此零件最光滑的表面，Ra的上限值為_________um。3.φ80K7，其上偏為0.009，其下偏為－0.021，孔的基本偏差的代號為______，標準公差等級為______級，標準公差數值為________mm。4.此零件長度方向的主要尺寸基準別為主體圓柱的任一端面，寬度方向的主要尺寸基準為____________________，高度方向的主要尺寸基準為___________________。5.6XM8表示個均勻分布的普通螺紋孔，其公稱直徑為。

電化學技術在新能源中的利用一.能源的概況1.能源的重要性1.能源的重要性自古以來,人類就為改善生存條件和促進社會經濟的發展而不停地進行奮斗.在這一過程中,能源一直扮演著重要的角色.從世界經濟發展的歷史和現狀來看,能源問題已成為社會經濟發展中一個具有戰略意義的問題,能源的消耗水平已成為衡量一個國家國民經濟發展和人民生活水平的重要標志,能源問題對社會經濟發展起著決定性的作用.2.能源的種類2.能源的種類大自然賦予人類的能源是多種多樣的,一般可分為常規能源和新能源兩大類.常規能源包括煤炭,石油,天然氣和水能,而新能源有生物質能,核能,風能,地熱能,海洋能,太陽能和氫能等.其中煤炭,石油,天然氣被成為化石能源,水能,生物質能,風能,太陽能和氫能等是可再生能源.3.化石能源的問題(1)化石能源的短缺化石能源的短缺能源是人類賴以生存和社會發展的重要物質基礎,是國民經濟發展的命脈,但目前主要使用的化石能源的儲量不多.據2002年世界探明的化石能源的儲量和使用量統計,世界上煤,石油和天然氣的儲采比分別為204,40和60年,中國的情況更為嚴峻,據2002年統計,中國煤,石油和天然氣的儲采比只有82,15和46年.這表明在人類歷史的長河中,只有很短的一段時間能使用化石能源.隨著我國經濟的持續高速增長,對能源的需求也持續攀升.我國一次能源消費總量從1978年的5.3億噸標準煤,上升到2002年的14.3億噸.據估計,我國在2004,2020和2050年的石油消費量達3,4.5和6億噸,其中進口量分別為1,2.7和4億噸.4億噸的進口量相當于目前美國的石油進口量,這不但會制約我國經濟的可持續發展,而且對國家的安全也十分不利.(2)化石燃料造成嚴重環境污染和氣候異常化石燃料造成嚴重環境污染和氣候異常化石燃料的使用引起的環境污染,排放的CO2會造成溫室效應,使全球氣候變暖.有關機構已向聯合國發出警告,如再不對CO2的排放采取嚴厲措施,在10年內,世界的氣候將產生不可逆轉的變化.我國的環境污染問題更是日趨嚴重,目前,我國CO2排放量占世界總排放量的14%,在美國之后位居第二,估計到2025年,將位居第一.在本世紀初聯合國關于環境污染的調查中,發現在世界上十個環境污染最嚴重的城市中,七個在中國.它們是太原,北京,烏魯木齊,蘭州,重慶,濟南和石家莊.4.21世紀世界能源發展趨勢世紀世界能源發展趨勢(1)節能技術將備受重視節能技術將備受重視節能就是提高能源利用率,減少能源的浪費.目前節能技術水平已是一個國家能源利用情況的綜合性指標,也是一個國家總體科學技術水平的重要標志.許多研究報告指出,依靠節能可以將能源需求量降低2530%.我國在能源利用方面的效率很低,我國的能耗很高,是世界平均水平的2倍,發達國家的5-10倍,因此更應重視節能技術,我國應該充分重視化石能源的高效利用.(2)世界能源系統將發生重大變革世界能源系統將發生重大變革據預測,20世紀形成的以化石燃料為主的世界能源系統將在21世紀轉換成以可再生能源為主的新的世界能源系統.在20世紀末,化石燃料的使用量占了世界一次能源用量的89.5%.據世界能源委員會(WEC)和國際應用分析系統研究所的研究報告認為,在20世紀上半葉,化石燃料仍將是世界一次能源的主體,但到21世紀下半葉,太陽能,生物質能,風能等新能源將占世界能源的50%左右.(3)煤炭將作為過渡能源而受到重視煤炭將作為過渡能源而受到重視由于石油和天然氣的儲量較少,而煤炭儲量相對較多,因此煤炭將作為一種過渡能源而在21世紀上半葉受到重視.主要發展的技術是潔凈煤技術,煤液化和汽化技術.(4)新化石能源的開發將得到強化新化石能源的開發將得到強化近年來發現,在海洋300米深處有甲烷水合物存在.目前,甲烷水合物的開發已經受到特別的關注.據估計,世界甲烷水合物的儲量可能超過石油,天然氣和煤炭儲量的總和.因此,甲烷水合物作為儲量巨大的未開發能源開始受到世界各國的高度重視.(5)核能的利用將進一步得到重視核能的利用將進一步得到重視據國際原子能機構統計,在20世紀末,全世界運行的核電站有436座,總發電量為3.5億千瓦.這些電站主要分布在美,法,日,英,俄等31個國家,近年來,由于擔心核電站運轉的安全性,核廢料對環境的影響和核技術擴散對世界安全性的影響,核能的發展在發達國家已有下降趨勢,但在亞洲地區仍有強勁的增加趨勢,我國準備在今后幾年內建造4座核電站.受控核聚變是一直受人們關心的技術,因為在海水中大約有23.4億萬噸氘,如受控核聚變技術在21世紀能得到應用,在21世紀末,核能可望占世界一次能源的30%左右.(6)可再生能源的開發將越來越受到重視可再生能源的開發將越來越受到重視鑒于化石燃料的短缺及化石燃料的使用引起嚴重的環境污染和氣候異常,人們對新能源的開發越來越重視.其中水力能,地熱能,海洋能和風能的可利用資源有限,因此,太陽能,生物質能和氫能的利用將倍受關注.二.生物質能的利用1.生物質能的優點.(1)生物質來源豐富地球上每年生長的生物質總量約14001800億噸,相當于目前世界總能耗的10倍,我國的生物質能也極為豐富,可作為能源開發的生物質能總量可達4.5億噸標準煤.加上生物質能可再生.因此,生物質能的高效,規模化利用可有效緩解世界能源供需矛盾.(2)生物質能可多途徑利用(a)直接燃燒.其熱能和蒸汽可發電,技術成熟,但效率低.(b)生物轉化.包括制沼氣和水解發酵制取醇類.生物質制甲醇和乙醇技術基本成熟,但生產成本較高.生物質制沼氣技術相當成熟.2002年全國已建1300多萬個沼氣池.(c)光熱轉化.通過氣化,裂解,光催化等技術,獲得氣,液體燃料來發電.(d)生物柴油.從油料植物提取植物油,經甲酯化得生物柴油.它有含氧高,含硫低,分解性能好,燃燒效率高等優點.(3)生物質能利用的環境污染少由于生物質利用過程中釋放的CO2是其生長過程通過光合作用從環境吸收的,所以生物質能的利用過程不排放額外的CO2,而對環境污染少.生物質能的利用還能降低污染.如可利用生物質熱解汽化技術處理生活垃圾等,可得到以甲烷為主的燃氣,實現垃圾的減量化,無害化,資源化.2.生物質能利用的問題2.生物質能利用的問題生物質能利用的缺點主要是生物質分布廣,大面積收集成本高,經濟的收集半徑在50公里以內,只適合建立小型,分散的生物質能利用系統.而小型轉換系統的效率低,不提高生物質能的利用效率就不能獲得好的經濟效益,這是生物質能至今未能實現規模化應用的關鍵問題之一.因此,如何在小型,分散體系實現能量的高效,清潔及規模化利用是迫切需要解決的問題.三.太陽能的利用1.太陽能的優點太陽能的優點(1)太陽能來源豐富太陽能來源豐富太陽能來源豐富是眾所周知的,這似乎是一種用之不絕,取之不盡的能源.太陽內部不停地進行熱核反應,釋放出巨大的能量,輻射到地球上的能量只占起輻射總能量的極小部分,約1/22億,但地球每年接收的太陽能至少有6×1017千瓦小時,相當于74萬噸標準煤的能量.其中被植物吸收的僅占0.015%.可見,開發太陽能利用的潛力很大.(2)太陽能的使用沒有污染問題太陽能的使用沒有污染問題這也是眾所周知的,太陽能的使用基本上沒有污染問題.(3)太陽能可多途徑利用太陽能可多途徑利用(a)太陽能的熱利用.如太陽能熱水器,太陽灶,太陽能蓄熱池發電等.(b)太陽能發電.如太陽能電池和光電池.(c)光催化和光電催化制氫.主要用這兩種技術從水或生物質中制得氫氣.2.太陽能利用的概況太陽能利用的概況近年來,太陽能的利用發展很快,據1997年的數據,全球太陽能發電量已達800兆瓦.到2000年,日本已有7萬個住宅用上太陽能電池,美國和歐盟計劃在2010年前安裝100萬套太陽能電池.特別是把太陽能電池與屋頂瓦結合成光電發電系統,目前歐洲已有300套,年發電量為1億千瓦.這種系統不但可供應清潔能源,而且美觀耐用,壽命可達25年.太陽能的熱利用發展更快.特別在我國,太陽能熱水器的年產值已達60多億元,居世界首位.3.太陽能利用的問題太陽能利用的問題開發太陽能利用的主要問題是如何提高太陽能的轉換效率,其次是降低成本,這對我國特別重要,目前我國生產太陽能電池的能力已達幾百兆瓦,但由于價格高,基本上都銷往國外.第三,一些技術,如光催化和光電催化制氫技術還沒成熟,沒有達到實用化的階段,應該抓緊這方面的研究和發展.四.氫能的利用1.氫能的優點氫能的優點(1)氫是自然界儲量最豐富的元素.(2)氫是除核燃料外發熱量最大的燃料.(3)氫燃燒生成水,是世界上最清潔的燃料.(4)燃燒性能好,可燃范圍大,燃燒速度快.(5)氫可用多種方法大規模生產.(6)氫的利用形式多,可通過燃燒發電,通過燃料電池發電等.2.對氫能利用的重視2002年加拿大舉辦了以"氫行星"為主題的第14屆世界氫能源大會.2003年在華盛頓召開15個國家和地區參加的"國際氫能經濟合作伙伴"會議.冰島計劃用40年時間將冰島建成"氫社會".布什將投資120億美元來促進氫能源的發展.過去5年,工業化國家在氫能開發領域的投入年均遞增20.5%.氫將取代天然氣,油和煤而成為未來世界的主要能源,進入氫能時代已成為近年來的熱門話題,21世紀將是氫能世紀.布什舉著使用氫燃料的照相機我國對發展氫能經濟也開始重視,參加了2003年在華盛頓召開的有15國家參加的"國際氫能經濟合作伙伴"會議.2004和2005舉辦了兩次關于氫能經濟的中美雙邊會議.今年一月,中國科學院院士局召開了關于"石油替代能源"的研討會,主要討論石油資源可持續性分析,石油的替代能源,氫能燃料和我國的石油替代能源.并要組織人員進行軟課題研究.3.氫能的問題3.氫能的問題(1)氫的價格氫的制備,儲存和運輸中的價格問題,是影響走進氫能時代的很關鍵的問題.要降低其價格,必須形成氫的制備,儲存和運輸的網絡.(2)廉價清潔的制氫技術問題(2)廉價清潔的制氫技術問題目前制氫效率很低,氫的制取要消耗大量的能量,因此尋求大規模的廉價清潔的制氫技術是各國科學家共同關心的問題.(a)化石燃料制氫:目前,96%氫從化石燃料制備,技術成熟,但要造成環境污染.(b)電解水制氫:技術成熟,但耗能多,價格高.一般每生產1立方米的氫氣,需要消耗4.2-6度的電能,其能量轉化率不到32%.(c)生物質制氫:有可再生,產量大,可儲存,碳循環等優點,從中長期看是最有前途的制氫方式.目前生物質制氫效率低.(d)生物制氫:國內外在選育高效產氫菌株工作進展不快,制氫效率低.(e)風能制氫:用風能發電來電解水產生氫,技術上沒有問題,降低成本和風能發電量少是主要的問題.(f)太陽能制氫:該法還處在基礎研究階段,離商業化還有較遠的距離.(3)氫的儲運問題(3)氫的儲運問題氫的儲運技術主要解決儲運的安全性和成本,現在由于儲運技術不過關,因此浪費了許多氫.許多工業過程,如煉油,煉焦,氯堿,合成氨,合成甲醇及煤氣制造等多有大量的副產品氫氣,只是由于儲運技術的問題而不能被利用.我國每年放空和燒掉的氫氣至少在1010標立方米以上.因此解決氫的儲運問題也是走進氫能時代的一個很關鍵的問題.目前氫的儲運還有很大問題.(a)高壓儲氫:儲氫量少,只有1%左右,還有不安全的問題.(b)液氫儲氫:很不方便,儲氫設備大,蒸發損失大.(c)吸附儲氫:這是目前的研究熱點,但儲氫容量還較低,一般不超過2%.鎂合金儲氫在3%,但儲放不可逆.熱門一時的納米碳管儲氫也已沒有了希望,最終的儲氫量也只有1%左右.(e)化合物儲氫:放氫不容易.(4)燃料電池還沒有商品化用氫作燃料的燃料電池的出現是促進氫能利用的重要原因.近年來,由于化石燃料資源短缺和環境污染日趨嚴重,各國對燃料電池的研究十分重視.美國《時代周刊》把燃料電池列為21世紀十大高新科技之首,燃料電池已被認為是21世紀極具應用前景的一種新型能源系統.雖然燃料電池有很誘人的優點,而且燃料電池的發展已有100多年的歷史,但至今還沒有一種燃料電池已經真正商品化,因此,燃料電池何時才能商品化是一個與氫能利用密切相關的問題.4.反對氫能的意見4.反對氫能的意見(a)氫以化合物形式存在,制氫要消耗能源.它不是一種能源,而是能源的流通手段.(b)氫的泄漏會改變氣候.氫不可避免泄漏,泄漏量可達15%.泄漏的氫會在大氣形成水霧,它會象二氧化碳一樣,使天氣變暖.(c)現在一般用高壓氫作燃料電池燃料,氫的泄漏會產生很大的不安全性,手機等的火花就會使泄漏的氫發生爆炸.(d)冰島能做的,其他國家不一定能做,冰島的氫都是電解水制得的,因該國70%的電是由地熱和水電站產生的.(5)氫的清潔生產要用風能和太陽能.據估計,如用風能發電制氫,當風能發電量達到美國6%的用電量,風能發電機要占的面積要有半個加州那么大.(6)布什承諾投資120億美元用于氫能的研究是一個微不足道的投資.美國去年用于核能和礦物質燃料方面的研究經費大于氫燃料的研究經費.美國推行"健康婚姻"的預算就有150億美元.美國用于伊拉克戰爭的經費每月390億美元.(7)氫燃料電池價格昂貴.目前內燃機成本為每千瓦50美元,而氫燃料電池為800美元.估計大量使用后,也要300美元.另外所有的加油站改成加氫站也要花費大量的資金.五.燃料電池加速氫能利用1.燃料電池的優點.(1)燃料電池是一種高效清潔的能量轉換系統,可降低環境污染和氣候異常.(2)燃料電池能高效利用生物質轉化產生的氣,液物質和氫作燃料,因此,能促進氫能的利用.(3)燃料電池的發電效率不受體系規模限制,小型燃料電池同樣能夠實現高效發電,適合于生物質分散性的特點.2.燃料電池定義燃料電池是一種不經燃燒直接以電化學反應的方式將燃料的化學能轉變成電能的裝置,只要連續供應燃料,燃料電池就能連續發電.3.原理陽極反應:H2=2H++2e陰極反應:1/2O2+2H++2e=H2O總的反應:H2+1/2O2=H2O4.燃料電池分類堿性燃料電池(AFC)(1)堿性燃料電池(AFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Ag,氧化劑:氧電解液:30%KOH隔膜:石棉膜工作溫度:60-80oC用途:航天器和潛艇的動力源優點:比能量和比功率高缺點:對CO2敏感,不宜地面使用(2)磷酸燃料電池(PAFC)磷酸燃料電池(PAFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:98%磷酸工作溫度:200oC用途:家庭住宅能源和汽車動力源優點:穩定性好,已有商品生產缺點:用貴金屬作催化劑,價格高.(3)質子交換膜燃料電池(PEMFC)質子交換膜燃料電池(PEMFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:含水的質子交換膜工作溫度:60-80oC用途:汽車和潛艇等的動力源優點:比能量和比功率高,壽命長,應用范圍廣缺點:對CO敏感,價格高,800美元/千瓦,而內燃機50美元/千瓦.氫源問題.(4)直接甲醇燃料電池(DMFC)直接甲醇燃料電池(DMFC)陽極:催化劑:Pt合金,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:含硫酸的質子交換膜工作溫度:60-80oC用途:可移動的小型電子儀器設備動力源優點:比能量高,體積小問題:Pt對甲醇氧化電催化效率低,易被甲醇氧化中間產物毒化,甲醇會透過質子交換膜.(5)熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)陽極:催化劑:Ni,燃料:氫陰極:催化劑:NiO,氧化劑:氧電解液:熔融碳酸鹽(NaCO3-LiCO3)工作溫度:600oC用途:發電站優點:反應溫度高,不需貴金屬催化劑.可用含CO的燃料氣.壽命長.能量轉換率高,可達80%.問題:高溫下,電解液會腐蝕電極材料.壽命2萬小時,商業上要4萬小時.(6)固體氧化物燃料電池(SOFC)固體氧化物燃料電池(SOFC)陽極:催化劑:NiZrO2,燃料:甲烷,氫陰極:催化劑:NaCrO4等,氧化劑:氧電解液:ZrO2,CeO2等工作溫度:900oC用途:發電站優點:不需貴金屬催化劑.壽命長.可用各種燃料氣.抗中毒能力強.能量轉換率最高,可達80%以上.問題:高溫下,密封困難,放大困難.價格高.5.PEMFC發展現狀發展現狀(1)世界各國對世界各國對PEMFC的重視世界各國對的重視近十年來,近十年來,PEMFC技術的研究開發受到技術的研究開發受到許多國家的政府和跨國大公司的極大重視,許多國家的政府和跨國大公司的極大重視,已出現許多PEMFC電動車樣車.電動車樣車.已出現許多電動車樣車我國計劃,年奧運會期間,我國計劃,到2008年奧運會期間,將有我年奧運會期間國生產的燃料電池電動車會小批量,國生產的燃料電池電動車會小批量,示范性地行駛在街頭.性地行駛在街頭.年世博會期間,輛燃料電池公交到2010年世博會期間,20輛燃料電池公交年世博會期間輛燃料電池出租車,車,300輛燃料電池出租車,1000輛電動輛燃料電池出租車輛電動汽車以及一批燃料電池場地車和郵政車都將投入運行,屆時,上海將建成5座加氫將投入運行,屆時,上海將建成座加氫站來滿足這些車輛對氫燃料的需求對氫燃料的需求.站來滿足這些車輛對氫燃料的需求.(2)PEMFC商業化的問題商業化的問題(a)價格問題價格問題美國能源部認為,汽車用PEMFC的最終的價格達到$50-100/kW時,才能有競爭能力,因為現在內燃機的價格為$50/kW左右,而現在PEMFC的價格在$800/kW左右.在現在技術的基礎上,即使PEMFC的產量為每年50萬臺,其價格也要在$300/kW.PEMFC價格高的主要是由于高的電池殼體的加工費和離子交換膜膜價格高而引起的.另外運行成本也遠高于燃油汽車.(b)燃料問題燃料問題目前的PEMFC一般用高壓氫作燃料,但高壓氫作燃料有不安全,載量低,加油站改裝要巨大費用等問題.現在發展了超高壓氫技術.研制甲醇,汽油和天然氣裂解的隨車制氫技術.但目前車載天然氣重整制氫技術離實用還有相當的距離.美國能源部基本放棄該路線.用儲氫材料制備儲氫裝置還沒有過儲氫容量太低.關,儲氫容量太低.現在許多生產過程都能產生氫副產品,過程都能產生氫副產品,由于沒有好的儲氫技術而放空燒掉.