固定化脂肪酶在生物柴油方面的应用.doc

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1、固定化脂肪酶在生物柴油方面的应用1、相关定义1.1、生物柴油的定义及优缺点 可再生的生物质可通过能源转换技术为人类提供大量的液体能源,生物柴油 是生物质能的一种形式。生物柴油是以大豆和油菜籽等油料作物,油棕和黄连木 等油料林木果实,工程微藻等油料以及动物油脂,废餐饮油等为原料制成的液体 燃料,是优质的石油柴油替代品,不仅可以作为燃料直接燃烧,而且也可作为柴 油清洁燃烧的添加剂2-3。研究表明生物柴油的性质非常接近柴油,而且可以在 不改动或很少改动发动机构造的情况下直接使用。 生物柴油的主要成分是棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸等长链脂肪 酸同低碳醇所形成的酯类化合物。三甘油酯通过酯交换过程

2、转变为脂肪酸酯后, 理化性质都发生了改变。Jose 等4用植物油通过酯交换反应制得生物柴油,与石 化柴油相比其主要区别如表 1-1 所示。 很多研究者们对生物柴油在柴油发动机上的燃烧排放性能进行了大量的研 究,发现其具有优越的燃烧、排放性能5,对环境友好,具体为: (1)具有优良的环保特性。主要表现在由于生物柴油中硫含量低,使得二氧 化硫和硫化物的排放降低,生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃,因 而废气对人体损害低于柴油。检测表明,与普通柴油相比,使用生物柴油可降低 90%的空气毒性,降低 94%的患癌率;由于生物柴油含氧量高,使其燃烧时排烟 少,一氧化碳的排放与柴油相比减少约 10%

3、(有催化剂时为 95%);生物柴油的 生物降解性高。 华南理工大学硕士学位论文 2 表 1-1 生物柴油与石化柴油的理化性质比较 Table 1-1 Physical and chemical characteristics comparison on biodiesel and petroleum diesel 指标名称 生物柴油 石化柴油 冷凝点(CEPP) 夏季产品() -10 0 冬季产品() -20 -20 20密度(g/ml) 0.88 0.83 40运动粘度(mm2/s) 46 24 闪点() 100 60 可燃性(十六烷值) 最小 56 最小 49 热值(MJ/Kg) 32 3

4、5 燃烧功率(柴油=100%)(%) 104 100 硫含量(质量分数)(%) 1.2、Sharon工艺的概念酸盐氮再进行反硝化。从氮的微生物转化 过程来看,氨态氮被氧化成硝态氮是由两类独立的细菌催化完成的两个不同反应。然 而对于反硝化菌无论是从NOZ一N还是NO3一N均可以作为最终受氢体。因而整个生物脱 氮过程可以通过NH4+一弓NOZ一弓NZ的途径完成。所谓短程硝化就是将硝化过程控 制HNOZ阶段而终止,随后进行反硝化。与传统硝化反硝化相比,短程硝化反硝化不 仅可以节省能耗约25%(以氧计),节约碳源40%(以甲醇计),而且可以缩短反应时 间,大幅度降低产生的污泥量。 1.3、灰度直方图的

5、概念 灰度直方图是关于灰度级分布的函数,是对图像中灰度级分布的统计。灰度直方图 是将数字图像中的所有像素,按照灰度值的大小(0 为黑,255 为白),统计其所出现的 频率。通常,灰度直方图的横坐标表示灰度值,纵坐标为像素个数,也可以采用某一灰 度值的像素数占全图像素数的百分比作为纵坐标。直方图上的一个点的含义是,图像中 存在的等于某个灰度值的像素个数的多少。这样,通过灰度直方图就可以对图像的某些 整体效果进行描述。例如,”这幅图像偏暗”,此时灰度直方图的像素一定大多数分布在 灰度值较小的部分27。 从数学上来讲,图像的灰度直方图是图像各灰度值统计特性与图像灰度值的函数, 它反映了图像中每种灰度

6、值出现的频率。从图像上来讲,它是一个一维曲线,如图 4.1 所示,横坐标表示图像中各个像素的灰度值,纵坐标为图像中各个灰度取值的像素出现 的次数或频率,表征了图像的最基本的统计特性。 25 图 4.1 灰度直方图 它可以表示成如下一维离散函数的形式: p(rk) = nkn k=0,1, , L ? 1 (4.1) 上式中 rk 为图像f(x, y ) 的第k 级灰度值,n k 是f(x, y) 中具有灰度值 rk 的个数,n是 图像像素总数。 1.4、生物柴油的定义 生物柴油是指长链脂肪酸单烷基酯(脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯),是一种很 有前途的应用于柴油机的可替代燃料7。生物柴油由植物油或动物

7、油通过酯交换 制得,相对于传统的石化柴油,生物柴油是可再生资源、可生物降解、无毒、排 放的废物更清洁,有着更好的润滑性能且能以任意比例与石化柴油混合8。 需要指出的是,对生物柴油这个名词的界定,严格来讲仅仅是指符合美国 ASTM(美国材料和实验协会标准化组织)标准或者欧盟标准所确定的理化指标 的脂肪酸甲酯,并不是通常所说的原料植物油、动物脂肪或是反应过的油、脂肪、 煤浆或是”生物提取”的燃料,只要不满足上述定义和标准的都不能称之为生物 柴油,不能将上述物质与生物柴油混淆。 1.5、数字图像处理的概念及其发展 数字图像处理(Digital Image Processing)又称为计算机图像处理,

8、它是指将图像信 号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。数字图像处理最早出现于 20 世 纪 50 年代,当时的电子计算机已经发展到一定水平,人们开始利用计算机来处理图形 和图像信息。数字图像处理作为一门学科大约形成于 20 世纪 60 年代初期。图像处理中, 输入的是质量低的图像,输出的是改善质量后的图像,常用的图像处理方法有图像增强、 复原、编码、压缩等。图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓 性成就,属于这些领域的有航空航天、生物医学工程、工业检测、机器人视觉、公安司 法、军事制导、文化艺术等,使图像处理成为一门引人注目、前景远大的新型学科。随 着图像处理技术的

9、深入发展,从 70 年代中期开始,随着计算机技术和人工智能、思维 科学研究的迅速发展,数字图像处理向更高、更深层次发展。人们已开始研究如何用计 算机系统解释图像,实现类似人类视觉系统理解外部世界,这被称为图像理解或计算机 视觉。很多国家,特别是发达国家投入更多的人力、物力到这项研究,取得了不少重要 的研究成果。图像理解虽然在理论方法研究上已取得不小的进展,但它本身是一个比较 难的研究领域,存在不少困难,因人类本身对自己的视觉过程还了解甚少,因此计算机 视觉是一个有待人们进一步探索的新领域7,8,9。 1.6、面向方面基本概念 2.2.1 横切关注点2.2.1 横切关注点 程序设计中的关注点是指

10、软件工程中有实现意义的、可描述的、可管理的软件组 成部分,也即是说它们是软件系统中各种功能实现的最小组成部分。关注点通常被分 成两类:核心关注点和横切关注点。核心关注点是系统的主要功能实现点,而横切关 注点是指横越了整个系统多个模块的方法或者行为,它们导致了代码的交织和散布, 使得系统不能达到有效的模块化。 现有的程序设计技术(如面向对象程序设计方法)由于其本身的特点,尽管能对 系统的核心关注点进行很好的封装,但仍会有许多相对离散的关注点游离于封装体之 外,形成了散布的横切关注点,使得以上的代码交织和代码散布问题大量存在,进而 使系统难以模块化并形成清晰的结构,从而大大降低了系统的可读性、可重

11、用性和可 维护性。 举例来说,在一个企业管理系统中,进货管理、出货管理、财务管理、人事管理 等是它的核心关注点,而日志、错误跟踪、维护等功能只是辅助核心关注点的实现, 它们的代码会被散布在上述几个管理模块中,从而成为了横切整个系统的横切关注 点。 9 浙江工业大学硕士学位论文 1.7、面向方面的概念框架 4.2.1 面向方面思想的讨论4.2.1 面向方面思想的讨论 在第二章我们详细阐述了面向方面的发展过程,本节将基于第二章的讨论进 一步剖析面向方面的思想及其在软件开发中的主要作用。探讨面向方面的思想需 要回答以下两个问题:首先,面向方面是作为面向对象的补充还是作为一种完全 新型的开发方法出现在

12、软件工程中;其次,面向方面是否仅仅封装了横切关注点 。 面向方面最初出现的目的只是想把分散在程序模块中相同或相似的代码片段 集中一起处理,使程序员更多的去关心本模块应该去实现的核心功能,无需关心 与核心功能有关的部分。这是方面最早出现的原因。非对称式开发很好的支持了 这种功能。也由于这个原因,所以非对称式开发相对于对称式开发发展的更成熟, 应用的更广泛。这是站在已有软件的角度来看问题的,如果从这个角度来理解, 那么面向方面确实是作为面向对象的一种补充,其主要作用也就是增加软件的模 块化,可维护性,可理解性。面向对象还是作为核心的维度来主导系统的分解, 方面作为其补充封装那些横切在其中的关注点。

13、 但是随着面向方面软件开发的不断发展,研究人员发现其支持的关注点不仅 仅包括这些补充性的关注点,还可能包含一些影响功能性实现的关注点,因此, 对称式开发被提出来。对称式开发继承自多维关注点分离的思想。其主要是以封 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 28 页 装功能性关注点来分解系统。它对非对称式中的横切关注点也是采取了一种封装 机制,对称式开发中的横切关注点相对非对称式的横切关注点意义更为广泛,其 不仅是那些传统的与软件质量相关的性能关注点,如:日志、监控之类。它还把 一些功能性的关注点也封装为方面。在对称式开发中,只要关注点会分散在多个 功能模块中,就可定义为是一种横切关注点。按照这

14、种思路来分解系统,其相对 非对称式开发而言更贴近用户一些,用户只需按照功能性关注点去分解系统,最 后对应到软件实现上。这种方法的好处是方便了软件开发中的分析和设计阶段, 而把难度在实现阶段加大了,并且这种方法没有很好的利用现在已经十分成熟的 面向对象的实现。到目前为止,对称式开发还是停留在对原有程序进行修改上, 并且这种修改是在编译后的程序中做出的。但是对称式开发的出现说明了面向方 面软件开发可以作为一种全新的范式而不仅仅是一种面向对象的补充来支持软件 开发。文献57面向方面软件开发的发展方向有两点:一、对称性开发的方法学。 二、面向方面软件开发大规模的走向工业化应用。因此,针对第一个问题,本

15、文 的回答是:面向方面可以作为面向对象的补充在传统的软件工程中使用,目前的 研究大部分也是从这一点出发的;但是并不能忽略其最终成为一种完全脱离面向 对象的新型的软件开发范式。 即使是对称式开发,其出发点还是基于封装横切关注点,只不过是把横切关 注点的概念扩大了,它把分散在系统中的功能性的点也看成一种横切。但是随着 面向方面的发展,面向方面的用处可以不仅仅去封装这些横切关注点。例如:在 已有的软件中加入新的需求:可以利用面向方面的技术在不改变原有软件架构的 基础上对软件的功能加以补充;传统测试中,利用方面的技术可以观察其执行流 程,而不是简单记录其结果。这些机制都是作为一种新的封装机制,其中封装

16、了 在某一时刻系统可能要出发的点。至于封装的关注点已经不仅仅是横切关注点, 而是用户需要封装的关注点。本文认为,随着面向方面软件开发的不断发展和应 用,其最终的发展方向将不仅仅是封装横切关注点,而是只要用户想要进行封装 的关注点都可以封装其中,然后以一种横切的形式插入系统中。针对第二个问题 的回答是:随着面向方面软件开发的发展,方面封装的关注点不仅仅限制在传统 的横切关注点上。但是在本文中,仍然把方面封装的关注点称为横切关注点,只 是其意义要更为广泛。 本节的结论是:方面是一种以横切为基础的新型的封装机制,它可以封装任 何用户希望封装的东西,在实现阶段支持将封装在方面中的内容以横切的形式插 入到软件系统中,而目标软件并不需知道在其身上插入的新的功能。它的横切形 式分为静态横切和动态横切。静态横切就是通过向原有系统中插入新的结构改变 原有系统的结构。动态横切就是通过向原有系统中插入一些新的行为来影响系统 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 29 页 的行为。相