化学工程中的介尺度科学与虚拟过程工程分析与展望.pdfVIP

第 65卷 第 7期 化 工 学 报 、，01．65NO．7 2014年 7月 CIESC Journal July 2014 臻速写 ‘ ：3 3 ： ) j3 ) ) 3 jj ) ， 33 0 ； 化学工程中的介尺度科学与虚拟过程工程：分析与展望 杨宁，李静海 (中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室，北京 100190) 摘要：传统的过程工程研发具有周期长、风险大、费用高等特点，制约了过程工业的快速发展。解决这一问题应 从介尺度科学和虚拟过程工程两方面入手。首先，这一问题的科学根源在于化学和过程工程中的多尺度和多层次 结构；而介尺度作为其中的难点和瓶颈，目前的认识还比较有限。认识和理解介尺度复杂性对研究材料的构效关 系、反应器混合与传递、系统集成等具有重要意义。只有实现了流动、传递和反应在介尺度的耦合，才能够准确 理解、预测和调控多相反应器中的多尺度结构。另一方面，基于介尺度科学的虚拟过程工程将成为一种全新的过 程研发模式，不仅可以大幅度缩短过程放大周期，也使产品精细化成为可能。虚拟过程工程是连接介尺度科学与 新技术新工艺开发的桥梁，它是一种实体化、功能化的开发和分析工具及知识库，将实验室成果快速应用于过程 开发，将大幅提升我国过程工业对核心技术的研发能力。传统的理论和超级计算尚不足以支撑虚拟过程工程，而 介尺度科学则为虚拟过程工程带来前所未有的发展机遇。虚拟过程工程涉及多学科交叉，不仅是模拟计算人员的 任务，也是实验室和过程研发人员共同的责任；它甚至在未来可以与云计算相结合，使过程工程进入大数据时代。 关键词：介尺度科学；虚拟过程工程；多尺度；介尺度；多相反应器；大数据；云计算 DOI：10．3969~．issn．0438一l157．2014．07．001 中图分类号：TQ01 文献标志码：A 文章编号：0438—1157(2014)07—2403～07 M esoscienceinchemicalengineeringandvirtualprocessengineering： analysisandperspective YANGNing，LIJinghai (StateKeyLaboratoryofMultiphaseComplexSystems，InstituteofProcessEngineering， ChineseAcademyofSciences，Bering100190，China) Abstract：TraditionalRD modesinchemicalandprocessengineering，featuringlongerperiodandhigherrisks andcost，havebecomeabottleneckforthefastdevelopmentofchemicalandprocessindustries．Breakingthe boRleneckshouldbebasedonthemesoscienceandvirtualprocessengineering(VPE)．Firstly,thescientific challengerootsinthemultiscaleandmultilevelstructuresinwhichthemesoscales，asthekey,arefarfrom being wellunderstood．Understandingthemesoscalecomplexityplaysanimportantroleinthesutdyofstructure—function relationshipsofmate