化学工程中的介尺度科学与虚拟过程工程：分析与展望-论文.pdf

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1、第65卷第7期化工学报、，01．65NO．72014年7月CIESCJournalJuly2014臻速写‘：33：)j3))3jj)，330；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

2、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

3、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—2403～07Mesoscienceinchemicalengineeringandvirtualprocessengineering：analysisandperspectiveYANGNing，LIJinghai(StateKeyLaboratoryofMu

4、ltiphaseComplexSystems，InstituteofProcessEngineering，ChineseAcademyofSciences，Bering100190，China)Abstract：TraditionalR&Dmodesinchemicalandprocessengineering，featuringlongerperiodandhigherrisksandcost，havebecomeabottleneckforthefastdevelopmentofchemicalandprocessindustries．BreakingtheboRlenec

5、kshouldbebasedonthemesoscienceandvirtualprocessengineering(VPE)．Firstly,thescientificchallengerootsinthemultiscaleandmultilevelstructuresinwhichthemesoscales，asthekey,arefarfrombeingwellunderstood．Understandingthemesoscalecomplexityplaysanimportantroleinthestudyofstructure—functionrelationsh

6、ipsofmaterials，mixingandtransferinreactorsaswellasthesystemintegration．Onlybycouplingtheflow,massandheattransferaswellasreactionsonthemesoscales，couldthemultiscalestructureinmultiphasereactorsbeaccuratelypredicted．Ontheotherhand．themesoscience—basedVPEmaybecomeanewR&Dmodeinthenearfuture，grea

7、tlyshorteningthetimeperiodandgeneratinghigh—valueandfineproducts．VPEbridgesthegapbetweenthemesoscienceandtheR&Dofnewtechnologyandprocesses，assemblingvarioustools，packages，2014．04—04收到初稿，2014．04．11收到修改稿。Reeeiveddate：2014．04．04．联系人及第一作者：杨宁(1974一)，男，博