项目名称：化工过程物质与能量高效利用的集成优化基础研究首席科学家：钱锋华东理工大学起止年限：2012.1-2016.8依托部门：教育部浙江省科技厅一、关键科学问题及研究内容对化工过程系统而言，实现安全稳定生产、降低生产过程的能耗和物耗、实现低碳运行和减少废物对环境的影响，是化工生产装置高效运行的重要标志。化工生产从原料到产品要经过多个物理与化学加工过程，这些过程通过物质流、能量流和信息流相互耦合，构成一个有机的多层次、多功能的复杂过程系统。化工过程系统的整体行为包括物质的转化效率和能量的利用效率，系统的柔性、安全性与稳定性，可控性与可操作性等，这些行为直接体现在化工过程的物耗、能耗、资源利用效率以及废物排放。化工生产过程的高效、节能减排是一个多层次、多目标、大规模的非线性复杂系统优化问题，不仅涉及化工过程中反应/传递协同机制、多单元过程组合机制与系统运行效能关系，以及过程的流程拓扑结构、工艺参数对过程稳定性、可控性影响规律的研究，而且化工过程强非线性、大滞后、多变量耦合以及经济、环境与安全等不确定性因素对系统整体行为的调控和优化研究带来很大挑战。化工过程系统的整体行为受系统内不同尺度物质转化过程和多层次结构的影响，虽然决定系统整体行为的过程与结构通常集中在某一尺度和某一层次，但如何辨识对系统整体行为起决定作用的关键尺度和层次，需要利用系统工程研究方法实现在局部与整体之间、短期与长远之间、效益与环境影响之间多目标的协调。只有在确定对系统整体行为起关键作用的尺度和层次之后，才能利用化学工程和控制工程手段对关键结构和性能进行优化，达到系统整体最优的效果。因此从原理上，要实现化工过程集成优化，首先需要以物质转化过程机理为基础，从系统的多层次结构出发，预测系统的整体行为；其次是构建对系统整体行为起决定作用的关键流程；最后是调控和优化系统的整体运行行为。而要实现系统整体行为预测、关键流程构造和系统整体运行优化需要解决以下三个关键科学问题：科学问题一：物质转化过程机理与系统行为特征关系科学问题二：多过程能/质耦合的流程结构与系统效能关系科学问题三：系统整体行为的智能调控和集成优化机制第一个科学问题主要从物质转化过程本质特征出发，揭示物质转化机理、反应/传递过程协同机制、过程稳定性和可控性与系统整体行为之间的共性规律，实现过程行为的预测、单元设备内部结构的优化，选择具有良好系统行为特征的过程拓...
