化学产品工程若干研究方向的探索钱宇-minimizer

1、中国工程系统工程2007年2007.8.16。西安化工产品工程研究方向探索钱玉华南理工大学，2，总结，世界化学工业和化学工程研究的演变What/Why化工产品工程？探索化工产品工程的多种研究方向结构产品的结构-活性关系模型化工产品的整个生命周期设计产品设计和工艺设计的集成挑战和展望，3，1，全球化工产业发展趋势，4，1，全球化工产业发展趋势，5，1，全球化工产业发展趋势，6，7，产业发达国家 产品种类原料(10)石油、天然气、煤、生物质、矿石、磷酸盐、硫磺、空气、水基本化学原料(20)乙烯、丙烯、丁二烯、苯、合成气、乙炔、氨、氨化工产品工程从产品设计开发到实用价值产品转换的工程技术producttengineeringinnovatianddesignofusefullproductsthatpeoplewant是化学工程研究的发展趋势之一，从化学加工工程到化工产品工程，11，产品工程： thethirdparadigmofchemicalengineering？JamesWeiPrincetonUniversity、January 10、2001、chemicalpharoductengineering:processingineeringadaptedtospecitys根据化学家开发的产品，按照现有的合成工艺，实现大规模、低成本的安全生产。当前和未来：产品工程师Whattodo？密切跟踪消费者和市场的潜在需求和技术发展的新趋势，及时开发新产品。13，2。产品工程：人、需求、产品性能、谁需要？如何使用？产品性能和规格？消费者能负担的价格？需要的数量？为了使产品更成功，需要进行哪些改进？替代产品是什么？消费者的利益和费用？案例：氟利昂、汽油抗爆剂、打印机墨水、导弹燃料、婴儿一次性尿布.14，产品工程，分子设计，正式设计，工艺和工艺设计，最终产品，生产，1，产品定义产品说明，15，产品工程Cussler、E.l.andg.d. moggridge、chemicalpharoductdesign、Cambridge univ . press . 2001 . charpentier j . c .chemicalpharoductdesignCussler，E.L.andJ.Wei，Chemicalpharoductengineering，aichej，49 (5)，1072-1075，2003.grossmanhill，m .productdprocedesignforstructuredproducts，aichej，50 (8)，1656-1661，2004.r.costandg.d，producttengineeringjamesweioxforduniv。press，2007，20，化工产品工程研究在中国开始了“化工产品设计”课程，2002年华南理工大学，2003年浙江大学等；2002年12月，元伟康学者在中国产业生态经济学会成立会议上，要求确立“化学产品工程”的研究方向。2003年3月，在中国国家自然科学基金委员会主办的化学领域优先发展方向九月研讨会上，元伟康学者提出了化学产品工程作为重要的发展方向。引起学术讨论。2003、钱宇等：化学产品工程的理论和技术、化学发展、22(3)、217-2232004、钱宇：化学产品生命周期集成研究的挑战、自然科学发展、14(11)2005、2006年，全国第一届化学产品工程研讨会，华南理工大学，广州。2007，国家自然科学基金会主要项目指南：化学新材料设计和产品工程基础研究。21，第一次化工产品工程研讨会2006.2.18-20。广州，22，化工产品工程的共同科技问题化学产品的开发、设计、制造和流通的共同规则和性质特性研究。创新、改进和实施化工供应链的决策过程。1，微：在分子水平和微尺度上揭示化学产品的结构特征，制作模型，预测性能，发现和设计新的分子结构。2、中间：控制产品结构和产品性能，加快流程开发，优化流程条件；3，宏：通过整个生命周期设计和评估，整合化学供应链，优化和调整化工产品与环境兼容的整个生命周期。23，Time，Length，24，化工供应链，25，3，化工产品工程领域多个重要研究方向产品的结构-关系模型分子结构和性能：分子产品工程公式组成和性能：正式产品工程产品生命周期设计产品设计、工艺设计和流程操作的集成，26，1，使用分子模拟和设计(CAMD)的理论和方法、分组贡献方法、连接指数等基本模型、定性趋势分析等方法建立定量结构-活动关系(QSAR)。研究配方产品中构成交互、微结构等的非线性关系模型、多功能目标的协同关系和制约因素。用多目标非线性编程进行公式设计的建模与优化。27、产品性能和目标的定义：主观、模糊、多种消费品需求转化为定量科学参数。性能选择和评估：通过组组合或拓扑生成分子结构。一方面，对分子结构和相互作用与产品性能之间的关系建模，预测其特性，比较期望值，修改和优化分子结构。另一方面，基于结构-活性关系模型，搜索满足特性要求的化合物。产品评价：通过物理化学测试技术、原型制作、模拟等。工艺设计和产品制造：选择和优化制造工艺，研究工艺的操作参数和加工路径对产品微结构和性能的影响。1，产品结构效率关系，28，流程模拟流式机组运行模型Unitoperation计算流体力学模拟CFD Mesoscale分子动力学模型MD计算量子化学模型CQC，机理研究和模型建立，29，研究案例1:固体脂质体微粒结构和根据DLVO理论，研究粒子表面电荷、稳定剂结构对粒子稳定性的影响。制造能长期稳定的固体地质粒子系统。，30，研究案例1:固体脂质体微粒子结构和药物控释性能设计利用介观模拟分析了药物在固体脂质载体中的优势释放机制，建立了释放模型，研究了药物在载体基质和分散吸附层中的扩散系数体外释放试验结果，考察了脂质载体材料的影响。与模型预测的发射曲线相比，揭示了微球的结构和发射性能的规律，并为固体地质微粒设计提供了理论方法。31，(a)固体、液体药物浓度的动态曲线，(b)液体药物浓度的变化，32，偏微分方程组模型的数值解是微球内固体、液体药物浓度的变化，结合溶解扩散模型和药动学模型，预测微球载体释放药物的浓度曲线。实验研究和模型在体外计算发射数据，结合微球的特性表达，揭示了微球结构与发射性能之间关系的基本规律，并为微球的设计开发提供了理论依据。33，模型预测的药物累积释放曲线，34，不同聚合物类型的比较，(b)不同聚乳酸药物释放的实验值和模型计算值，35，(2)使用分子模拟和DPD meso模拟软件手段在载体上的药物分布，稳定剂的作用和药物浓度，36，微球形成机制图，球形粒子的相图形成，37，ibuprofendistribution utiloninslm，glycerylbehenateslm，cetylalcoholslm，trislm血液房室中药物的平衡模型。血液中药物浓度的变化由药物的吸收和清除过程共同决定。药物代谢和清除模型。40，产品性能(QSAR):研究化学产品的生命周期设计理论和方法，从发射控制、药物释放的血液浓度、41，2、化学产品开发的生命周期设计、分子设计、产品开发、产业放大、生产、制造、使用到报废。以多个化学产品的开发过程为例，进行产品的整个生命周期设计，探索和建立分子和中尺度模型、过程单元的模型、现象模型和产品模型、过程运行状态模型、集成研究对生态环境、经济等多种目标的影响规律。研究了从简单代数模型、复杂偏微分模型到逻辑表示的离散模型的联合理论和模型集成技术。42，产品生命周期和流程生命周期的集成，43，多因素决策化学产品设计和开发，在单个经济目标中考虑环境、产品安全、消费者满意度等多目标系统计划和决策。LCD=LCA lcclife cycle designlifecyclleassessentlifecyclecoleosting，44，研究案例2:替代能源资源化学工艺产品链的技术、经济和社会环境性能评估，石油化学-煤化学产品开发、流程设计、流程操作的集成、产品和流程开发分为多个阶段。长周期：产品性能分析-产品结构和配置设计-实验室低容量测试-试点生产-批量生产-商用生产。根据Kg级测试设备(Kilo-plant)，通过传感器进行实时数据收集、流程动态模型分析、计算机模拟、产品质量监控、系统集成和优化设计、产品开发、流程设计、运营方案集成研究，研究同一原料系列通过不同工艺操作生产不同产品系列的产品诱导技术。在产品开发和制造过程中快速发现和解决技术问题，从而缩短研发周期。46，Kilo-Plant:作为化工产品研究开发的公斤级工厂设备，47，Kilo-Plant，systemintegrrationlab，kilo-plant的物理结构通过计算机系统、网络和数据库收集流程信息与预测模型进行比较，分析执行效果，优化产品设计和流程开发。48，Kilo-Plant的监视接口： 16个测量点，7个控制变量。49，Kilo-Plant的监视接口： 16个测量点，7个控制变量。50，研究案例3 .对苯乙酯产品合成乙醇和对羟基苯甲酸反应，用于食品、化妆品和医药产业的对苯防腐剂和抑菌剂。对真菌、酵母和细菌有良好的抗菌效果。产品质量的动态控制：反应、结晶、蒸馏、离心、干燥51、结晶过程的在线产品质量控制，在粒子造粒领域，产品的设计不仅是纯度要求，还包括特定的粒度、分布、形状(sizedistribution)产品设计和工艺设计以模型控制为基础，需要最大产品产量、均匀粒度分布、提高生产率、节约生产时间。以温度梯度、搅拌速度、系统的pH值