“綠色”化工為支撐 構(gòu)建“未來(lái)工廠”

0 序言

未來(lái)總是讓人憧憬，“納米效應(yīng)”曾經(jīng)拓寬人們探索的視野，隨著新技術(shù)新手段的不斷涌現(xiàn)，在不同界域間隨機(jī)性地出現(xiàn)一些連接點(diǎn)，由此觸動(dòng)認(rèn)識(shí)更進(jìn)一步，同時(shí)促使人們塑造未來(lái)的信心和熱情日益高漲。從納米觀、微觀、中觀、宏觀直到超大規(guī)模，一個(gè)物質(zhì)性的焦點(diǎn)是結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系問(wèn)題。

面對(duì)市場(chǎng)的全球化趨勢(shì)、伙伴關(guān)系和創(chuàng)新的加速，以及為抗衡環(huán)境破壞乃至當(dāng)今世界生產(chǎn)的不可持續(xù)行為出力，化工和相關(guān)產(chǎn)業(yè)為了化學(xué)工程朝著現(xiàn)代技術(shù)工程進(jìn)化，自覺行動(dòng)并坦然面對(duì)在分子維度、產(chǎn)品規(guī)模和加工規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)（綠色加工工程）可持續(xù)性上可能遭遇的各種新的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。

事實(shí)上，現(xiàn)有和未來(lái)的技術(shù)將逐步適應(yīng)“綠色化學(xué)”的原則，這些原則涉及化學(xué)工程的現(xiàn)代方法，既要滿足競(jìng)爭(zhēng)性綠色可持續(xù)所具備特定納米級(jí)和微觀終端用途特性目標(biāo)產(chǎn)品的市場(chǎng)要求，還要滿足可持續(xù)性工業(yè)規(guī)模之中觀和宏觀生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)單元和場(chǎng)所有關(guān)社會(huì)和環(huán)境限制的要求。這些最新的約束條件，在化工產(chǎn)品供應(yīng)鏈的不同時(shí)間和長(zhǎng)度維度標(biāo)尺上發(fā)生復(fù)合型多學(xué)科、非線性、非穩(wěn)態(tài)過(guò)程或是遷移現(xiàn)象，要求有一種系統(tǒng)性的集成手段。這意味著，從分子和活性聚集-規(guī)模一直到生產(chǎn)規(guī)模，很好地理解在較小尺度上的性質(zhì)和行為如何在較大尺度的規(guī)模上有各種現(xiàn)象的性質(zhì)和行為。

此種用于過(guò)程創(chuàng)新的綜合多重維度方法的成功主要?dú)w功于分析科學(xué)技術(shù)與圖像處理相耦合的顯著發(fā)展，強(qiáng)大的計(jì)算工具和功能以及在感興趣的維度上對(duì)象穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)行為的描述性模型的開發(fā)和應(yīng)用。

1 簡(jiǎn)介

新產(chǎn)品，因此加速產(chǎn)品/技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。其二，在工業(yè)化國(guó)家的消費(fèi)者對(duì)具有針對(duì)性終端特性產(chǎn)品的需求快速增長(zhǎng)，加之由于公眾和媒體對(duì)環(huán)境和安全問(wèn)題的關(guān)注引起的技術(shù)限制，需要結(jié)合使用諸如利益相關(guān)者分析、指標(biāo)顯示器和生命周期分析等工具。例如，歐洲的化學(xué)品注冊(cè)、評(píng)估、授權(quán)，歐洲技術(shù)強(qiáng)化路線圖，創(chuàng)意性能源-能源轉(zhuǎn)換。

化工及相關(guān)產(chǎn)業(yè)，包括制藥和健康、農(nóng)業(yè)和食品、無(wú)機(jī)鹽和化肥、環(huán)境、石油和能源、紡織、鋼鐵、瀝青、建筑材料、玻璃、表面活性劑、化妝品和香水，以及電子產(chǎn)品等，當(dāng)前正處在快速發(fā)展的階段，源自公眾對(duì)環(huán)境和安全問(wèn)題的關(guān)注所帶來(lái)的前所未有的需求和自覺。同時(shí)，化學(xué)知識(shí)也在迅速增長(zhǎng)，其發(fā)現(xiàn)發(fā)明的速率與日俱增，將納米技術(shù)和微觀技術(shù)結(jié)合到化學(xué)合成中的進(jìn)步就是當(dāng)前的一個(gè)實(shí)例。我們對(duì)現(xiàn)代化工和工程技術(shù)有何期望，如何確保化工和相關(guān)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力、就業(yè)率和可持續(xù)性？

存在兩大主要需求。其一，需要了解哪些產(chǎn)品和流程在當(dāng)今的全球經(jīng)濟(jì)中具有競(jìng)爭(zhēng)力，以及如何設(shè)計(jì)它們。這里的關(guān)鍵詞是商業(yè)、伙伴關(guān)系和流程創(chuàng)新的全球化，主要涉及產(chǎn)品創(chuàng)新速度的加快。由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力的上升，眼下1年期的產(chǎn)品創(chuàng)新半衰期（面市時(shí)間）在一些行業(yè)中被認(rèn)為過(guò)長(zhǎng)，這意味著越來(lái)越難以首先在市場(chǎng)上推出創(chuàng)

2 現(xiàn)代化工創(chuàng)新

從地球中提取的自然資源只有25%轉(zhuǎn)化為貨物和服務(wù)，為抗衡當(dāng)今世界人類生產(chǎn)中的不可持續(xù)出力，響應(yīng)可持續(xù)產(chǎn)品和技術(shù)的發(fā)展需求，化學(xué)和加工行業(yè)面臨著技術(shù)創(chuàng)新的多重挑戰(zhàn)，涉及在工廠規(guī)模、產(chǎn)品規(guī)模以及分子尺度上復(fù)雜系統(tǒng)技術(shù)的強(qiáng)化。

對(duì)于專利不涉及的商品和中間產(chǎn)品的生產(chǎn)，不能僅僅根據(jù)經(jīng)濟(jì)開發(fā)來(lái)選擇技術(shù)，而應(yīng)考慮通過(guò)提高選擇性和節(jié)約人力來(lái)獲取補(bǔ)償，焦點(diǎn)是誰(shuí)能以可能最低的價(jià)格、無(wú)污染的技術(shù)，降低原材料和能源消耗，同時(shí)以產(chǎn)品/副產(chǎn)品可回收循環(huán)模式來(lái)進(jìn)行大批量生產(chǎn)。對(duì)于仍然保有主要經(jīng)濟(jì)權(quán)重（占40%市場(chǎng)份額）的大宗化學(xué)品，客戶更愿購(gòu)買一項(xiàng)無(wú)污染、控制穩(wěn)定和安全的技術(shù)。這就需要在工廠規(guī)模中使用過(guò)程系統(tǒng)工程（PSE）和計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)工程（CAPE）的方法和工具。如果必須處理化工和相關(guān)行業(yè)從未見過(guò)的產(chǎn)出量，全球規(guī)模設(shè)施的趨勢(shì)可能很快就需要全部或更可能是部分地改變技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)不能夠再建立“僅大一點(diǎn)的”。事實(shí)上，如果假設(shè)增長(zhǎng)率為4%，全球工廠的產(chǎn)能必須在2050年前增加6倍。因此，我們面臨著對(duì)流程創(chuàng)新的需求，需要改變技術(shù)，以便將新技術(shù)的可靠性從目前的半營(yíng)運(yùn)規(guī)模擴(kuò)展到從未有過(guò)的大規(guī)模。

新的專業(yè)技術(shù)、活性材料化工和相關(guān)行業(yè)涉及農(nóng)業(yè)、食品和健康產(chǎn)業(yè)的化學(xué)/生物學(xué)界面。類似地，這些關(guān)乎石油原料和中間體的升級(jí)和轉(zhuǎn)化，以及煤衍生化學(xué)品或合成氣向燃料、烴或含氧化合物的轉(zhuǎn)化。這一進(jìn)展是由今天的市場(chǎng)目標(biāo)所驅(qū)動(dòng)的，其中銷售和競(jìng)爭(zhēng)力不僅受產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格的支配，而且受產(chǎn)品的最終用途屬性及其質(zhì)量特征（如感官特性和功能）的支配，諸如性能和便利性。這種在分子層面對(duì)最終用途特性的控制、工藝設(shè)計(jì)的專業(yè)知識(shí)、不斷調(diào)整以滿足客戶變化的需求、以及對(duì)市場(chǎng)條件作出響應(yīng)的速度將是一些最主要的因素。生產(chǎn)藥品或化妝品的關(guān)鍵不是成本，而是它們的上市時(shí)間，即發(fā)明和生產(chǎn)的速度。此外，對(duì)于通過(guò)特定納米維度結(jié)構(gòu)添加價(jià)值的產(chǎn)品，客戶將為此類功能支付溢價(jià)，無(wú)論是食品、清潔劑、油料添加劑、油漆還是涂料。更廣泛地說(shuō)，對(duì)于短壽命和高利潤(rùn)率的產(chǎn)品，客戶購(gòu)買的產(chǎn)品效率最高、市場(chǎng)上第一，但價(jià)格高、并期望獲得大的收益。此外，這些高利潤(rùn)的產(chǎn)品需要新的工廠，這些工廠不僅僅優(yōu)化以生產(chǎn)高質(zhì)量和低成本的產(chǎn)品。在這里，流程創(chuàng)新的需求需要多用途技術(shù)和通用設(shè)備，這些技術(shù)和通用設(shè)備不會(huì)被優(yōu)化，但是清理便利并可輕松切換到其他配方（靈活生產(chǎn)、小規(guī)模批量模塊化裝配等）。

以上考慮強(qiáng)調(diào)了當(dāng)前技術(shù)創(chuàng)新的要求，涉及產(chǎn)品系統(tǒng)工程與過(guò)程工廠規(guī)模的集成，因?yàn)榧庸l件自然會(huì)決定產(chǎn)品的最終屬性。因此，現(xiàn)代可持續(xù)化學(xué)工程必須考慮到產(chǎn)品設(shè)計(jì)和配套可持續(xù)加工工程中遇到的多重維度現(xiàn)象所關(guān)注的工藝創(chuàng)新的需求，實(shí)際上在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工程方面需要關(guān)注目標(biāo)產(chǎn)品的制作。但如何以及采用哪種方法？答案是為綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)和配套工程引入綠色化學(xué)工程的方法，包括規(guī)模的組織、復(fù)雜程度以及多重維度和多學(xué)科計(jì)算建模和模擬在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，涵蓋從分子尺度到經(jīng)過(guò)商業(yè)化整合的生產(chǎn)規(guī)模。

3 當(dāng)代化工技術(shù)的創(chuàng)新方法

化學(xué)工程基礎(chǔ)研究的目的仍然是發(fā)展概念、方法和技術(shù)，以更好地理解將原材料和能源轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品的構(gòu)思和設(shè)計(jì)過(guò)程。涉及納米結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)材料的合成、設(shè)計(jì)、放大或縮小操作，通過(guò)物理-生物-化學(xué)分離以及化學(xué)、催化、生物化學(xué)、電化學(xué)、光化學(xué)和農(nóng)業(yè)化學(xué)等反應(yīng)來(lái)控制和優(yōu)化工業(yè)過(guò)程。

但是當(dāng)今對(duì)最終用途性能的強(qiáng)調(diào)還需要各種各樣的技術(shù)，包括微觀技術(shù)的新作用，亦即用微觀結(jié)構(gòu)混合器和催化反應(yīng)器進(jìn)行過(guò)程強(qiáng)化。此外值得一提的是，目前化工和相關(guān)公司銷售的所有產(chǎn)品中有60%為結(jié)晶、聚合物或無(wú)定形固體，在產(chǎn)品規(guī)模上這些材料必須具有明確的形狀，以滿足設(shè)計(jì)和相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這同樣也適用于糊狀和乳化產(chǎn)品。如前所述，實(shí)際的開發(fā)還需要不斷增加的專門材料、活性化合物和特效化學(xué)品，事實(shí)上，其在分子結(jié)構(gòu)層面要比傳統(tǒng)的大批量工業(yè)化學(xué)品要復(fù)雜得多。

現(xiàn)代化學(xué)工程還涉及理解、開發(fā)化學(xué)和相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化操作的系統(tǒng)化程序，涵蓋從用于產(chǎn)品的分析、測(cè)試或生產(chǎn)的納米級(jí)系統(tǒng)和微觀系統(tǒng)直到工業(yè)化規(guī)模的連續(xù)式和間歇式過(guò)程，所有這些均歸屬于化學(xué)品供應(yīng)鏈概念。

這一鏈條始于工業(yè)必須在分子水平上進(jìn)行合成和表征化學(xué)品或其他產(chǎn)物，而后分子再聚集成簇、顆粒或薄膜，一些單相或是多相的體系生成固態(tài)、糊狀或乳液產(chǎn)物的微觀混合物。自化學(xué)/生物學(xué)向工程的過(guò)渡涉及生產(chǎn)單元的設(shè)計(jì)和分析，可將其整合到一個(gè)過(guò)程中，使之成為多重過(guò)程工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的組成部分。最終，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)還將成為受市場(chǎng)考驗(yàn)和包括產(chǎn)品質(zhì)量要求所驅(qū)動(dòng)的商業(yè)企業(yè)的一部分。

在供應(yīng)鏈中，應(yīng)再次強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品質(zhì)量是在分子的納米級(jí)或微觀尺度下決定的，必須注重對(duì)具有期望質(zhì)量的產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能的研究。實(shí)際上，成功的關(guān)鍵在于通過(guò)控制納米結(jié)構(gòu)和（或）微觀結(jié)構(gòu)的形成來(lái)獲得所需的最終用途性質(zhì)，然后控制產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在分子尺度（例如，表面物理和化學(xué)）以及微觀尺度（例如，耦合反應(yīng)機(jī)制和流體力學(xué)）上關(guān)于結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)性的充分理解對(duì)于能否設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程是至關(guān)重要的。這有助于實(shí)現(xiàn)從納米級(jí)到生產(chǎn)過(guò)程的宏觀跨越，從而確保產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模的客戶質(zhì)量要求。最終目標(biāo)是將現(xiàn)象學(xué)規(guī)律和模型（以屬性、過(guò)程和使用功能表達(dá)）轉(zhuǎn)化為商業(yè)產(chǎn)品技術(shù)。這需要理解宏觀性能和微觀性質(zhì)之間的關(guān)系，還需要跨越多個(gè)數(shù)量級(jí)關(guān)于長(zhǎng)度和時(shí)間維度綜合問(wèn)題的能力。

為了說(shuō)明，圖1展示了多重維度流化床催化過(guò)程的示意圖，其中長(zhǎng)度維度是局部的，涉及物理化學(xué)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程、過(guò)程工程、過(guò)程系統(tǒng)工程，甚至是大規(guī)模生態(tài)循環(huán)現(xiàn)象之間的聯(lián)系。

圖1 催化流化床技術(shù)的各種流體動(dòng)力學(xué)的長(zhǎng)度維度

此外，大多數(shù)化工過(guò)程是非線性和非平衡態(tài)的，屬于所謂的復(fù)雜系統(tǒng)，其中多重維度結(jié)構(gòu)是共同特征。這需要一種涵蓋多學(xué)科、關(guān)于多維度建模的系統(tǒng)性綜合方法，因在不同尺度上出現(xiàn)同時(shí)由動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞相耦合作用的現(xiàn)象，以及過(guò)程動(dòng)力學(xué)。

（1）不同時(shí)間維度（10-15～108s）：小至催化劑納米級(jí)粒子表面上氫原子振蕩的飛秒和皮秒，或化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中原子在分子中的運(yùn)動(dòng)；分子振動(dòng)的納秒；工業(yè)運(yùn)行中的數(shù)小時(shí)流程；以及環(huán)境中污染物分解所需的幾個(gè)世紀(jì)。

（2）在工業(yè)實(shí)踐中遇到不同的長(zhǎng)度維度（10-9～106m）：埃（在電子器件結(jié)構(gòu)中）；納米尺度（用于分子過(guò)程、活性位點(diǎn)）；微觀尺度（用于氣泡、液滴、顆粒潤(rùn)濕、渦流）；單元操作的中觀尺度（反應(yīng)器、交換器、柱體）；生產(chǎn)單位的宏觀（工廠，石油化工廠，......）；超大規(guī)模（大氣、海洋和土壤，例如高達(dá)數(shù)千公里的排放物分散到大氣中）。

因此，在工程技術(shù)中需要理解構(gòu)造維度和復(fù)雜程度，在納米尺度和微觀尺度上描述事件，在過(guò)程規(guī)模也就是構(gòu)造的復(fù)雜程度上更好地將分子轉(zhuǎn)換為有用的目標(biāo)產(chǎn)品。通過(guò)將分子過(guò)程轉(zhuǎn)化為現(xiàn)象學(xué)上的宏觀規(guī)律和模型，用于通過(guò)連續(xù)式或間歇式生產(chǎn)來(lái)創(chuàng)建并控制終端用途的屬性和功能（將分子轉(zhuǎn)化為貨幣）。

這種方法被定義為“l(fā)e Génie du triplet Processus-Produit-Procédé（G3P）”或“分子過(guò)程-產(chǎn)品-過(guò)程工程（3PE）方法”：一種集成系統(tǒng)方法，當(dāng)在化工供應(yīng)鏈的不同長(zhǎng)度和時(shí)間維度上發(fā)生的復(fù)雜多學(xué)科非線性非平衡現(xiàn)象時(shí)，便于研究較小長(zhǎng)度維度的物理生物化學(xué)現(xiàn)象如何在較長(zhǎng)的尺度上與屬性和行為相關(guān)聯(lián)，例如構(gòu)造的復(fù)雜程度（見圖 2）。

圖2 集成的多重維度方法所涵蓋的時(shí)間和長(zhǎng)度范圍內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜性級(jí)別

一般而言，多重維度建模的相關(guān)概念是在精細(xì)的規(guī)模維度上計(jì)算某些需要的信息通向較粗糙的尺度，反之亦然，即強(qiáng)調(diào)不同尺度之間信息的傳遞。顯然，多重維度建模的方法和集成，以及基于一些實(shí)例建立的復(fù)合模擬解決方案，均是源自產(chǎn)品設(shè)計(jì)的動(dòng)力促成的，其中納米尺度和微米尺度特征被視為重要的“設(shè)計(jì)人”產(chǎn)物。結(jié)合中觀和宏觀兩個(gè)尺度，在設(shè)備和工廠層面，這是典型的“設(shè)計(jì)人”技術(shù)的重要性所在，對(duì)多重維度方法及其代表的重視將不斷推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。

如此，除了單元操作基本的不可替代的概念以及耦合的熱量、質(zhì)量和動(dòng)量傳遞之外，化學(xué)工程的傳統(tǒng)工具，加上化學(xué)和過(guò)程工程基本面（分離工程、催化、熱力學(xué)、過(guò)程控制、經(jīng)濟(jì)考慮等），這種綜合的多學(xué)科和多重維度方法可以被視為化學(xué)工程的第三范式。這種多維度建模范式是有益的，對(duì)于這些關(guān)于工程科學(xué)的概念和范例用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程以及技術(shù)強(qiáng)化對(duì)開拓和發(fā)展具有顯著的優(yōu)勢(shì)，尤其在針對(duì)特定目標(biāo)產(chǎn)品受市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的情況之下。

需要強(qiáng)調(diào)的是，3PE集成方法現(xiàn)在受到越來(lái)越多的關(guān)注，該歸功于下述發(fā)明取得相當(dāng)大的進(jìn)展：分析科學(xué)儀器和非侵入性的技術(shù)儀器與圖像處理技術(shù)相耦合；強(qiáng)大的計(jì)算工具及其能力（集群，超級(jí)計(jì)算機(jī)，云計(jì)算機(jī)，圖形處理單元，數(shù)字代碼并行化等）；描述對(duì)象的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)行為的模型在這些感興趣維度上的開發(fā)和應(yīng)用，包括分子、催化劑結(jié)構(gòu)、位點(diǎn)和局部流體動(dòng)力學(xué)、表面態(tài)和局部流體動(dòng)力學(xué)、固體顆粒、催化劑顆粒、工藝裝置、工廠裝置、供應(yīng)鏈以及所有控制和運(yùn)營(yíng)支持系統(tǒng)等）。

4 將多重維度、多學(xué)科計(jì)算建模和仿真應(yīng)用于過(guò)程創(chuàng)新的實(shí)際情況

復(fù)雜的3PE分子過(guò)程-產(chǎn)品-過(guò)程集成方法，涉及從具有產(chǎn)品終端用途屬性的納米維度結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的尺度到以設(shè)備制造產(chǎn)品規(guī)模的模擬。然而，化學(xué)工程的任務(wù)一直是而且將永遠(yuǎn)是設(shè)計(jì)和實(shí)施全面的制造系統(tǒng)，直至宏觀和大規(guī)模生產(chǎn)單位環(huán)境。

完整的系統(tǒng)包括用于生產(chǎn)所需產(chǎn)品的單項(xiàng)工藝和工廠，將單個(gè)流程集成到整個(gè)生產(chǎn)場(chǎng)所，在材料、能源和物流方面會(huì)同時(shí)考慮客戶和更大社會(huì)的需求。當(dāng)然這是不現(xiàn)實(shí)的期望，而在不久的將來(lái)，一個(gè)單一的模擬工具將能達(dá)到同時(shí)委托所有子系統(tǒng)的水平，例如，同時(shí)模擬操作單元和生產(chǎn)場(chǎng)所在不同時(shí)間和長(zhǎng)度維度發(fā)生的許多物理-生物-化學(xué)、流體力學(xué)和動(dòng)量、質(zhì)量和熱量傳遞現(xiàn)象（從薛定諤方程出發(fā)設(shè)計(jì)一個(gè)精煉油廠或紙張、織物、水泥或磷酸鹽肥料的生產(chǎn)綜合體或場(chǎng)所）。

但對(duì)于過(guò)程創(chuàng)新而言，化學(xué)工程的任務(wù)仍然是分析圖2中的子系統(tǒng)和規(guī)模水平，這足以代表復(fù)雜性的個(gè)別問(wèn)題。然后，基于這些知識(shí)的模型可以通過(guò)這種方式降低研究結(jié)果的復(fù)雜性。結(jié)果可以集成到圖2所示的解決更高級(jí)別問(wèn)題的描述中。因此，從分子尺度開始，需要使用方法和模擬工具來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝步驟的功能集成，以及將單個(gè)生產(chǎn)工藝集成到整個(gè)生產(chǎn)綜合體或現(xiàn)場(chǎng)。這種集成的多級(jí)方法需要計(jì)算機(jī)模擬，它能夠設(shè)計(jì)單個(gè)步驟、構(gòu)建整個(gè)過(guò)程，并將單個(gè)過(guò)程置于整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境中。

4.1多重維度方法中使用的模型

計(jì)算機(jī)為不同尺度或級(jí)別的建模和模擬開辟了道路。

模型可以呈現(xiàn)遞減的時(shí)間和長(zhǎng)度維度，可以區(qū)分連續(xù)體、中觀維度、分子動(dòng)力學(xué)和量子力學(xué)模型，并且它們能在多維度框架中互連。像流體力學(xué)這樣的連續(xù)模型忽略了原子、分子或粒子的離散性質(zhì)，并依賴于宏觀材料特性。通過(guò)這種方式，可以模擬反應(yīng)器尺寸的長(zhǎng)度，并提供反應(yīng)器的溫度信息、速度或顆粒濃度場(chǎng)和停留時(shí)間，作為較小時(shí)間和長(zhǎng)度維度的輸入。連續(xù)體模型還詳細(xì)描述了前驅(qū)體的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)確定最豐富的納米團(tuán)簇大小。連續(xù)體模型還描述了前驅(qū)體的詳細(xì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，以確定限速反應(yīng)步驟，并開發(fā)更嚴(yán)格的顆粒形成速率作為種群平衡模型的輸入或確定最豐富的納米團(tuán)簇尺寸（即在諸如結(jié)晶、燒結(jié)或氣相納米級(jí)顆粒的合成中）。粒子群模型描述了粒度和形態(tài)分布的演變，雖然它們需要速率，例如描述由中觀尺度、分子動(dòng)力學(xué)或量子力學(xué)模擬的凝結(jié)、燒結(jié)和顆粒形成的速率，但它們已準(zhǔn)備好與流體動(dòng)力學(xué)模型結(jié)合。

基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）的反應(yīng)器和單元通過(guò)反應(yīng)器計(jì)算和實(shí)習(xí)幾何、粒子動(dòng)力學(xué)和化學(xué)來(lái)模擬層流或湍流、溫度和顆粒濃度場(chǎng)。隨著精度和計(jì)算需求的增加，湍流需要額外的模型如雷諾平均Navier-Stokes（RANS）模型（標(biāo)準(zhǔn)的可實(shí)現(xiàn)的k模型）、大渦流模擬（LES），或以直接數(shù)值模擬（DNS）表示的所有湍流尺度的分辨率。直接數(shù)值模擬是一種強(qiáng)大的工具，隨著高性能計(jì)算的普及，它變得越發(fā)有用。通過(guò)解析所有長(zhǎng)度和時(shí)間維度來(lái)預(yù)測(cè)物理化學(xué)過(guò)程，與描述興趣現(xiàn)象的基本方程一致。然而，工業(yè)相關(guān)事項(xiàng)通常需要解決太大范圍的問(wèn)題，因此LES成為降低計(jì)算成本的一種更加流行的方法，其需要比DNS明顯更少的網(wǎng)格點(diǎn)，并能明確地解析大規(guī)模特征和交互作用，而小規(guī)模波動(dòng)和交互作用就由子網(wǎng)格模型建模以便減少所需的分辨率和計(jì)算時(shí)間。但是對(duì)這些小規(guī)模波動(dòng)進(jìn)行建模，尤其在湍流、反應(yīng)、多相流中仍然是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，其高計(jì)算成本往往限制了LES和DNS在局部現(xiàn)象中的應(yīng)用，如在多相反應(yīng)器中的湍流渦流內(nèi)的納米級(jí)顆粒濃度梯度或在結(jié)構(gòu)性填料中的復(fù)雜湍流中的情形。在多相反應(yīng)器中仍處于局部尺度，另一種類型的CFD模擬為處理流體體積方法（VOF）。VOF方法包括固定網(wǎng)格上每個(gè)相的歐拉描述，兩相之間的界面使用一相局部體積分?jǐn)?shù)的傳輸方程計(jì)算。Navier-Stokes方程根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)單流體配方求解。單流體配方的目的是僅使用在整個(gè)計(jì)算域中有效的一個(gè)方程來(lái)描述兩個(gè)相的物理參數(shù)。結(jié)合適當(dāng)?shù)耐牧髂Ｐ停摲椒ㄒ延糜谀M液膜尺度的氣/液流動(dòng)，如在填料中。

中觀維度模型表示（氣體、液體、固體）聚集顆粒作為幾何體（例如球體）和使用速率模型來(lái)描述它們?cè)诒砻嫔L(zhǎng)、燒結(jié)、凝結(jié)、結(jié)晶或更一般地任何顆粒破碎期間的運(yùn)動(dòng)、尺寸變化和重疊。例如，這樣的模型提供關(guān)于分形維數(shù)的演變以及凝聚物燒結(jié)和凝結(jié)速率的重要信息，其可以用作連續(xù)粒子群體平衡模擬的輸入，而初級(jí)粒子配位數(shù)則決定著分子動(dòng)力學(xué)模擬的設(shè)置。考慮到流體-粒子相互作用的相關(guān)細(xì)節(jié)（如Lattice-Boltzmann模型）和粒子-粒子相互作用，如離散粒子模型（DPM）或基于歐拉-歐拉模型的基本模型也被用于開發(fā)閉合規(guī)律以供給連續(xù)體。可用于在更大的工業(yè)規(guī)模上計(jì)算流動(dòng)結(jié)構(gòu)的模型，即強(qiáng)烈影響該過(guò)程性能的異構(gòu)結(jié)構(gòu)的形成和演變。

分子動(dòng)力學(xué)（MD）模型解釋了原子的離散性質(zhì)，這在連續(xù)體和中觀維度模型中被忽略，將MD限制為更短的長(zhǎng)度和時(shí)間維度。它們已被用于研究反應(yīng)途徑、過(guò)渡態(tài)、蒸發(fā)、燒結(jié)速率和完全聚結(jié)的機(jī)制或激光燒蝕機(jī)制。例如，在氣相納米級(jí)粒子合成等操作中，MD模擬提供了燒結(jié)速率和機(jī)理的詳細(xì)見解，作為粒度、組成和結(jié)晶相的函數(shù)，而且這是產(chǎn)品粒子性能的主要部分（最終用途性質(zhì)）。它們還用于驅(qū)動(dòng)中觀維度模型或描述粒子群平衡模型中表面積濃度的演變。

量子力學(xué)（QM）模擬用于開發(fā)分子動(dòng)力學(xué)模型的簡(jiǎn)單力場(chǎng)或確定使用連續(xù)流體力學(xué)模擬反應(yīng)流所需的熱化學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)機(jī)理。量子力學(xué)用于計(jì)算材料的電子結(jié)構(gòu)，量子力學(xué)模型非常精確地描述分子和物質(zhì)，但由于計(jì)算成本高，通常僅限于1～100個(gè)原子的非常小的系統(tǒng)。由于改進(jìn)的功能的發(fā)展，密度泛函理論（DFT）在各種QM方法中已經(jīng)變得非常流行，這不能通過(guò)分析得出，而是描述交換和相關(guān)相互作用以解決電子-電子多體問(wèn)題，與其他方法相比它需要相對(duì)較低的計(jì)算量。通過(guò)擬合推導(dǎo)出功能是DFT在許多情況下得出良好結(jié)果的主要原因，但缺點(diǎn)是局部近似處理不能正確地計(jì)算范德華力。然而，DFT闡明了反應(yīng)速率和機(jī)理、晶體結(jié)構(gòu)或納米團(tuán)簇結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)行為，或研究分子的熱化學(xué)性質(zhì)的形成，例如氣相反應(yīng)系統(tǒng)。最終QM計(jì)算是最準(zhǔn)確的物質(zhì)模擬，DFT等方法與新的高性能計(jì)算工具相結(jié)合，將其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到與納米級(jí)材料科學(xué)相關(guān)的粒子/簇尺寸。同時(shí)為了改進(jìn)某些催化劑，了解化學(xué)反應(yīng)如何在催化劑表面上的原子/分子水平上發(fā)生。經(jīng)驗(yàn)反應(yīng)力場(chǎng)ReaxFF，在全量子力學(xué)DFT計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行訓(xùn)練，已被證明是一種有效的方法，可將信息從微觀空間傳遞到介觀空間和時(shí)間維度，從而克服計(jì)算能力的限制。由于ReaxFF可以管理鍵形成和斷裂的描述，其計(jì)算成本比DFT低得多，可以用納秒時(shí)間維度的軌跡模擬更大的系統(tǒng)（大約106個(gè)原子）。

可以說(shuō)在納米尺度和微觀尺度上，計(jì)算機(jī)為反應(yīng)途徑合成中的技術(shù)創(chuàng)新或分子和物理性質(zhì)的建模開辟了道路，諸如估計(jì)體相熱力學(xué)和傳輸性質(zhì)，如擴(kuò)散系數(shù)和黏度。毫無(wú)疑問(wèn)，分子建模、統(tǒng)計(jì)分子力學(xué)計(jì)算技術(shù)原理的應(yīng)用[如分子動(dòng)力學(xué)和各種蒙特卡羅（MC）技術(shù)，如動(dòng)力學(xué)MC或晶格MC]以及量子力學(xué)在今天具有越來(lái)越重要的作用，可用在問(wèn)題導(dǎo)向方法中關(guān)注的技術(shù)創(chuàng)新。為了說(shuō)明，關(guān)于催化劑顆粒的納米級(jí)維度和催化劑填料單元中觀維度的物理化學(xué)性質(zhì)（即電子結(jié)構(gòu)、電子傳導(dǎo)率、有效分子氣體擴(kuò)散系數(shù)）與材料結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系可以建立在中觀維度模擬的基礎(chǔ)上（即Monte-Carlo和粗粒分子動(dòng)力學(xué)）。也還為了說(shuō)明，如果我們?cè)O(shè)想化工產(chǎn)品設(shè)計(jì)的情形，分子設(shè)計(jì)問(wèn)題將轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)輔助分子設(shè)計(jì)（CAMD）問(wèn)題，分子混合物設(shè)計(jì)的解決方案涉及各種多重維度方法。

因?yàn)槿軇┰O(shè)計(jì)涉及相對(duì)小的分子，目標(biāo)性質(zhì)與宏觀維度相關(guān)聯(lián)。而藥物設(shè)計(jì)涉及相對(duì)大和非常大的分子，其目標(biāo)性質(zhì)與微觀和（或）中觀維度關(guān)聯(lián)。在最后一種情況下，以及在需要考慮高水平、結(jié)構(gòu)信息非常復(fù)雜的分子的情況下，CAMD方法采用基于終端用途性質(zhì)-分子結(jié)構(gòu)關(guān)系問(wèn)題的特定模型。然而，仍然存在許多挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)源于對(duì)現(xiàn)實(shí)生活系統(tǒng)的分子水平描述（即原子間相互作用），需要滿足的大量自由度，結(jié)果計(jì)算要求可能變得過(guò)度。無(wú)論如何，將設(shè)計(jì)與現(xiàn)實(shí)及其復(fù)雜性聯(lián)系起來(lái)，共識(shí)似乎是化工產(chǎn)品設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助方法和工具對(duì)于初始篩選是有用的，通過(guò)解決化工產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期階段的一些問(wèn)題，從而通過(guò)減少解決這些問(wèn)題的時(shí)間和精力來(lái)促進(jìn)化工產(chǎn)品設(shè)計(jì)。通過(guò)分子理論、模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的相互作用，可以更好地定量理解結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系，然后與宏觀化學(xué)工程科學(xué)相結(jié)合，可以形成材料和過(guò)程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。然而，主要挑戰(zhàn)仍然是能夠組合這些不同維度的計(jì)算機(jī)模型，以便理解較小長(zhǎng)度維度的現(xiàn)象如何與較大長(zhǎng)度維度的特性和（或）行為相關(guān)聯(lián)。在這方面，長(zhǎng)期的挑戰(zhàn)通常是將局部結(jié)構(gòu)的形成（諸如網(wǎng)絡(luò)形成、相分離、凝聚、成核、結(jié)晶、燒結(jié)等）過(guò)程的熱力學(xué)和物理學(xué)與多相CFD結(jié)合起來(lái)。

轉(zhuǎn)向宏觀尺度，人們正在越來(lái)越多地進(jìn)行動(dòng)態(tài)過(guò)程系統(tǒng)建模（PSM）和過(guò)程整合的開發(fā)。為了在目標(biāo)產(chǎn)品的生產(chǎn)中具有競(jìng)爭(zhēng)力，及時(shí)交付給需求不斷發(fā)展的消費(fèi)者，這需要分析和優(yōu)化供應(yīng)鏈以及各個(gè)階段和（或）單個(gè)設(shè)備（交換器、反應(yīng)器、泵、儲(chǔ)罐等）所花費(fèi)的時(shí)間。這些也必須在成本方面進(jìn)行模擬和評(píng)估。實(shí)際上，在化工和相關(guān)加工業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在指定時(shí)間供應(yīng)鏈中特定組分的位置并不總是很明確，即批次可同時(shí)在攪拌罐、過(guò)濾器、干燥器、泵、磨機(jī)和儲(chǔ)存容器中找到。

事件驅(qū)動(dòng)的仿真工具通過(guò)模擬各個(gè)設(shè)備中的物料流和狀態(tài)來(lái)幫助解決這些問(wèn)題，并通過(guò)展示某種替代工廠和儲(chǔ)存策略提供最大的成本效益。在某些情況下，已經(jīng)看到這種動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬可以在幾秒鐘內(nèi)看到在數(shù)天、數(shù)月或數(shù)年的進(jìn)程中是否在工廠中存在瓶頸，這些可以通過(guò)使用額外的設(shè)備或通過(guò)提供額外的資源（如能源或人力）來(lái)加以消除。

總之，為響應(yīng)當(dāng)前對(duì)過(guò)程工程中各種更復(fù)雜模型的需求，建模和事件驅(qū)動(dòng)仿真環(huán)境的集成和開放當(dāng)前占據(jù)了更重要的位置。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)工程歐洲計(jì)劃CAPEOPEN“下一代計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)工程開放模擬環(huán)境”該在此刻提到。CAPE-OPEN是一組標(biāo)準(zhǔn)，定義了接口，以允許來(lái)自不同預(yù)處理器、解算器和后解算器環(huán)境模擬器賣家、歐洲客戶和計(jì)算與模擬的學(xué)術(shù)研究人員的各種過(guò)程建模軟件組件間的兼容性和集成。旨在促進(jìn)在任何時(shí)間和長(zhǎng)度維度（屬性模型、單元操作、動(dòng)態(tài)靜態(tài)和批量模擬的數(shù)據(jù)利用）模擬系統(tǒng)之間采用標(biāo)準(zhǔn)通信，以模擬流程并允許客戶從任何模擬包向別的模擬包整合信息（參見CAPE-OPEN Laboratories Networ-CO-LaN Consortium，www.colan.org）。

未來(lái)，對(duì)于流程創(chuàng)新而言，顯然需要更有效的CAPE才能在流程行業(yè)中具有競(jìng)爭(zhēng)力，特別是在擴(kuò)展和開發(fā)接口規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)方面，以確保CAPE-OPEN軟件組件間的互操作性，從而保持增長(zhǎng)和競(jìng)爭(zhēng)力，尤其是評(píng)估流程的可持續(xù)性。

4.2 含集成仿真編碼的多重維度建模方法所面臨的挑戰(zhàn)

無(wú)論如何，過(guò)程系統(tǒng)工程對(duì)于幾類化工產(chǎn)品，它們的設(shè)計(jì)和相應(yīng)的過(guò)程存在挑戰(zhàn)和機(jī)遇（關(guān)于重要的能源、環(huán)境限制和可持續(xù)性問(wèn)題），以及對(duì)適合工具的需求。在所有情況下，事實(shí)上可通過(guò)同時(shí)解決單個(gè)產(chǎn)品和技術(shù)設(shè)計(jì)的某些方面來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和技術(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題的集成。

對(duì)于流程創(chuàng)新，仍然需要這種分子過(guò)程-產(chǎn)品-技術(shù)集成的多重維度方法的框架，通過(guò)使用計(jì)算機(jī)輔助方法和工具開發(fā)基于系統(tǒng)模型的解決方案方法，可以應(yīng)用于廣泛的產(chǎn)品及其相應(yīng)的過(guò)程，有助于找到解決方案，尤其是在使產(chǎn)品更快更便宜的市場(chǎng)。

值得注意的是，對(duì)于建模和仿真方法的集成，可以基于當(dāng)前在不同長(zhǎng)度和時(shí)間維度上應(yīng)用的三種建模方法的集成來(lái)呈現(xiàn)產(chǎn)品制造的多重維度建模概念：PSM、CFD和計(jì)算化學(xué)（CCH）。圖3示意性地表示了過(guò)程工程中各個(gè)數(shù)值分析方法的長(zhǎng)度和時(shí)間特征的范圍，其中每組指示對(duì)應(yīng)于第4.1節(jié)中給出的不同模型的標(biāo)度。

圖3 多重維度建模的運(yùn)算工具

基于市場(chǎng)對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品生產(chǎn)的重要需求，需要將CFD的數(shù)值工具與CCH的建模和仿真工具以及PSM的工具在高于計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)的維度上集成在一起。圖3顯示CCH和CFD的整合存在一個(gè)小差距，似乎Lattice-Boltzmann（LB）方法是將CFD與CCH連接的最佳候選。此外，隨著分子工程的進(jìn)展，出版了納米級(jí)數(shù)值模擬的新報(bào)告和兩種邊界建模方法，即PSM和CCH，提供和使用不同類型的信息，這些信息在不同程度上與CFD模擬中使用的信息互補(bǔ)或由它們產(chǎn)生。此外，PSM和CFD之間存在一種通用的數(shù)據(jù)交換方案，它作為PSM包或CFD或獨(dú)立接口的一部分參與數(shù)據(jù)交換和管理。這些只是少數(shù)鏈接應(yīng)用程序。

實(shí)際上，圖3顯示了使用模擬編碼集成的多維建模方法遇到的挑戰(zhàn)。似乎成功連接3個(gè)包裝系統(tǒng)的有效候選項(xiàng)是CAPE-OPEN標(biāo)準(zhǔn)。過(guò)程模擬器和各個(gè)模塊之間的信息傳遞可以通過(guò)軟件工具來(lái)執(zhí)行，以便連接不同操作系統(tǒng)中的應(yīng)用包。

可以補(bǔ)充的是，供應(yīng)鏈規(guī)模的不斷擴(kuò)大和處理方法的多樣性日益增加，需要與過(guò)程集約化（PI）方法共同努力，該方法旨在更好地利用物質(zhì)資源并相應(yīng)地降低技術(shù)設(shè)備的尺寸和數(shù)量。

5 總結(jié)

監(jiān)測(cè)分子尺度和納米尺度現(xiàn)象的能力增強(qiáng)，引致對(duì)分子和納米級(jí)研究的著迷，尤其是應(yīng)用于反應(yīng)途徑合成或化工產(chǎn)品設(shè)計(jì)。毫無(wú)疑問(wèn)，許多重要的發(fā)現(xiàn)在這些維度上等待著我們，前面提到的迫切挑戰(zhàn)要求產(chǎn)品類型和細(xì)分市場(chǎng)相對(duì)于不同類型的行業(yè)進(jìn)行流程創(chuàng)新，需要進(jìn)一步開發(fā)和實(shí)施合理的方法，以便將分子和納米級(jí)研究和發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)規(guī)模和商業(yè)實(shí)踐。

這是通過(guò)同時(shí)關(guān)注過(guò)程開發(fā)和擴(kuò)大以及技術(shù)開發(fā)，用多重維度分析模擬和建模的工具來(lái)實(shí)現(xiàn)，這將降低放大風(fēng)險(xiǎn)。基于綠色化學(xué)原理量身定制技術(shù)和工程，只有在正確放大的情況下才會(huì)在商業(yè)上真正“綠色”，這將導(dǎo)致更清潔的新綠色（可持續(xù)）工藝的發(fā)展，例如包括過(guò)程強(qiáng)化。顯然，流程創(chuàng)新需要第三種化學(xué)工程范式的方法論，即綜合的多重維度方法，將導(dǎo)致可持續(xù)的產(chǎn)品和過(guò)程，這需要對(duì)不同維度的有關(guān)現(xiàn)象之間的相互作用有一個(gè)良好的認(rèn)知和理解。

如前所述和解釋的，近年來(lái)，在催化劑、吸附劑、溶劑、復(fù)合原料和多相流的描述中，在實(shí)驗(yàn)和計(jì)算上已經(jīng)在各種水平上取得了重大進(jìn)展。單獨(dú)地，這些努力已經(jīng)對(duì)流程設(shè)計(jì)和建模以及流程性能產(chǎn)生了影響。

為了說(shuō)明圖4，關(guān)于一種基于在不同維度上使用的差分仿真工具的有效過(guò)程開發(fā)方法，在給定維度下的一個(gè)仿真為另一個(gè)雙向耦合方法給出了解釋。

圖4 不同規(guī)模氣體處理技術(shù)/燃燒后CO2捕集技術(shù)的模擬

為了顯著降低氣體處理過(guò)程或CO2捕獲過(guò)程的成本，可以使用幾種類型的模擬。首先，使用適當(dāng)?shù)哪M工具進(jìn)行的快速技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究可用于全球過(guò)程規(guī)模，以顯示資本支出和相關(guān)的柱設(shè)計(jì)是如何的重要。其次，過(guò)程模擬（基于熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和質(zhì)量傳遞）可用于識(shí)別控制吸收柱設(shè)計(jì)的最重要的驅(qū)動(dòng)因素。可以執(zhí)行最后的CFD模擬以確定填充柱中的流動(dòng)特性。CFD與幾種從小規(guī)模到大規(guī)模到中維度的方法一起使用。例如，CFD可以小規(guī)模用于氣、液流體的體積（VOF）模擬，并且在柱維度上研究入口效應(yīng)。所有這些模擬的組合，以雙向耦合方法執(zhí)行，允許確定最佳設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)奶畛湟约胺植技夹g(shù)選擇。

因此很明顯，多重維度方法現(xiàn)在正在出現(xiàn)，為創(chuàng)新提供了重要機(jī)會(huì)。但綜合多重維度方法仍需要在化工供應(yīng)鏈、分子、進(jìn)料分子種類、催化劑結(jié)構(gòu)、位點(diǎn)和局部流體動(dòng)力學(xué)、表面狀態(tài)和局部流體動(dòng)力學(xué)、催化劑顆粒、工藝裝置、工廠裝置、以及涵蓋所有控制和操作支撐系統(tǒng)之不同維度上的詳細(xì)知識(shí)、描述、實(shí)驗(yàn)、建模和模擬。

作為研究的第一步，它還需要借助綜合的3PE方法來(lái)解讀所涉及的所有維度中僅涉及少數(shù)維度的有關(guān)現(xiàn)象之間的相互作用，即：分子種類與催化劑活性位和顆粒之間的維度，或催化劑顆粒與接觸流體之間的維度，或多相反應(yīng)器或接觸器中流體-顆粒和顆粒-顆粒相互作用所遇到的不同維度，等。

此種用于過(guò)程創(chuàng)新的綜合多重維度方法（化學(xué)工程的第三范式）的成功主要?dú)w功于分析科學(xué)技術(shù)與圖像處理相結(jié)合的長(zhǎng)足發(fā)展，強(qiáng)大的計(jì)算工具和能力（集群、超級(jí)計(jì)算機(jī)、云計(jì)算機(jī)、圖形處理單元、數(shù)字代碼并行化等）以及對(duì)興趣范圍內(nèi)對(duì)象的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)行為描述模型的開發(fā)和應(yīng)用。

現(xiàn)代化的科學(xué)多重維度化學(xué)工程方法“工程技術(shù)之綠色方法”融合了市場(chǎng)拉力和技術(shù)推力，強(qiáng)烈地導(dǎo)向于技術(shù)強(qiáng)化和成對(duì)的綠色產(chǎn)品/綠色工藝“用更少的資源生產(chǎn)更多更好的產(chǎn)品”，并借力于技術(shù)創(chuàng)新和可持續(xù)技術(shù)應(yīng)對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)，可持續(xù)性地生產(chǎn)分子和產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)高效的質(zhì)量和能源利用，提高生活質(zhì)量。

化學(xué)和工程技術(shù)的現(xiàn)代綠色方法將關(guān)系到生態(tài)高效的“未來(lái)工廠”。