回顾石油化工技术创新的历程，原始创新必须转移技术的科学知识基础；创新构思来自联想，联想源于博学广识和集体智慧；验证新构思和转化为工业化新技术，道路崎岖险阻；期间必须发挥各尽所能、紧密合作、不断战胜困难、坚持到底的团队精神。本文结合了国内外石化技术创造发明的案例对上述观点加以阐述。

化工过程普遍面对具有多尺度结构的复杂系统，而作为从基本单元相互作用形成系统整体行为与功能的关键环节，介尺度结构对化工过程的定量描述和定向调控具有重要意义。同时，化学、材料、生物、物理和系统科学等领域也都逐步认识到各自的介尺度问题及其共同特性。这表明对介尺度结构与行为共性的深入研究将对科学界产生全局性的影响，同时也表明这样的研究必须通过多学科充分交流、紧密合作才能取得重大进展。本文试图从多尺度研究的背景出发探讨化工及相关过程中介尺度模拟的意义、挑战和方法，并展望其发展。

微化工系统是化学工程学科的研究热点之一，鉴于其良好的传递和反应特性，在多相反应和分离过程中受到了广泛的关注。目前关于微化工系统的研究主要集中在新型微分散技术、微介观尺度混合、多相传递性能以及反应过程调控等方面，近年来取得了显著的进展。本文主要针对微化工系统研究中的关键科学问题进行综述，探讨微化工系统的研究进展，并对其未来的发展方向进行了展望。

微化学工程是现代化学工程学科的前沿，主要研究微时空尺度下流体流动、传热、传质现象与反应规律。着重介绍近十年来微通道内单相流体流动、互溶液-液两相流体流动与混合、互不相溶液-液两相流体流动与传质的理论和实验的最新研究进展。

热等离子体裂解煤一步法制乙炔过程为煤的直接化工利用提供了一条绿色、清洁和高效率的转化途径。基于兆瓦级热等离子体裂解煤反应器的研发，概述了已有的基础和工程研究成果，并重点从高效气固混合、结焦控制以及反应器优化与放大3个方面探讨了反应器的一些关键技术问题。从反应系统角度出发，基于对该过程的物料、能量衡算和经济效益分析结果，指出能量和物料的综合利用是该过程经济性的保证。

低碳经济以大幅度降低CO₂排放量为主要手段，以提高能源利用率、实现经济可持续性发展为最终目标。低碳经济是经济转型的重点，是未来世界发展的方向。本文主要介绍了从低碳经济要求出发，当前工业生物产业的新局面，主要包括工业生物技术中的热点项目以及在生物材料领域备受关注的几种聚酯材料，同时也简介了当前工业生物技术发展中存在的问题与困难。

生物炼制是与石油炼制互补的新型工业生产模式，对我国生物质能源发展有重要作用。我国生物炼制产业发展目前处于起步阶段，面临着原料、技术等问题。针对我国国情，提出了在条件适当地区，生物炼制企业建设采取生物炼制与石油炼制一体化建设的设想。以燃料乙醇项目建设为例，通过对单独建设和一体化建设两种方案的比较，从成本、未来发展和原料供应等方面分析了一体化建设的优势。研究表明生物炼制与石油炼制一体化模式将对我国能源、化工等行业的可持续性发展起到促进作用。

最小二乘法在化工中广泛用于数据拟合的线性和非线性回归及模型参数估值。为了从实验和生产现场数据中得到更接近真实函数的关联式，用数值实验的方法，对一系列目标函数形式与传统的最小二乘法进行比较。所测试的真实函数包括单调函数、单极值函数和双极值函数。数据所带的误差包括高斯分布和均匀分布的误差。结果表明，若数据误差遵从高斯分布时，以实验值与回归预测值间绝对偏差的1.5次幂之和为目标函数，优化所得的回归模型与真实的函数最接近。

膜反应器是结合膜技术和反应器，将反应和分离两个单元操作耦合成为一个单元过程的系统，可简化流程、节约成本、提高产品质量并减少环境污染。本文就陶瓷膜连续反应器运行过程中存在的膜与反应过程优化、超细颗粒吸附、膜污染等关键问题作了阐述，并以重要的沉淀反应与非均相催化反应为对象，介绍了连续膜反应器的设计及工程应用进展。

乙烯和丙烯是重要的化工原料，目前烯烃生产技术严重依赖石油，在石油资源日益紧缺的今天，烯烃的需求量却一直快速增长，尤其是丙烯。因此，以煤或天然气为原料制备甲醇进而生产乙烯和丙烯的替代路线，逐渐受到学术界和工业界的重视。近年来，甲醇制烯烃技术在基础研究和工业放大方面都获得了快速的发展。本文综述了甲醇制烯烃常用催化剂ZSM-5和SAPO分子筛的改性及催化性能研究；对甲醇制烯烃的反应机理进行了总结，讨论了碳池机理的最新研究成果；并对甲醇制烯烃和甲醇制丙烯的工艺开发和工业放大进展进行了介绍。

传统的酯化或转酯化产品的合成通常需要高温、强酸、强碱等相对苛刻的条件，脂肪酶由于其生物催化过程具有高效、高选择性、条件温和和环境友好等特点，在化学品的合成中越来越受到人们的关注。本课题组开发了一种可以用于酯类合成的新脂肪酶，并且实现了该酶的工业化生产。来源于Candida sp.99-125的脂肪酶在非水相中对酯化和转酯化反应具有高效的催化活性和稳定性。本文介绍了该脂肪酶的发酵生产及其在中长链脂肪酸酯、二元酸酯、维生素A棕榈酸酯、手性化合物以及生物柴油等多种化学品的合成中的应用。

聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯（PEO-PPO-PEO）嵌段共聚物是一类重要的非离子表面活性剂，在选择性溶剂中可以自组装成多种形貌的介观结构。对PEO-PPO-PEO嵌段共聚物在水溶液中自组装行为进行了综述，介绍了其自组装行为的实验研究技术；阐明了嵌段共聚物构型、分子量、温度、浓度、添加剂等因素对PEO-PPO-PEO嵌段共聚物聚集行为的调控和作用机理；介绍了嵌段共聚物自组装特性的热力学模型、分子模拟及计算机预报等研究方法和研究进展；重点介绍了PEO-PPO-PEO嵌段共聚物在介孔材料制备、药物载体、生物大分子分离、嵌段共聚物修饰等方面的应用。

含偶氮苯基团的嵌段共聚物兼具偶氮聚合物和嵌段共聚物的特点，可自组装形成具有特殊光响应性能的各种纳米/亚微米结构，在光信息存储、传感器、药物输送、光控智能材料等领域有重要的应用前景。本文对本课题组近年来在含强推拉电子型偶氮生色团的嵌段共聚物合成、自组装与光响应性方面的研究工作进行简要综述。

纳米药物作为纳米技术与医药技术的重要组成部分，受到了全世界学术界和产业界的重视。药物纳米化工程及应用是研究的热点问题。本文总结了液相沉淀法制备纳微结构药物颗粒的基本原理和方法，综述了近年来本课题组在药物构型的密度泛函计算以及液相沉淀法制备纳微结构药物颗粒方面的学术和产业化成果。针对不同药物体系的特性，提出了采用反溶剂沉淀法、反应沉淀法、反溶剂与反应耦合沉淀法以及分子自组装沉淀法等来制备纳微结构药物颗粒，阐述了超重力可控沉淀技术在制备纳微结构药物颗粒方面的工业化应用前景。

考虑到醇胺及其混合物中分子间存在缔合作用的事实，结合立方型PR状态方程，通过引入基于黏滞球模型（SSM）发展起来的缔合流体的分子热力学模型，建立了一个新的CPA(cubic-plus-association)状态方程，即CPA-SSM，并将方程应用到醇胺系统相平衡的计算中。通过关联对比温度0.55～0.90范围下醇胺流体的实验饱和蒸气压和液相体积得到了8种醇胺流体的分子参数。结果表明， CPA-SSM方程可满意地计算出醇胺饱和蒸气压和液体密度，总平均误差分别只有0.57%和1.80%。对醇胺混合物，无论是恒压还是恒温系统，只需引入一个与温度无关的可调参数，CPA-SSM方程即可满意关联二元系统的汽液平衡数据，并可进一步预测多元混合物的汽液平衡。

为了降低CO₂吸收法捕集技术的能耗和成本，以目前常用的单乙醇胺（MEA）溶液吸收CO₂为例，采用电解质非随机双流体热力学模型（E-NRTL），对溶液中的CO₂气体溶解度进行计算，计算过程包含了化学反应平衡和汽液平衡，计算结果和文献数据相吻合。在此基础上，建立了CO₂吸收过程模拟程序和包括解吸能耗、气体压缩能耗以及液体输送能耗的过程总体能耗的计算方法，继而通过过程模拟分析了吸收塔和解吸塔压力、溶液浓度和流量等因素对吸收捕集过程的总体能耗的影响，获取了最优的工艺条件，为以后新CO₂吸收捕集过程提供能耗分析方法基础。

利用光导纤维来表征并流下行流化床中颗粒聚凝体的动态特征。下行床的直径为0.1 m、床高10 m，操作气速为3.5～10 m·s^-1，颗粒流率为50～200 kg·m^-2_·s^-1。所用颗粒为催化裂化FCC颗粒，直径67 μm，密度为1500 kg·m^-3。研究中首先用灵敏度分析方法建立起确认颗粒聚凝体的最佳条件，由此从所测得的瞬时颗粒浓度数据来获得颗粒聚凝体的各种特性（频率、时间分率、存在时间及平均浓度）。研究发现颗粒聚凝体的性质明显地受到操作条件的影响（气体速度与颗粒流率）以及局部颗粒浓度的影响。颗粒聚凝体的性质亦沿着下行床的轴向与径向发生很大变化。在充分发展段，下行床中心比近壁处有着更强的形成颗粒聚凝体的趋势。靠近下行床的底部，颗粒聚凝体性质沿轴向分布的变化比较缓和。

由于Ergun方程可适用于气液间无相互作用的两相流动压降计算，并且由气相单相和气液两相并流下的气相压降比值可计算气相相对渗透率，因此，Ergun方程可用于涓流床中不同流区过渡和气液相互作用程度的表征。为检验这一方法的有效性，实验测定了空气-水体系在内径140 mm有机玻璃塔中不同粒径玻璃珠（1.9、3.6、5.2、9.3 mm）组成的床层压降和持液量。由于采用了压力传感器和电容层析成像仪，因此可测定脉冲流状态下的瞬态数据。通过压降的实验值与理论值比较，发现Ergun方程的适用范围有限，在没有进入脉冲流前先已失效，说明此时气液间作用已经相当显著。鉴于此，改用气液两相压降实验值代替理论值进行了气体渗透率的计算，发现不同气液流速和颗粒直径下出现脉冲流时的气体渗透率均低于0.08。

以LIX984N为载体，煤油为稀释剂，H₂SO₄为反萃剂，研究了中空纤维更新液膜过程中铜的传递行为。考察了两相压差、铜离子浓度、两相流速、操作方式以及膜丝有效长度等对传质过程的影响。结果表明：膜丝两侧的操作压差对传质过程几乎没有影响；随着料液相中溶质Cu(Ⅱ)浓度的增大传质通量增大，而反萃相中的Cu(Ⅱ)浓度对传质过程几乎没有影响；传质通量会随着壳程料液流速的增大而增大，但管程侧反萃相的流速对传质过程影响很小；逆流和并流两种操作方式对传质过程的影响可以忽略，而膜丝有效长度的增加会导致单位面积平均传质通量的下降。

腈水合酶是能够催化丙烯腈水合生成丙烯酰胺的一种重要的工业酶。本研究建立了游离细胞腈水合酶催化丙烯腈水合反应的双稳态反应动力学模型，关联了底物浓度、产物浓度和温度等主要因素对反应速率（表观酶活）的影响。在实验研究的基础上，通过麦夸特及全局最优化算法求解了动力学模型。结果表明，游离细胞腈水合酶催化的双稳态反应动力学模型是比较典型的产物抑制型，当产物浓度逐渐增大时，高浓度的产物将抑制腈水合酶的活性。当底物浓度＜10 g·L^-1时，由于底物加入反应体系时产生的局部瞬时高浓度，腈水合酶催化的丙烯腈水合反应的表观反应速率不随底物浓度变化。当底物浓度≥10 g·L^-1时，底物产物浓度对反应速率具有显著影响。温度对酶活的影响也十分显著，相同底物产物浓度下，28℃时的酶催化水合反应速率是15℃时的3.3倍。

研究了酸性条件下Ti（Ⅳ）对H₂O₂/O₃体系［Ti（Ⅳ）/H₂O₂/O₃］降解水中乙酸效率的影响，优化了工艺参数，并对其机理进行了分析。结果表明：在pH为2.8条件下，加入Ti（Ⅳ）能明显提高H₂O₂/O₃降解乙酸的效率，如30 min后Ti（Ⅳ）/H₂O₂/O₃对乙酸的去除率达到了52.0%，而H₂O₂/O₃的去除率为5.6%。在本实验条件下，当钛离子浓度为6 mg·L^-1，过氧化氢投加量为120 mg·L^-1时，Ti（Ⅳ）/H₂O₂/O₃体系对乙酸具有较高的降解率。pH对Ti（Ⅳ）/H₂O₂/O₃降解效率的影响并不明显，这可能与体系在不同pH条件下均存在特定的引发剂有关。鉴于H₂O₂/O₃的缺陷和特点，Ti（Ⅳ）/H₂O₂/O₃更适合在酸性条件下使用，是H₂O₂/O₃体系的有益补充。叔丁醇实验结果表明：Ti（Ⅳ）/H₂O₂/O₃体系降解乙酸遵循羟基自由基机理。定量化计算表明，H₂O₂/O₃和Ti（Ⅳ）/H₂O₂/O₃的R_ct值分别为5.548×10^-9和2.128×10^-7，表明后者能产生更多的羟基自由基。

基于自由基链式反应机理，概括性地提出了芳烃液相氧化的基元反应步骤。针对芳烃氧化的特点对动力学模型进行了简化处理，减少了模型参数。运用提出的建模方法，建立了3个氧化实例的动力学模型，包括对二甲苯（PX）氧化生产对苯二甲酸（TPA）、对甲基苯甲酸（p-TA）氧化生产TPA、乙苯（EB）氧化生产乙苯氢过氧化物（EBHP）。拟合回归结果表明，上述动力学模型对实验数据的拟合效果均较好，最大拟合偏差不大于10%；并且涉及链传递和链终止反应步骤的共用参数不随反应条件而改变。

采用直流反应磁控溅射法制备了Cu_1-xCo_xO（0.02≤x≤0.14）复合氧化物电极。利用XRD、EDS和SEM分析技术对沉积氧化物的晶体结构、化学组成及表面形貌进行了表征，并利用循环伏安、线性扫描及电化学交流阻抗对沉积氧化物电极的电化学性能进行了测试。XRD分析结果显示复合氧化物Cu_1-xCo_xO具有CuO单斜晶体结构,不存在氧化钴独立相。电化学测试结果表明Cu_1-xCo_xO复合氧化物电极对水氧化反应的催化活性远高于CuO和Co₃O₄电极，更好的催化活性、较低的电阻和高的表面粗糙度是Cu_1-xCo_xO复合氧化物电极催化活性提高的主要原因。生成最优Cu_1-xCo_xO（0.02≤x≤0.14）复合氧化物的溅射功率为45 W（Co）、100 W（Cu）。

提出了萃取精馏过程模拟的计算传质学方法，并针对以N-甲基吡咯烷酮（NMP）为溶剂分离苯和噻吩的萃取精馏过程进行了模拟计算。在散堆填料实验塔内进行了相同的萃取精馏实验，得到了萃取精馏塔内浓度分布。将模拟计算结果与实验结果进行比较表明，提出的计算传质学方法能够有效预测萃取精馏塔内浓度和速度分布，为萃取精馏过程设计提供依据。

研究了苹果酸杂质存在条件下溶液结晶过程参数对乳酸锌晶体产品收率、纯度、晶体结构和形态的影响。结果表明，溶液结晶过程参数对乳酸锌晶体结构和形态没有明显影响，但与纯乳酸锌晶体相比，苹果酸的引入增加了乳酸锌晶体的长径比。晶体纯度的下降与产品收率的上升为近似线性关系，但如结晶过程中发生大量二次成核，晶体产品的纯度将显著下降。

煤气化工艺中产生的洗气废水含有酚氨等高浓度难降解有机污染物。工业上采用化工分离和生化处理两段法来依次实现回收酚氨和净化排放。现有工艺中酚回收效率较低，难以保证进入生化工艺段的水质，影响最终排放。本文研究发现：萃取剂的选择和分离序列对萃取过程的pH值及随之对脱酚效率的影响极大。本文将脱氨装置单元前置，提出了精馏汽提塔侧线脱氨技术，将废水的pH值从10.5降到6.5，使萃取在偏酸条件下进行。采用甲基异丁基甲酮（MIBK）替代原有的二异丙醚（DIPE）萃取剂，显著提高了对多元酚的分配系数，总酚萃取效率从76% 提升到93%。以上新流程已在某大型煤化工企业3200 t·d^-1煤气化污水化工分离系统中得以成功改造实施。新流程的实施提高了有机污染物的脱除率，为后续的生化处理工艺的达标排放奠定了基础。

符号有向图(SDG)是定性研究化工过程中变量间关系的有力工具，利用SDG的正向反向推理机制可以快速发掘出系统中变量之间影响的因果关系，不仅可以用于在线的故障诊断，还可以用于离线的危险和可操作性(HAZOP)分析。近年来，随着计算机和信息技术的发展，人们利用Gensym G2或者C++开发了一些针对特定研究体系的SDG模型的计算机辅助推理系统，但是，目前还没有一个通用的SDG推理平台。为促进SDG在科研和教学中的广泛应用，本文介绍了通过公共组件来搭建的一套开放体系的SDG推理平台系统，这是服务器/浏览器结构的推理平台，使用方便，维护便捷。使用这套系统，可以方便地绘制特定研究体系的SDG模型的图形；可以快速建立针对特定研究体系的SDG系统并且进行相应的推理分析。本文通过一个例子演示了如何在SDG推理平台上建立特定SDG推理系统的方法，之后通过对两个研究体系建立SDG推理系统来展现该平台的有效性。

将猪胰脂肪酶固定于不同孔径SBA-15载体的孔道内，将已固定酶的尺寸分布均一的一维孔道看作纳米反应器，研究了酶催化水解反应的内扩散和动力学特征。蒂勒模数和有效扩散系数随孔径尺寸的变化以及动力学参数和内扩散之间的关系说明：当孔径小于9.4 nm时，内扩散限制明显；孔径大于10.9 nm时，内扩散对酶催化水解过程的影响减小。

通过过程耦合的概念建立了高级氧化技术矿化有机污染物理论极限能耗的计算方法，并分析了通过与高级氧化技术中4种可能的氧化剂矿化反应分别去除1000 kg19种代表性有机污染物（8种氯代烷烃、4种氯代烯烃、3种溴代甲烷、4种芳香烃及其衍生物）的理论极限能耗，将计算结果与物理法脱除有机污染物的理论能耗进行了比较分析。研究结果表明，高级氧化技术矿化水中有机污染物为放热过程，且高级氧化技术矿化水中有机污染物理论极限能耗较物理法脱除有机污染物极限能耗有高出数量级的差别。矿化氯代烷烃、氯代烯烃和溴代烷烃的理论极限能耗随着有机物中C—Cl或C—Br取代基的增加而普遍降低，且矿化氯代烷烃的理论极限能耗大小为氯代甲烷<氯代乙烷<氯代丙烷， 该结论与物理法脱除有机污染物理论能耗规律一致。此外，不同氧化剂矿化氯甲烷的理论极限能耗为O₃>O^->·OH>O₂；而对其他研究体系而言，不同氧化剂矿化的理论极限能耗为O^->O³>·OH>O₂。

依据反硝化除硫理论，利用全混流反应器富集反硝化除硫菌，采用平板计数法和PCR-DGGE法对功能菌群进行跟踪和鉴定，并对分离纯化得到的单菌株SNB1进行鉴定。结果表明，反应器中细菌总量、除硫菌和反硝化菌分别增加了1.92×10、6.49×10⁵和1.66×10³倍。稳定运行时反应器内存在3种优势菌群。a菌群与Thauera sp. 的同源性高达99%，为反硝化菌；其包含的SNB1生理生化指标显示为一株兼性自养反硝化除硫菌，且与Thauera selenatis（同源性高达99. 0%）最相似；反硝化除硫菌的比例为49.3%，数量约为3.70×10⁹ cfu&#8226;ml^-1。b菌群与Desulfovibrio sp. 的同源性高于98%，为硫酸盐还原菌。c菌群和Rhodococcus sp. 的同源性高于94%，为反硝化菌。当S/N在0.007～0.386间变化时，除S^2-始终被100%转化为S⁰外，还有大于46.47%的SO^2-₄-S被转化为S⁰；而NO^-₃和COD的去除率分别为72.3%～95.8%和9.8%～43.5%。

通过紫外、红外光谱、核磁共振和电位滴定等方法研究了蔗渣木质素磺酸镁(MLS)的结构特征和表面物化性能，并与杨木木质素磺酸钙(CLS)进行了对比。与CLS相比，MLS含有较多量的紫丁香基结构和较少的愈创木基结构；MLS的重均分子量、磺酸基和酚羟基含量较低。采用超滤法将MLS分离成不同分子量的级份，发现随着分子量的提高，MLS中的3种基本结构单元的含量均一化，磺酸基与酚羟基含量增加，羧基含量减少。表面物化性能测试结果表明，分子量、磺酸根和酚羟基是影响MLS在水泥颗粒表面吸附及表面电位的主要因素。随着分子量的增加，MLS使水泥颗粒表面电位显著增加，截留分子量大于50000的MLS可使水泥颗粒表面的Zeta电位绝对值达到14.6 mV，饱和吸附量达到6. 0 mg·g^-1，吸附等温线近似为Langmuir型，与CLS相似。

利用原子转移自由基聚合法（ATRP）成功地制备了聚甲基丙烯酸-嵌段-聚N-异丙基丙烯酰胺（PMN）和聚N-异丙基丙烯酰胺-嵌段-聚甲基丙烯酸（PNM）接枝开关膜。通过通量实验系统考察了两类开关膜分别或同时对pH和温度的响应性。结果表明：用ATRP法接枝嵌段共聚物开关中第一段接枝物的接枝率总是高于第二段接枝物的接枝率；该嵌段接枝开关膜对pH和温度同时响应的开关系数要大于其对单一pH或温度响应的开关系数；嵌段接枝开关中第一段接枝物对膜孔的“开”或“关”起主导作用，而第二段接枝物的影响相对较小。实验结果还表明，PMAA的pH响应开关系数比PNIPAM的温度响应开关系数显著。研究结果为设计和制备双重或多重嵌段接枝开关膜提供了有价值的参考。