1.1　引言

你能想象，解一道數學題，就可以讓一座化工廠每年節省成千上萬噸化石原料嗎？你能想象，構建一個數學模型，就可以替代一套化工實驗裝置嗎？你能想象，用計算機模擬，可以讓研究人員遠離危險的實驗操作嗎？

如果你很好奇，請隨我們一起走進數字化工的神奇世界！

在人們的印象中，化工是一門實驗科學，依賴大量的實驗和經驗。化工生產過程的實現，是一個逐級放大的實驗研究過程。實驗室里的裝置和工廠實際生產裝置相比規模通常相差很多倍，比如在實驗室中用小巧玲瓏的設備就可以輕松實現的攪拌、加熱、化學反應等操作，在工廠里往往需要大型專業機械、熱能動力裝備和反應器來完成。一般而言，當裝置變大時，里面的物料流動、熱量傳輸、物質傳遞和化學反應情況也會隨之發生比較顯著的變化。這些變化并不能簡單地通過與裝置放大倍數關聯就能預測出來，也就是說變化是非線性的，有的體系中，這種放大的非線性效應還非常強。在把化工實驗室里做出來的成果擴大到工業規模時，如果只是把實驗室里可行的設備和工藝參數簡單放大或套用，那么實踐結果可能會與預期目標產生難以估量的偏差，所以通常依賴小試、中試、工業示范、工業化等逐級放大的研究過程，在每個層次上開展大量重復性實驗觀測，反復調整工藝參數，才能取得優化的工藝條件。這個過程耗時耗力，嚴重制約了實驗室成果產業化過程的效率。

此外，許多化工過程在高溫、高壓、高危條件下進行，例如合成氨、催化裂化、雙氧水的制備等，研發難度大、成本高，一直是困擾化學工程師的難題。人們希望可以少用實際裝置做實驗，降低安全風險，節約資金。隨著化學工程理論的日益完善和計算機技術的迅猛發展，對實際化工過程進行模擬計算，在計算機上做化工實驗，引起了化學工程師的廣泛興趣。一種更準確、更高效、更智能的化工過程開發模式呈現在我們面前，這就是數字化工。