数字化工——实现化工研究的虚拟现实
现代文明离不开化学、化学工程及化工产品，它们提供着各种各样的高性能材料，支撑着高科技产品的发展，在解决能源、环境、材料和信息等领域的卡脖子问题等方面发挥着重要作用。中国工程院院士、清华大学化学工程系教授金涌表示，现代社会的经济发展和全人类的衣、食、住、行都离不开化学和化工产品，化学与化学工程是高新科技的发端和支撑，其所支撑的泛化学工业在食品、制药、医用材料等人类健康支撑产业方面发挥着重大作用，是国民经济的脊梁。
在二十大即将召开之际，科协频道推出“化学化工铸造未来”专栏，介绍近年来化学化工领域的研究工作和科技成果，展示化学化工的科技魅力，迎接党的二十大召开。
你能想象，解一道数学题，就可以让一座化工厂每年节省成千上万吨化石原料吗？你能想象，构建一个数学模型，就可以替代一套化工实验装置吗？你能想象，用计算机模拟，可以让研究人员远离危险的实验操作吗？
化学工业就像一头巨兽支撑着现代社会的生产和发展，在这个庞然大物不断前行的脚步下，化学工程师用数学模型和计算机为它编写了前行的引航线，使之逐渐摆脱试错的笨重步伐，稳健而轻快地陪伴我们走向美好的未来。
在人们的印象中，化工是一门实验科学，依赖大量的实验和经验。化工生产过程的实现，是一个逐级放大的实验研究过程。实验室里的装置和工厂实际生产装置相比规模通常相差很多倍，比如在实验室中用小巧玲珑的设备就可以轻松实现的搅拌、加热、化学反应等操作，在工厂里往往需要大型专业机械、热能动力装备和反应器来完成。
一般而言，当装置变大时，里面的物料流动、热量传输、物质传递和化学反应情况也会随之发生比较显著的变化。这些变化并不能简单地通过与装置放大倍数关联就能预测出来，也就是说变化是非线性的，有的体系中，这种放大的非线性效应还非常强。在把化工实验室里做出来的成果扩大到工业规模时，如果只是把实验室里可行的设备和工艺参数简单放大或套用，那么实践结果可能会与预期目标产生难以估量的偏差，所以通常依赖小试、中试、工业示范、工业化等逐级放大的研究过程，在每个层次上开展大量重复性实验观测，反复调整工艺参数，才能取得优化的工艺条件。这个过程耗时耗力，严重制约了实验室成果产业化过程的效率。
此外，许多化工过程在高温、高压、高危条件下进行，例如合成氨、催化裂化、双氧水的制备等，研发难度大、成本高，一直是困扰化学工程师的难题。人们希望可以少用实际装置做实验，降低安全风险，节约资金。
随着化学工程理论的完善和计算机技术的迅猛发展，数学和计算机在现代化学工程学科中发挥着越来越重要的作用，一种化工研发新模式——数字化工应运而生。其不仅可以使科研人员少用实际装置做实验、降低安全风险、节约资金，而且对于实现绿色智能过程制造具有重要意义。
数字化工即是一种更准确、更高效、更智能的化工过程开发模式，化学工程师可以对实际化工过程进行模拟计算，并通过虚拟过程平台和超级计算机，在计算机上做实时模拟的化工实验，缩短试验周期、降低试验成本和风险，使化工试验过程更加绿色化和智能化。
点击视频，走进数字化工的世界
视频来源：《探索化学化工未来世界：值得为之付出一生.2》
面向未来的科技创新之路，广大化学工程师需要紧跟时代潮流，运用人工智能、大数据等技术，在新一轮的工业革命中获得革命性的突破与成功。
