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[分享] 华人在商业流程模拟软件和热力学模型中的存在感远比你想的要大

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 楼主| 发表于 9 小时前 显示全部楼层 |阅读模式
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化工流程模拟软件这个领域,中国与欧美的差距一直不小,尤其是在底层模型架构和工业适配层面,很多国内从业者都心知肚明,也因此在面对国外主流工具时,往往带着一份天然的敬畏。但在我接触过的一些国内工程师群体中,也常常能感受到另一种氛围:一种略显消极的推论——我们是不是在这条路径上“先天不足”?是不是华人就注定只能做应用,不能原创开发模型和软件?如果换个角度认真看,你会发现这种判断未必公平。事实上,许多全球主流流程模拟软件的底层热力学架构,恰恰是在华人工程师主导或深度参与下完成的。Hyprotech的原始开发团队几乎清一色是华人,如今这些人一半以上仍然活跃在Honeywell的UniSim软件后端核心开发组里;AVEVA的APS软件热力学核心架构和算法是某位90年代清华化工系毕业的海外华人博士领导设计搭建(也算是笔者的同组大师兄);Aspen PlusPetro-SIMgPROMS 的热力学开发团队也都聚集了一批长期扎根海外、却背景深厚的华人技术骨干,我在此就不一一提及了。换句话说,化工流程模拟软件行业的热力学“内核”,并不缺华人的指纹。不妨看一下Aspen Tech公司80年代的麻省理工学院MIT的原创团队照片合影有多少华人面孔就能感受到华人在这个领域的地位了:

                               
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不只是软件架构如此,在被全球工程师日复一日调用的状态方程与热力学物性模型中,华人的身影也并不少见。Redlich-Kwong 中的 Kwong、Peng–Robinson 中的 Peng、eNRTL 的 Chen、PR-Twu 的 Twu、Chung-Lee-Starling 黏度模型中的Chung……这些缩写几乎出现在所有主流模拟器的物性方法菜单中,但它们背后对应的华人科学家、他们的生平与技术思路,许多国内工程师可能从未听说过。这篇文章,试图从这些模型名字出发,稍微还原一下它们背后的创造者——一批早年活跃于 Shell、Aspen、3M、Hyprotech、UOP 等欧美工业巨头中的华人科学家。不是为了堆砌人物谱系,也不是为了技术之外的身份认同,而只是想让大家知道,我们并非“技术体系的旁观者”,很多我们今天在用的模型,确实出自华人群体之手。
1. Kwong:R-K状态方程里那个熟悉却从未被讲述的华人名字
在化工热力学的教学与工业建模中,我们常常会提到一类经典的立方状态方程,其中Redlich–Kwong状态方程(简称RK方程)是最为基础的一种。许多工程师都知道它是由Redlich和Kwong于20世纪中叶提出的,却很少有人真正了解,这位署名中的“Kwong”其实是一位具有传奇经历的华人工程师。他名叫约瑟夫·邝(Joseph Neng Shun Kwong),1916年出生于中国湖南常德,少年时期便赴美留学,最终成长为化工热力学领域中一位重要的实业技术推动者。邝宁顺本科就读于斯坦福大学,随后获得密歇根大学硕士学位,并于1942年在明尼苏达大学完成博士学业。毕业后他曾在3M公司短暂工作,1944年加入位于加州的壳牌公司研发部门,也正是在这里,他与奥地利裔科学家Otto Redlich相遇,并一同展开了对气体状态方程的系统研究。两人于1949年共同发表了RK状态方程,这一方程在保留范德瓦尔斯物理图景的基础上,通过更合理的温度函数与体积修正形式,大幅提升了非极性气体热力学性质的预测精度,也因此成为后来诸如Soave–Redlich–Kwong(SRK)和Peng–Robinson(PR)等改进型状态方程的重要基础。在完成这一理论成果后,邝博士于1951年返回3M公司,投身于更具产业化特征的材料开发研究。他是3M公司历史上第一位非白人专业技术人员,在公司早期推动多元化雇佣文化方面也留下了浓墨重彩的一笔。在3M期间,他长期从事高分子与粘合剂产品的基础开发,包括酯化、乳化、单体纯化等关键过程工艺的研究,为3M胶粘材料业务奠定了坚实技术基础,直至1980年退休。今天我们在软件中调用RK方程求解PVT关系时,很少意识到其中“Kwong”这一名字背后的个人命运。他不仅是工程热力学方法论的奠基者之一,更是20世纪美籍华人科技人才在跨国企业中崭露头角、实质贡献的一个历史缩影。在热力学模型愈加依赖黑箱计算的今天,回顾这类带有人文背景的模型命名,不仅是一种学术上的致敬,更有助于我们理解每一个模型背后的时代情境与知识谱系。
2. Peng:PR 状态方程背后真正的“P”
在化工热力学的世界中,Peng–Robinson状态方程(PR方程)是工程师们耳熟能详的工具。然而,许多人可能并不了解,这个方程中的“Peng”指的是华裔科学家彭定宇(Ding-Yu Peng)教授,他的职业生涯横跨中、美、加三国,最终在加拿大的萨斯喀彻温大学(University of Saskatchewan)任教,成为化学工程领域的重要人物。彭定宇1943年出生于中国,1966年毕业于台湾大学化学工程系。1968年,他前往美国雪城大学(Syracuse University)进修,随后在密苏里大学(University of Missouri)师从Leonard I. Stiel教授,1973年获得化学工程博士学位。博士毕业后,彭教授在加拿大阿尔伯塔大学(University of Alberta)担任研究工程师,师从Donald B. Robinson教授。1974年,在天然气处理协会(Natural Gas Processors Association)的委托下,他们开始研发一种更准确的气体状态方程。1976年,彭–罗宾逊状态方程正式发表,其在预测气体和液体相行为方面的准确性和实用性,使其迅速成为工业界的标准工具。彭教授在萨斯喀彻温大学任教多年,教授热力学和质量传递等课程,2021年荣休,成为名誉教授。他的研究领域包括热力学、相行为、状态方程、石油、烃类、二氧化碳、沥青、油砂尾矿、天然气和溶剂回收等。彭–罗宾逊状态方程的影响深远,被广泛应用于石油和天然气工业,并成为化学工程热力学教材中的重要内容。彭教授因此获得多项荣誉,包括2006年天然气处理协会颁发的Donald L. Katz奖,以表彰他在气体处理研究和工程教育方面的卓越成就。彭定宇教授的职业生涯体现了他在化学工程和热力学领域的卓越贡献。他的工作不仅推动了工业应用的发展,也为后续的科学研究奠定了坚实基础。
3. Chao:Chao–Seader 热力学逸度模型共同提出者,把复杂石油馏分算清楚的那个人
在 Aspen Plus、PRO/II、HYSYS、UniSim、甚至 Petro-SIM 等主流流程模拟软件中,如果你在物性方法栏里选择“Chao–Seader”模型,软件一般不会对这个名字做过多解释。它就像一个默认选项,挂在“ideal gas–based fugacity methods”一类的下拉菜单里,被默默调用,用于石油馏分类物系、特别是轻质油气体系的气液平衡计算。但在这个公式被广泛植入软件界面、被许多工程师日常使用的模型名里,其实也藏着一个我们从未认真读过的中文姓氏--赵 (Chao)。
Chao,就是赵广绪(Kwang-Chu Chao)教授,美国普渡大学化学工程系资深教授。在化工热力学领域,赵教授是一位具有深远影响的学者。他不仅在理论研究方面取得了卓越成就,还在模型开发和工程应用中留下了深刻的印记。赵广绪教授于1925年出生,1948年毕业于国立浙江大学化学系,随后赴美国深造,分别于1952年和1956年获得威斯康星大学的硕士和博士学位。他曾在台湾碱业公司和雪佛龙研究公司工作,积累了丰富的工业经验。1968年起,他在普渡大学化学工程系任教,1993年退休,担任名誉教授。赵教授最著名的贡献之一是与Seader教授共同提出的Chao–Seader逸度系数模型(Chao–Seader fugacity coefficient correlation)。该模型在1961年发表,旨在为石油馏分等复杂混合物提供准确的相平衡计算方法。由于其在工业中的广泛应用,该模型被誉为“引用经典”(Citation Classic)。
此外,赵教授还开发了链式转子状态方程(Chain-of-Rotators Equation of State, COR EOS),用于描述聚合物熔体的热力学性质。该方程基于分子旋转的统计力学模型,能够准确预测聚合物的体积、热容等性质。赵教授还提出了将活度系数模型与状态方程相结合的混合规则,如Wang–Chao–Wilson混合规则,用于处理高度非理想的混合物体系。这些方法扩展了状态方程的适用范围,提高了相平衡计算的准确性。赵广绪教授的研究成果被广泛应用于石油化工、聚合物加工等领域,对化工热力学的发展做出了重要贡献。他还编写了多本著作,如《Equations of State in Engineering and Research》,为工程师和研究人员提供了宝贵的参考资料。赵教授的学术成就和教育贡献得到了广泛认可。他曾担任美国化学工程师学会会士,并获得了多项荣誉。2013年,赵广绪教授在美国加州逝世,享年88岁。赵广绪教授的一生,是中国化学工程发展史上的重要篇章。他的科研成果和教育贡献,深刻影响了化工热力学的发展,激励着一代又一代化工人。
4. Chen:eNRTL 模型的提出者,是他让吸收塔算得更准
eNRTL(electrolyte Non-Random Two-Liquid)模型是描述电解质溶液行为的核心工具之一。而这项模型的主要开发者之一,正是华裔科学家陈超群(Chau-Chyun Chen)博士。他不仅是eNRTL模型的奠基人之一,也是AspenTech的七位联合创始人之一,现任美国德克萨斯理工大学(Texas Tech University)化学工程系的Jack Maddox可持续能源讲席教授。陈博士于1973年毕业于台湾大学化学系,随后赴美国麻省理工学院(MIT)深造,分别于1977年和1980年获得化学工程硕士和博士学位。他在MIT的博士论文就聚焦于含电解质体系的热力学建模,为其后续的研究奠定了坚实基础。1981年,陈博士参与创立了Aspen Technology公司(AspenTech),并担任技术副总裁,主导开发了基于第一性原理的过程模拟方法,极大地推动了化工过程模拟软件的发展。他开发的eNRTL模型,成功地将局部组成理论扩展到电解质体系,显著提升了对复杂溶液体系(如CO₂吸收、酸碱平衡、电解质溶液等)的建模精度。在学术界,陈博士发表了超过120篇学术论文和书籍章节,拥有18项美国及国际专利。2005年,他因在分子热力学和复杂化学体系过程建模技术方面的杰出贡献,被选为美国国家工程院(NAE)院士。此外,他还是美国化学工程师学会(AIChE)会士,曾获得该学会CAST分部颁发的2001年计算实践奖。陈博士的研究领域广泛,涵盖分子热力学、热物性与相平衡、过程建模与模拟、石油原油表征、水力压裂与回流液、CO₂捕集系统、能源存储系统以及药物溶解度建模等。他在德克萨斯理工大学的研究团队,继续在这些领域开展前沿研究,推动可持续能源和化工过程的创新发展。陈超群博士的职业生涯,体现了他在化学工程和热力学领域的卓越贡献。他的工作不仅推动了工业应用的发展,也为后续的科学研究奠定了坚实基础。
5. Twu:PR-Twu α 函数的缔造者,热力学物性曲线的“整形师”
Twu α 函数(Twu alpha function)是对 Peng–Robinson 状态方程(PR 方程)的一项重要改进。该函数由华裔科学家 Chorng.H. Twu (涂博士)于 1991 年提出,旨在提高 PR 方程对纯组分饱和蒸汽压和相平衡性质的预测精度,特别适用于重质烃类和复杂混合物的建模。
涂博士的职业生涯跨越多个知名化工软件公司。20 世纪 80 年代,他在 SimSci 公司(后被施耐德电气收购)担任高级热力学专家,参与开发了 PRO/II 等过程模拟软件。90 年代,涂博士加入 Hyprotech 公司,继续从事热力学模型的研究与开发。进入 21 世纪后,他在 AspenTech 公司担任首席热力学专家,领导了 HYSYS 等软件中热力学模型的开发和优化工作。
Twu α 函数的提出,显著提升了 PR 方程在高压和高温条件下的预测能力,尤其在重质烃类和复杂混合物的相平衡计算中表现出更高的准确性。该函数已被广泛集成到多种商业过程模拟软件中,如 Aspen HYSYS 和 PRO/II,成为工业界进行热力学计算和过程模拟的重要工具。
涂博士的贡献不仅体现在理论模型的创新上,更在于其将先进的热力学模型成功应用于工业过程模拟软件中,推动了化工过程模拟技术的发展。他的工作为化工行业提供了更为准确和可靠的热力学计算工具,促进了过程设计和优化的效率和精度。
6. Wong:把状态方程和活度系数拼在一起的那位华人教授
在 Aspen Plus、HYSYS、UniSim 等流程模拟软件中,您可能注意到“Wong–Sandler”混合规则常被用于处理非理想液体混合物的相平衡计算。这个混合规则将立方状态方程与活度系数模型(如 NRTL)相结合,显著提高了对非理想体系的预测精度。然而,许多工程师可能并不清楚,这一混合规则中的“Wong”指的是华人科学家汪上晓(David Shan-Hill Wong)教授。汪上晓教授是台湾清华大学化学工程系的荣誉教授,长期致力于化工热力学、过程系统工程、过程强化以及人工智能与大数据在化工领域的应用研究。他于1978年获得美国加州理工学院化学工程学士学位,随后在特拉华大学取得硕士和博士学位。在1992年,他与斯坦利·桑德勒(Stanley I. Sandler)教授合作,提出了著名的 Wong–Sandler 混合规则,该规则被广泛应用于工业流程模拟软件中,成为处理非理想混合物相平衡计算的重要工具。汪上晓教授的研究领域广泛,涵盖化工热力学、过程模拟、过程控制、人工智能等多个方向。他在这些领域发表了大量高水平论文,并指导了众多研究生,为化工领域的人才培养和技术进步做出了重要贡献。因此,下次您在使用流程模拟软件时看到“Wong–Sandler”混合规则,不妨记得,这背后凝聚着汪上晓教授的智慧和贡献。
7.Chung:你在调用CLS(Chung-Lee-Starling)黏度模型时,其实一直在用他的公式
Aspen Plus 等流程模拟软件中,当你设置气体或液体的物性参数,尤其是黏度时,常会看到“Chung viscosity model”或“Chung-Lee-Starling correlation”的名字出现在物性方法选项中。Chung-Lee-Starling黏度模型是一种广泛应用于气体和液体黏度预测的模型。该模型由钟天和(T.H. Chung)、李洛伊(L.L. Lee,韩裔)和肯尼斯·斯塔林(Kenneth E. Starling)三位教授共同开发。
钟天和教授曾在美国奥克拉荷马大学(University of Oklahoma)化学工程系任教,后加入UOP公司,并在此后的二十年里担任UOP的首席热力学专家。他在热力学和传输性质建模方面具有深厚的研究背景。钟天和与其他两位教授于1984年共同发表了题为“Applications of Kinetic Gas Theories and Multiparameter Correlation for Prediction of Dilute Gas Viscosity and Thermal-Conductivity”的论文,提出了Chung-Lee-Starling黏度模型。该模型结合了分子运动理论和多参数相关性,能够准确预测稀薄气体的黏度和热导率。该模型的提出为化工过程模拟提供了重要的工具,广泛应用于天然气、石油和化工等行业。此外,钟教授还参与了Aex/EOS混合规则的创新研究,进一步推动了热力学模型的发展。钟天和教授的职业生涯体现了他在热力学和传输性质建模方面的卓越贡献。他的工作不仅推动了工业应用的发展,也为后续的科学研究奠定了坚实基础。
8. Hou:Martin-Hou 方程中的华人合作者,MIT归来的状态方程专家
在中国化工热力学的发展历程中,侯虞钧教授是一位不可忽视的奠基人物。他不仅在理论研究方面取得了卓越成就,更在教育和科研实践中培养了大批化工人才,为中国化学工程的发展做出了巨大贡献。
侯虞钧,1922年出生于福建福州,1945年毕业于浙江大学化工系。随后,他赴美国深造,分别于1947年获得威斯康辛大学化工硕士学位,1949年获得麻省理工学院化工实践硕士学位,1955年获得密歇根大学博士学位。在密歇根大学攻读博士期间,侯虞钧与J.J. Martin合作,研究气体的状态方程。他们提出的Martin–Hou状态方程(M-H方程),具有较高的精度和广泛的适用性,尤其在极性和非极性气体的热力学性质预测中表现出色。该方程被认为是当时最有用的普遍化状态方程之一。1956年,侯虞钧响应国家“向科学进军”的号召,毅然放弃美国的优越条件,回到祖国。他先后在化工部上海研究院和浙江大学工作,长期从事化学工程、化工热力学的教学与研究,培养了大批化工人才。
侯虞钧在化学工程领域的卓越贡献,得到了广泛认可。1991年,他因在化学工程和化工热力学领域的成就,获得国家自然科学奖。1997年,当选为中国科学院院士。为纪念他的贡献,2011年,福建省福州市闽侯三中建立了旗山院士文化广场,树立了侯虞钧的雕像,以激励后人。侯虞钧的一生,是中国化学工程发展史上的重要篇章。他的科研成果和教育贡献,深刻影响了中国化工热力学的发展,激励着一代又一代化工人。
9.从 Huang-Radosz 开始:SAFT 家族里的华人学者
黄博士(Stanley H. Huang)是SAFT统计缔合流体理论早期重要贡献人物。1990年,他与Maciej Radosz教授共同发表了题为《Equation of state for small, large, polydisperse, and associating molecules》的论文,提出了Huang-Radosz SAFT模型。该模型在原始SAFT理论的基础上,引入了链段关联和体积排斥效应的改进,显著提升了对复杂流体体系(如聚合物、氢键流体等)的预测精度。黄博士的工作不仅拓展了SAFT理论的适用范围,也为后续的各大商业流程模拟软件当中大家耳熟能详的PC-SAFT,以及gPROMS当中的SAFT-VR-SW等模型奠定了基础。
关于黄博士的详细生平资料,目前公开信息较为有限。然而,从其在SAFT模型发展中的核心角色可以看出,他在化工热力学领域具有深厚的理论功底和创新能力。他的研究成果被广泛引用,并在多个商业流程模拟软件中得到应用,体现了华人在化工热力学领域的重要地位。
除了黄博士之外,其他华人科学家也在SAFT相关模型的研究中有所建树。例如,张(Zhang)等人对SAFT方程进行了参数优化,提升了模型在高压条件下的预测能力;李(Li)等人则将SAFT理论应用于电解质溶液的热力学性质研究,扩展了其在化工过程模拟中的应用范围。
这些华人科学家的贡献不仅丰富了SAFT理论体系,也增强了其在工业应用中的实用性。他们的研究成果被广泛引用,并在多个商业流程模拟软件中得到应用,体现了华人在化工热力学领域的重要地位。
10. Lin:COSMO-SAC 理论重构的华人主力,推动其走向工程实用的关键一版
在许多流程模拟软件和科研文献中,COSMO-SAC 模型常作为一种“兼顾理论性与实用性”的活度系数计算方法,用于描述非理想液体混合物中的相互作用。它的计算基础依托于量子化学的电荷面屏蔽(COSMO)原理,通过对分子表面极性分布的建模,进而估算溶液中的化学势偏移。这一思想本由Klamt于1995年提出,但其工业适用性和预测精度曾在早期受限。2002年,林祥泰教授(Shiang-Tai Lin)对COSMO-SAC进行了首次系统性结构化表达,提出了更具工程可计算性的形式,开辟了活度系数模型中引入电子结构信息的先河。而到了2010年和2013年,这一理论体系迎来了决定性的发展阶段:林祥泰教授作为主要推动者之一,系统重构了模型中的残余项计算方式,并引入了更加合理的片段贡献法和极性相互作用能表达,使 COSMO-SAC 的预测能力得以跨越式提升。特别是在 2013 年发表的版本中,林祥泰教授通过理论结构与经验校正间的高度耦合,使其对液-液、汽-液、固-液平衡的预测精度达到了新的稳定水平,成为如今软件与研究中广泛采用的主流 COSMO-SAC 版本基础。
林祥泰教授是台湾大学化学工程系的教授,1994年毕业于台大化工系,2000年获美国特拉华大学博士学位。他的研究横跨分子模拟、统计热力学、相平衡建模和物性预测方法,是少数既能深入理论表达又能输出可工业实现模型的学者之一。COSMO-SAC 的后续多版本改进,无论是 NIST 实现还是进一步与 SAFT 框架的耦合,都在不同程度上受到林祥泰教授版本的结构设计启发。
今天我们在流程模拟软件中使用 COSMO-SAC 时,很少有人意识到,这个并没有以人物命名的低调模型,其最实用、最核心的一版结构,其实来自一位中文姓氏的华人学者——林祥泰。
11. 结束语
我们常说,流程模拟的基础是热力学,而热力学的基础,是模型。而模型的命名,不是装饰,而是历史本身。它记录了谁在什么时候、在哪种背景下,试图把这个世界算得更准一些。当我们把这些熟悉的模型名字一一还原成真实的人名——Kwong、Peng、Chen、Twu、Chung、Chao、Hou、Wong、Huang、Lin……我们也就同时还原了华人工程师在全球流程模拟体系中真实的技术地位。那并不是被动“赶上来的应用”,而是在工业一线和核心代码之中,构建规则、定下框架、留下方程的那种“原创”。这当然不能说明“我们已经不再落后”,但它至少可以说明:我们从来就不缺那种能做出原创模型的能力。只是在很多时候,我们对“华人也能建模”这件事,太缺了解、也太容易默认为“不可能”。
流程模拟是门跨学科又高度工程化的技术,不需要口号,但更不需要妄自菲薄。那些你每天在 Aspen Plus、HYSYS、UniSim、Petro-SIM、gPROMS、AVEVA 中调用的热力学模块,早就记录下华人群体曾经留下过的贡献。只希望下次你在物性包设置界面里,看到那些熟悉又陌生的缩写时,能稍微停顿半秒,意识到其中某些名字,其实与你并不遥远。

[发帖际遇]: chemicalONE 成功加入五毛党,回帖一个奖励 5 个 韶华币. 幸运榜 / 衰神榜
 楼主| 发表于 9 小时前 显示全部楼层
安德鲁威廉
游历欧美十余载,深耕碳中和与工业物联网领域
居住地:现居芝加哥,曾在伦敦、奥斯汀、匹兹堡住过
所在行业:计算机软件
职业经历:
霍尼韦尔 · 首席化学工程师
美国能源部 · 资深化学工程师
美国石油学会(API) · 行业标准委员会成员
教育经历:
帝国理工学院 (Imperial College London) · 化学工程
德州大学奥斯汀分校 (University of Texas at Austin) · 化学工程
个人简介:
兴趣话题:碳中和,循环经济,工业物联网,能源电力规划,氢能经济,石油炼化一体化,过程系统工程,控制理论,工业软件开发,数据科学,化工热力学,传递现象,反应工程,分离工程,电化学工程
[发帖际遇]: chemicalONE 在端午节继续加班,获得加班工资 1 个 韶华币. 幸运榜 / 衰神榜
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 楼主| 发表于 9 小时前 显示全部楼层
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发表于 6 小时前 显示全部楼层
{:1110_549:}
[发帖际遇]: Frank_2013 乐于助人,帮助不愿意过马路的老奶奶过马路,奖励 2 个 韶华币. 幸运榜 / 衰神榜
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