创新为帆助力化工科技产业发展记江苏省双创计

日前，2018年“江苏省高层次创新创业人才引进计划”拟资助人选公示，江苏大学颜伟城教授入选“双创博士”项目。

据了解，2007年启动的“双创计划”是江苏省引进海内外高层次人才资助力度最大的一项品牌工程，已连续实施11年。此次的“双创计划”包括双创人才、双创团队和双创博士三个项目。

“能够入选，是一种鼓励，也是一种鞭策，同时为我接下来继续我的有关创新性研究提供了必要的支持。”颜伟城说。

颜伟城教授

海外归来

颜伟城1987年11月出生于“中国陶瓷之乡”福建省德化县，2005年入读福建师范大学应用化学专业，2012年获得厦门大学化学工艺专业硕士学位，2013—2017年在新加坡国立大学化学与生物分子工程系做博士、博士后研究，2017年回国，开始任教于江苏大学化学化工学院。

近10年来他主要专注于化工多尺度模拟与颗粒制备研究。

颗粒系统是颗粒的聚集体，兼具固、液、气三种物质聚集状态。颗粒材料是除水之外，人类使用最多的材料类型，在理解其性质、操控其行为方面的任何微小改进，都有可能带来巨大的经济效益。颗粒材料的颗粒大小从纳米到厘米，跨越多个数量级，化工过程的物质转化涉及从原子、分子到大规模工业装置之间不同尺度的化学和物理过程，具有复杂的多尺度系统结构与行为，是典型的复杂系统，以至在多年研究之后，人类对它的理解依旧很不完善，由此也限制了工业生产的水平和颗粒材料的广泛应用。

“工业过程复杂颗粒体系是颗粒学研究的一项中心课题，其应用涵盖化工、能源、医药等国家‘十三五’规划中的诸多重点领域。”颜伟城介绍，这些年他围绕“复杂化工体系中的多相颗粒系统”课题，开展了持续的理论和应用研究，沿着“理论模型→多相实验→装置开发”的研究思路，一路上攻坚克难，取得了多项阶段性成果。一是提出并建立了适用于聚合装置内部多相颗粒系统的多尺度耦合传递模型；二是把该模型扩充到强电场极端条件下的复杂结构颗粒制备体系，实现了装置/体系中“场”分布的准确预测和实验制备核壳药物颗粒的方案设计；三是将以上基础研究成果用于指导复杂多相颗粒系统新装置开发、新过程设计及放大。

取得多项有价值的创新成果

近10年执着创新和用心耕耘，颜伟城先后展开微尺度、介尺度、宏尺度模拟及其耦合计算等研究，取得了一些初步成果。

——复杂两相颗粒系统多尺度耦合模型构建及求解新方法。

聚丙烯颗粒制备过程作为经典复杂两相颗粒系统，是一个流动、传递和反应强耦合过程。聚合反应、单颗粒内部传质传热、颗粒行为和宏观流场交互影响，是阻碍过程开发和产生放大效应的关键原因。针对这一问题，颜伟城采用“先解耦—再耦合”的方法，建立了聚丙烯反应器的多尺度耦合模型，并依照“关键参数/信息传递的多尺度耦合”思想，提出了新求解方法，从而为工业上聚丙烯生产过程中存在的局部热点等问题提供了解决方案，解决了多相反应器多尺度建模与模拟放大的一系列难题。

——极端条件下复杂三相颗粒系统传递规律探究及实验。

极端条件作为化工过程强化的一个重要手段，在高附加值颗粒如药物颗粒的制备技术中有着举足轻重的作用。强电场、超声场、高温场等极端条件的引入，大大增加了系统的复杂度，其作用机制和影响规律亟待探究。基于传统化工传递模型建模方法，颜伟城从第一性原理出发，在微/介尺度上剖析强电场条件下核壳结构球形聚合颗粒的形成过程，其次在介/宏尺度上研究了颗粒的分散过程，构建了强电场极端条件下聚合颗粒形成及分散耦合模型，并结合多相实验探究强电场条件下流体流动、分散及传递的基本规律，相关成果为新型药物颗粒结构设计和生产提供了理论和实验基础。

——基于复杂颗粒系统多相模型的装置开发、新过程设计及放大。

技术创新的最终目的是应用。在之前研究基础上，颜伟城成功开发了多类新型聚丙烯反应器，包括改进国外引入的环管反应器，优化制备工艺及装置内部构型；成功引入“气阻”的概念，自主开发用于制备复杂洋葱结构聚丙烯颗粒的多区循环反应器，消除传统聚丙烯加工出现“鱼眼”的问题，大大提高了产品的性能。

依据自己开发的极端条件下复杂多相颗粒系统模型，颜伟城对强电场极端条件下制备复杂结构颗粒的过程设计与放大进行全新探索。同时，将其拓展到通用的强电场多相体系范畴，应用于前沿交叉领域，制备了医用型多功能空心球、颗粒微图案和细胞微芯片。

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