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专家访谈

Dr. 韦恩。布朗讨论了使用自定义建模来分析复杂过程

韦恩·布朗的大头照

Dr. 韦恩。布朗, 是康达公司创新和知识产权部门的负责全球最大体育平台, 一家利乐全球最大体育平台公司, 在工艺工程领域工作超过30年, 将基本的化学工程原理应用于工业用水等不同领域的挑战, 矿产和石油加工, 和生物技术.

Wayne从各个方面参与了开发过程, 通过他在运营工厂担任工艺工程师的角色, 作为一名工业研究全球最大体育平台员, 作为麦吉尔大学化学工程的终身教授, 作为一名企业家,他开发并推进了自己的专利技术.

他的大部分工作都集中在产品和工艺开发上, 知识产权管理, 技术开发, 过程放大. 2011年,他因在油砂研究方面的创新而获得了著名的ASTech奖. 在他的职业生涯中,Wayne发表了几篇被评审的期刊文章,专注于在简明的数学框架中捕捉生物系统与其化学环境之间复杂的相互作用.

韦恩拥有麦吉尔大学化学工程博士学位,并在不列颠哥伦比亚省和阿尔伯塔省注册为专业工程师, 加拿大. 他曾担任the Canadian Society of Chemical Engineering董事会成员.

问题:

模型如何帮助解决复杂的水和废水问题?

模型提供了一种方便的方法,可以将基础科学提炼成手边问题的简明摘要. 它们可以用来检验问题分析的有效性,并最终, 如果被证明是正确的, 是否可用于评价过程变更的影响.

我们在Tetra Tech生成的模型使我们的客户能够识别问题的根本原因,并制定克服问题的策略, 不管问题有多复杂. 这是通过耦合我们的理解来实现的, 源于数十年的流程建模经验, 用先进的测量技术来验证结论. 例如, 我们基于小规模的结果开发了新型废水处理技术的数学模型,然后使用这些模型来评估哪种商业部署策略最合适.

问题:

存在哪些类型的模型,它们的局限性是什么?

我们应用两大类建模方法:物理和数学. 使用真实或模拟材料进行缩放的物理模型,以捕获驱动过程的关键物理,对于可视化支撑问题的现象非常有用. 数学模型经常与物理模型结合使用. 仅使用一种建模方法来解决问题的情况很少.

流程建模通常用于在构建流程之前预测流程的行为. 广泛使用的行业标准, 包括BioWin, 是否特别适合对一系列常见过程条件进行建模. 当客户试图开发全新的应用程序或对其进行故障排除时,这些工具就不够用了, 流程, 以及BioWin等商业软件包不考虑的几何形状. 在这里,我们的建模专业知识和重要的基础设施资源结合在一起,为我们的客户提供对其过程挑战的无与伦比的洞察力.

我们的专家在许多学科-化学工程, 应用数学, 物理, 大众运输工具, 生化工程, 流体动力学, 岩土工程, 更重要的是,开发一个管理过程的概念模型,并将其作为描述系统的基础. 然后,我们开发一个实用的建模策略,根据客户的需求和流程约束进行定制. 

问题:

建模技术如何发展以跟上不断增长的需求?

缩放物理建模是捕获极其复杂过程的物理特性的强大技术. 在大多数相关情况下,完全相似是不可能的, 因此,在不影响模型完整性的情况下,经验在确定可以放松哪些特征方面起着重要作用. 利乐全球最大体育平台继续在这一领域积累专业知识, 和几位受过博士培训的比例建模专家. 我们在比例建模方面的专业知识与我们在计算流体动力学和其他基于数学的技术方面的能力相辅相成, 因此,我们可以为我们的客户提供全面的交钥匙解决方案.

在过去的几十年中, 我们不断地将工艺改进整合到我们所涉及的许多工艺技术中. 结果,理想性能和实际性能之间的差距大大缩小了. 优化机会变得越来越窄,也越来越具有挑战性, 我们已经相应地改进了我们的建模方法和测量技术. 除了最先进的仪器, 比如高速摄像或x射线成像, 现在我们实现我们自己的 利乐全球最大体育平台 包括全球最大体育平台工智能和虚拟传感器在内的技术为我们的客户带来实时洞察.

问题:

如何验证模型结果的正确性和意义?

验证是任何建模练习的基本要求. 我们根据尽可能多的数据源验证建模结果——无论是来自现有工厂的商业数据, 结果发表在过去研究的文献中, 我们的客户自己安装的数据, 或者来自我们实验室和模拟模型的经验数据. 通过建立适当比例的物理模型和使用正确的仪器, 我们可以就地收集有价值的数据,并使用这些数据对流程或其子系统的实际性能进行交叉检查.

数据通常是任何建模项目中最有价值的方面. 确保我们所收集数据的质量和完整性, 我们有一个专门的仪器团队,由熟练的博士物理学家和数学家组成,他们可以确定正确的测量技术和传感器,从系统中收集相关数据. 在很多情况下, 我们已经找到了合适的仪器——能够提供正确测量技术的仪器, 感应范围, 精度, 而可重复性——根本不存在. 在这些情况下,我们的团队开发必要的仪器来交付所需的测量. 这种独特的技能为我们的客户在获取和收集解决挑战所需的数据方面提供了明显的优势.

问题:

建模在分析过程中提供了哪些优势?

流程建模可以在创新链中的任何一点增加价值——从概念验证开始, 差距关闭, 扩大规模阶段, 一直到调试, 商业化, 甚至是发射后的优化和故障排除.

我们总是用我们的 引领科学® 方法,从基本的科学原理出发. 下面的自定义建模策略指示了如何使用模型本身, 基于项目的具体目标.

经过调整和验证的流程模型(无论是数学的还是物理的)可以提供许多优于实际测试的优点. 系统,如在高压或高温下运行,或与苛刻的物质或在不透明的墙壁后运行,是过程建模的主要候选者. 这样的系统可以在实验室用透明和良性的材料进行分析, 或者我们可以利用利乐全球最大体育平台技术——包括计算流体动力学模拟——在计算空间中,安全法规是不受关注的. 建模可以在虚拟环境中快速评估和优化所建议的几何形状的性能,在虚拟环境中进行更改不会对生产力或排放产生影响.

问题:

客户在他们的项目中看到了建模的好处?

有一次, 客户想要开发一种新的絮凝剂添加剂,用于土工稳定和尾矿库的回收. 用模型对实际的化学配方和混合设备进行了试验,评价了絮凝效果. 对这些过程进行建模使该客户端能够快速测试大量配方和物理配置, 成本明显低于全尺寸现场测试, 而且不会对周围的生态系统造成威胁. 测试使用了我们团队开发和构建的物理和数学模型的组合. 

在另一个例子中, 当感兴趣的物理数据不能直接从真实过程中测量和收集时,我们开发了一个基于第一性原理的数学模型作为虚拟传感器. 虚拟传感器为过程操作员提供有价值的信息,帮助他们做出保留受影响单元的决策, 在这个例子中是一个化学反应堆, 健康的.

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