Cristopher Tinajero Marcileia Zanatta Julián E. Sánchez-Velandia Eduardo García-Verdugo Victor Sans

摘要

数字技术，包括人工智能和增材制造，已彻底改变了化学与化学工程领域。在反应器工程中，新型几何结构的引入推动了性能的提升，但传统设计方法仍高度依赖人工参与。本研究提出了一种名为 Reac-Discovery 的数字化平台，该平台基于周期性开孔结构（Periodic Open-Cell Structures, POCs），实现了催化反应器的设计、制造与优化的一体化集成。该平台融合了基于数学模型的先进结构参数化设计与分析（Reac-Gen）、高分辨率3D打印及催化反应器的功能化制备（Reac-Fab），并集成了一种用于验证反应器设计可打印性的算法，以及一个自主运行的实验室系统（Reac-Eval），可实现多反应器并行评估，具备实时核磁共振（NMR）监测能力，并通过机器学习（ML）算法对工艺参数与拓扑特征进行动态优化。研究选取了两种多相催化反应作为案例：苯乙酮的加氢反应与CO₂环加成反应。在后者中，Reac-Discovery成功实现了迄今报道的使用固定化催化剂进行三相CO₂环加成反应的最高时空产率（Space–Time Yield, STY）。