费维扬（化工分离科学与技术）中国科学院院士｜我国现代工业萃取技术开拓者与低碳节能绿色化工倡导者#

1. 研究方向#

费维扬院士长期致力于化工分离科学和技术的研究与教学工作。他的科学探索立足于国家在能源、资源、国防和环境保护领域的重大需求，重点聚焦于液-液萃取、传质分离设备的数学模型设计、流动与传质物理规律以及分离设备的设计放大与性能强化。近年来，面对全球气候变化的严峻挑战，他带领团队全力投身于 $\text{CO}_2$ 捕集（CCUS）先进技术、化工过程强化（包括轻同位素多级物化分离）以及循环经济科技基础的研究与应用开发，积极倡导以科技创新与标准升级推动我国石化行业实现高质量的绿色低碳转型。

2. 标志性成果#

• 液-液两相流动返混理论模型与萃取设备设计放大方法的系统构建：

  • 在化工萃取设备的设计放大中，两相在设备中的非理想流动（即返混）会严重降低传质推动力，导致实际传质效率显著低于理论极限，这是化工工程中阻碍设备按比例平稳放大的经典难题。

  • 针对此技术瓶颈，费维扬院士系统深入地开展了液-液两相流动和传质的机理规律研究，首次提出了“从浓度测量数据中可靠地推算出可表征返混程度的返混系数”的精密计算方法。

  • 他深入探究了多种传质及萃取设备的多维流动返混规律，建立了系统的萃取设备数学模型与先进的工程放大计算方法，为我国大型石化、环保、冶金装置的自主设计与消化吸收引进了可靠、定量的理论计算底座。

• “内弯弧形筋片扁环填料”（$\text{QH-1}$ 型扁环填料）发明与多相传质强化突破：

  • 针对国内外传统散装填料在液-液萃取或强气流、大喷淋液传质过程中传质阻力高、返混严重等本征缺陷，费维扬院士团队独辟蹊径，研制成功具有自主知识产权的“内弯弧形筋片扁环填料”（商品名：$\text{QH-1}$ 型扁环填料）。

  • 该填料在结构设计上取消了传统填料易引起液滴不均匀聚结或物料结焦的翻边，采用极低的高径比（$0.2$ 至 $0.4$），并在填料内部引入内弯弧形筋片。这不仅大幅提升了填料整体的力学强度，还使其在乱堆装填时呈现一定程度的有序排列，显著降低了两相流动阻力。

  • 研究表明，该型填料能有效控制两相流动的轴向混合，促进液滴群在流动过程中进行“分散-聚合-再分散”的良性循环。填料在大界面张力与低界面张力体系中的传质效率均明显优于国外引进的 Pall 环、Intalox 鞍等代表性填料。该成果荣获 $1995$ 年度中国专利创造发明金奖，并在第 $44$ 届布鲁塞尔尤里卡世界发明博览会上斩获特别金奖，于 $1996$ 年获得国家技术发明奖。该型填料目前在全国石化、环保、湿法冶金及医药等行业中得到了极其广泛的推广应用。

• “新型转盘萃取塔”（$\text{NRDC}$）的创制与日内瓦发明展金奖斩获：

  • 转盘萃取塔（$\text{RDC}$）在大型工业化应用过程中极易遇到严重的级间返混和效率衰减，且两相强烈碰撞时容易产生大量微小乳化液滴，进而造成溶剂随废水二次夹带而污染环境。

  • 针对此缺陷，费维扬团队协同王运东教授，发明了“一种装有级间转动挡板的新型转盘萃取塔”（$\text{NRDC}$），成功实现了转盘旋转增加接触面积的同时消除级间严重返混的目标。

  • 此后，团队通过不断引入先进的计算流体力学（$\text{CFD}$）和双流体两相流多参数分段优化算法，开发了高度自动化、能耗低的数字化 $\text{NRDC}$ 流程装备。该成果在 $2025$ 年第 $50$ 届日内瓦国际发明展上取得了亮眼成绩，获得 $1$ 项大会金奖和由泰国国家研究委员会颁发的“国际优秀发明奖”，在工程实践中有效缩短了传质设备的结构尺寸。

• 轻同位素工业化高纯分离及宽温域高效低成本捕集 $\text{CO}_2$ 工艺：

  • 在轻同位素制备这一涉及国防和高端制药的卡脖子领域，费维扬指导并参与了基于先进多孔介质材料（如金属有机框架 $\text{MOFs}$）在极低能耗、温和条件下的甲烷等多类轻同位素多级吸附分离技术。

  • 同时，面对双碳国家战略，他积极推动化工分离与低碳减排的深度跨界。他的团队开展了新型绿色化学吸收剂、膜分离器、热集成与高效再生解吸相结合的一体化 CCUS 工艺研发，在工业试验及示范应用中，实现了相比传统纯胺吸收工艺约 $30\%$ 的能源消耗和生产成本降低。

3. 学术地位与影响#

费维扬院士是我国化工分离科学与技术、现代液-液萃取工程及化工过程强化领域的标志性领军人物之一。他首次将传质相界面流体力学行为、返混物理计算模型同国家大型工业吸收及萃取塔设计制造深度融合。他的“基础理论探究-塔器内构件自主设计-全过程多相流场仿真-超大型工业应用”全链条技术闭环，使我国散装传质填料和高效萃取塔的技术水平跃居国际前列。他发表学术论文 $300$ 余篇，授权发明专利 $14$ 项。此外，他作为国际溶剂萃取会议（$\text{ISEC}$）常设委员会的中国委员，多年来显著提升了我国在化工过程强化及绿色分离工程领域的国际话语权。

1. 教育背景#

• $1957$ 年 $09$ 月－$1963$ 年 $07$ 月：清华大学工程化学系无机物工学专业，获学士学位（毕业）。

• $1981$ 年 $10$ 月－$1983$ 年 $10$ 月：英国布拉德福德大学（University of Bradford）化学工程系，作为进修学者/访问学者开展液-液萃取工程合作研究。

2. 工作履历#

• $2020$ 年起：清华大学化学工程系，退休教授（受聘为清华大学化学工程系发展顾问）。

• $2003$ 年 $11$ 月起：正式当选中国科学院院士（化学部）。

• $1988$ 年 $08$ 月－$2020$ 年 $11$ 月：清华大学化学工程系，教授、博士生导师（其间曾长期担任化学工程联合国家重点实验室副主任、学术委员会副主任）。

• $1985$ 年 $05$ 月－$1988$ 年 $08$ 月：清华大学化学工程系，副教授。

• $1983$ 年 $10$ 月－$1985$ 年 $05$ 月：清华大学化学工程系，讲师。

• $1963$ 年 $07$ 月－$1981$ 年 $10$ 月：清华大学工程化学系/化学工程系，助教（留校任教，投身于《化工原理》等核心本科生课程的建设和工业萃取实验装置研发）。

1. 国家级与省部级重磅科技奖项#

• 国家技术发明奖四等奖（$1996$ 年，获奖项目：“内弯弧形扁环填料”，作为项目第一完成人）；

• 国家科技进步奖（共 $1$ 项，作为项目主要完成人）；

• 中国专利创造发明金奖（$1995$ 年，由国家知识产权局与世界知识产权组织联合颁发）；

• 教育部自然科学奖 / 技术发明奖及各省部委科技进步奖 十余项（先后获得多项省部级一等奖、二等奖）。

2. 国际发明与行业顶尖荣誉#

• 第 $50$ 届日内瓦国际发明展金奖（$2025$ 年，获奖项目：“一种多参数分段优化的新型转盘萃取塔”）；

• 第 $44$ 届布鲁塞尔尤里卡世界发明博览会特别金奖（$1995$ 年）；

• 泰国国家研究委员会“国际优秀发明奖”（$2025$ 年，$\textit{Thailand Award for Best International Invention \& Innovation}$）；

• 英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$）；

• 国家人事部“中青年有突出贡献专家”称号（$1996$ 年）。

1. 重要学术平台及期刊任职#

• 化学工程联合国家重点实验室 原副主任、学术委员会副主任；

• 《$\text{Chinese Journal of Chemical Engineering}$》（中国化学工程学报） 主编；

• 《化学工程》 副主编 / 编委会副主任委员；

• 清华大学化学工程系萃取分离实验室 负责人。

2. 重要社会与学术兼职#

• 国际溶剂萃取会议（$\text{ISEC}$） 国际委员会（常设）中国委员；

• 中国生态经济学会 原副理事长、循环经济专业委员会主任；

• 中国低碳经济发展促进会 执行理事长；

• 中国化工学会 荣誉理事。