In this work, a penalty-free hybrid stochastic-deterministic algorithm framework is proposed for large-scale heat exchanger networks (HENs) synthesis (HENS), formulated as a computationally-hard mixed-integer nonlinear programming (MINLP) problem. In the outer level, an improved genetic algorithm (GA) is developed to optimize process stream matches represented by integer variables whose values are generated by a unique heat exchanger vector. Unlike previous researches, the improved GA does not rely on any penalty terms, because we propose a feasible stream matching principle to exclude all infeasible process stream matches and only feasible matches are considered in optimization process. In the inner level, a reduced-size MINLP model is solved using deterministic methods to minimize total annualized costs (TACs), which are then used to evaluate the fitness of candidate HENs. Through this way, the proposed framework combines deterministic and stochastic methods to enhance optimization efficiency and global search capability. Illustrative tests on six benchmark cases demonstrate that the framework can efficiently achieve lower-cost solutions compared to deterministic, stochastic, or hybrid methods. The results show a decrease in TAC for all six cases and a reduction in solution time ranging from 11.1% to 97.2%. Importantly, the proposed framework can be extended to solve MINLP problems in other process networks.

Typical catalysts used in dimethyl carbonate (DMC) transesterification encounter challenges in terms of environmental sustainability and economic viability. Calcium oxide (CaO), being an environmentally friendly and cost-effective catalyst, exhibits favorable compatibility with the criteria above. It has been conclusively demonstrated that CaO performs high efficiency as a catalyst for the transesterification between alcohols and DMC. The optimal conditions for the CaO-catalyzed transesterification of DMC and 1-octanol were determined (90 °C, 17 h, and CaO/1-octanol/DMC molar ratio = 0.3:1.0:40.0), under which the conversion of 1-octanol reaches 98.3%, while the yield and selectivity of methyl octyl carbonate are 98.1 and 99.9%, and CaO has been proven to have the efficient ability to be recycled three times. Meanwhile, the CaO-catalyzed reaction mechanism of the transesterification of DMC with alcohol is illustrated in the quantum chemical method based on the M06-2X functional, and the structures of the corresponding transition states are simultaneously derived. The activation energy barrier is proven to be effectively decreased by the catalytic effect of CaO. In addition, the electrostatic potential diagram verifies the proposed reaction sites. This research constructs the theoretical basis for CaO-based DMC chemistry and expands the green catalysts available for the synthesis of dialkyl carbonates.

Qiang embroidery is one of the important carriers of Qiang history and culture and was listed on the national intangible cultural heritage list in 2008. With the gradual advancement of urbanization, industrialization, and marketization, the traditional handicraft industry is facing a crisis of transformation. Qiang embroidery was also severely impacted by the Wenchuan earthquake, making its study and protection imperative. Through field investigations in Wenchuan County, where the Qiang ethnic group is concentrated, it was found that although Qiang embroidery has received some protection from the local government, it faces practical difficulties such as a lack of inheritors, weak craft innovation capabilities, and gradual neglect in daily life. Qiang embroidery needs to seize opportunities in the current tourism boom, cultivate more outstanding inheritors, and integrate with modern clothing design, artistic aesthetics, and other fields. This approach will help explore a new development path for Qiang embroidery that combines practicality, artistry, and cultural industry value.