随着科学技术的发展以及计算机水平的不断提高,非线性、不确定的复杂的动态系统过程的问题日益成为工程领域研究的重点问题,也是工程领域先进技术的发展瓶颈。而动态优化是解决这些问题的十分有效的方法。现代的工业生产过程,尤其是化工过程,基本上都可以用动态非线性模型来表示。因此动态非线性模型的研究就具有了极大的意义。近年来,随着资源、能源和环境等问题的日益突出,在石化、医药以及食品工业等领域的生产过程中,对其安全性、经济性以及环保等提出了越来越高的要求。在这些过程中,动态系统是占绝大多数的,动态过程系统的数学模型也都是基于偏微分方程(Partial Differential Equations, PDEs)和微分代数方程(differential Algebraic Equations, DAEs)的。对于DAE系统模型,近几年的研究比较多,也具有比较成熟的理论方法。而针对PDE系统的求解以及优化相对较少,本文对于PDE系统模型进行研究,寻求PDE过程系统高效的仿真和优化方法。本文在研究PDE系统模拟与优化算法后,将其应用于一些实际过程系统中,来验证方法的正确性以及实用性。本文主要研究内容包括：1. 针对目前国内外研究的现状,总结了国内外对于PDE系统最常用的求解以及模拟技术,详细讲述了有限体积法的求解技术及其原理,提出了有限体积法用于PDE过程系统的模拟求解方法。2. 模拟移动床色谱(Simulated Moving Bed Chromatography, SMBC)技术是目前最主要的一种物质分离的技术。详细阐述了其建模理论,本文选用一般速率理论对其进行了有限体积法建模。并用有限体积法分别对对流扩散反应器中的对流扩散过程以及模拟移动床分离过程的进行了求解,并与其他方法进行比较,验证了有限体积法的可行性和有效性。3. 以对流扩散反应器为研究对象,通过结合差分法和配置点法离散其PDE模型,研究了针对PDE模型方程的优化求解方法。用SQP算法对其进行优化计算,得到了最优操作参数,验证了PDE模型优化算法。最后,对全文工作进行了总结,并提出存在的一些问题以及未来还需要研究的方向等。