1　绪言

化工过程设计没有固定的模式，同一个化工产品可能有多个可行的或接近最优的设计方案，对于一个复杂化工过程的设计，没有两个设计者遵从完全一样的设计步骤。设计是工程活动中最具创造性的部分，是具有很多机会发明、具有想象力的新过程，设计是工程的精髓，它把工程师和科学家区别开来。从事过程开发的工程师创造性地应用实验和理论揭示和解释过程操作（通常涉及复杂的反应动力学和不同流场的传热和传质），化学工程师面临的挑战性任务是创建复杂的流程、选择合适的操作条件生产需要的产品，要求产品选择性高、公用工程消耗低，以取得良好的经济性，同时要求过程可控性好、环境友好。

化工过程设计一般可以分为以下5个步骤。

① 初步的过程合成。即过程创建，在不同的原料路径和流程中选择，确定原料路线。

② 详细的过程合成。即开发基础案例，基于固定原料路线-单元操作选择-热集成超级结构的可行性研究，确定流程结构。

③ 详细设计。即关键过程参数的优化和对过程扰动及不确定性的灵敏度分析，得到优化的流程参数。

④ 全厂范围可控性评价。即流程的可控性研究、过程对扰动的动态响应及控制系统结构和参数的选择，得到控制结构及其参数。

⑤ 撰写设计报告并作口头陈述。

以上第①~③步都要进行稳态模拟，第②、③步要进行过程的可控性和抗干扰性分析，第④步需进行动态模拟。因此，模拟是辅助化工过程设计的必备手段，通过对不同方案的模拟分析和优化比较，才能得出最优或接近最优的方案。在化工过程设计特别是复杂化工过程设计中，手工计算的模拟分析方式不但费时费力，而且已经不能满足现代化工的发展需求，随着计算机技术的发展，利用计算机辅助化工过程设计是必然的发展趋势。特别值得关注的是，日趋成熟的化工流程模拟软件技术商业化开发应用，可以使工程设计人员从烦琐的编程中解脱出来，并有效地降低了设计难度和加快了过程开发的速度。对于设计工程师来说，通用流程模拟软件是必备的过程设计工具，对于化工生产企业的技术人员来说，掌握流程模拟软件的应用对于过程操作和改造也很有用，对于学习化学工程的师生而言，掌握流程模拟软件的应用对于强化工程概念、提高对化工过程的分析能力、掌握化工过程的设计方法特别有帮助。

目前商业化的化工流程模拟软件有Aspen Plus、Hysys、Pro/Ⅱ和ChemCAD等。本教材的模拟例题大部分采用Aspen Plus软件完成，它源于20世纪70年代后期美国能源部在麻省理工学院（MIT）组织项目而开发的第三代流程模拟软件，称为“先进过程工程系统”（Advanced System for Process Engineering），简称ASPEN。1982年Aspen Tech公司成立，将该软件商品化，称为Aspen Plus。这一软件经过不断改进，是全世界公认的标准大型化工模拟软件。目前，Aspen Tech公司在中国上海有分公司。而且，Aspen Tech公司并购了Hysys软件技术，可以在Aspen Plus平台上调用Hysys，汲取Hysys在动态模拟和石油加工过程模拟方面之长。

最后需要说明的是：化工流程模拟软件Aspen Plus中的物理量单位的符号和国际单位符号不一致，表1-1给出了软件单位和国际单位的对照和换算。

表1-1　Aspen Plus软件单位和国际单位的对照和换算