化工过程模拟包括物料衡算、能量衡算、设备计算、能量分析和技术经济分析等，这些模拟计算是化工专业教学的重点，更是化工过程开发、设计、优化和改造的基础。随着计算机技术的发展，化工过程模拟软件已经普及，利用模拟软件可以方便、快捷地完成化工过程模拟计算任务。化工过程模拟软件已经成为化工专业学生和化工领域工程技术人员需要学习和掌握的基本工具。
党的二十大报告提出要全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才。扎实的化工理论知识是高素质化工人才创新的基础，化工模拟软件是实现高效创新的工具。化工过程模拟课程的教学不仅要让学生掌握模拟软件的使用方法，更要在软件的教学中促进学生对理论知识的消化和吸收，提高学生应用理论知识解决实践问题的能力。因此，已出版的化工过程模拟教材一般侧重讲解通用过程模拟软件的使用，或者过程模拟的理论方法，也有些将理论、模拟与工程实践相结合。本书紧密结合化工专业的课程体系，按照化工热力学三传一反工艺学的知识体系，选择学生熟悉的实例，以Aspen Plus软件为工具介绍化工过程模拟计算。本书旨在引导学生将理论知识应用于化工建模，在模拟实践中加深对理论知识和规律的理解，启发学生化工过程设计和模拟的思路，培养学生举一反三和创新的能力，为解决化工生产中的新工艺开发、现有工艺的优化升级以及相关科学研究打下坚实基础。
本书由罗明检负责编写，罗明检、柳艳修、张梅和李金莲完成讲课视频的录制，朱凌岳、刘发堂和李美玲等提出了很好的改进建议。高等学校化工类专业教学指导委员会秘书长夏淑倩教授主审了本书。此外，感谢大庆石化公司善世文工程师对部分实例中的参数提出了宝贵建议，感谢化学工业出版社在本书的出版过程中给予的帮助，感谢东北石油大学一流专业建设基金的资助！
由于编者水平有限，不足之处在所难免。如果读者在阅读本书的过程中发现问题，欢迎将问题和建议发送到luomingjian@nepu.edu.cn，以便后续修订。
编者
2024年4月
罗明检，东北石油大学化学化工学院副教授，博士生导师,分析测试中心副主任。主要从事催化反应过程理论及应用研究。研究方向有催化反应过程中积碳分子结构及积碳机理，高性能催化剂的设计及制备，多孔材料孔结构-性能关系等。参加完成国家自然科学基金多项、主持黑龙江博士后青年英才项目和黑龙江省自然科学基金项目各1项、参与中石油科技攻关等其它科研项目二十余项。其中聚烯烃催化剂方面的研究工作已实现工业化应用。在Catalysis Science & Technology, Applied Catalysis A: General等刊物发表论文30余篇，其中SCI收录论文16篇，EI收录论文4篇，申请专利20余项。
第1章 绪论 1
1.1 化工生产过程及其模拟 1
1.2 化工过程模拟软件 2
1.3 Aspen Plus软件简介 2
1.4 本教材的特点 3
第2章 Aspen Plus 入门 4
2.1 新建模拟文件 4
2.2 Aspen Plus界面 6
2.3 Aspen Plus文档类型 8
2.4 物性环境 8
2.4.1 组分 9
2.4.2 物性方法 11
2.5 模拟环境 12
2.5.1 工艺流程 12
2.5.2 流股参数 14
2.5.3 模块参数 15
2.5.4 计算结果 15
2.6 全局参数设定 19
本章总结 20
习题 20
第3章 物性数据及物性计算 22
3.1 物性数据库 22
3.1.1 纯组分的物性 23
3.1.2 二元混合物的物性 27
3.2 物性方法及其选取 29
3.2.1 物性方法的分类 29
3.2.2 物性方法的选取 31
3.3 物性计算的通用方法 35
3.4 相平衡计算 39
3.4.1 二元分析 39
3.4.2 pT 包络线 48
3.4.3 固液平衡 50
3.4.4 电解质体系 53
3.4.5 三元相图和蒸馏合成 57
3.5 参数回归 61
3.5.1 纯组分物性方程参数回归 61
3.5.2 状态方程参数回归 65
3.5.3 活度系数模型参数回归 66
3.6 物性和参数估算 69
3.6.1 纯组分物性的估算 69
3.6.2 二元交互作用参数的估算 72
本章总结 73
习题 74
第4章 流体输送过程模拟 76
4.1 管内流体流动 77
4.1.1 管内流体流动的基本计算 77
4.1.2 管内流体流动参数间的关系（灵敏度分析） 80
4.1.3 管径设计（设计规范） 86
4.1.4 管线 88
4.2 阀门 91
4.3 流体输送设备 93
4.3.1 泵 93
4.3.2 特性曲线及工作点 94
4.3.3 压缩机 100
本章总结 102
习题 102
第5章 换热过程模拟 104
5.1 热负荷 104
5.2 公用工程 107
5.3 换热器设计、校核及模拟 109
5.3.1 简捷法 110
5.3.2 换热器详细设计、核算和模拟 114
本章总结 124
习题 125
第6章 热功转换与节能 126
6.1 压缩制冷循环 126
6.2 动力循环 132
6.3 多级压缩 134
6.4 流体的换热和加压方案 137
本章总结 139
习题 139
第7章 分离过程模拟及塔设备设计 141
7.1 分离过程的物料衡算 141
7.1.1 组分分离器 142
7.1.2 两出口组分分离器 144
7.2 平衡分离过程 146
7.2.1 两出口闪蒸过程 147
7.2.2 三出口闪蒸过程 148
7.2.3 液-液分相过程 150
7.3 精馏塔的简捷设计和核算 152
7.3.1 简捷法确定精馏塔的理论板和回流比（DSTWU） 152
7.3.2 精馏塔的简捷核算 157
7.4 精馏塔的严格计算 158
7.4.1 精馏塔的严格核算 159
7.4.2 进料位置对塔顶浓度的影响 163
7.4.3 精馏塔的设计规范 165
7.4.4 塔结构设计及流体力学核算 166
7.4.5 速率模式及实际分离效果核算 170
7.5 吸收-解吸过程模拟及循环过程的收敛 174
7.5.1 吸收过程模拟 174
7.5.2 解吸过程模拟 177
7.5.3 吸收-解吸耦合及循环过程的收敛 179
本章总结 183
习题 184
第8章 反应过程模拟 185
8.1 化学计量反应器 185
8.2 收率反应器 190
8.3 平衡反应器 191
8.3.1 REquil 模块 191
8.3.2 RGibbs 模块 194
8.4 化学反应 196
8.4.1 指数型反应动力学 196
8.4.2 LHHW 模型 199
8.5 动力学反应器 201
8.5.1 平推流反应器 202
8.5.2 全混釜反应器 209
8.5.3 间歇反应器 211
本章总结 213
习题 214
第9章 工艺流程模拟及换热网络设计 216
9.1 甲醇合成 216
9.1.1 工艺概况 216
9.1.2 组分和物性方法 216
9.1.3 反应工段 218
9.1.4 物料循环及弛放气 222
9.1.5 分离工段 225
9.2 工艺流程图 228
9.3 能量分析 230
9.3.1 公用工程 230
9.3.2 公用工程用量及节能潜力 231
9.3.3 换热方案设计 233
9.4 夹点法设计换热网络 234
9.4.1 换热方案 236
9.4.2 换热设计 238
9.4.3 手动设计换热网络 240
9.4.4 自动设计换热网络 245
本章总结 247
习题 247
参考文献 248
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