1　緒言

化工過程設計沒有固定的模式，同一個化工產品可能有多個可行的或接近最優(yōu)的設計方案，對于一個復雜化工過程的設計，沒有兩個設計者遵從完全一樣的設計步驟。設計是工程活動中最具創(chuàng)造性的部分，是具有很多機會發(fā)明、具有想象力的新過程，設計是工程的精髓，它把工程師和科學家區(qū)別開來。從事過程開發(fā)的工程師創(chuàng)造性地應用實驗和理論揭示和解釋過程操作（通常涉及復雜的反應動力學和不同流場的傳熱和傳質），化學工程師面臨的挑戰(zhàn)性任務是創(chuàng)建復雜的流程、選擇合適的操作條件生產需要的產品，要求產品選擇性高、公用工程消耗低，以取得良好的經濟性，同時要求過程可控性好、環(huán)境友好。

化工過程設計一般可以分為以下5個步驟。

① 初步的過程合成。即過程創(chuàng)建，在不同的原料路徑和流程中選擇，確定原料路線。

② 詳細的過程合成。即開發(fā)基礎案例，基于固定原料路線-單元操作選擇-熱集成超級結構的可行性研究，確定流程結構。

③ 詳細設計。即關鍵過程參數(shù)的優(yōu)化和對過程擾動及不確定性的靈敏度分析，得到優(yōu)化的流程參數(shù)。

④ 全廠范圍可控性評價。即流程的可控性研究、過程對擾動的動態(tài)響應及控制系統(tǒng)結構和參數(shù)的選擇，得到控制結構及其參數(shù)。

⑤ 撰寫設計報告并作口頭陳述。

以上第①~③步都要進行穩(wěn)態(tài)模擬，第②、③步要進行過程的可控性和抗干擾性分析，第④步需進行動態(tài)模擬。因此，模擬是輔助化工過程設計的必備手段，通過對不同方案的模擬分析和優(yōu)化比較，才能得出最優(yōu)或接近最優(yōu)的方案。在化工過程設計特別是復雜化工過程設計中，手工計算的模擬分析方式不但費時費力，而且已經不能滿足現(xiàn)代化工的發(fā)展需求，隨著計算機技術的發(fā)展，利用計算機輔助化工過程設計是必然的發(fā)展趨勢。特別值得關注的是，日趨成熟的化工流程模擬軟件技術商業(yè)化開發(fā)應用，可以使工程設計人員從煩瑣的編程中解脫出來，并有效地降低了設計難度和加快了過程開發(fā)的速度。對于設計工程師來說，通用流程模擬軟件是必備的過程設計工具，對于化工生產企業(yè)的技術人員來說，掌握流程模擬軟件的應用對于過程操作和改造也很有用，對于學習化學工程的師生而言，掌握流程模擬軟件的應用對于強化工程概念、提高對化工過程的分析能力、掌握化工過程的設計方法特別有幫助。

目前商業(yè)化的化工流程模擬軟件有Aspen Plus、Hysys、Pro/Ⅱ和ChemCAD等。本教材的模擬例題大部分采用Aspen Plus軟件完成，它源于20世紀70年代后期美國能源部在麻省理工學院（MIT）組織項目而開發(fā)的第三代流程模擬軟件，稱為“先進過程工程系統(tǒng)”（Advanced System for Process Engineering），簡稱ASPEN。1982年Aspen Tech公司成立，將該軟件商品化，稱為Aspen Plus。這一軟件經過不斷改進，是全世界公認的標準大型化工模擬軟件。目前，Aspen Tech公司在中國上海有分公司。而且，Aspen Tech公司并購了Hysys軟件技術，可以在Aspen Plus平臺上調用Hysys，汲取Hysys在動態(tài)模擬和石油加工過程模擬方面之長。

最后需要說明的是：化工流程模擬軟件Aspen Plus中的物理量單位的符號和國際單位符號不一致，表1-1給出了軟件單位和國際單位的對照和換算。

表1-1　Aspen Plus軟件單位和國際單位的對照和換算