本书主要介绍分子模拟和过程仿真的基本原理，并通过典型实例讲解Gaussian和Aspen Plus软件在化工研究与设计中的应用。全书共分6章，第1章介绍计算机在化学化工中的应用及计算机仿真的基本概念；第2章介绍分子模拟原理；第3章通过实例介绍Gausian软件的应用，包括单点能计算、分子构型优化、分子轨道分析、电荷分析、热力学参数计算等；第4章介绍过程仿真原理；第5章介绍Aspen Plus软件的应用，包括单元操作模拟、复杂精馏过程计算、流程模拟等；第6章对其他模拟软件在化学化工中的应用做简单介绍。本书可供从事化工产品开发和工艺设计的工程技术研究人员使用，也可作为高校化工及相关专业高年级本科生和研究生教材。

分子模拟与过程仿真相互联系、互为补充；一个新产品的开发，设计的开始阶段需要分子模拟，工程实现需要过程仿真；本教材将这两方面的内容融合在一起，并结合编者的科研成果，以期培养学生的设计开放能力。

随着科技进步和计算机技术的发展，分子计算模拟和化工过程仿真的应用越来越广泛。分子模拟是利用计算机以原子水平的模型来模拟分子结构与行为，进而模拟分子体系的各种物理、化学性质的方法。它是在实验基础上，通过基本原理，构筑起一套模型和算法，从而计算出合理的分子结构与分子行为。分子模拟不仅可以模拟分子的静态结构，也可以模拟分子体系的动态行为，是化工产品及过程设计的基础。化工仿真以软件为平台，以真实的工厂单元及工段为背景，用实时运行的动态数学模型来模拟真实的带有控制点的设备和工艺流程，以完成实际操作和事故处理的全过程，将过程工业中典型的包括控制系统的一系列单元操作和流程工段重现，为工艺设计、过程优化提供支持。本书介绍了分子计算与过程仿真的基本原理，通过大量实例详细介绍了化工仿真与分子模拟软件的使用和分析，力图将理论、方法和实例相结合，分子模拟和过程仿真相结合，反映化工理论研究与生产设计的新思路。本书共6章，刘振编写第1章、第4～5章，并统稿；刘军娜编写第2、3章；赵爽编写第6章及第3章部分内容。本书在编写过程中得到河南科技大学化工与制药学院领导、老师和学生的大力帮助和支持，在此表示诚挚的感谢。由于编著者水平所限，难免存在不足之处，恳请读者批评指正。编者2017年春于洛阳

刘振，河南科技大学 化工与制药学院副教授2000.9～2006.3在天津大学精馏国家重点实验室学习，2006.3获得化学工程专业博士学位。2006.4至今在河南科技大学化工与制药学院工作。2009年当选河南省化工学会理事。 2013年入选国家能源非粮生物质原料研发中心专家。主要从事传质与分离、过程模拟与优化的研究，完成国家863项目1项，河南省科技成果鉴定2项。承担本科生《化工原理》、《化工分离工程》及研究生《化工过程分析与模拟》的教学任务。

第1章计算机仿真与化工

1.1仿真的基本概念1

1.2计算机仿真的作用2

1.3化工模拟仿真2

1.3.1数学模型化的步骤2

1.3.2数学模型的分类4

1.3.3化工模拟的层次5

第2章分子模拟原理

2.1量子化学简介7

2.1.1量子化学的发展7

2.1.2量子化学的研究、应用和前景8

2.2分子轨道理论9

2.2.1自洽场分子轨道理论9

2.2.2组态相互作用13

2.2.3半经验方法14

2.2.4从头算法15

2.2.5密度泛函理论15

2.2.6其他理论17

第3章Gaussian分子计算

3.1Gaussian软件的运行环境18

3.2Gaussian程序的界面19

3.3Gaussian 软件的输入和输出20

3.3.1输入文件21

3.3.2输出文件28

3.3.3关键词29

3.4Gaussian 软件的计算30

3.4.1化学模型的建立30

3.4.2基组的影响31

3.4.3单点能的计算35

3.4.4几何优化38

3.4.5核磁计算40

3.4.6频率分析41

3.4.7电荷与电子布居分析46

3.5综合实例48

3.5.1不同基组对六羰基铬计算结果的比较48

3.5.2杂环类化合物结构与性质的计算50

3.5.3高能硝基咪唑类化合物结构与性质的计算56

3.5.4离子液体与SO2相互作用的计算58

3.5.5乙醇与水相互作用的计算64

第4章过程仿真基础

4.1稳态模拟70

4.1.1模拟的基本环节70

4.1.2变量选择和自由度分析71

4.1.3设计变量的选择72

4.2动态模拟73

第5章Aspen Plus过程仿真

5.1流体流动76

5.1.1阀76

5.1.2管路80

5.1.3管路系统83

5.2流体输送机械86

5.2.1泵86

5.2.2压缩机91

5.3机械分离94

5.4换热器100

5.5蒸馏109

5.5.1相平衡109

5.5.2平衡蒸馏(闪蒸)111

5.5.3精馏简捷计算114

5.5.4精馏严格计算117

5.5.5间歇精馏125

5.6吸收133

5.7萃取138

5.7.1单级萃取138

5.7.2多级萃取141

5.8干燥144

5.9反应器149

5.9.1釜式反应器150

5.9.2管式反应器153

5.9.3间歇反应156

5.10工艺流程模拟160

第6章其他化工模拟软件简介

6.1ChemCAD 169

6.2PRO/Ⅱ170

6.3ECSS170

6.4Hyperchem171

参考文献