随着国民经济的发展，空分装置大型化和低能耗化成为了未来发展趋势。预冷流程作为空分装置中一个重要的环节，其流程组织及单体设备性能对整个空分装置影响重大，因此预冷流程也成为了一个热门的研究课题。而空冷塔和水冷塔作为预冷流程的两个核心部件，对其大型化和低能耗化的研究则成为了重中之重。围绕这个主题，本文展开了以下几个方面的研究。以预冷流程的组织形式为出发点，分析了用户对产品需求量不同对预冷流程组织形式影响。通过查阅文献，分析对比两大核心设备的三种传热传质理论模型，从而建立本文空冷塔、水冷塔的气-水接触传热数学模型。基于MWorks平台，使用统一建模语言Modelica语言，构建结构仿真程序。不仅简化编程时间，同时增强了程序的可移植性。同时通过对比文献数据和程序仿真结果，来验证程序的可靠性。提出另一种数学建模，通过微元段内能量守恒，传热速率方程和传质速率方程的迭代，不仅可以消除Merkel模型中气-水物性为常量的假设，使数学模型更接近实际，而且还可以显示塔内温湿度沿流动方向的变化曲线。并对12万空分装置进行实例仿真计算，同时分析了空分装置操作计算时，工况变化时对空冷塔、水冷塔的温湿度参数仿真模拟，并为变工况操作提出的一些可行性建议。