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化工过程模拟与计算(第1章绪论)

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第1讲(绪论)

第1讲(绪论)
（2） 第一蒸发器送出的溶液浓度。
第一讲
W1
W2
F0=5000kg/h 蒸发器1 F1
x0=0.12
x1
蒸发器2
F2 x2=0.3
为求蒸发器1送出的 溶液浓度怎么办？
对盐作物料衡算：
对总物料作衡算： 解得：
F0 x0 F1x1
F0 W1 F1
F0=5000, x0=0.12,W1=0.3 两个方程, 两个未知
第二讲
本章小结
1.了解化工原理的研究对象和单元操作的分类。 2. 熟练掌握物料衡算和能量衡算方法。 3. 熟练掌握单位换算方法。
重点：物料衡算与能量衡算方法及单位换算 作业：P9：4
东北石油大学
化工原理
衡算的步骤：
画流程示意图
确定衡算范围
确定衡算基准
列衡算式
衡算的范围
衡算的对象
整个生产过程或其中的一部分
某一设备 系统中的所有物料
原则：包括未知数 已知量最多
某一个组分
Company Logo
第一讲
画流程示意图
确定衡算范围
确定衡算基准
列衡算式
例：在两个蒸发器中，每小时将5000kg的无机盐水溶液从12 ％（质量％）浓缩到30%。第二蒸发器比第一蒸发器多蒸出 5%的水分。试求：
化工原理来源于实践，又面向实践，应用于实践； 是化工技术工作者的看家本领。
为什么要学 ？
第一讲
§1.1 化工过程
例：聚氯乙烯塑料的生产过程
乙炔
吸收 提纯
氯化氢 提纯
加成反应 反应器
单体合成
聚合反应 聚合釜
单体精制 聚合
脱水
传热 传质
干燥
反应热 传热

化工计算绪论及第一章

化工计算绪论及第一章
5q 0.625 kcal / s 1Btu 2.48 Btu s
0.252 kcal
6q 266.9kgf m / s 1lbf 3.2808 ft
0.4536kgf 1m 1929.6lbf ft s
1－6 20％蔗糖溶液，20ºC粘度为1.967cp，换算 成:(1)kg/m·h（2）kgf·S/m2;(3)N·S/m2;(4)mPa·S; (5)lb/ft·S;(6)lbf·S/ft2。（1cp=0.01p)
例1-1 25℃时水的粘度为0.8937厘泊，换算成千 克/米·时及帕·秒。（1厘泊=0.01泊，1泊=1克/厘 米·秒）
解：1、找出比例形式（熟了后该步可忽略）
1k g 1000 g
100cm 1m
3600s 1h
2. 0.8937cp 0.8937102. g 1kg 100cm 3600s
第二节
单位换算
1— 4单位换算的方法
单位换算，是用不同单位制表示同一物理量。
连接单位法：将所有单位（原单位及所需换算 成单位）写出来，根据量与量间关系及单位间关 系写成数字与单位连乘连除式。
连接单位法步骤:
1、先查出同一因次不同单位制的换算系数，写 成比例形式（其比例 实质为1 ）
2、将需换成的量和单位根据其间关系写成数字 附带单位连乘连除的式子进行运算。
每个比值间垂直线相当于乘号，注意所乘比例
与要求单位间换算关系。
例2 将R=0.08205 atm.l.mol-1.K-1→SI单位
解:
R 0.08205 atm.l mol.K
101325Pa 1atm
1N 1Pa m 2
1m3 1000l
8.314N m mol1 K 1 8.314J mol1 K 1

《化工过程模拟与ASPEN软件应用》课程考核大纲

《化工过程模拟与ASPEN软件应用》课程考核大纲

《化工过程模拟与ASPEN软件应用》课程考核大纲一、课程编号4300918二、课程类别专业任选课三、编写说明本大纲根据《化工过程模拟与ASPEN软件应用》课程教学大纲的要求编写，它是化学工程与工艺专业《化工过程模拟与ASPEN软件应用》（32学时）课程考核的基本依据，适用于化学工程与工艺专业。

四、课程考四、核要求与知识点第一章绪论1. 识记：（1）化工过程模拟；（2）Aspen Plus软件。

2. 理解：（1）Aspen Plus软件。

3. 掌握或运用：（1）Aspen Plus软件。

第二章图形界面与流程建立1. 识记：（1）流程建立过程。

2. 理解：（1）流程建立过程。

3. 掌握或运用：（1）流程过程建立。

第三章物性方法1. 识记：（1）Aspen Plus数据库。

2. 理解：（1）Aspen Plus中的主要物性模型，物性方法的选择和物性数据回归。

3. 掌握或运用：（1）Aspen Plus数据库、Aspen Plus中的主要物性模型和物性方法的选择。

第四章简单单元模拟1. 识记：（1）简单单元模拟。

2. 理解：（1）混合器/分流器、两种调节器和简单分离器的参数操作。

3. 掌握或运用：（1）混合器/分流器、两种调节器和简单分离器的参数操作。

第五章流体输送单元模拟1. 识记：（1）流体输送单元模拟概述。

2. 理解：（1）泵Pump、压缩机Compr、多级压缩机MCompr、阀门Valve、管段Pipe、管线系统Pipeline的参数设定。

3. 掌握或运用：（1）泵Pump、压缩机Compr、多级压缩机MCompr、阀门Valve、管段Pipe、管线系统Pipeline的参数设定。

第六章换热器单元模拟1. 识记：（1）换热器单元模拟概念。

2. 理解：（1）换热器Heater、换热器HeatX和换热器MHeatX的模拟操作。

3. 掌握或运用：（1）换热器Heater、换热器HeatX和换热器MHeatX的模拟操作。

化工流程模拟实训：Aspen_Plus教程_第1章绪论幻灯片PPT

化工流程模拟实训：Aspen_Plus教程_第1章绪论幻灯片PPT

教材
教材
1.2 Aspen Plus 软件
Aspen Plus构成
1.2 Aspen Plus 软件
Aspen Plus特性
最完备的物性系 统
先进的计算方法 先进的流程方法 进展过程优化计算
1ห้องสมุดไป่ตู้ 43
完整的单元操作 模型库
快速可靠的流程 模拟功能
1.2 Aspen Plus 软件
Aspen Plus功能
1
对工艺过程进展严格的质量和能量平衡计算
2 可以预测物流的流率、组成以及性质
3
可以预测操作条件、设备尺寸
4
可以减少装置设计时间并进展装置各种设计方案的比较
5
帮助改进当前工艺
教材
中国石油大学〔华东〕 化学工程学院
孙兰义教授 主编 化学工业出版社 出版 国内第一本关于Aspen
Plus的中文教材
1.1 化工过程模拟
化工过程模拟的功能
科学研究 开发新工艺
化工过程模 拟的功能
生产调优 故障诊断
设计 改造
1.1 化工过程模拟
化工过程模拟系统的构成
1.2 Aspen Plus 软件
软件简介
Aspen Plus是一款功能强大的集化工设计、动态模 拟等计算于一体的大型通用流程模拟软件 起源于20世纪70年代美国能源部资助、MIT主持工
第1章 绪论
绪论
1.1 化工过程模拟
化工过程模拟简介 化工过程模拟的功能 化工过程模拟系统的构成
1.2 Aspen Plus软件
Aspen Plus简介 Aspen Plus的主要功能
1.1 化工过程模拟
化工过程模拟简介
实质：使用计算机程序定量计算一个化学过程中的 特性方程

化工过程模拟与计算(第1章绪论)

化工过程模拟与计算(第1章绪论)
递现象》出版，“三传一反”特征确立； 第三次飞跃？ 过程系统工程、产品工程、多尺度。
3
.
“三传”为动量传递（流体输送、过滤、沉降、固体流态化 等，遵循流体动力学基本规律）、热量传递（加热、冷却、 蒸发、冷凝等，遵循热量传递基本规律）和质量传递（蒸馏、 吸收、萃取、干燥等，遵循质量传递基本规律），“一反” 为化学反应过程。
1.4.2 旧装置改造
12
.
1.4.3 新工艺.
1.4.5 科学研究 1.4.6 工业生产的科学管理 1.4.7 动态模拟、实时优化的基础
14
.
1.5 化工过程稳态模拟系统的构成 1.5.1 模拟系统的主要组成部分
➢ 模拟系统的分类： • 专用型：早期模拟软件，仅适用于某一确定的化工流程。 • 通用型：通用化工模拟系统指的是该模拟软件适用于任何 工艺流程。
国际单位制三种单位）
（2）组分数据：库组分，石油馏分，用户定义的组分。 （3）热力学方法：对准确性起决定性作用。 （4）物流数据：物流的温度、压力、流量和组成 （5）单元过程数据：各个单元过程的工艺条件及可能有
的约束条件。
18
.
1.6 课程内容及要求
1.6.1 课程内容
第2章 化工过程模拟及相关高新技术 第3章 石油馏分 第4章 热力学方法 第5章 化工单元过程计算 第6章 蒸馏过程计算
15
图1-1 稳态模拟系统的结构
流程图
数据文件
流程图拓扑分析及数据检查
调度系统
.
物 热 库化 功 收 经 系输
性 力 工 能 敛 济 统出
数 学单 模 方评 文
据 方元 块 法价 件
库 法过 库 库库 生
库程
成
16

化工原理 第一章 绪论

化工原理 第一章 绪论

3-1
导出量
F— N (kgm/s2) P— Pa (kg/ms2) ρ— kg/m3
M—公斤·s2/m P—公斤/m2 ρ—公斤·s2/m4
2 换算关系(SI制与工程制之间) a) F：工程制中1公斤力规定为：SI制中1kg的物体在9.81 m/s2的力场中所受到的重力，据F=ma有： 1公斤=1kg*9.81 m/s2 = 9.81 kg· m/s2= 9.81N.......(1) b) M：工程制中质量为导出量，据M=F/a 其导出单位为： 1公斤/(9.81 m/s2)=1/9.81 公斤*s2/m (工程制质量单位) ∵ 1公斤=9.81 kg· m/s2 ∴ 1 公斤· s2/m=9.81kg......(2) C) P：因为P = F/A 所以(1)式两边同除以1m2得： 1公斤/m2 = 9.81N/m2 = 9.81 Pa......(3) D) ρ：因为ρ=m/V 所以(2)式两边同除以1m3得： 1公斤· s2/m4 = 9.81 kg/m3......(4)
应用化学、生物工程 高分子材料与工程 专业核心课程、学位课程 专业核心课程、专业必选课
课程内容：
绪论（第一章） 流体的流动和输送（第二章） 热量传递（第四章） 吸收(第五章) 化学反应器（第七、八章）
考核方式：
平时表现、期中考试、期末考试 总成绩=平时成绩×30%+期中成绩×20%+期末成绩×50%
2、内容：三传一反
研究对象-化工生产
化工、石油、煤炭、钢铁、 食品、建材(硅酸盐)、纺织、生 物工程、制药、精细化工。
化工生产--多行业—多品种--一百多万种产 品，而产品不同，流程各异，如：
H2SO4：FeS2碎矿—焙烧(900℃)—SO2旋风除尘、除雾— SO2加热—(SO2)氧化(SO3)—冷却—吸收—冷却—H2SO4。

化工系统工程课件 第一章 绪论


2 化工过程系统工程学产生的基础 化工生产过程的综合性不断增强，化工企业朝 着多品种、跨学科的方向发展 化工装置日趋大型化，对放大技术的要求越来 越高，小试到规模生产的周期越来越短。 能源紧缺，能源的有效及合理利用成为人们越 来越关心的问题。 产品竞争日益加剧，一个品种的改变要求跟着 企业迅速改变，以适应市场的变化 环境意识的提高，要求企业对污染加以严格的 控制，提出了如何减少污染，合理的综合利用 资源的问题。
过程系统分析与模拟： 建立过程系统的数学模型并在计算机上模拟计 算的整个过程称为过程系统分析与模拟。
过程系统的模型：对实际过程系统的描述。 包括：数学模型与实物模型。
数学模型：建立数学表达式，在建立过程 中运用逻辑关系、规则、概念。 模拟计算：首先要寻求有效的数学模型求 解的方法，并将模型的求解过程转变为计 算程序，然后计算得出直观形式的输出结 果.
1.3.1 化工过程系统的分析
化工过程分析：对过程系统的运行机制、影响因素、 过程模型的数学描述、目标函数的建立、优惠工况 下的最佳操作参数等进行分析。 例：某年产30万t 乙烯装置改扩建为45万t 装置，竣 工投产后达到了预期的产量，但能耗超标。 如何选择对策，就要对工艺装置进行分析，在对过 程进行系统分析的同时，必需要对单元、物料、能 量利用情况进行分析。
所需系统结构
定义：按照规定的系统特性
寻求
子系统性能 按规定的目标最优组合，寻求理想过程系统。 具有最优的系统结构
〈２〉理想的过程系统
具有最合适的子系统
系统结构的概念
例：某化工过程系统由Ｂ+Ｃ为原料生产Ａ，且副 产Ｐ，其可能的过程流程一：树结构流程
Ａ+Ｂ+Ｃ
B 混 合 分 离

化工安全工程课件第一章-绪论


化工安全工程的发展历程
初期阶段
化工安全工程的发展始于20世纪初，当时人们对化工生产中的危险因素开始有所认识， 但尚未形成系统的理论和方法。
发展阶段
20世纪中叶以后，随着工业生产的快速发展，化工安全工程逐渐受到重视。人们开始对 化工生产中的危险因素进行深入研究，并形成了系统的理论和方法。
成熟阶段
进入21世纪，化工安全工程已经发展成为一门成熟的学科。在理论体系、技术手段和实 践应用等方面都取得了显著进展，为保障化工生产的安全、稳定和高效发挥了重要作用。
应急响应与救援技术研究
研究如何有效地应对化工事故，包括 应急预案的制定、救援装备和技术的
研发等。
工艺流程与设备安全性研究
对化工生产过程中的工艺流程和设备 进行安全性分析和优化，降低事故发 生的可能性。
安全管理理论与实践研究
探讨化工企业安全管理的有效方法， 总结实践经验，推动安全管理理论的 发展。
04
许可
政府主管部门对企业的安全生产条件 进行审查，符合条件的企业方可获得 生产许可。
THANKS
感谢观看
全员参与原则
化工安全工程需要全体员工共同 参与，通过培训和意识培养，使 每个人都能够认识到自己的安全 责任。
化工安全工程的任务
识别和评估风险
对化工生产过程中的潜在风险进行识 别和评估，为制定相应的预防措施提 供依据。
制定安全策略和标准
根据风险评估结果，制定相应的安全 策略和操作标准，确保生产过程的安 全可控。
化工安全工程标准
01
02
03
国家安全生产标准
由国家安全生产监督管理 总局制定，包括各类化工 企业的安全生产规范和标 准。
行业标准
由相关行业协会或组织制 定，针对特定行业的安全 生产要求和规范。

第1章 绪论

化学工业出版社
体积,V----volume, m3 (或l, ml) 压力，p----absolute pressure, MPa (atm,) 能量，E----energy, Joule, J(Nm)
化学工业出版社
化学工业出版社
推算这些性质，需要输入物质的基 础数据，如分子量、正常沸点、临界参 数、蒸汽压甚至混合物的共沸点等性质。 教材的附录中列出了部分物质的基础数 据。
化学工业出版社
●热力学基本概念回顾 热力学基本概念回顾
▲系统与环境→物质与能量的交换 封闭系统 敞开系统 孤立系统 ▲ 强度性质与容量性质 与系统的物质量无关的性质称为强度性质， 如系统的温度T、压力P等。反之，与系统中 物质量的多少有关的性质称为容量性质，如 系统的总体积Vt、总内能Ut等。单位质量的容 量性质即为强度性质。
面向21世纪课程教材 面向 世纪课程教材
化工热力学
陈新志、蔡振云、胡望明等编
化学工业出版社
绪论 Introduction
●化工热力学的目的、意义和范围
▲Thermo-dynamics，是讨论热与功的转化规律。经 典热力学建立在热力学三个基本定律之上。运用数 学方法，可以得到热力学性质之间的关系。 ▲本课程的主要目的是运用经典热力学原理来解决如 下实际问题： (1)过程进行的可行性分析和能量有效利用； (2)平衡状态下的热力学性质计算。即流体的性质随 着温度、压力、相态、组成等的变化。 计算机的广泛应用为化工过程设计所需热力学 数据的获取，以及模型化提供了强有力的基础。
化学工业出版社 ห้องสมุดไป่ตู้
●热力学基本量纲
关于热力学SI（International System of Units) Time , t----second, s Length, l----meter, m Mass, m----kilogram, Kg Force, F----newton,N (F=ma) Temperature,T----Kelvin tem., K (temperature,t---- Celsius tem., ℃ Fahrenheit tem., ℉) T(K)=t(℃)+273.15 t(℉)=1.8t(℃)+32

化工过程模拟与分析(第一章绪论)

考虑多个目标函数的优化问题，通过 权衡各个目标之间的关系，寻找最优 解。
智能优化算法
借鉴自然界中的优化机制，如遗传算 法、蚁群算法、粒子群算法等，用于 解决复杂的优化问题。
过程强化技术
通过改进设备结构、优化操作条件等 手段，提高化工过程的效率和经济性。
04 化工过程模拟与分析的应 用领域
石油化工过程中的模拟与分析
现代阶段
当前，化工过程模拟与分析已经发展成为一门综合性的学科，涵 盖了化学工程、计算机科学、数学等多个领域的知识和技术。
化工过程模拟与分析的研究内容和方法
研究内容
化工过程模拟与分析的研究内容包括化工过程的建模 、模拟、优化和控制等方面。
研究方法
研究方法包括数学建模、数值计算、实验验证和案例 分析等。其中，数学建模是化工过程模拟与分析的核 心方法，通过建立数学模型来描述化工过程的本质和 规律。数值计算则是利用计算机对数学模型进行求解 和分析，得出化工过程的性能指标和优化方案。实验 验证是对模拟结果进行验证和评估的重要手段，而案 例分析则是对实际化工过程进行模拟和分析的常用方 法。
ChemCAD
一款易于使用的化工过程模拟 软件，支持多种单元操作和工 艺流程设计。
gPROMS
一款基于方程的化工过程模拟 软件，支持自定义模型和算法
开发。
03 化工过程分析的基本方法
化工过程的热力学分析
热力学基础
研究物质在平衡状态下的性质，包括热容、 热传导、相平衡等。
热力学第一定律
能量守恒定律在热力学中的应用，用于计算 系统的能量变化。
程、传递函数等。
传递过程动力学
研究动量、热量和质量传递过程的科 学，包括流体力学、传热学和传质学 等。
过程模拟与优化
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国际单位制三种单位）
（2）组分数据：库组分，石油馏分，用户定义的组分。 （3）热力学方法：对准确性起决定性作用。 （4）物流数据：物流的温度、压力、流量和组成 （5）单元过程数据：各个单元过程的工艺条件及可能有
的约束条件。
18
1.6 课程内容及要求
1.6.1 课程内容
第2章 化工过程模拟及相关高新技术 第3章 石油馏分 第4章 热力学方法 第5章 化工单元过程计算 第6章 蒸馏过程计算
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1.6.2 要求
✓ 背景课程：化工原理、化工热力学、传递过程 原理。
✓ 一门计算机高级语言。
20
• 用途：过程动态特性分析、控制方案的制定、开停车方案的 优化以及操作工培训软件的开发等。
8
1.3 化工过程模拟发展简史
1.3.1国外
起源：20世纪50年代中后期，1958年美国的 M.W.Kellogg公司推出了世界上第一个化工模拟程序---Flexible Flowsheeting。
初始发展期：整个60年代，国外各有关大学、研究机构 和炼油、石化公司纷纷开始研究自己的模拟系统。特点： 功能简单，计算范围较窄，计算能力较差，收敛能力存 在较多问题。
拓扑分析确定的流程顺序进行计算。 ⑤ 在给定的迭代次数内给出流程计算是否收敛的信息。
➢ 调度系统是程序逻辑性、完善性、灵活性、使用性最重要 的体现，对其组织、编制和逻辑处理的技巧要求是最高的。
17
1.5.2 模拟软件的基本输入数据——五大输入部分
除了模拟计算流程图外，还需用户输入五部分内容： （1）计算总说明：输入计算的单位制（英制、公制和
• 得到的重要参数：材料消耗、公用工程消耗，产品、副 产品的产量、组成和质量等重要参数。
7
➢ 化工过程动态模拟
• 它是计算装置的某个或数个参数发生变动时，其他所有参数 如何随时间而发生变化。
• 它的计算永远不会终结，对于任何一个参数的变动，计算结 果都是系统中所有工艺参数及相应的性质随时间变化的关系 曲线。
15
图1-1 稳态模拟系统的结构
流程图
数据文件
流程图拓扑分析及数据检查
调度系统
物 热化 功 收经 输
性 力工 能 敛济 出
数 学单 模 方评 文
据 方元 块 法价 件
库 法过 库 库库 生
库程
成
库
系
16的匹配； ② 热力学方法的调用； ③ 物流和单元过程的动态组合； ④ 动态的组织流程、调用相关单元过程，指挥计算机按照
1.2 化工过程模拟的分类 化工过程稳态模拟 化工过程动态模拟
6
➢ 化工过程稳态模拟：
• 为通常所说的化工过程模拟或流程模拟； • 根据化工过程的稳态数据，如物料的压力、温度、流量、
组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及 一定的设备参数，如蒸馏塔的板数，进料位置等，采用 适当的模拟软件，用计算机模拟实际的稳态过程，得出 所计算的整个流程或单元过程详细的物料平衡和热量平 衡数据。
深入发展期：90年代开始，特点：从“离线”走向“在 线”，从稳态模拟发展到动态模拟和实时优化，从单纯 的稳态计算发展到和工业装置紧密相联。
10
1.3.2国内
起源：60年代末。
兴旺期和大发展期：化工部第四、五、六、八、九设计 院，化工部设计公司，燕山石化设计院，上海医药工业 设计院等许多单位均投入相当的人力物力进行模拟系统 的开发。
递现象》出版，“三传一反”特征确立； 第三次飞跃？ 过程系统工程、产品工程、多尺度。
3
“三传”为动量传递（流体输送、过滤、沉降、固体流态化 等，遵循流体动力学基本规律）、热量传递（加热、冷却、 蒸发、冷凝等，遵循热量传递基本规律）和质量传递（蒸馏、 吸收、萃取、干燥等，遵循质量传递基本规律），“一反” 为化学反应过程。
“三传一反”概括了化工生产过程的全部特征，传 递过程被认为是单元操作的理论基础，开辟了化学 工程发展过程的第二个历程。
4
1.1.2化学工程模拟的概念
➢ 化工过程模拟是一种高科技手段； ➢ 它根据化工单元过程和热力学的基本方程，应用现
代数学方法，编制成计算机软件，使之能够模拟实 际的化工生产过程。
5
化工过程模拟与计算
1
第1章 绪论
1.1 概述 1.2 化工过程模拟分类 1.3 化工过程模拟发展简史 1.4 化工过程模拟的功能 1.5 化工过程稳态模拟系统的构成 1.6 课程内容及要求
2
1.1 概述
1.1.1化学工程学科发展的三次飞跃
第一次飞跃： “单元操作”概念的提出； 第二次飞跃：“传递过程”概念的提出，Bird《传
成长壮大期：模拟技术得到了工业界的普通承认，该时 期比较优秀的软件有：美国Monsando公司的Flowtran 和Simulation sciences公司的Process。
9
成熟期：进入80年代后，模拟软件的开发走向专业化、 商品化。特点：模拟计算的准确性、可靠性大大增强， 应用范围不断拓宽，功能日益丰富，使用越方便。
70年代末至80年代初：国内模拟软件水平已经相当接近 国外的先进水平。
80年代引进风的兴起导致70年代的兴旺为昙花一现。
1987年，青岛化工学院（现青岛科技大学）推出了“工 程化学模拟系统（ECSS）”可谓一枝独秀。
11
1.4 化工过程模拟的功能 1.4.1 新装置设计
➢ 石化和化工装置的设计都要用
1.4.2 旧装置改造
12
1.4.3 新工艺、新流程的开发研究 1.4.4 生产调优、疑难问题诊断
13
1.4.5 科学研究 1.4.6 工业生产的科学管理 1.4.7 动态模拟、实时优化的基础
14
1.5 化工过程稳态模拟系统的构成 1.5.1 模拟系统的主要组成部分
➢ 模拟系统的分类： • 专用型：早期模拟软件，仅适用于某一确定的化工流程。 • 通用型：通用化工模拟系统指的是该模拟软件适用于任何 工艺流程。