计算机在化工中应用教材.pdf

本文由大力0218贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机 查看。 第一章 应用概述 1.1 计算机技术在化工中应用的发展历史 计算机在化学中的 应用已经有 40 余年的历史。主要体现在以下几个阶段： 1：以量子化学计算为代表 的计算化学发展史 从 20 世纪 50 年代发展起来。主要用于量子化学，结构化学的计 算。为将化学由实验科学向理论 化发展做出了重大贡献。 50 年代人们通过薛定谔方 程采用从头计算法求解了氢分子的分子轨道方程，第一次从理论上得到 分子轨道的空 间结构。 2：以化工过程计算机控制为代表的化工过程自动化发展史 以计算机化工控 制系统为标志，计算机的实时监控和交互控制大大提高了化学工业的水平，为将 经典 化学工业发展为现代化化学工业奠定了基础。 3：计算数学与分析化学相结合的发展 史 在红外，质谱和核磁共振中利用傅立叶变换进行波谱分析。今天建立在计算机技术 基础上的傅里 叶变换技术和其他数学方法正在加速其在分析化学领域中的普及速度。 4：计算机网络技术在化学信息收集方面的应用 5：计算机模拟技术在化学化工过程 模拟中的应用 许多化学化工过程的高风险性和高消耗性，在一定程度上阻碍了化学学 科的发展，基于现代计算 机模拟技术的高温，高压，高险等化工过程模拟技术的发展 加快了实验化学学科的发展，并使化学科技 成果的产业化过程加速。 6：计算机智能 技术在化学专家系统中的应用 计算机图形化和多媒体技术近年来获得了快速发展，除 此之外，计算机在化学远程教学，数据智 能化存储，实验设计与结果分析等方面也都 获得了日益广泛的应用。总之，计算机技术的飞速发展给化 学和化工科技的发展插上 了腾飞的翅膀。化学学科的不断进步也为计算机科学提出了越来越高的要求。 目前， 计算机技术已经成为成功化学家的一项必不可少的基本技能。 1.2 计算机技术在化学 中应用的主要领域 1：以计算机网络技术为基础的计算机网上应用知识 包括运用计算 机技术进行计算机化学信息和数据的收集，管理，检索，交换，远程计算机的登录， 操作使用，网上多媒体化学教学课件的制作与使用等知识。 2：在数理统计与实验设 计中的应用 在化学化工领域中数理统计比较典型的应用主要包括以下几个方面： 实 验设计（正交设计，均匀法设计等） ，实验数据的分析检验（可信度分析，相关性分 析，误差分 析） ，实验数据的回归分析（线性回归，非线性回归等） 常用的软件有 ：Excel，主要用作数据分析，并可把数据用各种统计图的形式形象的表示出来。 Or 是一个通用的数理统计软件，主要用途是为所有需要数据处理的领域提供一个公共处 理平台，可进行科学实验设计，常见统计参数计算，数据相关性分析，置信度测定和 各种回归分析等工 作。 3: 以化学程序编写和使用为目的的计算化学知识 通过运用 一门高级语言进行程序编制,进行化学数值计算,化学机理推导,方程求解,参数运算等 计 算化学课题。 现在越来越多的化学问题可以通过使用商业软件来解决。 目前国际 上三十几个数学类科技应用软件中，Matlab 在数值计算方面独占鳌头，而 Mathemat ica 和 Maple 则分居符号计算软件的前两名，Mathcad 因其提供计算，图形，文字处 理的统一环境而深受中 学生欢迎。 4: 以计算机 CAD，三维动画和图形化技术为基础 的化学结构模拟和图形表达知识 包括分子结构，化学和化工装置，试验数据的图形化 表达。 1 其中三维分子结构绘制软件已经发展的相当成熟，有： ISIS/Draw,Chemwindow 型自动变换，自动建立化学反应式，绘制几 何图形，数据的输出和输入 ChemSKetch 主要功能有：绘制分子结构和化学反应式（可绘制三维结构，提供丰富的分子结构模 板） ，绘制各种化学图形（比 ISIS/Draw 强大） ，计算测定分子性质。 Chemwin dow 主要功能有：绘制分子结构和化学反应式，主要特点是体积小巧。 Chemdraw 可 绘制高质量的结构图形，3D 转换，基本的分子模型及化学数据管理功能等。 5: 以计 算机模拟仿真技术为基础的知识 计算机仿真技术在化学中的应用主要是化学过程模拟 ，化工控制技术模拟和大型仪器操作仿真模 拟等。 常用的模拟软件有： Aspen Plu s，ProⅡ等，是化工流程模拟软件系统，在过程开发，过程设计及老厂的改造中发挥 着 重要的作用。 Gaussian，ChemCAD 等，分子模拟软件