计算机在化工中的应用——论文

目录一 摘要二 计算机在化工中的应用 1 计算机在化工中的主要应用 2 计算机在化工中应用存在的问题 3 计算机在化学当中的应用前景三 多款化工中常用的软件 1 前言 2 ChemCAD 2.1 ChemCAD简介 2.2 应用范围 2.3 使用方法 2.4 功能扩展 3 Chemoffice系列软件 3.1 Chemoffice简介 3.2 Chemoffice软件详细功能 3.3 ChemOffice WebServer 4 Origin图形可视化和数据分析软件 4.1 Origin简介 4.2 Origin软件功能 5 HYSYS 软件 5.1 HYSYS软件简介 5.2 HYSYS 软件功能 四 结语 五 参考文献计算机在化工中的应用一 摘要随着经济全球化和信息技术的迅速发展，信息资源被看作是获得未来物流竞争优势的关键因素之一，物流信息网的广泛兴起，一方面降低物质消耗，另一方面提高了劳 动生产率。在当前这场世界新的技术革命中，令人瞩目的是电脑技术的迅速发展和广泛 应用，计算机技术的发展也是一日千里，硬件性能成倍提高，软件技术的发展也更加成 熟，界面更加友好，使用更加方便。如今计算机的应用已经渗透到各行各业各个部门， 有识之士早已呼吁：不会使用计算机将成为新一代文盲。随着时代的发展计算机在化工中的应用越来越重要，本文主要介绍了多款化工中常用的软件。关键词：计算机与化工 化工应用软件 化工过程控制 化工实验二 计算机在化工中的应用计算机在化工中的主要应用： 一、计算机在化工中的主要应用:计算机在化工教学中的应用计算机在化工教学中的广泛应用增大教学容量、提高课堂效率在传统的教学模式 中，教师板书占用时间太多，定义、公式及其推理、图形、例题等必须板书。板书时间 长了，新授内容必然受到限制，教师与学生之间沟通交流的时间以及学生动脑思考的时 间也会缩短。这样，学习效果就难提高。使用多媒体技术可减少板书，以前觉得不够用 的 45 分钟变得宽裕，不仅可让学生学习更多的知识，增加知识容量，还可将较多的时 间留给学生，让学生去思考，去探索，去实践，拓宽知识面。 多媒体教学在新授课中用得比较多，在复习课中也具有明显的优势。采用计算机辅 助教学可以加大知识密度，形成连贯的知识体系，是提高教学效率的有效途径。 二、计算机在实验室中的应用 21 世纪是信息化时代， 电子计算机以其巨大的信息存储能力和高速运算本领， 已广 泛应用于现代社会的各个领域，成为促进社会进步、促进科技发展和提高社会生产力的 积极因素。 作为学校实验室来说，把计算机应用于管理，将促进实验室管理工作的现 代化，提高实验室的管理水平。同时，大量计算机硬件和计算机技术的介入使化学实验 室的自动化、集成化和网络化程度越来越高，大大提高实验室工作效率和水平。三、计算机网络在化学化工中的应用 1 当前计算机对普通人产生影响最大的是计算机网络技术的发展， 计算机网络技术在 化工中的主要应用是利用计算机的强大存储和检索功能建立各种大规模集成化化学化 工数据库进行管理。在我们的日常化工中的数据量相当大，人的大脑是没有办法全部将 其进行记忆，就更不用说是进行大量的数据处理，而计算机网络却能很好的进行着项工 作，给我们的日常化工工作带来很大的方便。 在化工研究中也常常涉及到化工文献的查询，如果这项工作没有计算机，那么其难 度将是不可想象的！首先，全面的查阅文献就成为不可能，化工行业遍布全球，分布之 广就是人力所不能完成的工作，其次，化工文献众多，人的大脑是不可能将其全面的进 行归类和总结。而计算机网络却能将这些复杂的问题解决掉，为我们的化工事业扫轻障 碍。 四、计算机智能化技术在化工中的应用化工研究不但工作量大，而且需要处理的数据繁多，但是人们研究化工的的目的并 不是为了获得这些，而是为了取得成功的新的科研成果，这就要求有一个智能的信息分 析、判断、处理系统来达到研究的要求，计算机智能化就是利用逻辑判断及智能花技术 与各类化工数据库相结合，收集综合各类专家的经验知识构成具有实用化的智能工具， 提高科研和生产效率。计算机在化工中应用存在的问题： 我国计算机应用水平低，企业信息化水平低，上网企业与上网家庭数量还较少，信 息技术在企业与家庭中应用尚不够普及。与发达国家及发展中国家相比都有很大差距， 据国家统计中心研究， 我国信息化能力不仅远落后于美日等发达国家， 也落后于新加坡、 韩国、菲律宾、埃及、印度等发展中国家；网民占人口比例瑞典达 67%，瑞士 60%，德 国 49%，我国仅 3.5%。 1）国内计算机应用发展很不平衡，各地区信息化指数高低相差 20 多倍，互联网用 户及计算机拥有量在东西部地区、大陆与台湾地区差距很大。 2）我国信息产业尚不能完全满足信息化发展与计算机应用对软硬件产品的需求，国 产化产品技术水平与市场占有率低， 重大应用工程与大型应用系统所用的软硬件产品主 要依靠国外公司，科技成果转化速度慢，系统集成，信息服务水平有待提高，计算机应 用有关标准、规范既缺乏又不统一，急需加强。 3）计算机应用、信息化的市场经济和政策法律环境尚待完善。 4）管理体制、机制、管理理念与组织机构尚不能适应市场经济的要求。计算机在化学当中的应用前景： 计算机化学(Computer chemistry)是应用计算机研究化学反应和物质变化的科学。 以计算机为技术手段， 建立化学化工信息资源化和智能化处理的理论和方法， 认识物质、 改造物质、创造新物质，认识反应、控制反应过程和创造新反应、新过程是计算机化学 研究的主体。它的兴起与发展是与计算机技术的发展和计算机的普及紧密联系的。计算 机对化学的作用， 还体现在可以用计算机技术描述已有的化学理论知识、 化学反应机理、 物质结构、 化学实验等将计算机的多媒体技术与化学知识相结合， 用来展示原子、 分子、 晶体的空间结构，动态性地模拟各种化学键的形成原理、过程和特性，揭示化学反应的 内部机理重现特殊化学实验的全过程。化静为动，变抽象为具体，将在真实世界中难以 感觉到的虚幻世界、微观世界真实地模拟出来，使人们对化学的了解和学习进人了一个 可视化的世界。 结束语： 结束语： 化学化工与我们的生活息息相关，与我们人类的文明发展相辅相成，而计算机与化 学化工也密切相关，二者相互发展，相互制约。计算机在化学化工中的应用会随着化工 的进一步发展而进一步提高，它在化工中所起的作用也会越来越重要。 三 多款化工中常用的软件1.前言随着计算机的发展，在社会各个领域都离不开计算机，对于化工也是一样。化工中复杂的数据处理，图表绘制，模型建立等等都需要化工软件的帮助。这样从各方面提高了化工工作的效率。2.1 ChemCAD简介ChemCAD1是由Chemstations公司推出的一款极具应用 和推广价值的软件 ,它主要用于化工生产方面的工艺开发、优化设计和技术改造。由于ChemCAD内置的专家 系统数据库集成了多个方面且非常详尽的数据,使得Chem2 CAD可以应用于化工生产的诸多领域,而且随着Chemsta2 tions公司的深入开发, ChemCAD的应用领域还将不断拓展。2.2 应用范围ChemCAD的应用范围包含了化学工业细分出来的多个方面,如炼油、石化、气体、气电共生、工业安全、特化、制药、生化、污染防治、清洁生产等。它可以对这些领域中的工艺过程进行计算机模拟并为实际生产提供参考和指导。ChemCAD内置了功能强大的标准物性数据库, 它以A IChE的D IPPR数据库为基础,加上电解质共约2000多种纯物质,并允许用户添加多达2000个组分到数据库中,可以定义烃类虚拟组分用于炼油计算,也可以通过中立文件嵌入 物性数据,从5. 3版开始还提供了200多种原油的评价数据库,是工程技术人员用来对连续操作单元进行物料平衡和能量平衡核算的有力工具。使用它,可以在计算机上建立和现场装置吻合的数据模型,并通过运算模拟装置的稳态和动态运行,为工艺开发、工程设计以及优化操作提供理论指导。在工程设计中,无论是建立一个新厂或是对老厂进行改造, ChemCAD都可以用来选择方案,研究非设计工况的操作以及工厂处理原料范围的灵活性。工艺设计模拟研究不仅可以避免工厂设备交付前的费用估算错误,还可用模拟模型来优化工艺设计,同时通过一系列的工况研究,来确保工厂能在较大范围的操作条件内良好运行。即使是在工程设计的最初阶段,也可用这个模型来估计工艺条件变化对整个装置性能的影响。 对于老厂,由ChemCAD建立的模型可作为工程技术人员用来改进工厂操作以提高产量产率、减少能量消耗、降低生产成本的有力工具。可模拟确定操作条件的变化以适应原料、产品要求和环境条件的变化,也可模拟研究工厂合理化方案以消除“瓶颈”问题,或模拟采用先进技术改善工厂状况的可行性,如采用改进的催化剂、新溶剂或新的工艺过程操作单元。 2.3 使用方法（1）画流程图单击菜单栏File按钮,选择New Job,在弹出的文件保存 对话框中选好路径后单击保存便完成了模块新建任务。此时操作界面会有所改变,菜单栏和工具栏选项都有所增加,且会弹出画流程图的面板,面板上一个符号代表一种设备或工具。左键单击面板,此时鼠标会变成小方框,然后在空白处单击,便可添加相应的设备。将相应的设备连接好,按需画好流程图后,便可开始下一步的操作。画流程图这一步,可以全部由自己画出,也可由附带的模块修改而成,方法是:单击File按钮,选择Open Job,弹出选择模块对话框,在相应的路径中选择相应的模块后,单击打开,便打开了所选模块,然后在菜单栏中选择Edit Flowsheet,这个按钮会变为Run Simulation, 这时便可开始编辑流程图。要改变流程线路时,右键单击要改变线路,选择Reroute stream,将弹出一个跟随鼠标移动的大的十字虚线,便可开始布线;若要改变流程图中的操作单元,右键单击要改变单元,选择Swap unit,然后在面板中选择需要的单元,在相应的位置单击便可完成操作单元的更换;若需在流程图线路中插入操作单元,右键单击相应位置,选择Insertunit,在面板中选择需要的单元,然后在相应位置单击便完成了插入操作。除了以上操作外,还可以删除线路或单元。（2）设置单位 在菜单栏中单击Format,然后单击Engineering Units,会 弹出一个对话框,可选择Alt SI、SI等多个单位标准,选好后单击OK,便可完成单位设置。 （3）选择组分 单击菜单栏Thermophysical,选择Component list,这时会弹出一个对话框,在组分数据库右侧选择需要的组分,单击Add,再单击OK,完成组分添加。（4）选择热力学模型 单击Thermophysical,选择K - values,会弹出一个对话框,设置好后单击OK,便完成了K值设置;接着是设置焓,同样是在Thermophysical菜单下,选择Enthalpy,设置好后单击OK即可完成;然后在Thermophysical菜单中选择K - ValueWizard,这一项可以设置温度、压强等的最大和最小值。在Thermophysical菜单中还有电解液等选项,只要按需设置好即可。 （5）指定详细进料物流 每一个物料(包括原料和产品)都必须详细设置。单击菜单栏Specifications,在弹出的菜单中选择相应的选项进行设置。单击Specifications,选择Select Streams,弹出ID号输入对话框,输入ID号,单击OK,弹出编辑对话框,设置好相应的选项后单击OK即可。设置好这一项可以计算相关的泡点或露点值。 （6）详细指定各单元操作 左键双击或在Specifications菜单中选择Select Unitops选项,弹出设置对话框,框中有一个Help 按键,单击弹出帮助文档,可以查看详细内容。设置好后单击OK,弹出提示对话框,提示错误或警告,因为错误的设置会使系统运行时出现错误或不能运行,不能得到准确的数据。错误提示是为了阻止系统运行,警告是为了提示用户设置要正确,如果不管就可以忽略,系统会照常运行。（7）运行 可以选择整个系统或单个操作单元运行,也可以选择一个循环线路运行,只需在Run菜单中分别选择Run All、Run Selected Units或Recycles即可实现。执行后两个操作时会弹出一个对话框,单击所要运行的单元,单击OK便开始运行。还可设置运行顺序,只需在Run菜单中选择Calculation Sequence,在弹出的对话框中设置好后单击OK即可。 （8）查看运行结果 单击Results,在弹出的菜单中选择需要查看的选项,就有一个文档弹出来,里面记有详细的结果。查看运行结果之后,便可计算设备规格,然后按需优化,最后便是生成物料流程图。 2.4 功能扩展ChemCAD 的功能扩展可以通过用户新建流程图来实现。ChemCAD内置了强大的数据库,用户可以新建或在已有流程图的基础上进行修改。由于面板中所提供的设备有限, ChemCAD提供了画设备的工具,用户可以按照自己的需要画好一个符号,然后设置好相关的参数,便可作为一种设备使用。此外,开发ChemCAD的Chemstations公司也在不断扩大其数据库,有些现在还不能处理的生产流程,可以将方案提交给Chemstations公司来处理。相信在不久的将来, ChemCAD的功能将更为强大,应用领域将更加广泛。3 Chemoffice系列软件 3.1 Chemoffice简介 Chemoffice2目前是2004 (8.0)版，分为功能不同的几个版本。 ChemOffice Ultra 2004包含了： （1） ChemDraw Ultra 8.0：化学结构绘图； （2） Chem3D Ultra 8.0：分子模型及仿真； （3） ChemFinder Pro 8.0：化学信息搜寻整合系统。 此外还加入了E-Notebook Ultra 8.0，BioAssay Pro 8.0，量化软件MOPAC、Gaussian和GAMESS的界面，ChemSAR Server Excel, CLogP, CombiChem/Excel等等，ChemOffice Pro还包含了全套ChemInfo数据库，有ChemACX和ChemACX-SC，Merck索引和ChemMSDX。3.2 Chemoffice软件详细功能（1） ChemDraw：是世界上最受欢迎的化学结构绘图软件，是各论文期刊指定的格式；（2） AutoNom：是Beilsteiny最强的软件，现已内含在ChemDraw Ultra内，它可自动依照IUPAC的标准命名化学结构； （3） ChemNMR：在ChemDraw 内预测13C和1H的NMR光谱，节省实验的花费； （4） ChemProp：预测BP、MP、临界温度、临界气压、吉布斯自由能、logP、折射率、热结构等性质； （5） ChemSpec：可让输入JCAMP及SPC频谱资料，用以比较ChemNMR预测的结果； （6） ClipArt：高品质的实验室玻璃仪器图库，可搭配ChemDraw使用；（7） Name=Struct：输入IUPAC化学名称后就可自动产生ChemDraw结构；（8） Chem3D：提供工作站级的3D分子轮廓图及分子轨道特性分析，并和数种量子化学软件结合在一起。由于Chem3D提供完整的界面及功能，已成为分子仿真分析最佳的前端开发环境；（9） ChemProp：预测BP、MP、临界温度、临界气压、吉布斯自由能、logP、折射率、热结构等性质；（10）Excel Add-on：与微软的Excel完全整合，并可连结ChemFinder；（11）Gaussian Client：量子化学计算软件Gaussian 98W的客户端界面，直接在Chem3D运行Gaussian，并提供数种坐标格式；（需要安装Gaussian 98W）（12）CS GAMESS：量子化学计算软件GAMESS的客户端界面，直接在Chem3D运行，GAMESS的计算；（需要另外获得GAMESS）（13）MOPAC Pro：Fujitsu的量子化学计算软件MOPAC已内含在Chem3D Ultra内，搭配Chem3D的图形界面。 分子计算的方法有AM1、PM3、MNDO、MINDO/3和新的MINDO/d。 可以计算瞬时的几何形状及物理特性等； （14）ChemFinder：化学信息搜寻整合系统，可以建立化学数据库、储存及搜索，或搭配ChemDraw、Chem3D使用，也可以使用现成的化学数据库。ChemFinder是一个智能型的快速化学搜寻引擎，所提供的ChemInfo是目前世界上最丰富的数据库之一，包含ChemACX、ChemINDEX、ChemRXN、ChemMSDX，并不断有新的数据库加入。ChemFinder可以从本机或网上搜寻Word，Excel，Powerpoint，ChemDraw，ISIS格式的分子结构文件。还可以与微软的Excel结合，可连结的关连式数据库包括Oracle及Access，输入的格式包括ChemDraw、MDL ISIS SD及RD文件； 3.3 ChemOffice WebServer 化学网站服务器数据库管理系统 您可将您的ChemDraw、Chem3D发表在网站上，使用者就可用ChemDraw Pro Plugin网页浏览工具，用www方式观看ChemDraw的图形，或用Chem3D Std插件中的网页浏览工具观看Chem3D的图形。WebServer还提供250,000种的化学品数据库，包含Sigma、Aldrich、Fisher Acros等国外大公司。 Origin图形可视化和数据分析软件Origin简介Origin3为OriginLab公司出品的较流行的专业函数绘图软件，是公认的简单易学、操作灵活、功能强大的软件，既可以满足一般用户的制图需要，也可以满足高级用户数据分析、函数拟合的需要。 Origin是美国OriginLab公司（其前身为Microcal公司）开发的图形可视化和数据分析软件，是科研人员和工程师常用的高级数据分析和制图工具。自1991年问世以来，由于其操作简便，功能开放，很快就成为国际流行的分析软件之一，是公认的快速、灵活、易学的工程制图软件。它的最新的版本号是8.1 SR3，另外分为普通版（Origin 8.1）和专业版（OriginPro 8.1）两个版本。Origin软件功能Origin具有两大主要功能：数据分析和绘图。Origin的数据分析主要包括统计、信号处理、图像处理、峰值分析和曲线拟合等各种完善的数学分析功能。准备好数据后，进行数据分析时，只需选择所要分析的数据，然后再选择相应的菜单命令即可。Origin的绘图是基于模板的，Origin本身提供了几十种二维和三维绘图模板而且允许用户自己定制模板。绘图时,只要选择所需要的模板就行。用户可以自定义数学函数、图形样式和绘图模板；可以和各种数据库软件、办公软件、图像处理软件等方便的连接。 Origin可以导入包括ASCII、Excel、pClamp在内的多种数据。另外，它可以把Origin图形输出到多种格式的图像文件，譬如JPEG、GIF、EPS、TIFF等等。 Origin里面也支持编程，以方便拓展Origin的功能和执行批处理任务。Origin里面有两种编程语言LabTalk和Origin C。 在Origin的原有基础上，用户可以通过编写X-Function来建立自己需要的特殊工具。X-Function可以调用Origin C和NAG函数，而且可以很容易地生成交互界面。用户可以定制自己的菜单和命令按钮，把X-Function放到菜单和工具栏上，以后就可以非常方便地使用自己的定制工具。（注：X-Function是从8.0版本开始支持的。之前版本的Origin主要通过Add-On Modules来扩展Origin的功能。）HYSYS 软件HYSYS软件简介HYSYS4 软件是世界著名油气加工模拟软件工程公司开发的大型专家系统软件。该软件分动态和稳态两大部分。其动态和稳态主要用于油田地面工程建设设计和石油石化炼油工程设计计算分析。其动态部分可用于指挥原油生产和储运系统的运行。对于油田地面建设该软件可以解决以下问题： （1）在油田地面工程建设中的应用 各种集输流程的设计、评估及方案优化 站内管网、长输管线及泵站 管道停输的温降 收发清管球及段塞流的预测 油气分离 油、气、水三相分离 油气分离器的设计计算 天然气水化物的预测 油气的相图绘制及预测油气的反析点 原油脱水 原油稳定装置设计、优化 天然气脱水（甘醇或分子筛）、脱硫装置设计、优化 天然气轻烃回收装置设计、优化 泵、压缩机的选型和计算 ；（2）在石油石化炼油方面的应用 常减压系统设计、优化； FCC 主分馏塔设计、优化； 气体装置设计与优化； 汽油稳定、石脑油分离和气提、反应精馏、变换和甲烷化反应器、酸水分离器、硫和 HF 酸烷基化、脱异丁烷塔等设计与优化； 在气体处理方面：可完成：胺脱硫、多级冷冻、压缩机组、脱乙烷塔和脱甲烷塔、膨胀装置、气体脱氢、水合物生成 / 抑制、多级、平台操作、冷冻回路、透平膨胀机优化。 HYSYS 软件功能HYSYS 软件与同类软件相比具有非常好的操作界面，方便易学，软件智能化程度高 。 最先进的集成式工程环境: 由于使用了面向目标的新一代编程工具，使集成式的工程模拟软件成为现实。在这种集成系统中，流程、单元操作是互相独立的、流程只是各种单元操作这种目标的集合，单元操作之间靠流程中的物流进行联系。在工程设计中稳态和动态使用的是同一个目标，然后共享目标的数据，不需进行数据传递。因此在这种最先进且易于使用的系统中用户能够得到最大的效益。 内置人工智能：在系统中设有人工智能系统，它在所有过程中都能发挥非常重要的作用。当输入的数据能满足系统计算要求时，人工智能系统会驱动系统自动计算。当数据输入发生错误时，该系统会告诉你哪里出了问题。 数据回归包： 数据回归整理包提供了强有力的回归工具。用实验数据或库中的标准数据通过该工具用户可得到焓、气液平衡常数 K 的数学回归方程 ( 方程的形式可自定 ) 。用回归公式可以提高运算速度，在特定的条件下还可使计算精度提高。 严格物性计算包： HYSYS 提供了一组功能强大的物性计算包，它的基础数据也是来源于世界富有盛名的物性数据系统，并经过本公司的严格校验。这些数据包括 20,000 个交互作用参数和 4,500 多个纯物质数据。 功能强大的物性预测系统：对于 HYSYS 标准库没有包括的组分，可通过定义假组分，然后选择 HYSYS 的物性计算包来自动计算基础数据。 DCS 接口： HYSYS 通过其动态链接库 DLL 与 DCS 控制系统链接。装置的 DCS 数据可以进入 HYSYS，而 HYSYS的工艺参数也可以传回装置。通过这种技术可以实现：1) 在线优化控