计算机在化学化工中的应用.doc

化学化工中计算机的发展及应用化学化工中计算机的发展及应用摘 要：化学由于自身具有的特殊性，使它与计算机技术的结合尤为紧密。近几十年在我国发展迅速，尤其是各种化学专用软件不断应用。这些软件的功能包括化学反应式书写、图形绘制、数据处理、计算与测试等。化学软件是化学工作者的得力助手，掌握相关软件的应用，将会极大地提高工作效率。关键词：化学 Chemsketch Origin Office Visio The computer in chemical development and applicationWangmaocan(Anhui University of Science and Technology Huainan 232001)Abstract: The particularity of chemical because of itself, making it with the combination of computer technology particularly close. In recent decades, especially in the rapid development of various chemical special software constantly applications. These software features include chemical reactive writing, graphics, data processing, calculation and test, etc. Chemical software is chemical workers right-hand man, to master relevant software application, will greatly improve the work efficiency.Key words: chemical Chemsketch Origin Office Visio 1978年，随着我国改革开放发展总路线的确定，中国科学院化学部和当时有关的各工业部内，一些有远见的领导同志，开始认真地考虑如何将计算机引入化学化工的科研、设计、控制各领域。从组织到国外考察，以及具体批准购买设备，组织技术队伍，开始探索开发自己的化学化工方面软件的可行途径。进入21世纪，我国的计算机在化学化工方面的应用，已经经历了多次技术更新，引进了许多商业软件，具有相当的规模。大量的化学化工专业出身的硕士、博士，开始走入国内外许多科研、大学、公司，从事计算机在众多领域的开发和应用的工作。各种不同软件的应用给化学中的许多问题提供了快捷解决途径，这也为化学计算机软件的发展营造了一个良好氛围。下面来介绍一些常见软件在化学中的应用：1、功能强大的ACD/Chemsketch这是一个免费软件(部分功能受限)，安装很简便。主要功能和特点：绘制平面(2D)和立体(3D)化学结构式、反应式和化学图形；其绘图功能十分强大，具有丰富的化学图形绘制工具，各种化学符号应有尽有；内置包括各种原子、有机物官能团等基本结构的模具工具栏，使得绘制复杂庞大的有机物结构式变得非常便捷。并且可以把绘制好的平面化学结构图直接转换为立体图形；能够预测分子结构的基本参数如分子最、摩尔体积、极性、密度、介电常数等；可对所绘制的分子结构自动命名(英文)，可提供有机物的同分异构体(正版才有)等等。用途和用法简介如下：11绘制化学结构图Chemsketch的使用简便而直观，并且特别智能化，能够根据需要对结构式进行自动调整、对不合规则的结构表达式会弹出提示、 可以画出各种复杂的结构图形。绘图时，首先选择“结构”模式，从左边的原子工具栏点选相关原子，在右边的基团工具栏和基团表选择所需基团(如碳链、碳环、烃基、杂类基团以及氨基酸等)。从主工具栏中，点击“打开模板窗口”，弹出模板库表，表中提供了大量的结构式、立体构象式、官能团、化学仪器、晶格图、原子轨道图等在绘图时选用。选中某个模型后，在绘图区域点击一下，就能立刻画出所选结构图形，还可选择各种基团进行随意连接，这对于绘制复杂的化学结构式具有极大的优势。一些小技巧也很适用，如在一个化学键上不断点击，就会使这个键在单、双、叁键之间循环切换。以下是利用其绘制的实验装置图和反应方程式：1.2 编辑文本和图形通过窗口左上角的“结构”模式与“画图”模式两个工具按钮来进行绘制分子结构图与编辑图文的切换。在“画图”界面，可进行文字编辑，书写分子式、化学方程式，描绘各种图形，也可以从模板中提取化学仪器图形，这项功能与其它化学文档编辑软件相似。这项不是Chemsketch的主要功能，但可把在此界面上编辑的结果直接转化到结构界面，两者配合运用，其作用是别的软件难以比拟的。1.3 3D优化和动态旋转选择在结构模式下制作的2D结构图形，单击3D优化按钮对其立体优化，选择菜单ACDLabs3DViewer(或点击“3D查看”按钮)，启动ChemSketch自带的3DViewer程序包，则该分子结构即可在三维视图中显示其立体结构。单击状态栏中的Chemsketch与3D查看(或Copyto3D)，即可在两种视图之间切换以继续修改。点击工具栏中的显示模式按钮，使分子结构分别以线状、棍状、球棍、盘状以及填充状(电子云模型)等模式显示其立体结构。如果熟练，可在几秒钟内准确地制作出分子立体结构动画，并能以GIF动画或静态GIF、Bmp等图象格式保存，因此与各种多媒体制作软件具有很好的通用性。这些特点使其在化学结构教学中具有较强的辅助功能，利用它制作的分子结构动画生动、直观、准确，教学效果好。因此，ChemSketch是化学工作者普遍认同的首选化学结构图形绘制软件。2 数据处理软件OriginOrigin包含高级扫描绘图、C语言和内置300多个数学函数的NAG数值计算库，是一种化学数据的计算软件。它包含统计学、信号处理、曲线拟合和峰值分析等高级数据分析工具。由于具有C程序与数值计算和作图能力综合功能，适合作为化工和高等教育的化学专业人员从事科研和教学时进行数据处理、分析和计算以及制作高质量的图表。2.1 Origin的数据分析功能本软件设有专门的移向工具以便审视、读取和屏蔽数据，内置100多种函数可用于数据拟合。含有的数据分析工具有：(1)统计学工具，描述统计学、拟合比较、多项回归、总体t试验、残存分析等。(2)曲线拟合，非线性最小二乘法拟台NLSF、运用Origin C语言的NLSF、线性回归、多项式回归等。(3)信号处理，进行卷积法、重叠合法，快速傅里叶变换、修匀、邻接平均等。(4)峰值分析，基线和峰值分析、基线工具、采集峰值工具、峰值拟合等组件。Origin的数据处理应用十分广泛，如在绘制反应速率与温度的图形中，通过显示的线性或非线性图形的相关数据可以计算出反应的活化能2.2 用Origin软件绘制实验数据曲线(1)打开Origin,在“Data l”列表的A【X】和B【Y】中输入实验数据。(2)选定所有实验数据，依次点击“plot”和“Line +Symbol”。出现实验草图。(3)修改坐标标题和标尺范围及间隔。用鼠标双击实验草图的“X Axis Title”或“Y Axis Title”，输入横坐标标题或纵坐标标题。双击横坐标或纵坐标数字，点击“Scale”，输入横坐标或纵坐标标尺范围及间隔。(4)选择曲线的类型、颜色和曲线上实验点的类型、大小。(5)对曲线标记“标注”，在实验图中任意处，右击“Add Text”，输入标注文字，将所输入的文字拖动到指定位置，绘图过程完成。可把制得的实验曲线图，直接复制到Word等文档中。例如利用Origin软件可以绘制y=ax0.5+b的图形：3 Office Visio与化工流程图3.1 Office Visio可以进行以下操作：可以绘制带控制点的工艺流程图及管道和仪表设备图。Visio中有比较标准的丰富的管道、阀门、设备、仪器、容器等模具; 可以绘制化学实验装置图，而且有典型的实验装置图、各种容器、器具、实验效果图; 可以绘制原子结构示意图、电子式、球棍模型、比例模型、典型物质的空间结构模型等; 可以书写化学方程式。利用化学方程式及有机化学模板，可以制作复杂的有机化学方程式; 可以制作工厂平面或三维的布局图; 可以绘制设备的部件和组件图。例如可以用Office Visio 绘制以下设备流程图：3.2 Visio软件作图基本操作步骤： 启动Visio软件，选择模块类别如地图和平面布置图、工程、化学等，然后再进一步选择具体的模块如化学类的化学方程式及原理、化学实验仪器等。 窗口左边是模块中包含的各种模具， 如化学实验仪器模块中就包含了实验装置、效果图、玻璃实验器具、其他实验器具、容器等模具，单击一个模具就展开了许多形状，如实验装置模具中就包含了液液加热装置、尾气吸收处理、萃取、排气法收集气体等许多典型的形状。形状是Visio绘图的基础。 在窗口的右边是绘图区域，选择相同的或相近的形状从左边拖到右边窗口，然后像处理Word中插入的图片一样，调整形状的大小、位置、或者进行旋转、翻转。 对于形状所绘的内容，难免与我们想要的内容有点差别，这时就要对形状进行一定的修改。画好后， 将整个形状都选中，然后右击鼠标，在形状中选择组合操作，将所有内容重新组合成一个整体，便于使用。还可以删除形状中的某些内容，例如滴定装置中，原有酸式、碱式滴定管各一根，如果只想保留其中一根的话，可以先右击鼠标，在形状中选择取消组合，然后选中不需要的滴定管，删除即可，完成后需要重新组合。 所有形状选择、修改完成后，要对其进行组装，就象把实验装置组装一样，Visio提供了智能化的组装帮助，用这种方法将所有形状组装好后，最好用组合操作将所有形状重新组合成一个整体。 在画工艺流程图时，一般用实线表示管道对设备进行连接， 这时最方便的是用连接线工具，它能智能寻找合适的连接点，而且当移动相连的形状时，连接线会自动调整位置、自动重排或弯曲，以保持其端点与两个形状都黏附。 在绘图过程中，经常有设备或装置相同或相似的情况，这时可以使用复制、粘贴功能。有时会用到层的概念，将一个形状置于另一个形状的上层或下层。利用连接线工具右边的“A”（即Text），可以在需要的地方方便地输入文字，双击形状时，也会弹出文本输入框输入设备名称、编号等说明性内容。 在工艺流程图绘制完毕后，可打开工序批注模具，将设备列表形状拖入绘图区，Visio会自动产生设备列表，双击设备列表后出现类似Excel的编辑窗口方便输入说明、制造商、材料等内容。同样还可以自动生成管道列表、阀列表、仪表列表。 Visio还可以对形状进行联合、拆分、相交、剪除等操作。 Visio软件绘制的图形，可以用复制、粘贴的方法方便地粘贴到Word软件中进行编辑、打印。4小结本文主要以常用的三个软件来阐述计算机在化工领域的应用。熟练掌握这些软件的应用，就可以解决在教学、科研和生产中的许多实际问题，极大地提高工作效率和分析计算的准确性，同时我们可以把节省下来的大量时间用来进一步提高自己的专业水平。所以说，计算机软件是一件利器，化学工作者如能将计算机技术熟练地应用于工作中，必将如虎添翼!学会应用现成的软件，是应用计算机技术的初步，进一步的应用，是开发更多的功能更强、应用更广泛的化学软件；是运用计算机技术来加深对化学微观世界的探索与研究，开创一个化学教学与生产应用的崭新环境。当然，除了这些以外，计算机在化工其他方面的应用也在进一步挖掘和加强，有待我们大家共同努力。使计算机在化学化工领域有更广阔的发展前景，从而为化学化工领域的发展奠定坚实基础，这也是我们广大化学工作者所共勉的！参考文献1 李谦, 毛立群, 房晓敏.