計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工中的應(yīng)用畢業(yè)論文

1、計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工中的應(yīng)用 摘要：隨著計(jì)算機(jī)在人類生活中的各個(gè)領(lǐng)域上的不斷深入、其價(jià)值越來越被人們承認(rèn)。本文主要講述了計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工中應(yīng)用。主要從化工過程控制、繪圖、輔助工程設(shè)計(jì)和化學(xué)分析四個(gè)方面。關(guān)鍵詞: 化工過程控制; 繪圖; 輔助工程設(shè)計(jì); 化學(xué)分析自從計(jì)算機(jī)的問世以來，人類生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域都受到了計(jì)算機(jī)的滲透。許多生產(chǎn)領(lǐng)域由于計(jì)算機(jī)的介入，其效率和成績?nèi)〉昧肆钊瞬毮康某煽?。化工領(lǐng)域也同樣受到了它的惠顧。尤其在近幾十年來，計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工中的應(yīng)用，發(fā)展突飛猛進(jìn)。一、計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工過程中的應(yīng)用（一）計(jì)算機(jī)的應(yīng)用化工生產(chǎn)過程中的微機(jī)應(yīng)用, 將從目前的開發(fā)嘗試階段發(fā)展到提高、推廣應(yīng)用新階段,

2、即開發(fā)水平不斷提高, 應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛. 管理領(lǐng)域的變化: 從目前單一的信息存貯、單向通訊聯(lián)系, 發(fā)展到全面信息管理系統(tǒng)(CIMS) , 并將隨之帶來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)等的應(yīng)用和發(fā)展社會(huì)的開放, 企業(yè)的競, 信息所起的指導(dǎo)作用必將越來越顯著, 從而導(dǎo)致咨詢信息情報(bào)等企業(yè)的崛起。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，它在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，由局部輔助發(fā)展到全面輔助，計(jì)算機(jī)的發(fā)展對化工設(shè)計(jì)的影響也越來越重要性已成為必然的趨勢。對化工設(shè)計(jì)而言，從由分子結(jié)構(gòu)出發(fā)預(yù)測物質(zhì)的物性到工藝過程的設(shè)計(jì)、分析直至繪圖，均可由計(jì)算機(jī)完成，可用一句話簡單地概括計(jì)算機(jī)在化工設(shè)計(jì)中的作用：模擬計(jì)算和繪圖?；み^程所

3、涉及到的模擬包括微觀過程或結(jié)構(gòu)分子模擬到研究宏觀過程的流程模擬。繪圖是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)重要分支，在工程設(shè)計(jì)中用計(jì)算機(jī)繪圖通常為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，簡稱CAD?；ぴO(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，除了工藝路線設(shè)計(jì)、設(shè)備計(jì)算、繪圖等以外，還有環(huán)境評估，經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益等大量的工作，這些都可以借助于計(jì)算機(jī)來完成。計(jì)算機(jī)與化工兩者互相影響、滲透與結(jié)合，已經(jīng)并將繼續(xù)給化工設(shè)計(jì)帶來影響和改變。對企業(yè)本身而言, 時(shí)間的概念、“商品” 的質(zhì)量、“ 資金” 的周轉(zhuǎn)等也必將提到重要議程上來, 改變過去生產(chǎn)脫離信息服務(wù)于權(quán)威等習(xí)慣領(lǐng)導(dǎo)方法的變更: 目前企業(yè)的生產(chǎn)和自我完善, 歸根到底是由上門主宰的。隨著商品經(jīng)濟(jì)的崛起, 微電子的

4、發(fā)展, 必將沖擊目前的生產(chǎn)經(jīng)營方式和領(lǐng)導(dǎo)管理模式封閉性指導(dǎo)思想, 從而推動(dòng)整個(gè)社會(huì)的變革。1.企業(yè)的競爭, 迫使領(lǐng)導(dǎo)人要具有戰(zhàn)略眼光, 運(yùn)用科學(xué)手段和技術(shù)來武裝和管理企業(yè)。2.人才的競爭和崛起, 也為決策者本身增添了競爭意識, 迫使其學(xué)習(xí)最新技術(shù)和改善管理方式。3.決策層之間的相互制約和職工素質(zhì)的提高, 也為管理方式的變革奠定了基礎(chǔ)。自從20世紀(jì)五十年代末期，第一臺計(jì)算機(jī)被用于控制以來便開始了轟轟烈烈的計(jì)算機(jī)工業(yè)應(yīng)用時(shí)代。但是當(dāng)時(shí)由于計(jì)算機(jī)的造價(jià)高、功能低、運(yùn)算速度很慢再加上硬件設(shè)施不過關(guān)可靠性差，不僅沒有給生產(chǎn)帶來幫助，而且偏離了生產(chǎn)的初衷。隨著科技的進(jìn)步計(jì)算機(jī)的改進(jìn)也加快了步伐，它在生產(chǎn)中

5、體現(xiàn)出來的優(yōu)越性也越來越明顯。70年代以，一些著名的計(jì)算機(jī)公司推出了計(jì)算機(jī)集散控制DCS系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)集中控制和直接數(shù)字控制得以在球迅速推廣應(yīng)有。80年代計(jì)算機(jī)已經(jīng)進(jìn)入高一層次，可以進(jìn)行PID控制，順序控制和能量控制。圖示功能得到增長，并能實(shí)現(xiàn)參數(shù)自控整定。90年代以來，發(fā)展更為迅速，RISC工作站使圖形更完善使操作更加方便。在化工過程遇到一些復(fù)雜的計(jì)算，如涉及到有關(guān)矩陣計(jì)算時(shí)，若使用VB 和C 等一般的程序語言進(jìn)行編程，則編程會(huì)非常麻煩而且效率很低。而MATLAB 正提供了一種功能強(qiáng)大，編程簡單，又適合化工技術(shù)人員知識結(jié)構(gòu)(專門的數(shù)學(xué)知識和計(jì)算機(jī)知識相對比較弱)的高級語言。例如普通的矩陣計(jì)算

6、用一般的高級語言程序，需要十幾甚至幾十行語句，用MATLAB 最多幾行。隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，其在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，結(jié)合越來越緊密。大大的提高了生產(chǎn)力，安全因素得意提高是一些隱患及時(shí)被發(fā)現(xiàn)。生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，能跟本改變勞動(dòng)方式，一定程度上也是受了計(jì)算機(jī)在化工過程控制方面發(fā)展迅速的影響。二、計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工繪圖中的應(yīng)用（一）計(jì)算機(jī)在化工專業(yè)中的重要性如在化工中最常見的制圖為例，在計(jì)算機(jī)普及之前都是用手工繪制復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)圖、試驗(yàn)裝置圖和化工工藝流程圖等，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，常常占用工作人員大量的時(shí)間和精力。而隨著計(jì)算機(jī)的普及，這些工作已經(jīng)完全依靠計(jì)算機(jī)來完成，如在繪制分子結(jié)構(gòu)圖方面常用

7、的化學(xué)軟件有Chew window、CSChew Draw、CSChew3D、Chem Sketch等。而化工工程人員和研究人員則利用更為專業(yè)的AutoCAD來繪制大型的試驗(yàn)裝置圖和化工工藝流程圖等。利用計(jì)算機(jī)來繪制圖形不但省時(shí)省力，而且易于保存和傳閱。因此，化工專業(yè)的大學(xué)生在大學(xué)期間就應(yīng)該掌握這些和化工有關(guān)的專業(yè)計(jì)算機(jī)知識，并隨著新的軟件和技術(shù)的出現(xiàn)，不斷更新現(xiàn)有的知識，才能真正適應(yīng)社會(huì)的需要。（二）化工專業(yè)學(xué)生應(yīng)掌握的基本計(jì)算機(jī)知識計(jì)算機(jī)在各行各業(yè)都得到了快速的發(fā)展，各種軟件也層出不窮，要想在大學(xué)期間學(xué)會(huì)所有的計(jì)算機(jī)方面的知識也不大現(xiàn)實(shí)，因此，如何選擇和化工相關(guān)的計(jì)算機(jī)知識，并能真正運(yùn)用到

8、今后的工作當(dāng)中，這也是化工專業(yè)大學(xué)生面臨的一個(gè)重要問題。根據(jù)目前計(jì)算機(jī)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢，本文提出如下一些化工專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的基本計(jì)算機(jī)知識和技能。1.計(jì)算機(jī)基本知識主要包括學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)基本知識和基本操作技能，這也是所有非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生都應(yīng)該掌握的知識。如了解計(jì)算機(jī)的基本工作原理；能夠靈活的使用Windows操作系統(tǒng)；能熟練掌握辦公自動(dòng)化系列軟件（如Word文字處理、Excel電子表格設(shè)計(jì)軟件和Power point幻燈片制作軟件的使用方法等等）；了解掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、基本知識和Internet的信息服務(wù)，熟練應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)上交流、信息檢索。此外，化工類專業(yè)學(xué)生還應(yīng)具備一定的編程能

9、力，學(xué)習(xí)一些常用的編程軟件，如VC+和VB等。這些基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，也是為以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)較為專業(yè)的計(jì)算機(jī)知識打好基礎(chǔ)1。2.計(jì)算機(jī)繪制圖形技能計(jì)算機(jī)在化工中一個(gè)重要的應(yīng)用就是繪制各種化學(xué)、化工的專業(yè)圖形。AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美國Autodesk公司首次于1982年生產(chǎn)的自動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計(jì)文檔和基本三維設(shè)計(jì)。AutoCAD經(jīng)過不斷的完善，目前最新版本為AutoCAD2008，現(xiàn)已經(jīng)成為國際上廣為流行的繪圖工具。化工設(shè)計(jì)中，雖有各種專業(yè)的三維設(shè)計(jì)軟件出現(xiàn)，如PDS、PDMS等，但到目前為止，在各大化工設(shè)計(jì)院中，Au

10、toCAD仍是主流的設(shè)計(jì)軟件。因此學(xué)會(huì)如何使用AutoCAD，并使之更好地與化工設(shè)計(jì)相結(jié)合，也是化工專業(yè)學(xué)生應(yīng)掌握的專業(yè)技能之一。 3.化學(xué)化工數(shù)據(jù)處理和分析技能處理收集的化學(xué)數(shù)據(jù)是使用計(jì)算機(jī)的主要優(yōu)勢之一。這不但要求學(xué)生具有一定的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，還應(yīng)具有一定的數(shù)學(xué)知識背景。常用的數(shù)據(jù)處理方法及數(shù)學(xué)模型包括：最小二乘擬合、線性回歸分析、方差分析、插值、數(shù)據(jù)平滑、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等。目前兩款通用的軟件為： Origin和Sigma Plot。它們可根據(jù)需要對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、傅里葉變換、曲線擬合以及制圖等等。另外，MATLAB由于其強(qiáng)大的數(shù)學(xué)處理能力也正日益受到化工分析領(lǐng)域的重視。Origin

11、是美國Origin Lab公司推出的數(shù)據(jù)分析和制圖軟件，是公認(rèn)的簡單易學(xué)、操作靈活、功能強(qiáng)大的軟件，既可以滿足一般用戶的制圖需要，也可以滿足高級用戶數(shù)據(jù)分析、函數(shù)擬合的需要。目前最新版本為Origin7.5Origin7.5是功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析及科學(xué)繪圖軟件，利用其計(jì)算命令能夠非常方便地進(jìn)行線形和非線形擬合、插值、微分、積分等數(shù)值計(jì)算，是解決化工動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)及化學(xué)分析中數(shù)值計(jì)算問題的有力工具。MATLAB是由Math Works公司開發(fā)的數(shù)學(xué)分析工具，目前，該軟件已經(jīng)更新到MATLAB7.7。MATLAB是一種高性能數(shù)值計(jì)算的科學(xué)計(jì)算語言，它以矩陣作為基本數(shù)據(jù)單位，適用于線性代

12、數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號處理、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。MATLAB在化工的數(shù)值計(jì)算和化工流程模擬等領(lǐng)域具有較大優(yōu)勢。MATLAB 在國內(nèi)外控制工程界得到了廣泛使用，軟件中的通用數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)模擬軟件Simulink，擁有目前最新的數(shù)值計(jì)算技術(shù)和軟件開發(fā)工程技術(shù)。盡管該軟件中不包括化工流程和單元設(shè)計(jì)的內(nèi)容，但我們可以設(shè)計(jì)出新的工具箱，以滿足我們的需要。例如，溫成濤等6在MATLAB/Simulink 環(huán)境下，開發(fā)出了一個(gè)化工單元操作工具箱，以此工具箱為基礎(chǔ)模擬化工過程，與ASPEN模擬計(jì)算結(jié)果基本吻合，表明該工具箱能成功用于模擬化工過程，并為化工過程可視化，面向?qū)ο蠼Ｌ峁┝艘粋€(gè)迅速、高效的

13、軟件開發(fā)環(huán)境。4.化學(xué)教育輔助軟件計(jì)算機(jī)在教育領(lǐng)域已經(jīng)取得了巨大的成功，如我們常用的PPT教學(xué)以及各種教學(xué)仿真軟件等等。尤其在化工領(lǐng)域，由于涉及到復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和許多化學(xué)實(shí)驗(yàn)，利用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)等電子化教育大大增加了化學(xué)教育的形象性和直觀性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)，這些教學(xué)性質(zhì)的軟件也可應(yīng)用于各種培訓(xùn)和工程咨詢領(lǐng)域，因此，了解一些化工方面的專業(yè)教育軟件也是必備技能之一。2目前，最常用的教學(xué)和模擬實(shí)驗(yàn)軟件是Chem Lab、Chem Sketch和MSV iewer等軟件。Chem Lab也就是虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。它是一個(gè)交互式的化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M工具，可以像在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)一樣操作其中的各種儀器和設(shè)備來

14、進(jìn)行各種預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)，也可利用該軟件提供的實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行用戶自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。Chem Lab使用戶可以用相對實(shí)際實(shí)驗(yàn)很少的一部分時(shí)間來快速預(yù)習(xí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)實(shí)際實(shí)驗(yàn)中我們就可以著重強(qiáng)調(diào)危險(xiǎn)因素和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。它是預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)和由于時(shí)間原因不能進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的理想工具。是化學(xué)平面符號的錄入軟件。是加拿大ACD公司專門開發(fā)的用于編輯化學(xué)分子式、化學(xué)儀器等化學(xué)圖形的工具軟件?，F(xiàn)在可從該公司網(wǎng)站上得到免費(fèi)的ACD/ChemSketch11.0。它主要解決有機(jī)化學(xué)，生物化學(xué)中常見的化學(xué)論文、化學(xué)試卷以及平面化學(xué)教學(xué)課件中化學(xué)符號、反應(yīng)方程式、軌道反應(yīng)方程式和結(jié)構(gòu)式的構(gòu)建與表達(dá)問題。并且提

15、供了模擬三維分子結(jié)構(gòu)的工具以建立分子微觀三維立體結(jié)構(gòu)，還可以按各種模式、各種角度隨意進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、觀察。MSV iewer是一個(gè)功能強(qiáng)大的三維化學(xué)空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建與表示軟件，該軟件是由Molecular Simulations公司生產(chǎn)的，能很好表現(xiàn)生化大分子的三維空間結(jié)構(gòu)。其主要用于有機(jī)高分子、生物大分子和各類氨基酸、蛋白質(zhì)立體空間的表示。該軟件自帶了一個(gè)復(fù)雜化學(xué)分子圖庫，其中有一些生化分子可供選擇。我們也可以利用該軟件制作具有三維結(jié)構(gòu)的分子。制作好的分子可以查看其屬性（如分子式、分子量等），分子可以設(shè)置不同的顯示方式（如棍狀型、球狀型等），還可以隨時(shí)進(jìn)行扭曲、放置縮放甚至讓其自轉(zhuǎn)進(jìn)行不同角度的觀察

16、。若要重點(diǎn)觀察某一特殊基團(tuán)，還可對其進(jìn)行特殊著色處理等。換熱器是化工廠最常見的設(shè)備，需用量非常大。進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì)工作，就是要求設(shè)計(jì)出能滿足工藝需求的并具有一定調(diào)節(jié)余量的換熱器。從工藝要求來看，主要是能夠利用工廠提供的冷媒或熱媒( 可稱公用工程) ，將需要冷卻或加熱的物流（可稱被處理物流)通過換熱調(diào)節(jié)到設(shè)定溫度。一般情況下，被處理物流的流量、進(jìn)出口溫度、公用工程的進(jìn)出口溫度都需要預(yù)先知道或設(shè)定。在設(shè)計(jì)過程中一般首先要算出公用工程用量，然后利用根據(jù)具體物流特性選取的一個(gè)合理的傳熱系數(shù)，算出換熱器的面積，最后根據(jù)面積進(jìn)行具體的換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后一般還需對傳熱系數(shù)進(jìn)行校核，如果傳熱系數(shù)校核值

17、和選取值相差太大則需重新設(shè)計(jì)。使用新一代面向?qū)ο蟮腣isual Basic6. 0 編程語言, 開發(fā)換熱器設(shè)計(jì)軟件, 以減少重復(fù)計(jì)算的工作量5。計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工繪圖中的應(yīng)用主要是AutoCAD當(dāng)中。CAD重點(diǎn)突出了攝影的基本理論、物體的表達(dá)方法及化工圖樣的閱讀和基本畫圖方法等使用內(nèi)容，將基本概念和基礎(chǔ)理論混入大量的實(shí)例中，突出了分析和解決問題的思路和方法。在工程技術(shù)中，按一定的投影方法和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，把物體的形狀用圖形畫在紙上或儲存磁盤等介質(zhì)上，并用數(shù)字、文字和符號標(biāo)注出物體的大小、材料和有關(guān)制造的技術(shù)要求、技術(shù)說明的圖稱為圖樣。隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展。超大規(guī)模集成電路的成本不斷降低，圖形

18、輸出設(shè)備你的種類和功能日益增強(qiáng)，價(jià)格也不斷下降。圖形輸出設(shè)備按輸出平臺大體上可分為：圖形顯示器、數(shù)字化繪圖儀和打印機(jī)。目前，市場上有各種規(guī)模適合各種需要的計(jì)算機(jī)圖軟件出售，這些圖形往往具有交互功能。操作這可利用鼠標(biāo)，鍵盤方便的與計(jì)算機(jī)進(jìn)行對話（輸入和修改）。目前微機(jī)上，使用較多的一個(gè)通用圖形軟件是美國AutoDesk公司發(fā)布的AutoCAD。它適宜于一般CAD應(yīng)用軟件的二次開發(fā)?，F(xiàn)在越開越多的化工制圖都在使用這種軟件直接由計(jì)算機(jī)生成圖形。為增強(qiáng)軟件的直觀性，除了具有大量的文字與數(shù)據(jù)外，還需要配有大量的圖形顯示.C語言雖然有很強(qiáng)的圖形功能，但編制這樣的圖表和各類顯示圖也是很困難的.AutoCAD

19、繪圖軟件系統(tǒng)是一種強(qiáng)有力的繪圖輔助系統(tǒng)，他可以按照用戶的指令、迅速而準(zhǔn)確的繪制出所需要的圖形。它具有容易校正繪圖誤差以及做較大的修改而不需重新繪制整個(gè)圖形的特點(diǎn).因此，我們采用AutoCAD進(jìn)行繪制本軟件所需要的大量圖表、圖形，利用AutoCAD的圖形交換文件DXF，作為C語言與AutoCAD的接口，兩者相互搭配，為化工企業(yè)做出很大的貢獻(xiàn)3。三、計(jì)算機(jī)輔助化工過程設(shè)計(jì)模擬系統(tǒng)的應(yīng)用（一） 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞恰邦A(yù)習(xí)操作總結(jié)”，其表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：1.在教學(xué)方式上，首先由教師講解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)流程、操作步驟和方法、如何數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理；其次每次實(shí)驗(yàn)前要求學(xué)生預(yù)習(xí)。雖然反復(fù)講解實(shí)驗(yàn)

20、步驟，強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)，可是在實(shí)驗(yàn)過程中，總會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，甚至損壞設(shè)備。個(gè)別學(xué)生面對實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，仍茫然不知所措，有的則是一邊看實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，一邊進(jìn)行操作，無法保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。2.化工實(shí)驗(yàn)具有工程實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)裝置和流程比較復(fù)雜，有相當(dāng)部分設(shè)備價(jià)格昂貴，體積巨大，學(xué)校無法購置，只能前往工廠實(shí)習(xí)，因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中受到時(shí)間、場地、設(shè)備等因素的限制。而且，實(shí)驗(yàn)過程復(fù)雜，需要幾名同學(xué)協(xié)同合作，這樣每位同學(xué)就沒有完整操作設(shè)備的機(jī)會(huì)。3.化工過程的反應(yīng)通常都在密閉條件下進(jìn)行，學(xué)生既不能直接地觀察到裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也不能完全觀察到每一步實(shí)驗(yàn)操作所產(chǎn)生的結(jié)果。為防止實(shí)驗(yàn)設(shè)備的損壞和人員傷亡，一般不會(huì)進(jìn)行臨界或極限

21、條件下的實(shí)驗(yàn)，那些可能造成破壞性后果的非正常操作，更是明令禁止。學(xué)生實(shí)驗(yàn)后，對整個(gè)過程的了解不是很全面，印象淡薄。計(jì)算機(jī)輔助化工過程設(shè)計(jì)模擬式一個(gè)知識系統(tǒng)。又稱專家系統(tǒng)。其在過程設(shè)計(jì)中的作用是不言而喻的。這是由化工過程的特性和及其設(shè)計(jì)活動(dòng)的特點(diǎn)決定的。由于化工過程的復(fù)雜性、非線性及不確定性因素的存在。要想是其整個(gè)設(shè)計(jì)過程達(dá)到“規(guī)?；保辽倌壳暗募夹g(shù)滿意實(shí)現(xiàn)。而過程設(shè)計(jì)包括各種各樣的問題，如：過程綜合、方法選擇。嚴(yán)格的設(shè)計(jì)及規(guī)范的開發(fā)、經(jīng)濟(jì)的評價(jià)，安全性及穩(wěn)定性分析等。這使得專家系統(tǒng)可以在許多方面用于支持過程設(shè)計(jì)，如：過程合成，選擇方法、使設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化，選擇材料，選擇熱力學(xué)模型機(jī)估算物理性質(zhì)

22、等4。目前支持過程設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)還處于發(fā)展階段，有些屬于開發(fā)工具的范疇，如：DESIGNKIT、KNOD、CHEEST等。大多數(shù)過程專家系統(tǒng)集中于換熱網(wǎng)絡(luò)合成及分離過程合成等。分離系統(tǒng)級發(fā)表的研究大多數(shù)處于概念及原型階段。隨著知識和經(jīng)驗(yàn)在過程綜合中的作用專家系統(tǒng)在過細(xì)設(shè)計(jì)中的地位也得到重視和加強(qiáng)?，F(xiàn)正加強(qiáng)研究智能工程、思維科學(xué)及人工智能技術(shù)以達(dá)到模仿人類專家思維、推理和決策的過程從，而使這部分工作的計(jì)算機(jī)化能再上一個(gè)新臺階。（二）計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒抡婺M實(shí)驗(yàn)(Imitation Experiment)是將化工過程的數(shù)理模型導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)來模擬該模型所代表的工藝過程。人為改變其中任何參

23、數(shù)，根據(jù)數(shù)理模型就可以得到相應(yīng)的反應(yīng)過程和反應(yīng)結(jié)果的變化值。計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)具備以下七個(gè)特點(diǎn)：1.真實(shí)反映工程裝備性能。隨著對化工反應(yīng)過程的深入研究和準(zhǔn)確的建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)可真實(shí)的模擬反應(yīng)過程和介質(zhì)流動(dòng)情況，可以達(dá)到讓學(xué)生快速、準(zhǔn)確地掌握知識點(diǎn)，熟練掌握操作技能的目的。2.友好的人機(jī)交互式界面。目前的化工模擬軟件都遵循微軟公司的軟件設(shè)計(jì)規(guī)則，具有很好的工程界面，能夠很快熟悉相關(guān)操作，給人以輕松感，激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生積極參與的能動(dòng)性。并應(yīng)用可視化設(shè)計(jì)理念，以圖表代表不同的多媒體對象，學(xué)生通過計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)即可進(jìn)行仿真操作，全面地模擬實(shí)驗(yàn)操作過程。3.予知識與趣味性中

24、。對于在現(xiàn)實(shí)中易出現(xiàn)的事故操作，仿真系統(tǒng)中定義為錯(cuò)誤操作。當(dāng)操作有誤時(shí)發(fā)出警告，指出錯(cuò)誤原因，演示錯(cuò)誤后果，并提出正確的操作方法，從而加深對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和錯(cuò)誤操作后果的理解，減少由于現(xiàn)場操作失誤造成的設(shè)備損壞，提高學(xué)生的工程素質(zhì)。4.測試功能齊備。為了能夠準(zhǔn)確地反映學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的掌握程度和操作水平，計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)軟件一般帶有網(wǎng)絡(luò)測試功能和題庫接口，能夠即時(shí)對學(xué)生每步操作情況給出綜合的成績，也使學(xué)生對自己實(shí)驗(yàn)掌握程度有明確的了解，以鼓勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。5.具有數(shù)據(jù)處理功能?；?shí)驗(yàn)組數(shù)多、數(shù)據(jù)處理煩瑣，計(jì)算機(jī)不僅可以快速、準(zhǔn)確地處理仿真實(shí)驗(yàn)過程中采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還可以處理傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作過程中記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)

25、據(jù)。6.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容擴(kuò)展較多。計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)裝備簡潔明了、圖文并茂，易于操作，具有使用方便、內(nèi)容充實(shí)的實(shí)驗(yàn)幫助系統(tǒng)，可以提供課程內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀表等相關(guān)知識的幫助，不僅可閱覽、熟悉所做實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)內(nèi)容，而且還對實(shí)驗(yàn)操作步驟作了詳細(xì)的說明，遇到難點(diǎn)和不解，可隨時(shí)進(jìn)行閱覽，便于掌握實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)。 (7)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段的有效補(bǔ)充。通過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段與計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)相互結(jié)合，以模擬的方式演示在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中難以觀察到的現(xiàn)象、過程和規(guī)律；還可以做一些由于客觀條件不具備而開不出的實(shí)驗(yàn)，更進(jìn)一步加深對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解。綜上所述，在化工類課程教學(xué)中計(jì)算機(jī)的引入帶來了諸多好處，計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)使學(xué)生接觸了一種全新的實(shí)驗(yàn)手段，

26、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，有利于學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，能夠提高整體教學(xué)質(zhì)量。通過模擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠?qū)W會(huì)使用本學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)常用的一些工程軟件，并能用它們解決一些專業(yè)問題，這對于大學(xué)階段的課程學(xué)習(xí)和走上工作崗位后的專業(yè)技術(shù)工作都是十分有益的。四、計(jì)算機(jī)在化學(xué)分析方面的應(yīng)用古老的化學(xué)分析方法盡管有自身的特,但主要應(yīng)用于常量分析, 在分析速度、靈敏度等方面常不能達(dá)到要求。近幾年來, 計(jì)算機(jī)與有關(guān)儀器聯(lián)用, 進(jìn)行物質(zhì)的定性、定量測定, 取得了很大的進(jìn)展。絕大多數(shù)儀器是將被測組分的濃度變化或物理性質(zhì)變化轉(zhuǎn)變成某種電性能（如電阻、電導(dǎo)、電位、電容、電流等,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和連接電子計(jì)算機(jī),能夠進(jìn)行微量組分、痕量

27、組分的測定。改革前的課程從教學(xué)內(nèi)容上分為理論講述和上機(jī)實(shí)習(xí)兩個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)時(shí)分配為理論講述約占總學(xué)時(shí)的2/3，上機(jī)實(shí)習(xí)占1/3。現(xiàn)在出于鼓勵(lì)學(xué)生自主、協(xié)作和研究學(xué)習(xí)的目的, 調(diào)整為理論講述和上機(jī)操作各占一半。教學(xué)方法上，由于大量的計(jì)算機(jī)命令以及這些命令的執(zhí)行結(jié)果需要進(jìn)行描述，大量網(wǎng)絡(luò)工具的使用方法和效果需要根據(jù)物性數(shù)據(jù)，假設(shè)K 初值, 計(jì)算換熱面積, 然后根據(jù)面積進(jìn)行具體的換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后考慮殼程、管內(nèi)、污垢熱阻、管壁熱阻等因素, 對總傳熱系數(shù)K 進(jìn)行校核； 若不符合要求,再次假設(shè)K 值, 進(jìn)行計(jì)算, 直到合適。對此, 用VB6. 0 編程進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,其計(jì)算程序框圖如圖2 所示。源程序及其運(yùn)

28、行界面在此不作贅述。當(dāng)然，以上這些只是作者本人在學(xué)習(xí)過程中設(shè)計(jì)的簡單程序，還有很多不完善的地方，比如換熱器的設(shè)計(jì)軟件如果能與數(shù)據(jù)庫結(jié)合起來，那么功能將會(huì)更強(qiáng)大，計(jì)算過程會(huì)更簡單，真正地實(shí)采用彩色圖形甚至動(dòng)畫說明，某些程序的說明和程序的運(yùn)行結(jié)果也需要進(jìn)行詳細(xì)描述，所以采用傳統(tǒng)的講述加板書的教學(xué)方式很難進(jìn)行清楚地表達(dá)，難以得到好的教學(xué)效果。針對上述特點(diǎn)，我們利用全課時(shí)的多媒體網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)，所有課時(shí)均在計(jì)算機(jī)房上課，采用邊演示邊講述的方法，不僅克服了授課教師講述上的困難，并且能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，提高教學(xué)效果。學(xué)生上機(jī)練習(xí)是教授該課程的重要環(huán)節(jié)，對于常用的計(jì)算機(jī)命令和網(wǎng)絡(luò)的基本工具，必須通過反復(fù)練習(xí)才能

29、掌握，也只有通過瀏覽大量的網(wǎng)絡(luò)資源，才能讓學(xué)生了解網(wǎng)絡(luò)中豐富的化學(xué)化工資源。所以為了鞏固課堂教學(xué)效果，上機(jī)之前給學(xué)生布置具體的預(yù)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生充分利用上機(jī)的時(shí)間，做到有的放矢。學(xué)生在預(yù)先完成一個(gè)個(gè)典型任務(wù)的過程中，有了感性認(rèn)識, 再通過課堂上教師的分析、總結(jié), 可鞏固所學(xué)知識, 融匯貫通。當(dāng)學(xué)生利用所學(xué)知識獨(dú)立地完成了化學(xué)化工問題的計(jì)算后, 可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的成就感，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段與計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)相互結(jié)合，以模擬的方式演示在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中難以觀察到的現(xiàn)象、過程和規(guī)律；還可以做一些由于客觀條件不具備而開不出的實(shí)驗(yàn)，更進(jìn)一步加深對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解。隨著科技的進(jìn)步計(jì)算機(jī)的改進(jìn)也

30、加快了步伐，它在生產(chǎn)中體現(xiàn)出來的優(yōu)越性也越來越明顯。70年代以，一些著名的計(jì)算機(jī)公司推出了計(jì)算機(jī)集散控制DCS系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)集中控制和直接數(shù)字控制得以在球迅速推廣應(yīng)有。80年代計(jì)算機(jī)已經(jīng)進(jìn)入高一層次，可以進(jìn)行PID控制，順序控制和能量控制。圖示功能得到增長，并能實(shí)現(xiàn)參數(shù)自控整定。90年代以來，發(fā)展更為迅速，RISC工作站使圖形更完善使操作更加方便。在化工過程遇到一些復(fù)雜的計(jì)算，如涉及到有關(guān)矩陣計(jì)算時(shí)，若使用VB 和C 等一般的程序語言進(jìn)行編程，則編程會(huì)非常麻煩而且效率很低。而MATLAB 正提供了一種功能強(qiáng)大，編程簡單，又適合化工技術(shù)人員知識結(jié)構(gòu)(專門的數(shù)學(xué)知識和計(jì)算機(jī)知識相對比較弱)的高級語

31、言。例如普通的矩陣計(jì)算用一般的高級語言程序，需要十幾甚至幾十行語句，用MATLAB 最多幾行。因此具有檢測限低、快速、靈敏、操作簡單等一系列優(yōu)點(diǎn)。比如在進(jìn)行有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)分析的時(shí)候, 近年來發(fā)展了核磁共振波譜分析, 使物質(zhì)進(jìn)入磁場后,改變磁場強(qiáng)度進(jìn)掃描運(yùn)用計(jì)算機(jī)手段繪出核磁共振譜對譜圖進(jìn)行分析就可以得到有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)信息。在氣相色譜中, 通過計(jì)算機(jī)對各組分進(jìn)行分離、分析、繪色譜圖,甚至直接運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件對圖形進(jìn)行處理, 為分析員提供了很多便利?，F(xiàn)在, 運(yùn)用自動(dòng)化進(jìn)行有關(guān)物質(zhì)的定性、定量分析的發(fā)展越來越快, 解決了許多以前分析中難以解決的問題, 為化工分析帶來了很大方便?？梢韵胂? 自動(dòng)化應(yīng)用

32、于化工分析, 仍有很大的發(fā)展空間?；そ虒W(xué)中常常涉及到一些具體的工程設(shè)備、工藝流程、設(shè)備原理等，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是采用掛圖和實(shí)物微縮教具來進(jìn)行講解，只能演示設(shè)備靜態(tài)，講授過程枯燥，不生動(dòng)。同時(shí)教具和掛圖受到成本和便攜要求的限制，尺寸一般不會(huì)太大，在合堂教室學(xué)生人數(shù)多時(shí)效果較差。使用flash 技術(shù)制作的動(dòng)畫可以有效的替代掛圖的作用，并且可以演示設(shè)備的動(dòng)態(tài)，形象生動(dòng)，有助于學(xué)生對設(shè)備工作原理的理解，能夠極大的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，使用3D 技術(shù)繪制的設(shè)備圖形象逼真，能夠在空間任意旋轉(zhuǎn)，方便學(xué)生在各個(gè)角度觀察設(shè)備或工藝。同時(shí)，這些圖像能夠通過投影儀投射到幕布上，滿足大教室教學(xué)的需要。五、計(jì)算機(jī)在

33、涂料、橡膠等配方上的應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)在涂料工業(yè)中也有應(yīng)用，目前主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：優(yōu)化配方（包括合成樹脂、溶劑、磁漆等）的設(shè)計(jì)。總之，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)已滲透到化學(xué)化工專業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。改革后的計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工中的應(yīng)用課程體系強(qiáng)調(diào)介紹與化學(xué)化工相關(guān)軟件的基本應(yīng)用，強(qiáng)化學(xué)生計(jì)算機(jī)實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)。對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化與整合，以初步培養(yǎng)學(xué)生的建模能力，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力，初步培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和專業(yè)圖形圖象繪制能力，也提高了學(xué)生利用因特網(wǎng)獲取化學(xué)化工信息的能力。教學(xué)方法上，運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)理念指導(dǎo)教學(xué)全過程，將該課程設(shè)計(jì)為以上機(jī)為主的實(shí)踐性課程，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。改革后的計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工中的應(yīng)用課程受到學(xué)生的普遍歡迎，學(xué)生的計(jì)算機(jī)實(shí)際應(yīng)用能力有較大提高，教