计算机在化学化工中应用

计算机在化学化工中的应用授课教师：冯剑DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019计算机在化学化工中的应用MicrosoftOffice应用Origin绘图和数据处理ChemSketch绘制分子结构图化工计算（SciLab/Octave/Matlab法）化工过程模拟（ChemCAD/AspenPlus）ChemBioOffice应用DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019MicrosoftOffice应用Word相关应用公式编辑器Excel相关应用Excel图表Excel数据处理VBA简介DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019公式编辑器“公式编辑器”是DesignScience公司的MathType“公式编辑器”的特别版，是为Microsoft应用程序定制的。完整版的商业软件为：MathType数学、物理或化学等公式化学反应方程式特殊格式的文本DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019公式编辑器菜单“工具”－“自定义”－“命令”页－“所有命令”－“InsertEquation”DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019MathType安装和使用MathType为商业软件，目前最新版为6.5。其使用界面如下：DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019MathType安装和使用--325325ˆ(,)(,)2CHCOOCH+OHCHCOO+CHOHkkihHqtqtt数学、物理或化学公式：化学反应方程式：DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019Excel作图Excel不仅提供了强大的数据处理能力，同时还提供了绘制多种图表功能。在实际使用过程中，可以通过直接点击工具栏中“插入图表”按钮；或者菜单“工具”按钮。DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019Excel作图步骤准备数据一般通过两种方法。一种为数据导入。即：通过菜单“数据”－“导入外部数据”－“导入数据”，在打开“选择数据源”的对话框中制定外部数据文件。另一种直接将复制的数量粘贴在单元格中。如果不同列数据复制在一列。则点击菜单“数据”－“分列”进行分列。DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019Excel作图步骤点击“图表向导”按钮，选择“图表类型”，再选择数据（如果数据没有自动选择，或选择有误）。这些操作可以通过向导完成。最后进行图表美化DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019Excel作图示例打开“图表向导”选择图表类型DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019Excel作图示例向导“数据”页分别添加数据系列。DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019Excel作图示例依次添加所要绘制的数据系列DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019Excel作图示例在后续向导对话框设置有关数据（可以在任何时候都可以打开“图表选项”对话框进行设置DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019Excel作图示例经过修饰后的图，可以复制粘贴与其它项目中DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019曲线拟合－趋势线例题：二甲醇的饱和蒸汽压和温度的关系见下表。请给出饱和蒸汽压随温度变化的一次(p=a+bT)和二次关系(p=a+bT+cT2)。温度/˚C蒸汽压/Mpa温度/˚C蒸汽压/Mpa-23.70.101200.495-100.174300.66200.254400.880100.359DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019曲线拟合－趋势线在EXCEL两列依次输入温度和压力数据选择数据插入xy散点图。右键选择散点，在右键菜单选择“添加趋势线”在“添加趋势线”对话框的，“类型”分别选择线性或多项式“选项”页钩中“显示公式”和“显示R平方值”。按“确定按钮”即可DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019单变量求解化学化工实际应用过程中常常遇到非线性方程的求解问题。如：已知温度和压力条件下，利用立方型状态方程求解纯流体的摩尔体积。常用方法是自行编制程序对方程求解。利用EXCEL的单变量求解，可以不需要编程，很方便求解出方程的一个实根。注意：非线性方程的实根往往不止一个，但单变量求解只能求出其中一个实根。DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019单变量求解单变量求解是Excel提供的一个重要命令，它可以解决一元非线性方程方程的求解问题。操作菜单：“工具”例：求下面方程的根1sinxxDepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019单变量求解设x值存储在单元格D7，即在D7中输入任意一个数值。E7为函数xsin(x),即在E7单元格输入=D7*SIN(D7)。如：DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019单变量求解实例例:试用下列方法及时200C、1.013Mpa的异丙醇蒸汽的V值和Z值。已知异丙醇维里系数B=-388cm3mol-1，C=－26000cm6mol-21.理想气体；2.三阶舍项维里方程RTVp1.理想气体2.三阶舍项方程21pVBCZRTVV210pVBCRTVV方程转化为：DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019单变量求解实例EXCEL求解结果：DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019单变量求解然后点击菜单“工具”－“单变量求解”。在单变量求解对话框中指定有关数据。其中：目标单元格：函数值保存单元格目标值：函数最终值可变单元格：自变量最后按“确定”按钮计算DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019规划求解在化工设计和化工模拟计算中，需要大量的物性参数和设备参数。其中的一些可以通过计算获得，大部分需要实验测量。为了更好的表达一些性质数据间的关系，常常拟合不同的方程。如饱和蒸气压随温度变化的Antoine方程。利用实验数据来拟合方程中的参数，属于最优化问题。事实上，化工生产过程中遇到大量的最优化问题。最优化问题的求解往往需要复杂的技术，但EXCEL的规划求解可以方便求解大量的最优化问题。DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019规划求解规划求解是Excel提供用来拟合或回归单参数或多参数模型的有力工具。注意：在EXCEL默认安装中，没有安装。第一次使用可能需要插入安装光盘。操作：首先需要在菜单“工具”－“加载宏”中勾中“规划求解”，这样就在“工具”菜单中出现“规划求解”菜单，单击它就可以执行DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019规划求解例题1：一块面积为100cm2的铁皮，完全制作成体积最大的立方形没有盖子的盒子，三个边的长度和体积各是多少？yxz22100000Vxyzxyxzyzxyz求最大值：条件：；；数学模型DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019规划求解在B2，C2和D2依次输入x，y和z的初值。E2输入计算体积公式在任意单元格如B4输入面积约束公式，如：DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019规划求解第一次使用需要加载宏“工具”菜单－“加载宏”选中“规划求解”。然后在“工具”－“规划求解…”打开规划求解对话框DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019规划求解设置目标单元格为E2，目标值为最大值。设置可变单元格为B2:D2。如：DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019规划求解点击“约束”中的“添加”按钮。设置B4单元格约束值等于100。点击“添加”按钮依次输入B2，C2和D2的约束，如DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019规划求解最后返回“规划求解”对话框。此时为：点击“求解”，获得的解为：DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019规划求解例题：请使用规划求解拟合前面二甲醇饱和蒸汽压随温度间线性关系的斜率和截距。温度/˚C蒸汽压/Mpa温度/˚C蒸汽压/Mpa-23.70.101200.495-100.174300.66200.254400.880100.359DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019规划求解准备数据。下图为用实验饱和蒸汽压和温度数据来拟合理论公式p=a+b*T，其中a和b为两个拟合参数。D4为理论计算值，拟合参数要用绝对单元格DepartmentofmaterialandappliedChemistry,UniversityofChuZhou.10/6/2019规划求解E4为理论值和实验值的误差平方值Departmen