计算机在化工设计中的应用及发展

[摘要]化工专业是一门应用性很强的学科，本文针对计算机在化工设计中的应用及发展阐述了计算机知识对化工专业的重要性，提出了从事化工专业研究的工作人员应根据化工专业的特点进行计算机教育。同时，对目前国内外最常用的化工类计算机软件进行了介绍，为化工类工作人员如何选择适合自己的计算机知识提供了依据。通过本论文的探讨，力求提高我国化工工作人员的计算机知识的实际运用能力，确保化工设计专业人员能更加适应社会的需要。

[关键词]化工专业　计算机基础知识

一、引言

随着计算机技术的飞速发展，它在化工设计中的应用范围日益扩大，由局部辅助发展到全面辅助，计算机的发展对化工设计的影响也越来越重要性已成为必然的趋势。对化工设计而言，从由分子结构出发预测物质的物性到工艺过程的设计、分析直至绘图，均可由计算机完成，可用一句话简单地概括计算机在化工设计中的作用：模拟计算和绘图。化工过程所涉及到的模拟包括微观过程或结构分子模拟到研究宏观过程的流程模拟。绘图是计算机科学的一个重要分支，在工程设计中用计算机绘图通常为计算机辅助设计，简称CAD。化工设计是一个系统工程，除了工艺路线设计、设备计算、绘图等以外，还有环境评估，经济效益，社会效益等大量的工作，这些都可以借助于计算机来完成。

虽然大部分的化工设计工作人员都掌握了一定的计算机基础知识，但这种大而泛的知识并不一定完全适合专业方向的研究。所以从事化工设计的专业人员除了掌握一些基本的计算机操作知识以外，还需要掌握一些和化工专业有关的计算机工具，如能够利用计算机处理实验数据，用计算机处理化学反应方程式及结构式，利用现有的软件进行结构计算、计算机控制、设计等等。

二、化工设计概述

1、化工设计

化工设计是将一个系统(如一个工厂、一个车间或一套装置等)全部用工程制图的方法，描绘成图纸、表格及必要的文字说明，也就是把工艺流程、技术装备转化为工程语言的过程。总之是把一项化工过程从设想变成现实的一个建设环节，涉及政治、经济、技术；资源、产品、市场、用户、环境；国策、标准、法规；化学、化工、机械、电气、土建、自控、安全卫生、给排水等专业和方方面面，是一门综合性很强的技术科学。它是通过设计人员运用各种手段，通过大脑的创造性劳动，将人们的要求变为现实生产的第一步。它属于科学技术，是生产力的一部分。

2、化工设计的分类

化工设计包括二种设计类型：新建工厂设计；原有工厂的改建和扩建设计；厂房的局部修建设计。每种化工设计通常分为以工厂为单位和以车间为单位的两种设计。

工厂化工设计包括厂址选择，总图设计，化工工艺设计，非工艺设计以及技术经济等各项设计工作。其中化工工艺设计内容主要有：生产方法的选择，生产工艺流程设计，工艺计算，设备选型，车间布置设计以及管道布置设计，向非工艺专业提供设计条件，设计文件以及概算的编制等。

三、计算机在化工领域的一些应用

1、计算机绘制图形技能

计算机在化工中一个重要的应用就是绘制各种化学、化工的专业图形。

在众多的化学制图软件中，ChemWindow和ISIS／Draw为最为常用的两款软件，他们在绘制多种复杂化学分子结构式、化学反应方程式及化工流程图等方面体现出强大的优势，并且简单易学。然而，对于未来从事专业化工设计人员来说，AutoCAD将成为其必用的辅助设计工具。这里将对这二款软件工具做一个简单介绍。

(1)ChemWindow是一个能绘出各种结构和形状的化学分子结构及化学图形软件。是Softshell公司于1989年推出的产品，较新版本为6.0版。ChemWindow6.0主要有4个功能模块组成[2]：1)分子结构绘制，包括化学键绘制、各种环结构绘制、化学反应机理的表示、相应文字说明、电子云表示等功能；2)化学实验装置图绘制，包括各种接口的玻璃仪器的图形模板；3)化工工艺流程图绘制，具有各类化工设备的示意图形库；4)提供大量的各种复杂分子结构通用模板，直接提取应用。并且所有功能模块采用丰富的工具栏选择，界面友好，使用便捷。

(2)ISIS／Draw是1990年由美国MDLInformationSystem公司研制，它的较新版本为2.5，是一款智能化的化学绘图软件。它能自动识别化合价，键角和各种环，并支持二维的化学平面图、二维化学立体图的绘制，可进行化学结构、化学反应方程、及其它与有机、生物有机化学相关的报告、专业性论述的绘图和制作，操作非常方便，在Window环境下具有友好用户界面和便利的切换功能，使得其资料可共享于各种软件之间。

(3)AutoCAD(AutoComputerAidedDesign)是美国Autodesk公司首次于1982年生产的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本二维设计。AutoCAD经过不断的完善，目前最新版本为AmoCAD2008，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。化工设计中，虽有各种专业的二维设计软件出现，如PDS、PDMS等，但到目前为止，在各大化工设计院中，AutoCAD仍是主流的设计软件。因此学会如何使用AutoCAD，并使之更好地与化工设计相结合，也是化工专业学生应掌握的专业技能之一。

2、化学化工数据处理和分析技能

处理收集的化学数据是使用计算机的主要优势之一。这不但要具有一定的计算机应用能力，还应具有一定的数学知识背景。常用的数据处理方法及数学模型包括：最小二乘拟合、线性回归分析、方差分析、插值、数据平滑、实验设计等。目前两款通用的软件为：Origin和SigmaPlot。它们可根据需要对实验数据进行数值计算、统计、傅里叶变换、曲线拟合以及制图等等。另外，MATLAB由于其强大的数学处理能力也正日益受到化工分析领域的重视。

(1)Origin是美国OriginLab公司推出的数据分析和制图软件，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。目前最新版本为Origin7.5。Origin7.5是功能强大的数据分析及科学绘图软件，利用其计算命令能够非常方便地进行线形和非线形拟合、插值、微分、积分等数值计算，是解决化工动力学、热力学、工艺优化设计及化学分析中数值计算问题的有力工具。

(2)SigmaPlot是另一款得到科技人员广泛运用的数据处理和科技绘图软件，是由美国SPSSScienlific公司开发出来的，目前已经更新到SigmaPlolll。SigmaPlol是可做数据分析的高质量曲线图绘图软件，能提供众多选择，如自动化误差条状图，回归线图，信赖区间，轴刻度，非线性曲线及工作窗体。SigmaPlot被广泛地运用在医学、生命科学、化学、工程学、环境科学和物理学等领域。SigmaPlot并可实现与SPSS软件相结合，从而得到更强大的统计分析功能和更好的数据管理能力。

MATLAB是由MathWorks公司开发的数学分析工具，目前，该软件已经更新到MATLAB7.7。MATLAB是一种高性能数值计算的科学计算语言，它以矩阵作为基本数据单位，适用于线性代数、数理统计、数字信号处理、动态系统仿真、自动控制等领域。MATLAB在化工的数值计算和化工流程模拟等领域具有较大优势。

还有化学教育辅助软件等等，这里不再一一列举。