化學(xué)工程設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用研究

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摘要：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展改變了全世界各行各業(yè)的研究形式、發(fā)展形式，其相關(guān)軟件在化學(xué)工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也非常普遍，并且發(fā)揮了巨大作用?；瘜W(xué)工程設(shè)計(jì)的研究離不開化學(xué)實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)踐等，而對(duì)化學(xué)工程研究過程中各種數(shù)據(jù)的整理、分析等更是化學(xué)工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，計(jì)算機(jī)軟件以自身的優(yōu)勢，在數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、試驗(yàn)?zāi)M方面發(fā)揮優(yōu)勢，極大促進(jìn)了化學(xué)工程的研究，提高了化學(xué)工程設(shè)計(jì)的水平。

關(guān)鍵詞：化學(xué)工程設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)軟件；數(shù)據(jù)處理

化學(xué)工程設(shè)計(jì)的目的是利用化學(xué)方法和物理方法尋找工業(yè)生產(chǎn)的最佳過程，研究工業(yè)生產(chǎn)中的共同規(guī)律，從而使工業(yè)生產(chǎn)的效益最大化。計(jì)算機(jī)軟件在工業(yè)工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已非常普遍，化學(xué)工程數(shù)學(xué)模型計(jì)算、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、工藝流程繪制等，都會(huì)用到計(jì)算機(jī)軟件，化學(xué)工程設(shè)計(jì)中最常見的應(yīng)用軟件有MATLAB、CAD、ORIGIN等，研究這些計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用，能有效提高化學(xué)工程設(shè)計(jì)的效率，降低化學(xué)工程設(shè)計(jì)成本，使其設(shè)計(jì)結(jié)果更科學(xué)、更可靠。

1化學(xué)工程研究的內(nèi)容及手段

化學(xué)工程設(shè)計(jì)就是對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)的化學(xué)過程、物理過程進(jìn)行研究、設(shè)計(jì)，使其能夠完成大規(guī)模的生產(chǎn)任務(wù)，使化學(xué)科學(xué)能更好為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。如石油精煉、食品加工、藥品生產(chǎn)、建筑材料生產(chǎn)等，這些都屬于化學(xué)工程研究的領(lǐng)域，化學(xué)工程設(shè)計(jì)要對(duì)工程的相關(guān)因素進(jìn)行充分的、全面的考慮，并結(jié)合裝置效應(yīng)，解決生產(chǎn)過程中的各類問題，確?；瘜W(xué)工程生產(chǎn)過程可靠、安全、有效。這一過程涉及物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科，結(jié)合生產(chǎn)過程開發(fā)和操作理論等研究工業(yè)生產(chǎn)的最佳形式，包括單元操作研究、化學(xué)反應(yīng)工程研究、傳遞過程研究等，是一項(xiàng)非常龐大且復(fù)雜的工程。一方面，化學(xué)工程本身比較復(fù)雜，它屬于多學(xué)科交互的研究范疇，有時(shí)物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象同時(shí)發(fā)生相互影響，研究起來比較復(fù)雜。此外，化學(xué)工程研究的物質(zhì)有氣體、液體與固體，多種形態(tài)共存，研究起來比較復(fù)雜。另一方面，化學(xué)工程研究的物系流動(dòng)時(shí)邊界比較復(fù)雜，這就導(dǎo)致其設(shè)備沒有固定的形態(tài)、構(gòu)造等，要結(jié)合不同的生產(chǎn)需要，靈活設(shè)計(jì)化學(xué)工程，致使其設(shè)計(jì)比較復(fù)雜、多變?；瘜W(xué)工程的研究方法較多，早期，人們主要通過實(shí)驗(yàn)來研究化學(xué)工程的設(shè)計(jì)，將實(shí)驗(yàn)的過程逐級(jí)擴(kuò)大，以探索工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)律、工藝等，人們將其稱為經(jīng)驗(yàn)放大法。隨著化學(xué)科學(xué)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛，進(jìn)入20世紀(jì)后，人們逐漸意識(shí)到化學(xué)工程研究的重要性，開始尋找新的方法對(duì)其進(jìn)行研究，這一時(shí)期就出現(xiàn)了因次分析、相似論，研究的具體做法就是將影響過程的眾多因素進(jìn)行分析歸納，尋找相似的變量，盡可使研究變得簡便，然后再通過實(shí)驗(yàn)求得這些數(shù)據(jù)的關(guān)系，再設(shè)計(jì)化學(xué)過程。這一時(shí)期，將數(shù)學(xué)模型方法應(yīng)用于化學(xué)工程設(shè)計(jì)中的研究模式已初步形成，利用數(shù)學(xué)模型法，結(jié)合實(shí)驗(yàn)方法，取得重要的數(shù)據(jù)，再通過實(shí)踐鑒別、驗(yàn)證這些數(shù)據(jù)，進(jìn)而完善化學(xué)工程的設(shè)計(jì)。這一時(shí)期，化學(xué)工程設(shè)計(jì)面臨的最大問題就是巨大的數(shù)據(jù)量與人繁重的工作之間的矛盾，而且人工計(jì)算、設(shè)計(jì)中易出錯(cuò)。計(jì)算機(jī)誕生后給各行各業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的契機(jī)，化學(xué)工程研究也迎來了新的局面，計(jì)算機(jī)在化學(xué)工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用將人從繁重的運(yùn)算、數(shù)據(jù)整理分析等工作中解放出來，提高了人力資源的利用效率，同時(shí)節(jié)省了時(shí)間、研究成本。直到現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)仍是化學(xué)工程設(shè)計(jì)的重要輔助工具，計(jì)算機(jī)軟件被廣泛應(yīng)用于化學(xué)工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，成為化學(xué)工程發(fā)展的重要支柱。

2計(jì)算機(jī)軟件在化學(xué)工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1計(jì)算機(jī)軟件在化學(xué)工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用的優(yōu)勢

首先，計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理功能為化學(xué)工程研究帶來了方便，化學(xué)工程設(shè)計(jì)者不用再反復(fù)、重復(fù)收集、整理各類數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的資源共享性、計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理功能，使化學(xué)工程研究人員通過計(jì)算機(jī)應(yīng)用可以獲得更多的研究資源和設(shè)計(jì)資源，應(yīng)用軟件對(duì)掌握的資源進(jìn)行加工、分析，可以得到更準(zhǔn)確的結(jié)果，這種方法顯然比人工準(zhǔn)確、可靠、高效得多。例如，利用MATLAB軟件，可以迅速、準(zhǔn)確分析大量數(shù)據(jù)，快速得到結(jié)果。例如，對(duì)某企業(yè)廢水中的一些有毒物質(zhì)進(jìn)行檢測，檢測數(shù)據(jù)眾多，人工處理起來復(fù)雜、麻煩、易出錯(cuò)，應(yīng)用MATLAB處理就簡單得多了，輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，很快便能得到結(jié)果。其次，應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件可以使化學(xué)工程設(shè)計(jì)的過程更為直觀、簡便。例如，應(yīng)用MATLAB軟件可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖形，還可以在圖中添加文本，這樣能使化學(xué)工程研究更方便。又如，使用CAD軟件，可以繪制化學(xué)工藝流程，使化學(xué)工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容更精確、美觀、具體，有利于設(shè)計(jì)者及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，改變?cè)O(shè)計(jì)思路，使化學(xué)工程的設(shè)計(jì)更完美。再次，計(jì)算機(jī)軟件可以模擬化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)和化學(xué)工程過程，使研究者和設(shè)計(jì)者更易得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，也使化學(xué)工程的內(nèi)容和方法得到了豐富和完善。

2.2計(jì)算機(jī)軟件在化學(xué)工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例

化學(xué)工程設(shè)計(jì)中最常用的計(jì)算機(jī)軟件有MATLAB、CAD、ORIGIN、ASPEN、PROⅡ等，這些軟件應(yīng)用的主要目的是數(shù)學(xué)建模、化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、化學(xué)工藝流程繪制、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)分析與化學(xué)工程分析、設(shè)計(jì)、核算等。例如，配備一定濃度的溶液，應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件依次輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)，就能夠得出固體的配置量，這樣大大地提高了化學(xué)工程設(shè)計(jì)的效率，使工程設(shè)計(jì)得到了優(yōu)化。又如，利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行化學(xué)制圖，應(yīng)用MATLAB、CAD都能完成。特別是CAD的三維圖，直觀、立體感強(qiáng)，是現(xiàn)在化學(xué)工程研究必不可少的軟件，能夠?qū)⒒瘜W(xué)工藝流程真實(shí)、客觀地表現(xiàn)出來，人們通過看圖就能掌握化學(xué)工程的概況，方便、快捷，即便不是化工的專業(yè)人士通過看圖也能夠了解化學(xué)工程的概況和生產(chǎn)流程。

2.3計(jì)算機(jī)軟件在化學(xué)工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用問題

計(jì)算機(jī)軟件、硬件的發(fā)展都非?？?，軟硬件相互配合才能發(fā)揮出計(jì)算機(jī)應(yīng)用的最大價(jià)值。當(dāng)前，化學(xué)工程設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用存在的一大問題就是大多數(shù)化學(xué)工程研究者、設(shè)計(jì)者，過于重視對(duì)計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件的學(xué)習(xí)、應(yīng)用和研究，而忽視了對(duì)計(jì)算機(jī)相關(guān)硬件的學(xué)習(xí)和了解，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用過程中，計(jì)算機(jī)硬件的一些小問題就會(huì)阻礙工作的繼續(xù)進(jìn)行，甚至造成難以挽回的損失。例如，化學(xué)工程設(shè)計(jì)圖存儲(chǔ)不當(dāng)，造成設(shè)計(jì)圖丟失、損毀、被盜等情況發(fā)生，影響了化學(xué)工程設(shè)計(jì)的進(jìn)度和效益。其次，一些化學(xué)工程設(shè)計(jì)者、研究者過于依賴計(jì)算機(jī)軟件，進(jìn)而忽視了自身對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握、應(yīng)用和研究，一旦離開計(jì)算機(jī)感覺什么事都做不好，這種依賴使其在化學(xué)工程設(shè)計(jì)中缺少創(chuàng)新和鉆研精神，不利于化學(xué)工程科學(xué)的持續(xù)發(fā)展。再次，化學(xué)工程研究中設(shè)計(jì)和操作優(yōu)化問題一直都很突出，在研究過程中，大部分研究者也比較重視實(shí)踐研究，計(jì)算機(jī)軟件也能模擬部分的實(shí)驗(yàn)過程，且其處理分析數(shù)據(jù)的能力很強(qiáng)，即便如此，將化學(xué)工程設(shè)計(jì)應(yīng)用到大型生產(chǎn)中還是存在諸多問題，這就啟發(fā)我們需要進(jìn)一步研究化學(xué)工程設(shè)計(jì)的相關(guān)軟件，進(jìn)一步提高其模擬實(shí)驗(yàn)和處理數(shù)據(jù)的功能，更好解決化學(xué)工程研究中的各類問題，最好能綜合不同軟件的應(yīng)用效果，使軟件的應(yīng)用更為方便、簡潔、高效。

3結(jié)語

化學(xué)工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件，首先應(yīng)重視計(jì)算機(jī)軟、硬件的協(xié)調(diào)發(fā)展，這樣才能使軟件更好發(fā)揮其作用。其次，化學(xué)工程研究的對(duì)象相當(dāng)復(fù)雜，計(jì)算機(jī)軟件作為化學(xué)工程設(shè)計(jì)的輔助工具，對(duì)于促進(jìn)化學(xué)工程研究、設(shè)計(jì)是很有幫助的，但歸根結(jié)底它只是化學(xué)工程研究和設(shè)計(jì)的輔助工具，因此，在化學(xué)工程研究設(shè)計(jì)中，更應(yīng)重視人的主動(dòng)行為，大膽開發(fā)和創(chuàng)新化學(xué)工程設(shè)計(jì)，不斷完善化學(xué)工程，使其能更好為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

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作者:徐婷婷 單位:西京學(xué)院