计算机在化工中应用的研究进展*

郭妍婷，黄　雪，陈　曼，冯光炷

(仲恺农业工程学院化学化工学院，广东　广州　510225)



计算机在化工中应用的研究进展*

郭妍婷，黄雪，陈曼，冯光炷

(仲恺农业工程学院化学化工学院，广东广州510225)

主要介绍了计算机在化工中的应用，包含化工设计、化工生产、化工科研及教学等，讲述了在上述几个领域内国内外最常用的计算机软件，并讨论了计算机在辅助制图、化工模拟设计、数据处理、化工仿真、信息检索等方面的的应用现状，未来计算机软件将发展成智能、综合的工具，把研究人员丰富的知识、经验融入其中，将不断提高企业的生产效率，促进化工产业的繁荣和兴盛。

计算机；化工应用；进展

在信息技术迅猛发展的今天，计算机与各个行业都进行了有效的结合，大多领域由于计算机的引入，效率都得到了极大提高，尤其是作为国家发展重要支撑的化工产业，在计算机辅助的基础上，已达到了空前的兴盛，计算机已逐渐占据化工行业的核心位置。

1　计算机在化工中的应用

计算机技术的发展如日中天，普遍应用于化工行业的各个领域，特别是在化工设计、化工生产、化工科研及教学等几个方面的应用最为突出。高速发展的计算机技术与蓬勃崛起的化工产业的完美结合，有效地减轻了繁琐的化工研究工作，极大地缩短了化工产品的研发周期，在加强企业市场竞争力的同时，促进了化工产业各个范畴的极速发展。

1.1计算机在化工设计中的应用

工程计算是化工设计的基础，化工计算的数据量很大且过程十分复杂，而计算机可以精准快速的完成许多繁杂的计算和绘图工作，极大的减轻了工作者的负担[1]。计算机辅助制图与化工模拟设计完美展现了计算机在化工领域中的作用。

1.1.1计算机辅助制图

在化工产业设计中，从熟悉物质的理化性质到设计实验直至处理数据，都可以基于计算机实现。在20世纪60年代，研究人员就开始在计算机上进行单元过程的计算及图形的制作，在不断研发与改进下，计算机辅助制图设计(CAD)技术呈现于世，并在化工设计中得到了广泛的应用，在这些软件的帮助下，化学工程设计和绘图的水平有了很大改变。当前，国内外化工行业最常用的设计软件是AutoCAD，此类软件可以依照化工制图准则完成各种实验流程图、设备装配图、工厂管线配置图等，还可以进行计算、仿真模拟等，且CAD技术可将零件的二维图转变为三维模型，还可以对运动的部件进行动态干涉仿真模拟，从而便于研究人员对零件进行改进与优化，最终确保产品设计的合理性、实用性[2]。与CAD软件类似，新研发的PDS软件也因其操作便捷、信息含量大、可有效配合完成设计任务等优点，在化学工程的各个领域广泛应用[3]。陆洋等[4]对PDS软件进行了二次开发，增强了化工配件的质量，提高了装置的生产效能。Juliette Heintz等[5]基于“化学工业可持续发展”的法国国家计划，研究了一种混合计算机辅助设计软件，突出显示了分子结构的不同系统视图。

1.1.2计算机化工模拟设计

化工过程往往是连续、复杂的，手工计算耗时耗力，而运用计算机化工模拟技术能最大程度的减少工作量，并对化工过程做出科学、精准的分析与判断。自20世纪50年代以来，科学家利用计算机研发化学工程的模型，经过几十年的发展，化工模拟设计已广泛地应用于化工产品的研发与生产[6]。目前，国内外已开发了许多化工过程模拟软件，如Aspen Plus、Chem CAD、PRO/II、HYSYS、DESIGN II等[7-12]，上述软件都可以提供完整的物性数据及热力学函数，拥有强大的集成功能，在运用过程中，能够完成数据计算、仿真模拟等，使整个生产过程实现最佳，从而使生产效益最大化。近年来，新推出的LabVIEW软件，可在给定参数条件的计算机上进行整合、分析条件，以模拟实际过程，利用此软件可以更加直观的确定化工过程中各个参数对过程的影响[13]。

刘国扬[14]、陈华豪[15]等研究了基于LabVIEW软件设计的虚拟仪器在化学工程中应用的效果，测试结果表明，该软件是高效、可靠的，可辅助化工设计工作。达云祥等[16]利用Aspen Plus化工模拟软件对甲醇——水精馏过程进行设计，确定了最适宜的实验操作条件，达到了较好的分离效果。候会峰等[17]在Aspen Plus软件的基础上，建立了化工的稳态模拟过程，为实际生产提供了依据。Steinbach Thomas等[18]运用计算机建立了用于描述化学结构与生物活性相关性的SAR模型。Lyulin Sergey V等[19]利用计算机模拟测定了热塑性材料聚酰亚胺的热性能。

1.2计算机在化工生产中的应用

伴随着计算机技术的迅猛发展，国内外大中型化工企业已普遍将计算机与化工生产相结合，运用计算机，将生产过程与管理相结合，大大提高了企业自动化水平，实现了研发、调试、优化与管理的总体自动化[20]。计算机网络系统的建立，使市场与企业联系紧密，实现了供销一体化的管理，有助于找出最优的供销方案，以便通过高效的管理，获取最大的经济效益[21]；其次，计算机在化工仪器测试中起着尤为重要的作用，计算机使仪器自动化、智能化，从多个方面促进了化工生产效率，降低了劳动生产成本的投入，为化工生产的长远发展提供了技术支撑[22-23]；最后，计算机监控技术在化工生产过程中也扮演着越来越重要的角色，是化工生产实现安全、优质、低耗的基本前提和首要保障，计算机已逐渐成为增强企业自动化和信息化水平的核心[24]。Philip N Judson等[25]提出运用计算机建立模型来预测化学物质的毒性。宋璐等[26]调查研究出扬子石化厂在生产中运用了DCS软件，对化工生产过程进行了集中经管和分散掌控。

1.3计算机在化工科研及教学中的应用

计算机是教学与科研中必不可少的一种高效工具，它在数据处理、计算机模拟和化学信息检索等领域均有广泛的应用。

1.3.1计算机数据处理

在化工研究过程中，实验和计算是必不可少的两个环节，然而化工实验繁杂且数据量庞大，数据处理十分困难，化学反应又含有很多不稳定的因素，受外界环境影响较大，往往只能得到一个数据范围，而利用计算机软件，可以通过模拟获取一个较为精准的数据区间，减少实验次数，降低实验误差，也可以采用数据库中已有的的经验数据，结合实际情况，简便实验过程，减轻数据处理的工作量[27]。当今，可以用于数据处理的计算机软件层出不穷，如OriginLab公司研发的Origin数据处理软件，该软件含括了信息整合、曲线模拟等功能，可完成数据的编辑和处理，并绘制出各种图形，有助于化工研究人员及在校化工专业的师生进行数据处理及作图[28]。此外，MATLAB也是常用的一种数值计算软件，在数据处理中有助于简化繁杂的计算过程[29]。

电脑程序还可方便快速的解决一些结构分析的问题[30]。宋颖韬等[31]利用Matlab软件解决了气相传质单元数等的计算问题。Melinda Kalainoff等[32]调查研究了学生对运用计算机来解决化学平衡的看法与效果，结果显示计算机辅助比传统的学习方法效果好。Katarina Novakovic等[33]将计算机软件融入电子化学工程课程，研究了这些软件对学生们的影响，结果表明计算机软件有助于加强学生对化工相关领域知识的理解。

1.3.2计算机化工仿真

化工仿真是运用模具对真正的化工环境进行模拟及分析的一项新兴技术，可将化工实验过程呈现在荧幕上，使实验内容更直观，视觉效果更丰富[34-35]。许多大型的化工设备价格高昂，难以在学校普及，但利用计算机化工仿真技术可以模拟仪器设备的操作，快速有效的应对上述问题[36]。计算机仿真技术使书本内容形象，逼真的将仪器设备呈现在学生眼前，极大的激发了学生的学习动力，明显提升了学习质量[37]。常用的有ChemLab软件，ChemLab是一个虚拟的实验室，可以进行模拟实验，通过动画模拟，产生真实的实验现象，有助于指导实验操作的规范性，从而进一步巩固所学的知识，且对于危险性实验有很大帮助；此外，ChemDraw软件、Ulead Gif Animator软件都可以提供实验动画辅助，可充分调动学生的积极性，提高学生的学习兴趣，使学生更加积极、有效地参与学习[38]。Slimane Merouani等[39]利用计算机仿真技术研究了自由基产生的条件。N. N. Ziyatdinov等[40]提出运用计算机仿真技术来优化化工设计，使资源合理利用。

1.3.3化工信息检索

计算机网络提供了海量完整的化工资料，文献信息权威且时效性强[41]。基于计算机的化工资源导航类网站可将网络上大量的化工资源进行深度搜索、划分和整理，是检索特定化工信息的有效工具，系统信息收录范围仅限于与化工有关的内容，使检索效率大大提高，给使用者了提供一个灵活、高效的搜索途径[42]。目前国内存在的较权威的化工资料搜索网站主要有:中国化工信息网、中国精细化工网等；同时，可以借助网络获取大量的化工期刊信息，如：中国期刊全文数据库、SCI(Science Citation Index)、American Chemical Society、Royal Society of Chemistry等[22]。计算机给大众提供了获取化工资源有效的途径和方法，它不仅拓宽了图书馆信息资源的使用范围，而且降低了使用者获取化工信息的成本。

2　计算机在化工中的应用展望

随着信息技术的迅猛发展，计算机已渗入化学工程的各个领域，是一种先进的计算辅助工具，该技术将来的发展方向如下：

2.1计算机在化工设计中的应用展望

化工设计的发展前景很广阔,未来设计软件将不再局限于三维图形，会提升成为一种有助于提高化工产品质量、加速产品推陈出新、巩固企业市场竞争力的三维一体的设计过程，在不断优化的软件研发与制作中，会设计出多款信息量大的应用软件库，将化工模拟系统变得更加智能化，把设计人员丰富的知识、经验融入其中，使模拟过程静动结合，设计出更好的优化化工模拟过程的软件[43]。

2.2计算机在化工生产中的应用展望

在化工生产中，未来发展的重点在于提升化工企业自动化、规模化水平[44]。如研发化工机器人，大多数化工厂的生产很危险，可以研发熟识工艺过程的智能机器人代替危险化工产业的工作人员，机器人技术发展前景广阔，是当代制造业必不可少的一个部分，发展化工机器人不仅是社会发展的一个重要契机，也对提升国家经济实力有很大的帮助[45]。

2.3计算机在化工科研和教学中的应用展望

数据处理软件未来将发展成智能、综合的工具，把研究人员丰富的知识、经验融入其中，将计算软件和数据处理软件相结合，加强软件智能化的开发，加强其对实验现象模拟的直观性、周密性、操作的形象性，并具备高效的纠错性能。化工仿真系统的应用范围很广，新的仿真技术和仿真软件在未来仍有很大的发展空间[46]。

3　结　语

随着科技的蓬勃发展，计算机逐步占据了化工产业的核心位置，计算机与化工的高效结合，不断提高了企业的生产效率，促进了化工产业的繁荣和兴盛，对化工科学技术的深入开展有十分重要的意义。

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Research Progress on Computer Application in Chemical Industry*

GUOYan-ting,HUANGXue,CHENMan,FENGGuang-zhu

(College of Chemistry and Chemical Engineering，Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangdong Guangzhou 510225, China)

The application of computer in chemical industry was mainly introduced, including the design of chemical industry, chemical production, scientific research and teaching. Present situation of the computer application of the aspects of aided drawing, chemical simulation design, data processing, chemical simulation and information retrieval was discussed. In the future, computer software will develop into intelligent and integrated tool. The researchers’ rich knowledge and experience will blend in. The computer will continuously improve the production efficiency of enterprises, promote the prosperity of the chemical industry and flourish.

computer; chemical application; progress

国家自然科学基金资助(31371880,31401526)。

郭妍婷(1992-)，女，在读研究生，研究方向：功能高分子材料的合成与应用研究。

冯光炷(1961-)，男，教授。

TQ021.9

A

1001-9677(2016)012-0028-03