计算机在化学工程中的应用分析

2022-09-12

1 化学工程

从事工程工作的基本目标是设法将科学知识应用于改善生活品质的具体行为上。程序的操作实乃所有化学反应所必须的操作, 而化学工程则是程序设计、组织与操作的统称。在计算机取代计算尺的时代, 计算机凭借其巧妙的设计, 可以帮助工程师更加细心地测试工程商的基本原理。

一套完整的化学工程装置在设计之初一般会分成若干个单元操作, 这些单元操作包括流体的流动、热传导、冷凝与沸腾。化学反应、结晶、气体扩散、沉淀、过滤、吸收、吸附-脱附、萃取、干燥等等。每一种程序装置均可完成物质上的不同变化, 而所有的程序, 不管它有多么复杂, 均需要遵循物理学上的活化学上的守恒。[2]化学程序的模式均以连续流体、稳定流动、定组成、定温与定压等理想化的条件为基础, 可实际操作中却很少能达成上述操作程序, 化工厂经常由于程序变数而造成不良后果。

2 化学程序的演进与综合

化学工程师的工作是设计、改进和操作化学程序, 将原料变成有用的产品。早起的化学程序设计师凭借一次又一次的试误方法来设计的, 工程师往往在错误中求得了解。直到20世纪处美国的化学工程教育开始以科学原理与数学为基础, 首度开有化学工程的课程, 其次一些院校设立了化学工程系, 并扩大招生。

无论是设计或研究化学程序, 均不是容易习得的技艺。化学程序用流程图来取代, 不仅可以知道程序装置为何, 而且也知道流体与能量是如何连接的。所谓程序的综合就是设计一种程序操作的顺序, 以便将原料转化成产品, 其中包括很多种方法, 这些方法必须依据其安全性、可靠性、投资和操作成本, 以及总利润等因素来加以比较, 并则其最佳者。此时, 这只是我们在脑海中的设计, 并没有进行实际操作, 因此我们也不可能知道操作的结果, 我们就需要计算机的帮助, 在计算机的帮助下, 我们就可以提前预测工程设计的结果。

3 计算机在化学工程中的应用

3.1 建立数学模型

工程上的计算是以函数, 尤其是数值函数为基础的。所谓数值函数就是说在函数的定义域中每一点x就可得位移的f{x}值, 此值成为f在x处的值。[3]例如, 如何表示空气的cp{T, P}函数?我们可以利用计算机, 输入程序, 就会得到很精确的结果 (表1) 。除了上述问题, 还有很多化学工程的数据处理的过程模拟, 如:非线性方程求解、线性方程组的迭代求解、常微分方程数值解、偏微分方程数值解等等, 都是先建立一个数学模型, 然后带入计算机, 最终得出一系列结果的。

3.2 Office软件在化学工程中的应用

随着计算机的普及, 越来越多的人把原本纸上的工作转移到计算机中去了。化学工程学科需要处理大批文档工作。譬如, 化工论文的书写、化工文献的编辑、化工产品的说明, 这些文档中常常会有大量的图表、公式、特殊符号, 会话费人们大量的精力和时间, 进而影响新信息的及时传播。有了Office中的Word软件, 处理上述问题就方便多了。Word软件能够比较轻松地输入各种文档, 还可以对文档进行多种编辑处理。编辑化工论文时经常用到的功能如: (1) 改变字体大小。 (2) 随意设定版面。 (3) 利绘图工具绘制实验流程图, 并修改。 (4) 利用公式编辑器编辑数学公式及化学反应式。 (5) 可插入表格及页码。 (6) 复制和删除方便。Excel工具的强大的分析数据功能可以将数据进行统计, 然后将其规律性地展示出来。在处理化工数据时, 我们可以利用Excel工具进行求平均值、自编公式计算等。