计算机在化工中应用教材.docx
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计算机在化工中应用教材
第一章应用概述
1.1计算机技术在化工中应用的发展历史
计算机在化学中的应用已经有40余年的历史。
主要体现在以下几个阶段：
1：
以量子化学计算为代表的计算化学发展史
从20世纪50年代发展起来。
主要用于量子化学，结构化学的计算。
为将化学由实验科学向理论化发展做出了重大贡献。
50年代人们通过薛定谔方程采用从头计算法求解了氢分子的分子轨道方程，第一次从理论上得到分子轨道的空间结构。
2：
以化工过程计算机控制为代表的化工过程自动化发展史
以计算机化工控制系统为标志，计算机的实时监控和交互控制大大提高了化学工业的水平，为将经典化学工业发展为现代化化学工业奠定了基础。
3：
计算数学与分析化学相结合的发展史
在红外，质谱和核磁共振中利用傅立叶变换进行波谱分析。
今天建立在计算机技术基础上的傅里叶变换技术和其他数学方法正在加速其在分析化学领域中的普及速度。
4：
计算机网络技术在化学信息收集方面的应用
5：
计算机模拟技术在化学化工过程模拟中的应用
许多化学化工过程的高风险性和高消耗性，在一定程度上阻碍了化学学科的发展，基于现代计算机模拟技术的高温，高压，高险等化工过程模拟技术的发展加快了实验化学学科的发展，并使化学科技成果的产业化过程加速。
6：
计算机智能技术在化学专家系统中的应用
计算机图形化和多媒体技术近年来获得了快速发展，除此之外，计算机在化学远程教学，数据智能化存储，实验设计与结果分析等方面也都获得了日益广泛的应用。
总之，计算机技术的飞速发展给化学和化工科技的发展插上了腾飞的翅膀。
化学学科的不断进步也为计算机科学提出了越来越高的要求。
目前，计算机技术已经成为成功化学家的一项必不可少的基本技能。
1.2计算机技术在化学中应用的主要领域
1：
以计算机网络技术为基础的计算机网上应用知识
包括运用计算机技术进行计算机化学信息和数据的收集，管理，检索，交换，远程计算机的登录，操作使用，网上多媒体化学教学课件的制作与使用等知识。
2：
在数理统计与实验设计中的应用
在化学化工领域中数理统计比较典型的应用主要包括以下几个方面：
实验设计（正交设计，均匀法设计等），实验数据的分析检验（可信度分析，相关性分析，误差分析），实验数据的回归分析（线性回归，非线性回归等）
常用的软件有：
Excel，主要用作数据分析，并可把数据用各种统计图的形式形象的表示出来。
Origin，主要有数据制图和数据分析两大功能。
制图功能比Excel较强。
Statistic，是一个通用的数理统计软件，主要用途是为所有需要数据处理的领域提供一个公共处理平台，可进行科学实验设计，常见统计参数计算，数据相关性分析，置信度测定和各种回归分析等工作。
3:
以化学程序编写和使用为目的的计算化学知识
通过运用一门高级语言进行程序编制,进行化学数值计算,化学机理推导,方程求解,参数运算等计算化学课题。
现在越来越多的化学问题可以通过使用商业软件来解决。
目前国际上三十几个数学类科技应用软件中，Matlab在数值计算方面独占鳌头，而Mathematica和Maple则分居符号计算软件的前两名，Mathcad因其提供计算，图形，文字处理的统一环境而深受中学生欢迎。
4:
以计算机CAD，三维动画和图形化技术为基础的化学结构模拟和图形表达知识
包括分子结构，化学和化工装置，试验数据的图形化表达。
其中三维分子结构绘制软件已经发展的相当成熟，有：
ISIS/Draw,Chemwindow,Chemdraw，ChemSKetch等。
ISIS/Draw主要功能有：
绘制分子结构图，分子结构类型自动变换，自动建立化学反应式，绘制几何图形，数据的输出和输入
ChemSKetch主要功能有：
绘制分子结构和化学反应式（可绘制三维结构，提供丰富的分子结构模板），绘制各种化学图形（比ISIS/Draw强大），计算测定分子性质。
Chemwindow主要功能有：
绘制分子结构和化学反应式，主要特点是体积小巧。
Chemdraw可绘制高质量的结构图形，3D转换，基本的分子模型及化学数据管理功能等。
5:
以计算机模拟仿真技术为基础的知识
计算机仿真技术在化学中的应用主要是化学过程模拟，化工控制技术模拟和大型仪器操作仿真模拟等。
常用的模拟软件有：
AspenPlus，ProⅡ等，是化工流程模拟软件系统，在过程开发，过程设计及老厂的改造中发挥着重要的作用。
Gaussian，ChemCAD等，分子模拟软件。
6:
以计算机接口技术为基础的计算机自动控制和数据收集知识
利用计算机自动采集化学试验室或装置每天产生的大量数据并进行综合处理，以及对实验室各种仪器设备或装置进行交互式的自动控制是提升实验室和生产装置工作效率的重要内容之一。
需掌握基本电工电子知识，基本的计算机接口与数据传输技术。
目前工业上都采取了先进的集散控制系统（DCS）。
7:
了解计算机化学专家系统的开发和使用知识
人工智能是计算机发展的最高境界。
所谓计算机专家系统是一类用于解决复杂问题的智能化计算机系统。
它具有能够大量运用人类已经创造的专门知识，运用人工智能的理论和技术，模拟人类专家解决问题的过程，解决那些以往需要某领域专家才能解决的复杂问题，提供专家水平的咨询和决策。
目前开发的计算机专家系统根据解决问题的方式可以分为决策型，预测型，解释型和设计型。
以下公式演示word中公式编辑器使用方法：
第二章用Excel管理和分析数据
在Office办公集成软件中，Excel,Word,Access都能制表，但它们各有不同的特点和不同的适用范围。
Excel主要有表格制作，数据计算，绘图，数据分析，数据共享与Internet，开发工具VisualBasic等功能。
在化工数据处理中常用到的是前三项功能，也是我们这章主讲内容。
Origin软件也是常用的制表软件之一，其绘图功能和曲线拟合功能都比Excel强大，但其数据的输入和计算方面没有Excel方便。
对于一般的实验数据基本可以通过Excel来处理。
2.1中文版Excel2003的启动
用户可以通过多种方式启动Excel
1）利用“开始”菜单启动：
点Windowns桌面左下方的“开始”，然后点程序→MicrosoftOffice→MicrosoftOfficeExcel2003即可。
2）快捷图标启动：
如果桌面有Excel2003的快捷图标
，则左键双击即可；或是双击某个已经存在的Excel文件图标。
2.2Excel2003界面介绍
启动Excel2003后，界面划分为标题栏，菜单栏，工具栏，编辑栏（名称框），操作区（列标，行号，上下左右滚动条，工作表标签，标签移动条等），状态栏等区域，见图2.1。
图2.1Excel2003界面
标题栏：
显示当前编辑的工作薄名称，拖动标题栏可以移动工作薄位置，双击标题栏可以完全放大或缩小工作薄。
菜单栏：
利用菜单栏中的选项可以完成所有Excel操作。
点击某个菜单后会出现对应的下拉菜单，在下拉菜单中左边的图标是该菜单在工具栏中的图标样式，如下拉菜单复制左边图标
就是其在常用工具栏中显示的图标；下拉菜单名称后面括号里的字母表示打开下拉菜单后，按下相应的字母可以实现该菜单的操作，如打开编辑菜单的下拉菜单，然后按下C键就可以实现对当前单元格的复制工作；右边出现的的字母组合为该菜单的快捷按钮，如复制菜单右边标有Ctrl+C，表示同时按住“Ctrl”键和“C”键可以实现同样的复制功能；菜单右边标有“…”表示点击该菜单会出现一个对话框，进行进一步的操作；菜单右边标有三角
，则将光标放在该菜单上会在右方出现可选择的子菜单，如图2.2中的填充菜单。
工具栏：
用鼠标点击工具栏上的按钮即可完成相应工作。
将光标放在工具上，则在光标的右下方会出现该工具的名称。
通常只显示“常用”工具栏和“格式”工具栏。
可以根据需要显示或隐藏某个工具栏：
将光标放在工具栏上右击，然后选中需要显示或隐藏的工具栏即可，如果工具栏中没有所要的工具比如格式工具
，则点击“工具”菜单的下拉菜单“自定义”或在工具栏右击，选择下面的自定义进入自定义对话框，见图2-3，选择命令左边类别中的格式，然后用鼠标左键按住右边命令下边的单元格，将光标移动到工具栏合适的位置松开鼠标即可。
图2-2下拉菜单界面
状态栏：
显示当前操作的重要信息。
控制按钮：
用来最小化
/最大化
或关闭Excel
。
工作表标签：
用于显示工作表名称，一个工作薄可以有多个工作表。
一般默认是3个工作表，可以通过点击“工具”菜单的“选项”下拉菜单，进入选项对话框，见图2-4，在图中“新工作薄的工作表数（S）”选项中输入希望的数目，则在打开一个工作薄后，工作表就有刚才输入的个数；单击某个工作表标签可以激活该工作表；可以对工作表标签进行插入/删除/重命名/移动/复制等操作，方法是：
将光标放在某个标签上，按鼠标右键，点相应选项即可，见图2-4；移动操作也可以将光标放在要移动的标签上，按住鼠标左键不放，移动光标到目标位置，放开鼠标左键即可实现；复制也可以将光标放在要复制的标签上，同时按住“Ctrl”键和鼠标左键不放，移动光标到目标位置，放开鼠标左键即可实现复制操作，新复制出的工作表名称为原名称后面多个“
（2）”，见图2-5。
图2-3自定义对话框
编辑栏：
用于显示活动单元格内的常数或公式。
如果要输入或编辑数据及公式，可选定单元格或图表，键入数据后在按Enter键，如果输入公式要先输入=号。
名称框：
用于指示当前选定的单元格，图表项或绘图对象，Excel用单元格所在的列名加所在的行号表示该单元格的名称。
图2-4选项对话框
图2-5工作表标签选项
2.3Excel的制表过程
1：
打开计算机，进入Excel工作表
2：
输入数据
一般第一行输入每列所输数据的名称，数据输入从第2行输入。
按行向输入，输完当前单元格后要到同行后面的单元格继续输入数据，可以按→键移至右侧的单元格，或用鼠标点击右边单元格继续输入。
按列向输入：
按↓键移至下一行的单元格，或用鼠标点击下边单元格继续输入。
3：
数据处理
对数据进行相应的计算，方法为将光标放在存放结果的单元格，然后直接键入或将光标放在编辑栏键入“=”和公式后，按“Enter”键即可，输入的公式也相应在编辑栏显示，见图2-6如果同列所有行计算公式相同，则可以只对第一行数据进行公式键入计算，后面行数的计算可以通过下拉迅速完成：
用鼠标点击第一个存放键入公式得到结果的单元格，然后将鼠标移至该单元格的右下角的小方框上，此时光标由虚十字变成黑体实十字，该状态叫单元格的“填充柄”，按住填充柄向下拖拉直到目标单元格，放开鼠标左键，则选择区域单元格按照上面第一个单元格相同的计算公式进行计算填充，公式中的行号会相应改变，如图2-6，C2单元格公式自动为“=A2+B2”。
图2-6工作表计算
4：
工作表的编辑
区域的选择：
1）如果是单个单元格用光标点击目标单元格即可，2）如果是选择一列或以行，则用光标点击列标或行号即可；如果是多列或多行，则将光标放在第一列或行，按住鼠标左键向右或下拖拉到目标列或行，放开鼠标，则中间所有列或行就被选中；3）如果是选择一个单元格区域，则将光标放在该区域的左上单元格，按住鼠标左键向右下方拖拉到目标单元格，放开后在前后两个单元格中间的区域就被选中。
单元格格式的设置：
1）选择区域后，点击“格式”菜单中的“单元格”下拉菜单进入单元格格式对话框，然后相应对数字/对齐/字体/边框/图案等进行设置；2）或用工具栏中的单元格工具
；3）或者选择区域后，点击鼠标右键，选择“设置单元格格式”，同样进入单元格格式对话框，进行相应的设置，见图2-7，其中点击数字选项下的数值，在右边小数位数后面方框填入或选择合适的数字，则可以控制数据的小数位数；右边下方可以选择负数的显示方式。
图2-7单元格格式对话框图2-9行高和列宽设置
单元格的宽和高的设置:
1）点击“格式”菜单的下拉菜单“行”（设置单元格高）或“列”（设置单元格宽）见图2-8，然后点右边出现的“行高”或“列宽”，进入行高或列宽对话框，见图2-9，输入合适数值后确定即可。
2）将光标放在列号间界限
或行号间界限，按住鼠标左键左右或上下拖拉也可调节行高和列宽。
第一种方法可以实现准确调节，第二种方法则具有方便快捷的优点。
5绘图（详细见后面阐述）
6：
存盘
点击“文件”菜单中的“另存为”下拉菜单进入另存为对话框，见图2-9，在文件名中输入文件名，在保存位置选择合适路径，然后点击保存按钮即可。
上面过程是制Excel表格的基本过程，下面将详细介绍各个过程的具体方法
2.4建立表格
建立表格主要是输入数据，输入的基本方法上节已经讲过，现在做些补充：
图2-8单元格高与宽的设置
图2-9另存为对话框
1：
输入相同数据
如果具有相同数据的单元格相连，比如同行或同列，则在第一个单元格输入数据后，按住“填充柄”向下或右拖拉到目标位置即可在包含的单元格内输入和第一个单元格相同的数据；如果具有相同数据的单元格不相邻，则按住Ctrl键选定单元格，在最后一个选定的单元格输入数据，然后按Ctrl+Enter键即可实现同时在多个不相邻的单元格内输入相同的数据。
2：
输入有规律的数据
1）:
若数据是序列表中有的序列，则输入序列的初始值，用左键拖该单元格的“填充柄”到要结束的单元格，如图2-10左图，松开左键即可输入所要的序列，如图2-10右图。
系统固有的序列有星期序列，月份序列（中英文都有），和甲乙丙丁序列等。
图2-10规律序列填充
2）:
若是序列表中没有的序列，且将常用到，则点击“工具”菜单中的“选项”下来菜单进入选项对话框，点击其中的“自定义序列”，在右边的“输入序列”中输入自定义的序列，如图2-10中的“张三，李四，王五”序列，点击“添加”完成序列的定义，然后在列表所需要输入的位置输入序列的初始值，用鼠标左键拖该单元格的“填充柄”到要结束的单元格即可。
注意在添加序列时，各个元素间应该用西文逗号隔开；且自定义序列不能是数字。
图2-10自定义序列的添加
3）:
等差/等比数列
在第一和第二单元格中输入数据，选定这两个单元格，直接拖“填充柄”到目标单元格即可填充等差数列，按住右键拖“填充柄”至结束的单元格，放开鼠标，出现快捷菜单，选择等比序列即可填充等比数列，见图2-11左图，或者选快捷菜单中的序列进入序列对话框见图2-11右图，在类型里面选择“等差数列”或“等比数列”，在步长里输入合适值，最后点击确定即可按相应类型填充。
也可以在要填充区域的第一个单元格输入序列的初始值，选定含有初始值的单元格区域，点击“编辑”菜单的下拉菜单“填充”进入图2-11右图的“序列”对话框，然后进行相应的设定即可。
3:
输入日期，时间
首先将该列单元格格式设为日期格式或时间格式，然后在第一个单元格输入起始日期，拖动“填充柄”至结束的单元格即可，也可以按住右键拖“填充柄”至结束的单元格，放开鼠标，出现快捷菜单，选择“以天数填充（意义同上）”/“以工作日填充（则周末的日期不填充）”/“以月填充（以月为差值递增）”/“以年填充（以年为差值递增）”，这种方式是按照天数增加的顺序填充；
注意不论设置的格式是什么，输入时必须是以斜杠或减号分隔日期的年，月，日。
时间格式为9：
00，输入后计算机会自动将之转换为设定的格式。
图2-11等比数列的填充
要想按时间递增方式填充，则需要按时间递增方式在第一和第二个单元格内填充，然后左键拖拉填充柄至目标位置即可。
2.5编辑表格
1：
单元格内容的移动，复制和清除
移动：
1）鼠标拖曳法：
将鼠标移到边框（鼠标变为带箭头的黑十字星），按鼠标左键拖至目标单元格放开即可；2）快捷键法：
选定要移动的单元格，同时按住Ctrl+X键，将光标移动到目标位置，再同时按住Ctrl+V键即可；3）菜单法：
选定要移动的单元格，单击“编辑”菜单的下拉菜单“剪切”，然后移动鼠标至目标单元格，单在单击菜单“编辑”下拉菜单“粘帖”。
复制：
1）鼠标拖曳法：
同移动操作相似，区别是同时按住“Ctrl”键和鼠标左键移动到目标位置放开；2）快捷键法：
同移动操作相似，区别是选定要移动的单元格，同时按住Ctrl+C键；3）菜单法：
同移动操作相似，区别是操作过程中下拉菜单“剪切”改为“复制”即可
清除单元格内容：
选定要清除的单元格，按“Delet”键即可；或点击菜单“编辑”的下拉菜单“清除”下的“内容”选项即可。
注意单元格的复制过程中，若被复制的单元格是由一定的公式得出的数据，那么采用鼠标的方法将是全部复制，即连同公式一起复制，这时将会发生相对引用（后面讲述什么是相对引用）；若采用菜单法，则可以在粘帖时点击菜单“编辑”下拉菜单“选择性粘帖”，进入选择性粘帖对话框，见图2-22，选择粘帖下方不同选项然后点击“确定”选项，可以实现不同功能，一般要么选择“全部”来实现全部复制，或是选择“数值”从而实现只复制数据。
图2-12选择性粘帖对话框图2-13插入对话框
2：
单元格，行或列的插入和删除
插入：
1）快捷键法：
选择要插入的位置，点击鼠标右键，选择“插入”选项进入“插入”对话框，见图2-13，选择适当的方式，点击确定即可；2）菜单法：
选择要插入的位置，点击菜单“插入”下拉菜单“单元格”同样进入“插入”对话框进行相应设置，然后确定即可；3）或若要插入一行或列，除了在前面的“插入”对话框中选择“整行”来插入一行或选择“整列”实现插入一列，也可将光标放在要插入的行或列号上，然后单击鼠标右键，点击插入即可。
删除：
方法同插入相似，只要将“插入”选项改为“删除”选项即可。
3：
数据排序
选定区域需要排序的区域，如图2-14左图，单击菜单“数据”下拉菜单“排序”进入排序对话框，如图2-14中图，在“主要关键字”右边下拉选项中选择“B”列，右边选择“升序”等等来设排序规则，设置好后点击“确定”即可得到图2-14右图结果。
图2-14数据排序
注意选择对象不能只选排序的数据，必须包括单位名称在内的全部数据一起选定；如果只选择了一列，如图2-15左图，则在单击“排序”菜单后会出现“排序警告”对话框，见图2-15中图，确认选中“扩展选定区域”，然后点击“排序”选项，进入“排序”对话框继续进行设置也可以得到图2-14右图结果，如果在“排序警告”对话框，选中的是“以当前选定区域排序”，然后点排序后也进入“排序”对话框，继续进行上面同样设置会得到图2-15右图结果，可见前两列并没有和第3列一起更换位置。
图2-15选择单列排序
4:
编辑批注
为了让其他用户更加方便，快速的了解自己所建立的工作表内容，可以对工作表中一些复杂公式或特殊的单元格加入数据批注。
添加批注：
1）快捷键法：
选定要加批注的单元格，单击鼠标右键，选择“插入批注”选项，然后在批注内输入批注内容，输完后点击批注外工作表任意位置即可；2）菜单法：
选定要加批注的单元格，单击菜单“插入”下拉菜单“批注”，后面操作同快捷键法。
添加了批注的单元格右上角则多了一个红色三角的批注标识符，如果没有显示在点击菜单“工具”下拉菜单“选项”进入“选项”对话框，点击其中“视图”选项，在批注项下方选择“只显示标识符”选项，一般这是默认设置。
隐藏或显示批注：
1）快捷键法：
将光标放在有批注的单元格上，点击鼠标右键，选择“显示/隐藏批注”，即可实现将隐藏的批注显示，如果批注显示要隐藏，则右键选择“显示批注”；2）菜单法：
点击菜单“视图”下拉菜单“批注”可以实现“只有标识符”和“批注和标识符”间切换；也可以点击菜单“工具”下拉菜单“选项”进入“选项”对话框，点击其中“视图”选项，在批注项下方有3种选择，一是“无”表示批注内容和标识符都不显示，而是“只显示标识符”，三是“批注和标识符”选择不同选项就产生不同的效果。
编辑批注：
1）快捷键法：
将光标放在要编辑的批注的单元格上，点击鼠标右键，选择“编辑批注”，然后进行对批注内容的修改；2）菜单法：
用菜单法实现显示批注，然后就可以对显示的批注进行修改。
清除单个批注：
选定要清除的批注，点击鼠标右键，选择“删除批注”即可。
或选定后单击菜单“编辑”下拉菜单“清除”下的“批注”选项。
一次清除所有批注：
点击菜单“编辑”下拉菜单“定位”进入定位对话框，见图2-16，单击“定位条件”按钮，进入“定位条件”对话框，在选择下方选定“批注”，点击确定，然后单击菜单“编辑”下拉菜单“清除”下的“批注”选项即可实现一次删除所有批注。
2.6Excel的公式和函数
Excel不但制表能力很强，更可贵的是它还具有强大的计算功能。
它不但能利用公式进行简单的代数运算，而且能分析复杂的数学模型。
它的数学，统计，财务等10类300多中函数，可直接用于计算。
这里重点讲述在Excel中如何使用公式和函数。
2.6.1公式概述
公式是在工作表中进行计算和分析的等式。
计算范围不仅限于本工作表的数值，还可以包括同一工作簿中不同工作表的数值，乃至其他工作簿中的工作表的数值。
公式的内容包括运算项和运算符。
运算项可以是数值，也可以是单元格或区域的引用，或单元格的标志和名称，还可以是工作表函数。
下面分别讲述。
1：
公式的运算符
分为算术运算符，比较运算符，文字运算符和引用运算符4种
算术运算符：
+，—，*，/，%，^（乘方），负数可在前面加-号或用括号表示。
%和前面的数值一起作为一个数值处理。
比较运算符：
=，>，<，>=（大于或等于），<=（小于或等于），<>（不等于）。
结果为真或假的逻辑值。
文字运算符：
&。
可以把一个或多个文字值连接起来，求得一个连续的文字值。
例如：
公式=“一季度”&“销售额”，结果为“一季度销售额”；若“一季度”所在单元格为A3，则公式可以改为公式=A3&“销售额”。
引用运算符：
有联合运算符；区域运算符；交叉运算符三种。
A:
联合运算符：
逗号“，”表示。
例如：
公式=SUM（B3,B4,B5），表明要将B3,B4,B5三个单元格的数值相加，求得合计。
B:
区域运算符：
冒号“：
”表示。
例如：
公式=SUM（B3:
B5），表明要将B3至B5单元格区域的数值相加，求得合计。
C:
交叉运算符：
空格表示。
例如：
公式=SUM（B3:
B5A4:
C4），表明竖向B3:
B5和横向A4:
C4两个交叉区域的数值相加，求得合计。
图2-16定位对话框2-17定位条件对话框
2：
公式的运算顺序
引用运算符→算术运算符→文字运算符→比较运算符
其中引用运算符的顺序是：
区域（冒号）→联合（逗号）→交叉（空格）
算术运算符的顺序是：
负号→百分号→乘幂→乘除→加减
3:
输入公式
直接法：
单击单元格，输入“=”和公式内容，按“Enter”确定
间接法：
单击单元格，将光标移动到编辑栏，输入等号及公式，按确定
4:
编辑公式
删除，移动和复制公式同移动和复制单元格，但是注意：
移动单元格引用不改变；复制公式，单元格绝对引用也不改变，但单元格的相对引用将会改变。
下面将详细解释绝对引用和相对引用。
2.6.2公式中单元格的引用
1:
引用的作用和常设形式
外部引用：
引用其他工作簿的数据叫做外部引用
远程引用：
引用其他应用程序的数据叫远程引用
有两种引用，一是绝对引用，另一个是相对引用。
绝对引用是指当复制公式时，公式中引用的单元格位置不变；相对引用是指当复制公式时，公式中引用的单元格位置将随之改变为新的位置。
引用有A1和R1C1两种表现形式。
两种形式切换方式是：
单击菜单“工具”中下拉菜单“选项”，进入“选项”对话框，如图2-4，点击“常规”选项，在设置下有“R1C1”选项，选中则表示选择R1
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