上篇 化工編程應用基礎



第1章 VB6.0編程基礎及在化學化工中的應用 1



1.1 VB概述 1



1.1.1 VB發展歷史 1



1.1.2 VB語言特性 2



1.1.3 VB安裝及啟動 3



1.1.4 VB未來展望 5



1.2 VB主要控件介紹 5



1.2.1 對像及其要素 5



1.2.2 窗體對像 10



1.2.3 主要控件 13



1.3 VB編程基礎及化工應用案例介紹 23



1.3.1 變量與常量 23



1.3.2 運算符與常用函數 29



1.3.3 VB程序運行控制結構 34



1.3.4 數組與過程 43



1.3.5 基本文件操作基礎 49



1.3.6 數據庫應用程序設計 55



1.4 VB繪圖基礎及化工應用案例介紹 55



1.4.1 窗體圖紙 55



1.4.2 圖片框圖紙 56



1.4.3 直線的繪制 58



1.4.4 圓及橢圓的繪制 60



1.4.5 點的繪制 61



1.4.6 化工工藝流程圖繪制 61



習題 66



第2章 MATLAB編程基礎及在化學化工的應用 67



2.1 MATLAB概述 67



2.1.1 版本介紹 67



2.1.2 安裝啟動 67



2.1.3 主要功能 69



2.1.4 基本知識 69



2.2 MATLAB在化學化工實驗數據擬合及模型參數計算中的應用 91



2.2.1 polyfit擬合 91



2.2.2 regress多變量回歸擬合 93



2.2.3 lsqcurvefit任意函數形式擬合 94



2.2.4 利用cftool工具箱擬合 96



2.2.5 lsqnonlin函數參數辨識 98



2.3 MATLAB在化學化工線性與非線性方程及方程組求解中的應用 102



2.3.1 單變量方程求解 102



2.3.2 線性方程組求解 104



2.3.3 非線性方程組求解 104



2.4 MATLAB求解化工常微分方程(組)和偏微分方程(組) 
107



2.4.1 常微分方程(組)求解 107



2.4.2 偏微分方程(組)求解 113



2.5 MATLAB在化學化工優化求解中的應用 118



2.5.1 線性規劃求解 118



2.5.2 非線性優化求解 119



習題 121



第3章 化學化工實驗數據及模型參數擬合原理與方法 123



3.1 問題的提出 123



3.2 擬合的標準 124



3.3 單變量擬合和多變量擬合 125



3.3.1 單變量擬合 125



3.3.2 多變量的曲線擬合 132



3.4 解矛盾方程組 134



3.5 化工參數擬合2.0軟件介紹 146



3.5.1 軟件主要功能介紹 146



3.5.2 軟件具體應用 147



3.5.3 軟件拓展 150



習題 150



第4章 化學化工非線性方程及線性方程組求解 153



4.1 化學化工非線性方程實際問題的提出 153



4.2 實根的對分法 154



4.2.1 使用對分法的條件 154



4.2.2 對分法求根算法 154



4.2.3 對分法VB程序清單 155



4.3 其他計算方法簡介 157



4.4 化工生產中非線性方程組求解應用實例 160



4.5 線性方程組求解 162



4.5.1 高斯消去法原理 162



4.5.2 高斯消去法程序及實例 163



4.5.高斯消去法 164



習題 166



第5章 化工微分方程和偏微分方程數值求解 168



5.1 微分方程在化工中的應用 168



5.2 常微分方程幾種常用計算公式 169



5.3 常微分方程組的數值解法 173



5.3.1 一階常微分方程組的數值解法 173



5.3.2 高階常微分方程數值方法 175



5.4 常微分方程VB軟件介紹 175



5.5 化工偏微分方程問題的提出 180



5.6 基本離散化公式 181



5.7 幾種常見偏微分方程的離散化計算 182



5.8 吸附床傳熱傳質模型中偏微分方程求解實例 192



5.8.1 基本設定及假設 192



5.8.2 流體傳熱模型的建立 192



5.8.3 吸附床內吸附劑傳熱傳質模型的建立 193



5.8.4 吸附器壁面溫度軸向分布方程 194



5.8.5 吸附器內/外無量綱化方程 194



5.8.6 模型的離散化 194



5.8.7 模型的數值求解及計算機程序介紹 196



習題 196



中篇 化工常用軟件應用



第6章 Office軟件在化工中的應用 198



6.1 MicrosoftWord在化學化工論文及文獻書寫中的應用 199



6.1.1 應用背景及內容 199



6.1.2 公式及分子式的輸入 200



6.1.3 三線表的制作 205



6.1.4 圖的制作及圖文混排 206



6.2 MicrosoftExcel在化工數據處理中的應用 208



6.2.1 Excel功能簡介 208



6.2.2 基本計算功能 208



6.2.3 Excel規劃求解 212



6.2.4 Excel回歸分析 215



6.3 Excel中的宏及其編程應用 217



6.3.1 加載宏組件 217



6.3.2 宏安全性設置 219



6.3.3 宏的錄制 219



6.3.4 宏的調用 220



6.3.5 宏的編程 222



6.4 基於慕課的一解多題 224



6.4.1 案例的選擇及求解方法 224



6.4.2 一解多題慕課教學實踐 225



習題 229



第7章 Origin在化學化工實驗數據處理中的應用
233



7.1 Origin簡介 233



7.2 Origin的基本操作 233



7.2.1 Origin的安裝 234



7.2.2 數據輸入 234



7.2.3 圖形生成 237



7.3 Origin功能設置 241



7.3.1 坐標軸的設置 241



7.3.2 線條及實驗點圖標的設置 242



7.3.3 其他一些實用技巧 243



7.4 多圖層繪制 244



7.5 數據的擬合 246



7.6 應用示例 247



習題 250



第8章 AutoCAD軟件在化工制圖中的應用 254



8.1 化工制圖概述 254



8.1.1 化工工藝圖 254



8.1.2 設備布置圖 256



8.1.3 管道布置圖 256



8.1.4 化工設備圖 257



8.2 AutoCAD簡介 257



8.3 AutoCAD2008 (2016)主要功能 258



8.3.1 AutoCAD2008的運行環境 258



8.3.2 AutoCAD2008的安裝及工作界面 259



8.3.3 AutoCAD2008 (2016)主要功能介紹 262



8.3.4 AutoCAD2008文本輸入和尺寸標注 277



8.3.5 AutoCAD2008繪圖過程 281



8.4 化工容器AutoCAD2008繪制 283



8.4.1 儲槽繪制前的準備工作 283



8.4.2 設置圖層、比例及圖框 284



8.4.3 畫中心線 286



8.4.4 畫主體結構 289



8.4.5 畫局部放大圖 299



8.4.6 畫剖面線及焊縫線 299



8.4.7 畫指引線 300



8.4.8 標注尺寸 300



8.4.9 寫技術說明,繪管口表、標題欄、明細欄、技術特性表等
301



習題 302



第9章 AspenPlus在化工流程模擬計算中的應用 305



9.1 AspenPlus概述 305



9.2 AspenPlus基本操作 309



9.2.1 AspenPlus軟件安裝 309



9.2.2 AspenPlus軟件運算 310



9.3 AspenPlus應用實例 312



9.3.1 物性計算 312



9.3.2 流程模擬 320



9.3.3 靈敏度分析 331



9.3.4 設計規定 335



9.3.5 優化分析 337



習題 338



下篇 化工應用軟件開發



第10章 AutoCAD二次開發化工制圖軟件 339



10.1 AutoCAD二次開發概述 339



10.1.1 二次開發的目的及必要性 339



10.1.2 二次開發幾種主要語言簡介 340



10.1.3 AutoCAD二次開發的思路及步驟 343



10.2 AutoLISP語言基礎 343



10.2.1 基本運算 344



10.2.2 基本函數 346



10.2.3 編程中常用的分支及條件判斷函數 350



10.2.4 常用的繪圖命令 353



10.2.5 AutoLISP命令調用過程 365



10.3 VisualLISP開發基礎 365



10.3.1 安裝 365



10.3.2 啟動 365



10.3.3 編輯 366



10.3.4 調試 367



10.4 DCL基礎 368



10.4.1 定義 368



10.4.2 控件 368



10.4.3 程序編輯 369



10.4.4 軟件調試及加載 371



10.5 AutoCAD實例開發 372



10.5.1 法蘭繪制 372



10.5.2 某零件三維視圖繪制 380



10.5.3 立體法蘭繪制 389



10.6 讀者練習 392



第11章 化學化工過程計算機測量與控制繫統及仿真模擬繫統開發
397



11.1 計算機測量與控制基本原理 397



11.1.1 概述 397



11.1.2 測量基本原理 398



11.1.3 控制基本原理 398



11.1.4 兩種不同的數據處理繫統 399



11.2 串行通信測量繫統軟件開發 399



11.2.1 軟件要求及功能 399



11.2.2 基本原理 400



11.2.3 繫統軟硬件配置 400



11.2.4 軟件窗體設置 400



11.2.5 主要源代碼及說明 401



11.3 化工仿真軟件開發 408



11.3.1 仿真(定義、數模)  409



11.3.2 化學化工仿真 409



11.3.3 仿真軟件開發策略 409



11.3.4 化工仿真軟件基本要求及功能 410



11.3.5 化工仿真軟件開發中的幾個主要問題 411



11.3.6 強化傳熱過程實驗仿真軟件開發 412



習題 429



第12章 化學化工通用試題庫及機考輔助教學繫統軟件開發 430



12.1 概述 430



12.2 化學化工通用試題庫及機考輔助教學繫統軟件開發方案的確定 431



12.2.1 軟件需求及服務對像分析 432



12.2.2 軟件所需資源分析 432



12.2.3 軟件開發平臺確定 432



12.2.4 軟件功能及邏輯結構確定 433



12.3 化學化工通用試題庫及機考輔助教學繫統軟件具體功能代碼編寫 433



12.3.1 數據庫的建立及連接 434



12.3.2 數據綁定及窗體開發 438



12.3.3 教師繫統代碼開發 440



12.3.4 學生繫統代碼開發 443



12.4 軟件的維護及進一步改進 449



習題 450



參考文獻 451

前言



隨著互聯網 浪潮的不斷滲透, 化學化工行業也迎來了“互聯網 ” 化學化工的新時代。拙作《計算機在化學化工中的應用》也迎來了第3次修訂良機。本次修訂結合化學化工類專業教學培養方案中將編程語言和計算機應用兩門課程合並的機會, 在新修訂教材中增加了VB編程語言應用基礎及MATLAB編程應用基礎新內容, 在此基礎上, 本次修訂還進行了以下工作:



1.將原第2章、第3章合並為1章, 並刪除了一些數學公式, 將重點放在了具體問題的求解策略上。



2.將原第4章、第5章合並為1章, 並增加了自主開發的常微分方程求解器。



3.在原第6章中刪除了有關PPT的內容, 在Excel軟件中增加了宏編程、回歸分析等新內容, 並提供了實際應用的源文件。



4.在原第10章二次開發中增加了有關立體圖繪制的VisualLISP命令, 並增加了立體圖參數化繪制繫統的程序。



5.將原第11、第13章合並為1章, 並刪除了第11章中的部分內容, 使本教材的總篇幅調整為12章。



6.部分軟件版本有所更新, 各種應用案例也有所增加。



秉承開放共享的理念, 編著者將陸續上傳本書全部章節的PPT 及計算機應用源文件到化學工業出版社的網站供讀者免費下載。同時讀者也可以進入華南理工大學有關慕課和精品課程的網站, 下載或在線學習有關該課程的慕課或微課的內容。如上述途徑仍無法獲得資料, 可直接通過Lgfang@scut.edu.cn聯繫作者, 同時我們這裡也有化工專利書寫及化工實驗正交表設計的PDF文檔供讀者參考。



本書編著過程中唐永銓、姚遠、彭艷君等參加了本書的電子文本輸入及PPT 開發編輯等工作。華南理工大學教務處及化學與化工學院對本書修訂出版給予了大力支持。本書在編著過程中, 參考了大量的文獻及教材, 在此特表示感謝。參考文獻中如有遺漏之處, 敬請諒解。



本書雖經編著者多年編寫及修訂, 但由於水平有限, 不足之處在所難免, 望同行及讀者予以批評指正。



編著者



2017年5月







版前言



隨著現代科學技術的發展和計算機的廣泛使用, 各學科對計算機的依賴程度越來越高,化學化工領域也不例外。從實驗數據的處理及擬合、模型參數的確定、非線性方程的求解到化工過程模擬, 均離不開計算機的幫助, 對這方面內容計算機主要發揮的是高速的數值計算功能; 另一方面, 我們還要利用計算機進行化工信息的發布、化工流程圖的制作等一繫列其他非計算性的工作, 同時還需利用計算機進行化工實用軟件的開發工作。



“計算機在化學化工中的應用” 是一門旨在提高學生專業計算機應用水平的課程。盡管學生在基礎階段的學習中已經學過了“計算機應用基礎”、“VB編程” 等有關計算機的基礎課程,但在畢業設計階段還經常踫到有些學生無法利用計算機進行畢業設計的有關工作: 如利用計算機進行網上文獻檢索, 實驗模型參數的確定, 微分方程的離散化計算, 化工論文的編輯, 化工信息的多媒體發布, 常用化工計算機軟件如CAD、ASPEN、ORIGIN等的應用以及實用化工程序或軟件的開發。產生上述問題的主要原因是基礎階段的學習中講授的僅是計算機的基本理論和基本知識, 沒有講授這些理論和知識在具體專業中的應用。而“計算機在化學化工中的應用”正是結合專業的實際情況講授計算機的具體應用, 是培養學生開發化學化工應用軟件的入門課程。本書遵循簡明、實用的原則, 對化工實驗數據處理、化工計算及模擬等需要用到復雜數學知識的內容, 以簡單實用的形式呈現給讀者, 並提供了可供應用的程序代碼; 對一些常用軟件及化工軟件的介紹采用化工實例應用的形式; 對於新開發的化工應用軟件, 著重於介紹軟件開發的環境、方法及思路, 力爭為讀者提供一種化工軟件開發的基本思路。



本書分三篇12章。上篇(1~5章) 是有關數值計算的內容, 這是作為一個21
世紀的化學化工工作者所必須掌握的基本內容, 也為本科學生繼續深造或攻讀碩士研究生打下基礎; 中篇(6~9章) 主要介紹了目前應用較廣且較為實用的一些軟件, 站在化學化工工作者的角度, 講解了它們的主要功能及應用技巧; 下篇(10~12章) 介紹了計算機在化工中成功應用的幾個實例。本書附送光盤一張, 光盤不僅將書中的主要內容做成PowerPoint演示文檔, 方便讀者快速查找各章節的內容, 同時也提供了大量可執行的應用程序, 有助於加深讀者對書本知識的理解, 而且也為化學化工實驗數據處理及模擬提供了幫助。



本書由華南理工大學的方利國、陳礪主編, 參加編寫的還有茂名學院的謝穎。其中第1~7章, 第9章第1、2節, 第10~12章由方利國編寫, 第8章由陳礪編寫, 第9章第3節由謝穎編寫。全書由方利國統稿。向仲華、朱漢材、李娟娟、孫健等同學參加了本書的文本輸入及編排等工作; 華南理工大學教務處及化工學院對教材的出版給予了大力支持; 華南理工大學化工學院現代化工實驗中心計算機房及鄭玉秀老師對AspenPlus軟件的使用提供了方便。



本書在編寫過程中, 參考了大量的科技圖書及教材, 在此特表示感謝。本書雖經編者多年編寫, 並已以講義的形式在華南理工大學試用3 年, 但由於作者水平有限, 錯誤在所難免,
望同行及讀者予以批評指正。



編者



2003年4月於廣州







第二版前言



隨著計算機軟硬件的更新速度不斷加快, 計算機在化學化工中的應用範圍及深度也不斷發展, 由作者編著出版的《計算機在化學化工中的應用》也需要與時俱進, 進行修訂再版了。本次修訂再版的主要修改之處有以下幾個方面:



1.對有些軟件進行版本更新, 在新版本的基礎上進行重新編寫;



2.對版中提供的大部分程序進行重新開發完善, 以便讀者使用,
同時會增加版沒有開發的程序;



3.對版本中某些章節的編寫結構進行調整, 同時在舉例及習題中盡量增加化學化工中的實際例子, 以提高讀者的學習興趣及解決實際問題的能力;



4.將開發篇的內容進行擴充和替換, 但仍保持原來簡明實用的編寫原則;



5.增加大部分程序的源程序, 以便讀者二次開發利用。



全書共分3篇14章。上篇(1~5章) 是有關數值計算的內容, 這是作為一個21世紀化學化工工作者所必須掌握的基本內容, 也為本科學生繼續深造或攻讀碩士研究生打下基礎; 中篇(6~9章) 主要介紹了目前應用較廣且較為實用的一些軟件, 站在化學化工工作者的角度, 講解了它們的主要功能及應用技巧; 下篇(10~14章) 介紹了計算機在化學化工中成功應用的幾個實例。



本書由華南理工大學方利國主編, 參加編寫的還有華南理工大學陳礪、廣東茂名學院的謝穎。其中第1~7章, 第9章9.1節、9.2節, 第10~14章由方利國編寫, 第8章由陳礪編寫, 第9章9.3節由謝穎編寫。全書由方利國統稿。王聃、張震宇、甘振華等同學參加了本書的文本輸入及編輯等工作。華南理工大學教務處及化工與能源學院對教材的出版給予了大力支持。



本書在編寫過程中參考了大量的科技圖書及教材, 在此特表示感謝。本書雖經編者多年編寫及修訂, 但由於水平有限, 疏漏與不足之處在所難免, 望同行及讀者予以批評指正。



編者



2006年4月於廣州







第三版前言



承蒙讀者厚愛, 《計算機在化學化工中的應用》已連印7次。值此第8次印刷之際, 作者根據讀者建議及軟件版本更新的實際情況, 對該教材進行了第二次修訂。本次修訂工作主要涉及原來的第6章、第7章、第8章、第9章、第11章, 對這幾章的內容進行了調整,同時刪掉了原來的第10章。其中第6章增加了Excel2003/2008數據擬合、單變量求解、規劃求解等新內容。第7章采用了Origin8.0版本, 新增加了多圖層制作、數據擬合等內容,同時添加了一些化工應用實例。第8章在保持原編寫風格的基礎上, 采用了AutoCAD2008版本進行了改寫, 對具體的操作有了更加詳細的描述; 同時增加了提醒功能, 更加有利於讀者模仿本教材的操作過程, 以達到舉一反三之功能。第9章在軟件的版本、教材內容、書寫格式等方面都有較大的改變。軟件采用了目前較常用的11.1版本, 增加了大量的化工實用案例, 涉及精餾、反應、換熱、壓縮、靈敏度分析、優化及設計規定等許多內容, 大大增強了教材的實用性。第11章增加了AutoLISP語言基礎, 以便於讀者更好地理解本章開發的實例, 同時新增了一個三維視圖繪制的實例。



本次修訂仍附送光盤一張。光盤內容除了PPT文檔及VB運行程序外, 新增本版第6~9章的實際操作文檔。讀者可直接打開這些操作文檔, 並對照書本進行操作, 可提高對書本知識的理解, 快速掌握軟件的應用。至於涉及的應用軟件需讀者自己安裝, 否則無法運行第6~9章的操作文件。



在本教材編寫過程中, 王建昌、李小杜、張夢怡等同學參加了光盤制作及部分文本輸入工作。華南理工大學教務處及化學與化工學院對教材的出版給予了大力支持。本書在編寫過程中, 參考了相關的科技圖書及教材, 在此特表示感謝。本書雖經編者多年編寫及修訂, 但由於編者水平有限, 不足之處在所難免, 望同行及讀者予以批評指正。



華南理工大學



方利國



2010年7月