化学化工常用软件介绍

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1、主讲： 谭世语重庆大学 化学化工学院化学化工 常用软件介绍化学化工常用软件介绍本讲主要内容1. 数据处理工具2. 分子模拟计算软件 3. 辅助设计软件 4. 过程模拟软件 5. 虚拟仪器平台6. 化工物性数据网站1 数据处理工具1.1 MATLABMATLAB 是一种用于算法开发、数据可视化、数据 分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。 MATLAB是矩阵实验室的简称，和Mathematica、Maple并称 为三大数学软件。MATLAB是一种由美国MathWorks公司出品的商业数 学软件，是一种数值计算环境和编程语言，主要包括 MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB

2、可以进行矩阵运算 、绘制函数和数据图、实现算法、创建用户界面、连接其 他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、 信号处理与通讯、图像处理、信号检测等。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与 数学,工程中常用的形式十分相似，可支持和调用C， FORTRAN，C+ ，JAVA。MATLAB窗口MATLAB的图形功能强大1.2 OriginOrigin为OriginLab公司出品的较流行的专业函数绘图 软件，是公认的简单易学、操作灵活、功能强大的软件， 既可以满足一般用户的制图需要，也可以满足高级用户数 据分析、函数拟合的需要。 Origin具有两大主要功能：数据分析和绘图。O

3、rigin的 数据分析主要包括统计、信号处理、图像处理、峰值分析 和曲线拟合等各种完善的数学分析功能。Origin的绘图是基 于模板的绘图，它本身提供了几十种二维和三维绘图模板 而且允许用户自己定制模板。用户可以自定义数学函数、 图形样式和绘图模板；可以和各种数据库软件、办公软件 、图像处理软件等方便的连接；可导入包括ASCII、Excel、 pClamp在内的多种数据；可以把Origin图形输出到多种格式 的图像文件，譬如JPEG、GIF、EPS、TIFF等等。Origin窗口Origin图形在Word中的编辑2 分子模拟软件6.2.1 HyperCam6.2.2 ChemOffice6.2

4、.3 Gaussian6.2.4 GAMESS2.1 HyperCamHyperCam 是一款以高质量，灵活易操作而闻名的分子模拟软 件。通过利用 3D 对量子化学计算，分子力学及动力学进行模拟动画， HyperCam 为您提供比其它 Windows 软件更多的模拟工具。图形界面，有半经验方法(AM1，PM3 等)，UHF，RHF和CI和 7.0版新增加的密度泛函。可进行单点能，几何优化，分子轨道分析， 预测可见 - 紫外光谱，蒙特卡罗和分子力学计算。功能包括：1. 结构输入和对分子操作。 2. 显示分子。3. 化学计算。用量子化学或经典势能曲面方法，进行单点、几何 优化和过渡态寻找计算。可以

5、 进行的计算类型有：单点能，几何优化 ，计算振动频率得到简正模式，过渡态寻找，分子动 力学模拟 Langevin 动力学模拟， Metropolis Monte Carlo 模拟。支持的计算方 法有：从头计算，半经验方法，分子力学，混合计算。 4. 可以用来研究的分子特性有：同位素的相对稳定性；生成热； 活化能；原子电荷； HOMO-LUMO 能量间隔；电离势；电子亲和力 ；偶极矩；电子能级； MP2 电子相关能； CI 激发态能量；过渡 态结 构和能量；非键相互作用能； UV-VIS 吸收谱； IR 吸收谱；同位素对 振动的影响；对结构 特性的碰撞影响；团簇的稳定性。2.1 HyperCam

6、5. 支持用户定制的外部程序。 6. 其它模块： RAYTRACE 模块， RMS Fit ， SEQUENCE 编 辑器，晶体构造器；糖类构造器，构像搜寻， QSAR 特性，脚本编辑 器。7. 新的力场方法： Amber 2 ， Amber 3 ，用于糖类的 Amber ， Amber 94 ， Amber 96 。 8. ESR 谱（电子自旋共振）。 9. 电极化率。 10. 二维和三维势能图。 11. 蛋白质设计。 12. 电场。 13. 梯度的图形显示。 14. 新增功能：密度泛函理论 (DFT) 计算； NMR 模拟；数据库 ； Charmm 蛋白质模拟；半经验方法 TNDO ；磁场

7、中分子计算；激发 态几何优化； MP2 相关结构优化；新的芳香环图；交互式参数 控制； 增强的聚合物构造功能；新增基组。 HyperCam窗口2.2 ChemOfficeChemoffice分为功能不同的几个版本。其 ChemOffice Ultra 版本包含了：ChemDraw Ultra ( 化学结构绘图)、Chem3D Ultra (分子模型及仿真)和 ChemFinder Pro (化学信息搜寻整合系统)。此外还加入了E-Notebook Ultra 8.0， BioAssay Pro 8.0，量化软件MOPAC、Gaussian和 GAMESS的界面，ChemSAR Server E

8、xcel, CLogP, CombiChem/Excel等等，ChemOffice Pro还包含了 全套ChemInfo数据库，有ChemACX和ChemACX- SC，Merck索引和ChemMSDX。ChemOffice的功能(1)1. ChemDraw (是世界上最受欢迎的化学结构绘图软件)AutoNom：它可自动依照IUPAC的标准命名化学结构。 ChemNMR：在ChemDraw 内预测13C和1H的NMR光谱。 ChemProp：预测BP、MP、临界温度、临界气压、吉布 斯自由能、logP、折射率、热结构等性质。 ChemSpec：可输入JCAMP及SPC频谱资料，用以比较 Che

9、mNMR预测的结果。 ClipArt：高品质的实验室玻璃仪器图库，可搭配 ChemDraw使用。 Name=Struct：输入IUPAC（国际纯粹与应用化学联合会 ）化学名称后就可自动产生ChemDraw结构。 ChemOffice的功能(2)2. Chem3D提供工作站级的3D分子轮廓图及分子轨道特性分析，并和数种量子化学软件结合在一起。ChemProp：预测BP、MP、临界温度、临界气压、吉布斯自由能 、logP、折射率、热结构等性质。Excel Add-on：与微软的Excel完全整合，并可连结ChemFinder。Gaussian Client：量子化学计算软件Gaussian的客户端

10、界面，直 接在Chem3D运行Gaussian，并提供数种坐标格式。CS GAMESS：量子化学计算软件GAMESS的客户端界面，直接 在Chem3D运行GAMESS的计算。MOPAC Pro：Fujitsu的量子化学计算软件MOPAC已内含在 Chem3D Ultra内，搭配Chem3D的图形界面。 可以计算瞬时的几何形状及物理特性等。 ChemOffice的功能(3)3. ChemFinder 化学信息搜寻整合系统，可以建立化学数据库、储 存及搜索，或搭配ChemDraw、Chem3D使用，也可以使 用现成的化学数据库。ChemFinder是一个智能型的快速化 学搜寻引擎，所提供的Chem

11、Info是目前世界上最丰富的数 据库之一，包含ChemACX、ChemINDEX、ChemRXN、 ChemMSDX，并不断有新的数据库加入。ChemFinder可 以从本机或网上搜寻Word，Excel，Powerpoint， ChemDraw，ISIS格式的分子结构文件。还可以与微软的 Excel结合，可连结的关连式数据库包括Oracle及Access， 输入的格式包括ChemDraw、MDL ISIS SD及RD文件。 ChemOffice窗口2.3 GaussianGaussian是一个功能强大的量子化学综合软件包 。其可执行程序可在不同型号的大型计算机，超级计 算机，工作站和个人计算

12、机上运行，并相应有不同的 版本。高斯功能：分子能量和结构、过渡态能量和结 构、键和反应能量、分子轨道、多重矩、原子电荷和 电势、振动频率、红外和拉曼光谱、核磁性质、极化 率和超极化率、热力学性质、反应路径。计算可以对体系的基态或激发态执行。可以预 测周期体系的能量，结构和分子轨道。因此， Gaussian可以作为功能强大的工具，用于研究许多化 学领域的课题，例如取代基的影响，化学反应机理， 势能曲面和激发能等等。 Gaussian窗口2.4 GAMESSGAMESS是从头计算量子化学程序。可以从 RHF，ROHF，UHF，GVB和MCSCF计算波函 ，其中一些使用CI和MP2修正。自恰场的分析

13、梯度用于自动几何优化，过渡态寻找，跟踪反应路 径。能量hessian的计算允许预测振动频率。可以计算大量的分子特性，从简单的偶极矩到含频率 超级极化率。内部储存了大量基组和有效核势， 分子中可以包含到Ra的所有元素。几个图形程序 用于显示最终结果。 GAMESS的功能(1)1. 计算RHF，UHF，ROHF，GVB或MCSCF自恰场波函。2. 计算自恰场能量的CI或MP2修正。3. 半经验MNDO，AM1或PM3波函计算。4. 对自恰场波函计算分析能量梯度，加上闭壳层MP2或CI。5. 使用能量梯度，按照笛卡尔或内坐标优化分子结构。6. 寻找势能曲面和鞍点。7. 计算能量hessian，得到简

14、正模式，振动频率和红外强度。8. 追踪反应路径。9. 计算辐射跃迁特性。10.计算自旋-轨道耦合波函。GAMESS的功能(2)11.计算以下分子特性：a. 偶极、四极、八极距b. 静电势c. 电场和电场梯度d. 电子密度和自旋密度e. Mulliken和Lowdin布居数分析f. 维里定理和能量成分 12.模拟溶剂影响，使用：a. 有效片断势(EFP)b. 极化连续模型(PCM)c. 自恰反应场(SCRF) 13.自旋-轨道组态相互作用计算 14.自旋-轨道多组态准简并微扰理论（SO-MCQDPT ）GAMESS窗口3 过程模拟软件3.1 Aspen Plus3.2 PRO/II3.3 Che

15、mCAD3.4 HYSIS3.5 ECSS-STAR3.1 Aspen PlusAspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源 部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开 发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先 进系统”（Advanced System for Process Engineering，简 称ASPEN），并于1981年底完成。1982年为了将其商品 化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。该软 件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了 十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应 用案例数以百万计。全球各

16、大化工、石化、炼油等过程工 业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。 “如果你不能对你的工艺进行建模，你就不能了解它 。如果你不了解它，你就不能改进它。而且，如果你不能 改进它，你在21世纪就不会具有竞争力。” Aspen Plus的主要功能1. 过程模拟2. 流程设计3. 装置设计4. 过程优化5. 经济分析6. 物性数据计算Aspen Plus的物性数据库1. 纯组分数据库，将近6000 种化合物的参数。2. 电解质水溶液数据库，约900 种离子和分子溶质。3. 固体数据库，约3314 种固体的固体模型参数。4. Henry 常数库，水溶液中61 种化合物的Henry 常数。5. 二元交互作用参数库，常用状态方程的二元交互作用 参数约40,000 多个，涉及5,000 种双元混合物。6. PURE10 数据库，1727 种纯化物的物性数据。7. 无机物数据库，2450 种组分的热化学参数。8. 燃烧数据库，燃烧产物中常见的59 种组分和自由基的参数。Aspen Plus的主要功能模块1. 气/液系统 通用混合、物流