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1、计算机在化学化工中的运用本文由挑战者good贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 计算机在化工中的运用 前言： 前言：随着科技的发展，计算机的运用越来越广泛，在化工领域中，计算机技术也 有着重要的作用。计算机在化工领域的使用，极大的降低了工作难度，提高了工作效率。 近年来化学学科的重要成就之一是计算机在化学中的应用。计算机与化学的结合促进了化 学的发展。本论文将主要介绍其在化学化工上 4 方面的运用。 一、计算机在计算机化学中的应用 计算机化学(Computer chemistry)是应用计算机研究化学反应和物质变化的科学。 以计 算机为技
2、术手段，建立化学化工信息资源化和智能化处理的理论和方法，认识物质、改造 物质、创造新物质，认识反应、控制反应过程和创造新反应、新过程是计算机化学研究的 主体。它的兴起与发展是与计算机技术的发展和计算机的普及紧密联系的。计算机对化学 的作用，还体现在可以用计算机技术描述已有的化学理论知识、化学反应机理、物质结构、 化学实验等将计算机的多媒体技术与化学知识相结合，用来展示原子、分子、晶体的空间 结构，动态性地模拟各种化学键的形成原理、过程和特性，揭示化学反应的内部机理重现 特殊化学实验的全过程。化静为动，变抽象为具体，将在真实世界中难以感觉到的虚幻世 界、微观世界真实地模拟出来，使人们对化学的了解
3、和学习进人了一个可视化的世界。 二、计算机智能化技术在化学化工中的运用 专家系统是数据库与人工智能结合的产物，它把“知识规则”作为程序，让机器模拟 专家的分析、推理过程，达到用机器代替或部分代替专家的效果。具体例子有：酸碱平 衡专家系统，内容包括知识库和检索系统，提出问题时，机器自动查出数据，找到程序， 进行计算、绘图、选择判断等处理，并用专业内行的语言回答问题，例如，任意溶液（包 括任意种组分的混合溶液）的 pH 值计算，任意溶液用酸、碱进行滴定时操作规程的设计 等。定性分析专家系统，用帕斯卡语言编写了阳离子硫化氢系统和阴离子消去法系统， 学生拿到未知试样，不用学习和查阅这种古老系统，只须按
4、照机器提示的手续进行操作， 所得现象再输入机器，如此逐步处理，就会得出“试样是什么化合物”的结论。 专家系统可以移植，利用一个专家系统的框架，改变其数据库、知识库内容，就可形 成另一专业的专家系统。 专家系统有“学习”功能如果知识库不够全面，或形势发展、情况有变化，机器输出 的答案不正确时，使用者可以随时按键纠正。机器“学习”了新的知识后，下次回答同样 问题就不再出错。 1 专家系统是软件系统，可以复制交流。如果各单位根据自己的专长，设计相应的专家系统， 则经过复制交流，每个单位都可掌握许多“专家” ，形成强大的智力资源。 三、计算机图形化技术在化学化工中的应用 借助于模型和图形认识分子微观世
5、界是化学研究的重要手段，采用计算机技术可以将 不可见的分子二维和三维结构、以及复杂的化学过程栩栩如生地表现出来，其中包括分子 结构、化学和化工装置、实验数据的图形化表达方法。掌握上述知识主要目的在于建立开 发化学类教学课件， 学习应用商业化的或共享性化学和化工 CAD 软件、 分子模型建立和演 示软件、化学过程模拟软件，多维分子结构绘制软件、数值分析及处理软件，以及多媒体 化学演示软件的使用技术。学习利用上述软件解决教学、科研和生产设计方面的实际问题。 下面具体介绍其图形化技术在化工方面的运用 谱图检索 物质的不同结构引起谱图上的不同特征。因此，谱图的检索就成为有机分析 的重要手段，常用的有红
6、外、核磁、质谱等谱图。例如，由实验测出未知物的红外谱图， 把它和标准谱图对照，参照质谱数据求得分子量，就可求得未知物的组成和结构。但是， 标准谱图数量太大，如果有 18 万张标准谱图，每 2 秒种翻阅 1 张，一个人要半个月才能翻 完一遍，还谈不上思考和比较。若将谱图信息数字化，用计算机进行检索，就可以迅速指 出实测谱图与哪一张标准谱图相同，或与哪几张标准谱图相似程度最大，这将为分析者提 供解决问题的线索。 差谱技术 实测谱图的可靠性通常存在一些问题，如溶剂、基体的影响，共存物质的干 扰等。一般试样本身就是未知物，欲将它提纯为纯化合物测谱是困难的，这就产生了差谱 技术，即用差减的方法产生相应于
7、纯化合物的谱图。 传统的差谱是用光学方法，如利用参比溶液。双光束补偿等方法，对于识别未知含量 的干扰物质有困难。利用计算机执行差谱程序，可将干扰物质的标准谱图通过换算，与试 样的谱图进行差减，达到扣除基体、数据平滑、多组分逐级差谱等效果，为有机物的成分、 结构分析提供新的手段。 结构解析 1985 年已知有机化合物约有 600 万种，但已见报道的谱图库收集的谱图一 般少于 20 万种。可以预料，谱图检索是不能完全解决问题的。结构解析方法利用已有的光 谱、波谱数据，由人工归纳出结构单元与谱图性质关系的“知识规则” ，存入计算机，作为 逻辑判断的标准。试样数据输入时，计算机推理判断，指出试样的结构
8、的若干种可能方案。 这种方法模拟了化学专家的智能，属于“化学专家系统”的研究。 结构解析的理想目标是结构自动分析，将未知物在红外光谱仪、核磁共振谱仪等几台 仪器上同时测谱，所得数据联机送入计算机进行实时处理。在屏幕上显示出平面或立体结 构图形，不过这种工作仅在小范围内实现，要处理天然有机化合物等复杂问题为时尚早。 2 合成路线设计文献中已有大量有机合成路线，这是进行新物质合成的基础，但是人们 难以全部掌握这样多的合成方法。利用数据库方法把已有合成路线存入计算机中，可从不 同途径加以利用：逆向追溯，提出欲合成某种目标物质时，机器从已有合成路线追溯， 知道该物质可由 A、B 两物质在什么条件下合成
9、；进一步追溯 A 可由 C 和 D 合成，B 可由 E 和 F 合成，如此一直找到一些廉价易得的物质作为合成原料；顺向预测，已有大批原 料，让计算机判断用这些原料能合成什么有用物质；途径选择，机器找出一批合成路线 后，让机器从中选出最符合要求（例如:成本最低，产率最高，方法最简，污染最少）的合 成路线。 四、计算机网络在化学化工中的应用 计算机化管理已经成为包括化学实验室在内的各个领域的基本要求，而其中的核心就 是建立高效智能化的信息数据库。因此学习掌握化学数据库的相关知识，包括化学数据库 的建立、使用和维护技术成为必然。当前商业化的数据库开发平台以及各种专业化的数据 库软件已经开发了很多。学习掌握专业数据库的开发与化学商品数据库、化学参数数据库、 光谱数据库等商业数据库的使用和维护方法等是主要目的，同时学习利用化学数据库对化 学实验室和化工厂进行计算机管理。 31
