浅析计算机化学的理论发展及其在化学工程中的应用

浅析计算机化学的理论发展及其在化学工程中的应用

汪旭

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摘要：近年来，大数据基础研究取得重大突破，相关应用发展迅速。政府相关部门出台了一系列配套措施，推动大数据在工业尤其是化工行业的应用。在实际生产中，大数据的应用范围包括：工艺规划与调度、异常状态诊断与预测、产品检测与质量管理、物流、产品链分析与优化。在此基础上，工业企业开展了大量数据分析，取得了优化生产工艺、改进设备运行、适应后期生产需求、实现生产自动化等良好效果。加强大数据应用，要从促进数据资源共享、数据所有权、权限、安全边界等方面入手，深度融合工业数据和工业云，拓宽人工智能应用范围。基于此，本文将对计算机数据处理技术在化学工程行业的应用进行分析。

关键词：计算机技术；化工行业；应用

1 计算机数据处理技术对化工生产中的影响分析

近年来，我国绿色环保理念日益增强，对于化工生产效率以及质量提出了更高的要求。在化工生产过程中，由于工序繁多、环境恶劣等因素，加大了化工生产中的危险系数。此外，在未使用计算机数据处理技术之前，操作人员需要时刻注意生产进度、仪器仪表等，这样不能全心投入到化工生产中，容易造成操作不当，从而不能准确地记录生产数据，就会加大生产过程中能源耗损。更为恶劣的是操作人员没有按照生产工艺执行，给操作人员造成生命危险。

计算机数据处理技术的应用能够弥补化工生产中的不足，进而极大改善化工生产的效率和质量，为化工企业创造更多的经济效益。特别是在高温、有毒气体等恶劣的生产环境下，计算机数据处理技术能够替代操作人员，从而降低了化工生产中的危险系数。此外，计算机数据处理技术能够全面记录化工生产过程中的数据，为化工精益生产提供了技术和数据支撑。计算机数据处理技术对化工生产中的影响主要体现为以下环节：计算机数据处理技术可以与传感器构成一个数据采集系统，能够准确的采集化工生产中仪器状态以及生产设备等数据的变化。计算机数据处理技术能够对采集到的数据进行分析处理，并向操作人员反馈生产状况，及时处理生产过程中的潜在危险。计算机数据处理技术还可以为操作人员提供一些参考意见，一旦出现操作不当，计算机数据处理技术会自动报警提醒操作人员，这样就能规避一些不必要的生产失误。

2 计算机数据处理技术在化工领域发展存在的瓶颈

2.1 迫切需要理顺生产力和生产关系

科研数据库的建立应基于科研工作所需的数据，或由专家自己衡量，或在各种期刊、专著和互联网上进行大量研究。这是因为科学数据库的连续性和可重用性，需要有足够的资源支持，才能在未来应用于化学和化学领域。

近年来，化学工程专业在我国得到了广泛关注，但由于缺乏资金，它一直是一个大问题。计算机可以捕获数据，但一旦数据被消耗，开发就变得更加困难。因此，要处理好生产关系与生产力的关系，激发科研工作者的积极性，促进信息技术与化工技术的深度融合。

2.2 实用性低

随着计算机技术和化学工程的不断发展，科学家不仅需要收集信息，还需要掌握科学数据的规律，不断开发一些新的计算方法。因此，人类需要对物质结构有更深入、更定量的理解。为了获得这些数据和模型，需要高技术基础。工作人员要努力工作，掌握数据规律，理解科学研究的意义，认识科学研究的重要性，做好高水平化学数据库的建立工作。

2.3 技术专业度低

在化学研究中，除了建立化学数据库之外，还应从技术层面考虑，以满足研究人员、设计师和制造工程师对技术数据的需求，更好地实施材料、设备和仪器的跟踪信息，从而促进化学工业的发展和进步，并使技术人员能够使用多种方式，掌握正确的预防和控制方法

3 计算机数据处理技术在化学工程行业的应用

3.1 计算化学

化学是一门基础性学科，是以实验为基础发展起来的理论与实验相结合的学科，随着计算机技术在化学学科中的广泛应用，逐渐形成了应用计算机研究化学反应和物质变化的独立学科，它以计算机为技术手段，进行化学反应方面的数值计算，这就是计算化学。计算化学是理论化学的重要分支，是利用电子计算机、通过数值计算解决化学问题的一门方法学。计算化学是一门新兴的、多学科交叉的边缘科学，它运用数学、统计学与计算机程序设计的方法，进行化学方面的理论计算、实验设计、数据与信息处理、分类、分析和预测。随着化学仪器对自动化要求越来越高，许多化学实验过程用人工进行控制相当困难，需要可靠的控制技术系统，因此计算机计算模拟技术从根本上改变了化学实验技术。计算化学以数值计算为基础，用高级语言及其编程技术，解决化学中的数值计算问题，它将数学的计算方法通过计算机程序具体地应用于化学过程中，通常用来研究化学中一些常用的、共同的、较为常见的计算方法，是化学计算的核心。实验数据的内插、函数拟合、线性方程组求解、高阶方程组求解、解微分方程组、求本征值与本征向量等，它们均与化学中量子化学、分析化学、化学平衡、化学动力学和试验数据处理等密切相关。现代计算化学技术的发展，已经能够将各种化学性质与分子结构之间的关系定量地联系起来，化学因此正从实验科学迈向实验、计算、理论相结合的综合性学科，化学已经由多实验少计算，演变为先实验再计算，也必将逐步演变为先计算再实验。

3.2 加工和生产

目前，化学工业的发展速度极大提高，逐步实现了整个化学过程的自动化控制。集散控制系统（DCS）采用集中监视、分散控制的方式对生产过程进行数据采集、处理及控制，具有很高的安全性及常规仪表无法比拟的控制功能。除基本的反馈控制、顺序控制、逻辑控制功能之外，DCS还具有串级、前馈、比值、大纯滞后补偿等高级控制功能，更可以运用各种运算单元，组成综合控制算式，实现更复杂的综合控制。DCS具有完善的设备状态监视及自诊断功能，可以缩短故障查找及消除故障的时间，减小自控系统的故障损失。因而，DCS广泛应用于石油、化工、冶金、电力等各个工业领域。

3.3 计算机制图

计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行设计、绘图、造型、分析和编写技术文档等涉及活动的总称，用于计算机辅助设计的软件有很多，其中以AutoCAD（AutoComputerAidedDesign）软件通用性最高，应用最为广泛。由于AutoCAD具有高速计算、数据处理、大容量存储和强大的绘图编辑功能，所以在化工设计领域得到了广泛的应用。它利用计算的方便、快速、精确、重复利用、人工智能等优点来帮助人们解决在设计过程中碰到的所有问题。AutoCAD是专门用于计算机绘图设计工作的通用计算机辅助设计软件包，是当今各种设计领域广泛使用的现代化绘图工具，在化工领域也不例外。该软件具有强大的化工制图功能，不但能够用来绘制一般的二维工程图，而且能够进行三维实体造型，生成三位真实感的图形。

4 结束语

化工行业信息化已成为必然趋势，不仅可以减少人力和物力支出，而且可以提高生产效率。继续推进信息化在化工行业的应用是合理的，也是必要的。结合智能化化工产品的特点，具有理论合理性和实际可行性，可作为行业发展标准。但在具体实施过程中，企业要根据实际情况做出科学决策。

参考文献：

[1]刘建华,韦姣乐.计算机数据处理技术在化学工程行业的应用[J].化工设计通讯,2023,49(04):136-138.

[2]张保,崔成,王留博.化学控制中指令计算机系统的应用——评《计算机在化学工程中的应用》[J].化学工程,2022,50(05):6.

[3]张子良.计算机化学的理论发展及其在化学工程中的应用——评《计算机在化学工程中的应用》[J].化学工程,2020,48(12):2.