EXCEL在化工数值计算中的应用

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化
学
工
程
师２００９年第４期　
ＣｅｃｌｎｉｅｒｈｍｉＥｇｎｅａ文章编号：０２ｌ２（０９）４０２ — ３１０一４２００ —０６０１
继　
续；教育　
Ｅｃｌｘｅ在化工数值计算中的应用
刘奇琳，赵升云　
（武夷学院化学与环境工程系。福建武夷山３４０）５３０　
摘
要：本文以《反应工程》汁算为例，的介绍了Ｅｃｌｘｅ中函数功能、规划求解功能及单变量求解功能的应　
用。结果表明：Ｅｃｌ用ｘｅ计算，简单适用，效率和精度都很高，具有一定的推广意义。关键词：ｘｅ；Ｅｃｌ化工；数值；迭代；应用　
中文图分类号：Ｑ１Ｔ０５文献标识码：Ａ
ＬＵＱ－ｉ，ＨＡｈｎ－ｕＩｉｌＺＯＳｅｇｙｎｎ
（ｈｍｉａ＆ＥｖｒｎｎａＥｇｎｅｉｇＤｐｒｎ　ｆＷｕｉｎｖｒｉＷｕｉｈｎ３４０，ｈｎ）ＣｅｃｌｎｉｍｅｔｌｎｉｅｒｅａｔｔｙＵｉｅｓｙ，ｙｓａ５３０Ｃｉａｏｎｍｅｏｔ
Ａｐｌａｉｎｏｘｅｈｕｒｃｌｃｃｌｔｎｏｈｍｉａｎｉｅｒｎｐｉｔｆｅｃｌｉｔｅｎｍｅｉａａｕａｉｆｃｅｃｌｅｇｎｅｇｃｏｎｌｏｉ
Ａｓａｔｎｘｍｌｏ｛ｅｃｏ　ｎｉｅｎ）ａｕｔｘｅ．ｅａｐｃｔｎｏｔｎｔｎｈｂｔｃ：ＡａｐｆＲａｔｎＥｇｅｒｇｉｃｃｌｅｂＥｃ１ｈ　ｐｌａｏ　ｆｈｆｃｏ．ｅｒｅｅｉｎｉ）ｌａｄｙｓＴｉｉｅｕｉｔ
ｌｅｒｇａｉｒｐｏｒｍｍｉｇｓｌｔｎａｄｔｅｓｎｌａａｌｏｕｉｎｒ　ｎｒｄｃｄＴｅｒｓｌｈｗｏｅｇｅｔｅｆｉｎｙｎｎｏｕｉｎｈｉｇｅｖｒｂｅｓｌｔｗｅｅｉｔｕｅ．ｈｅｕｔｓｏｆｔｒａｆｃｅｃｏｉｏｏｓｈｉ
ａｄｐｅｉｏｆｔｉｍｅｈｄｎｒｃｓｎｏｓｉｈｔｏ．ＫｅｒｓＥｃｌｃｅｃｌｅｇｎｅｎ；ｕｒａ；ｔｒｔｎａｐｉａｉｎｙｗｏｄ：ｘｅ；ｈｍｉａｎｉｅｒｇｎｍｅｃｌｉａｉ；ｐｌｔ

ｉｉｅｏｃｏ
化工计算涉及的内容十分广泛，中汽液相平其
衡计算、物料与热量的恒算等是化工计算中最基本的内容。在实际化工计算中常常会遇到一些数学问
题的精确解（解析解）较难得到或无法直接求解。对这类复杂的数学问题，典的数学解析法是无能为经
设有方程式：珂）０ｘ＝转化为：＝（）ｘ异ｘ
设定迭代初值：ｏ精度要求：Ｘ８则第一次迭代结果：Ｊｘ＝把设定的初值与第一次迭代的结果对比。判断是否满足Ｉｏ ≤￡ —ｘＩ，如果满足，Ｘｘ就可以当作方程式ｌ）０ｉ＝的近似解；ｘ否则，继续迭代：ｘ＝。再比较判断是否满足Ｉ２ ≤８以ｚｇｘ）一ｘｌｘ
此类推 ……　
力的，只有借助与数值计算方法应用计算机进行求解（数值解）因此，。数值计算方法在化工领域占有极其重要的地位，是现代化工技术发展的促进因素ｆ。ｊ１Ｅｃｌｘｅ软件是微软公司开发的功能强大的电子表格管理软件，具有强大的数据处理和计算功能。本文以《反应工程》的计算为例，介绍了Ｅｃｌｘｅ中迭代功能、规划求解功能及单变量求解功能的应用。旨在开发　
Ｅｃｌ境下，练运用这些功能函数，捷、便ｘｅ环熟可快方
对于实际的化工计算，往往无法得到具体的ｘ＝ｘ）式子，这样就给求解过程增加了许多难度，一般的求解方法是开发计算机高级语言编写相应的程序，但适用性不强。利用人人都熟悉的Ｅｃｌｘｅ电子表格也能非常轻松的解决大部分这类问题，下面介绍３种具有很好　
的实际工程意义的方法。
地进行大部分的化工数值计算。
１Ｅｃｌｘｅ中迭代功能求解思路　
迭代法是一种重要的逐次逼近的方法，这种方法是用某个固定的公式反复校正解（）根的近似值，使之逐步精确化，最后得到满足精度要求的结果。
迭代过程如下：
１函数方法．１
利用Ｅｃｌｘｅ电子表格中的ｉ等函数及填充柄）
功能：用函数功能表达ｇｘ，（判断是否满足给利（ｉ））ｆ定的精度要求。
１规划求解方法．２
借助Ｅｃｌｘｅ中的规划求解功能，可求得工作表上某个单元格（被称为目标单元格）的最优值（最大值、最小值、固定值

）规划求解 ” 。“ 将对直接或间接与目标单元格中公式相关联的一组单元格中的数　
收稿日期：０９０ — １２０ — ２０　
基金项目：武夷学院校级资助项目（Ｑ００）ＸＬ７０４
作者简介：刘奇琳（９４，，族，１７一）男汉讲师，究方向：研化学工程相　
关专业教学与科研、化工智能。
２００９年第４期　
刘奇琳等：ｘｅ在４Ｘ数值计算中的应用Ｅｃｌｔ－；
值进行调整，最终在目标单元格公式中求得期望的结果。“ 规划求解” 通过调整所指定的可更改的单元格（可变单元格）中的值，目标单元格公式中求得从
所需的结果。
（１３３１９８３３　＝０５６１９１３４１转．１５２１５７；３．２８６７３８，５
化率仍小于０５继续计算 ……，．，８最后得到的结果　
见表１。
表１用迭代法计算结果　
Ｔｂ１Ｃｍｐｔｇｒｓｌｂｅａｉｅｍｅｈｄａ．ｏｕｉｅｕｔｙｉｒｔｔｏｎｔｖ
１单变量求解方法．３
所谓单变量求解，就是求解只有一个变量的方程，它通过调整可变单元格中的数值，使之按照给定的公式来满足目标单元格中的目标值。特别适用于复杂的隐函数求解过程。．
臀　可值目转１代数序变标化次号等值。率迭＿
２计算实例　
在理想搅拌釜多釜串联反应器中进行如下液　
相反应：Ｒ。已知该反应的动力学方程为ｒＡ— Ａ＝
由计算结果可知：第６个釜的出口浓度为　
０４０，化率为０８３。．７转４．１５
太．其中为反应物的消耗速率［ｍｌｉ］ｃ，ｓ－ｋｏ（ · ｎ，／ｍ）ｋｍ
为反应速率常熟［３５ｋｏ · ｉ］为反应物Ａ（）／ｍｌｍｎ，ｍ　（）ｃ
的瞬时浓度［ｏ· 。ｋｌ］若单釜有效容积Ｖ＝ｍ，ｍｍＲｌ各釜容积和温度相同，在该温度下反应速率常熟太＝
２２采用规划求解．
在单元格Ａ２中输入初值（仍取１；）在单元格Ｂ２中输入：Ａ＋．／．ＰＷＥ（２１）在单元＝２１８５ＯＲＡ，５；３３＊．格ｃ２中输人：（Ａ）。＝３２３点击 “ 一／工具”选择“ ，规划求解 ” 设置如图２。点击 “ 解 ” 钮，求按可得到

＝１３０７３６２７ｘ．４２７９６７继续作．７３６２５９，Ｆ０５３０８７，９３１５１规划求解，直至转化率满足要求。计算结果见表２。
００３　ｍｌｆ。ｉ－．１８ｋｏ· · ｎ１０ｍｍ），物料的体积流量Ｆ３ｘ０＝．１一５
，，ｉ，ｍ · ｎ反应物Ａ的起始浓度Ｃ３ｋｏ· －希望ｍ一ｏｍｌｍ３＝
Ａ的转化率ｘ不低于８％，Ｄ５试计算所需的串联釜数　
和每釜出口反应物浓度的转化率。１
根据对理想搅拌釜多釜串联反应器作物料衡　
算可得：ＦＦｉｉｃ＝ｃｒ＋将下 — 和ｃ＝ｉ～代人得：
；　＋ｊｃ　０第　釜的转化率为ｘ — －ｉｃｃ。：～ —。ＦＯ— ，０Ｃ
ｃ０
表２规划求解法计算结果　
Ｔａ．Ｃｍｐｔｇｒｓｌｂｌｎｉｇａｄｓｌｔｎｍｅｈｄｂ２ｏｕｉｅｕｔｙｐａｎｎｎｏｕｉｔｏｎｏ
则该题转化为求解当筠． ≥０５时的ｉ以及８值
各个ｉ所对应的０和Ｘ值。ｉ
设计迭代公式：ｃ一丁计算精度￡ｃ＝ｋｃ＝
０００．００ｌ
２１采用数学函数及ｉ）．ｆ函数求解（
在单元格Ａ１中输入精度要求：ｅ５在单元格ｌ一；Ａ３中输入初值（先取１，）在单元格Ｂ３中输人计算公式： — ．／．ＰＷＥ（３Ｉ）＝３１８５ＯＲＡ，．；３３＊５在单元格ｃ中３
输入判断语句＝Ｉ（Ｂ（３Ｂ）￥￥，一。３“ ＦＡＳＡ一３Ａｌ３Ｂ），继续＜（／
图１规划求解参数　
Ｆｇ１ａａｔｒｆｐａｎｎｎｏｕｉｎｉ．Ｐｒｍｅｅｓｏｌｎｉｇａｄｓｌｔｏ
计算！”；１在单元格Ａ４中输入公式＝３Ｂ。利用Ｅｃｌｘｅ中的填充柄功能，经过６次迭代后很容易计算出２ｃ．７３６５ｘ．４２很显然，ｌ９０２０；３３，＝１３＝０５转化率小于０５．，再接着计算０和ｘ：只要更改Ｂ＝Ｓ８２２３Ｆ￥ — ．／．ＰＷＥ（３１）经过２４１８５ＯＲＡ，５，３３＊．９次迭代计算出
２３采用单变量求解．
单元格Ａ、２Ｃ设置同上，２Ｂ、２点击“ 工具”选择， “ 单变量求解”设置见图２，。经

过６次计算，得到计算结果见表３。
刘奇琳等：ｘｅ在化工数值计算中的应用Ｅｃｌ
２００９年第４期　
表３单变量求解法６次计算结果　
Ｔｂ３６ｃｍｐｔｇｒｓｌｆｇａｅｋｍｅｈｄａ＿ｏｕｉｅｕｔｏｏｌｅｔｏｎｓｓ
表４传统方法和Ｅｃｌｘｅ中迭代法比较　
Ｔｂ４Ｃｏａｉｏｆｏｖｎｉｎｌｍｅｈｄａｄｉｒｔｅａ．ｍｐｒｓｎｏｎｅｔａｔｏｎｔａｉｃｏｅｖ
ｍｅｈｄｔｏ
传统方法　
计算量掌握难易度最大最难　
Ｅｃｌｘｅ中的迭代法　
最小最容易　
手工计算计算机编程ｌ数法规划求解法ｌｌ函单变量求解法
适性最用小
最广
ｌ
适用性做比较，见，划求解法和单变量求解法可规
的计算量最小，也最容易掌握。通过以上的计算和对比表明：如果把Ｅｃｌｘｅ电子表格与复杂的化工计算相结合，可以减小计算量，提高计算效率和计算精度。因此，该方法更具普遍性。
参
２：４７１ —１．
图２单变量求解　
Ｆｇ２ｉ．　Ｇｏｌｅｋｍｅｈｄａｅｔｏｓ
—
考
文
献　
［］钟秦，１俞马宏．化工数值计算［．Ｍ］北京：化学工业出版社，０３１２０．
３结论　
对几种计算方法从计算量、读者掌握难易度和　
［］李绍芬．２反应工程［．京：学工业出版社，９４１９Ｍ］北化１９．．１　
（上接１７页）
（）２制备各种高碳烷基糖苷适宜的转苷化温度　
分别是：正辛醇９０～１０Ｃ，１ｏ正癸醇１０～１５Ｃ、０１正ｏ
十二醇１０—１０、十四醇１５～１５。１２℃ 正１２． ℃
糖苷中。再者，它是无毒的，且物理、化学性质相对都比较稳定。聚乙二醇（０）４０在蒸馏时可起到双重作用。一方面，它使烷基糖苷产物保持良好的流动状态，进一步使高碳醇容易与其一起蒸出。另一方面，
（）３加入少量的ＮＨＰａｚ能够很好地降低产品Ｏ的色度；蒸馏高碳醇时，体系需要非常高的真空度，
加入聚乙二醇（０）利于缩短蒸馏时间，少产４０有减
它可减少烷基糖苷与高碳醇的结合力，在蒸馏过程中能把被烷

基糖苷包裹起来的高碳醇释放出来。
品中醇的残余量。
参考文献　
３结论　
以葡萄糖、丁醇、正正辛醇、癸醇、十二醇、正正
正十四醇为原料采用转苷法合成工艺合成了辛基糖苷、癸基糖苷、十二烷基糖苷及十四烷基糖苷。使用转糖苷法合成，虽然工艺过程较为繁杂，但反应条件相对比较温和，反应时间也相对较短，尤其能克服直接苷化法容易产生焦糖的缺点。实验对催化剂的种类及其用量、反应物配比、温度等进行了优化。（）备的丁苷适宜的反应条件是：萄糖：１制葡
正丁醇：化剂韵摩尔比为１：４：００４催．２，反应温度为９５～１４Ｃ，应时间为４ｉ。１ｏ反５ｍｎ　
［］金玉芹消福奎，１朴贞顺，烷基糖苷的市场状况及合成工艺进等．
展Ｅ］Ｊ．精细化工，９８１（） — ．１９，５５：８５
［］蓝仁华，阳新平，二步法合成烷基多苷工艺研究［］２欧等Ｊ＿化学　
反应工程与工艺，００１（）２ — ３．２０，６４：６３０３
［］杨朕堡，３杨锦宗．烷基糖苷的合成及性能研究［］精细石油化Ｊ．
工，９６（）－．１９，：５５１
［］吴建军，４马喜平，邱海燕．基多苷的应用［］日用化学工业，烷Ｊ．
２０，４３：８－８．０４３（）１１３１
［］蓝仁华，阳新平，５欧杨卓如，等威留高碳醇对烷基多苷性能的影响［］日Ｊ．用化学工业，０，－．２０１５０
［］高真．品商品与检验［．６食Ｍ］中国轻工业出版社，９．１５９

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