Excel解决化工问题的常用功能简介

2010-07-02曹玲

大学化学 2010年3期

关键词：单元格控件计算结果

曹玲

(昌吉学院化学系新疆昌吉831100)

计算机与化学

Excel解决化工问题的常用功能简介

曹玲

(昌吉学院化学系新疆昌吉831100)

Excel在解决化工问题上的优越性主要通过常用的10项功能来体现。本文介绍使用这10项功能的经验。

Excel软件是国际公认的优秀软件。在国外，理工科高等院校已经开始将Excel列为大学生、研究生必须掌握的基本技能和必备工具。研究设计单位也将Excel作为解决具体工程问题的标准软件。由于它具有通用性强、易学性好、功能强大等特点，在解决化工问题中凸现优势。对于某些复杂的化工问题，若通过手工计算，即使采用简化模型，工作量也相当庞大，且精确度低，耗时，重现性差;而用其他工程软件，如应用较为广泛的Matlab，计算精度虽高，但需要编程，对使用者要求较高。利用Excel的功能，可方便快捷地解决问题。本文通过化工案例介绍了Excel在化工计算中的常用功能。

1 函数

函数是Excel实现计算功能的有力工具，它预装的各种函数多达245个，不仅有常用的工程数学函数，而且还有财务函数、逻辑函数、时间函数、统计函数、时间和日期、文本、查找信息、数据库等9大类函数。

函数的输入方法有4种:①直接在“编辑栏”中输入函数;②利用编辑栏公式按钮“=”;③选择“插入”、“函数”指令;④用鼠标单击“粘贴函数”图标“fx”。这里仅例举IF函数。IF函数是执行真假值判断，根据任意值或表达式进行逻辑计算，判断结果的真假，返回不同结果。可以使用函数IF对数值和公式进行条件检测。语法格式是:IF(logical_test，value_if_true，value_if_false)。如表1所示，在D6单元格中选用相应的操作线方程计算y2，可根据各板液相组成和进料组成，判断是精馏段还是提馏段。

2 相对地址和绝对地址引用

Excel工作表上的单元格是一个基本单位，为了使用方便，Excel为每一单元格赋予引用地址，单元格的引用地址都以列标和行号表示。相对引用时，将公式向右或向下复制时列标和行号跟着变化;绝对引用时，将公式向右或向下复制时列标和行号固定不变。例如，在例题1精馏设计计算中，用逐板计算法确定塔内两相组成分布时，第2块塔板以下的计算就是借助公式的绝对和相对应用，通过填充柄简单的复制操作来完成。

3 填充柄

Excel中填充柄为位于选定右下角的小黑块。将鼠标指向填充柄时，鼠标的形状变为黑十字。拖动填充柄可以将内容复制到相邻单元格中。利用填充柄对公式的填充实际上是一种复制操作，故对一个公式进行填充操作时，Excel会对公式中相对引用的单元作相应的调整。

图1 理论板数和进料位置的确定计算结果

例题1［1］:利用精馏塔分离苯-甲苯混合液，已知条件见图1中单元格B4～B9。确定:①所需要的理论塔板数;②加料板位置。

首先，在B10中输入式“=(B5－B6)/(B4－B6)”计算F/D。结果F/D=5.424。然后，确定理论塔板数N和进料位置NF。在表1 D5中输入Y1=XD=0.98，在E5中输入式“=D5/ ($B$8－($B$8－1)*D5)”计算X1。为选用相应的操作线方程计算y2，在D6中输入“=IF(E5＞$B$4，$B$9*E5/($B$9+1)+$B$5/($B$9+1)，IF(E5＞$B $6，($B$9+$B$10)*E5/($B$9+1)－($B$10－1)*$B$6/($B$9 +1)，"End"))”。在E6中输入“=D6/($B8－($B$8－1)*D6)”计算X2。在F6中输入“=IF(E6＞$B$4，"精馏段"，IF(E6＞$B$6，"提馏段"，"End"))”，提示该塔板所处的位置。选定D6～F6，拖拽填充柄直至“End”。同时，G5～G14标明塔板序号。理论塔板数N=10，进料位置NF=8。

4 重新计算

“重新计算”可在“工具”的下拉菜单“选项”中找到，选中“反复操作”复选框即可，它主要用于解决循环引用问题，计算精度及迭代次数均可调整。

例题2:如图2中所示，浓度为20%(质量百分数，下同)的KNO3水溶液以1000kg/h流量送入蒸发器，在某温度下蒸出一部分水而得到浓度为50%的KNO3水溶液，再送入结晶器冷却析出含有4%水分的KNO3晶体并不断取走。浓度为37.5%的KNO3饱和母液则返回蒸发器循环处理，该过程为连续稳定过程，试求:各物流的总流率及各物流中KNO3的质量流率。

在Excel中列出工艺说明，在C列中输入每条说明对应的数值。标上所有物流组分的名称。输入各列流率计算公式，如图2所示。此时，打开“工具”，“选项”中的“重新计算”，选中“迭代计算”选项框，单击“确定”后Excel自动开始迭代，直到单元格所有值都收敛。计算结果如图3所示。

5 单变量求解

“单变量求解”可在“工具”的下拉菜单中找到，适用于已经知道公式的结果，但不知道这个结果所需的输入值。进行单变量求解时，Excel通过不断改变单元格中的数值，直到从属于这个单元格的公式返回预期的结果。单变量求解只给出一个解，尽管有几个解，单变量求解只提供和初始值相同符号的解。例如，在进行双组分理想体系泡露点计算时，借助单变量求解功能，可避免试差计算。

图2 初始计算各流率计算公式示意

图3 物料衡算计算结果

例题3［2］:以乙苯-苯乙烯二元理想体系为例。已知:塔板压力p=8kPa，气相组成y= 0.595(乙苯摩尔分数)。进行露点t的试算。

具体计算过程如图4所示，首先，给出初始值t0=50，于B1，在B2、B3、B4、B5和B6中依次输入对应公式。EXCEL自动计算结果(图4)。因为f(t)≠0，启动工具菜单中的“单变量求解”，以B6为目标单元格，目标值=0，B1为可变单元格。“确定”后，EXCEL重新计算。计算结果如图5所示。蒸气温度t=65.31℃，平衡液相组成x=0.5104。

6 单元格的定义

在Excel中，能够赋予单元格或单元格区域一个名字，并且在公式中得到应用。在化工计算中有相当多的数据是预先给定的，将名字替换引用地址，对于执行操作而言是相当便利的，并且能够进一步保障引用的正确性。

图4 Excel首次计算结果示意

图5 露点计算结果

7 规划求解

“规划求解”是一个 Excel程序，使用时需要先进行加载。在“工具”菜单上，单击“加载宏”。在“可用加载宏”框中，选中“规划求解”旁边的复选框，然后单击“确定”。如果“规划求解”未列出，可单击“浏览”进行查找。如果出现一条消息，指出计算机上当前没有安装规划求解，可单击“是”进行安装。加载规划求解后，“规划求解”命令会添加到“工具”菜单中。

“规划求解”适用于需要同时改变多个单元格中的数值，并且要求同时满足某些给定的约束条件，以获得目标单元格中的指定值，待操作的各个单元格必须通过工作表上的公式相关联。下面用文献的算例进行计算［3］。

例题4:界面温度的求取，某炉壁由下列3种材料组成，各材料的导热系数λi(W·m－1·K－1)和厚度δi(m)如图6所示。已测得内、外表面温度分别为930℃和55℃，求单位面积的热损失q和各层间接触面的温度t2、t3。

图6 规划求解参数对话框

图7 界面温度的求解结果

8 控件

Excel的控件分为两种类型:ActiveX控件和“窗体”工具栏控件。ActiveX控件能向用户提供选项或运行使任务自动化的宏或脚本。可在Microsoft Visual Basic for Applications中编写控件的宏，或在Microsoft脚本编辑器中编写脚本。如复选框、文本框、命令按钮等都是ActiveX控件。可以实现计算过程的自动化。例如:在传热过程中，由于操作工况不同、流向不同(逆流或并流)时，对数平均温度的计算公式也会有所不同，这时可采用“宏”制作开关的功能。采用该功能不必在计算过程中再更改公式，因此非常方便［4］。