In der modernen Chemie und Verfahrenstechnik sind präzise Berechnungen unerlässlich, um komplexe Probleme zu lösen und Prozesse zu optimieren. Dieses Arbeitsbuch bietet einen einzigartigen Ansatz, indem es Anwendern ermöglicht, numerische Methoden direkt in Excel-VBA zu erlernen und anzuwenden. Es ist speziell darauf ausgelegt, Ihnen die Werkzeuge an die Hand zu geben, um grundlegende verfahrenstechnische Berechnungsmethoden effizient zu meistern. Ob Sie ein Student sind, der sein Verständnis vertiefen möchte, oder ein Praktiker, der nach effektiveren Lösungen sucht, dieser Leitfaden führt Sie systematisch durch die Materie. Nach einer grundlegenden Einführung in Excel, Makros und die VBA-Programmierung konzentriert sich das Werk auf die mathematischen Grundlagen, die für chemische und verfahrenstechnische Problemstellungen von Bedeutung sind. Entdecken Sie, wie Sie mit der Kraft von Excel und VBA Ihre analytischen Fähigkeiten auf ein neues Niveau heben können. Wenn Sie zudem nach erweiterten Möglichkeiten der Tabellenkalkulation suchen, könnte ein Blick auf Excel-Alternativen für Ihre speziellen Anforderungen interessant sein.
Das Herzstück dieses umfassenden Bandes bildet die praktische Anwendung des Gelernten auf reale Herausforderungen aus dem Labor- und Industriealltag. Hierzu zählen beispielsweise die genaue Berechnung von Gasgleichungen, die detaillierte Analyse von Verbrennungs- und Polymerisationsreaktionen sowie elektrochemische Prozesse. Der Fokus liegt stets auf der direkten Umsetzbarkeit, sodass Sie nicht nur die Theorie verstehen, sondern diese auch unmittelbar in die Praxis überführen können.
Funktionen für Excel und VBA: Die Grundlagen beherrschen
Der Einstieg in die Welt der numerischen Methoden Excel-VBA beginnt mit dem Verständnis der mächtigen Funktionen, die Excel und seine Programmierschnittstelle VBA bieten. Dieser Abschnitt deckt alle essenziellen Themen ab, um eigene, leistungsstarke Tools zu entwickeln:
- Erstellen einer VBA-Funktion: Lernen Sie, wie Sie maßgeschneiderte Funktionen definieren, die über die Standardfunktionen von Excel hinausgehen.
- Makros aufnehmen und bearbeiten: Automatisieren Sie wiederkehrende Aufgaben durch das Aufzeichnen und anschließende Anpassen von Makros.
- Einführung in die VBA-Programmierung: Tauchen Sie ein in die Grundlagen der VBA-Sprache, um komplexe Logiken zu implementieren.
- Daten in Tabellen und in VBA verbinden: Verstehen Sie die nahtlose Interaktion zwischen Ihren Excel-Tabellen und Ihrem VBA-Code.
- Eigenes Programm schreiben und Berechnungen in eigener Benutzeroberfläche ausführen: Gestalten Sie intuitive Oberflächen für Ihre Anwendungen und steuern Sie Berechnungen interaktiv.
- Menüs programmieren: Erweitern Sie die Funktionalität von Excel durch eigene Menüpunkte.
- Grafische Darstellungen in 3D und Dreiecksdiagramme: Visualisieren Sie komplexe Daten und Ergebnisse auf anschauliche Weise, um Muster und Zusammenhänge schnell zu erkennen.
- Datenaustausch mit Dateien: Exportieren oder importieren Sie Daten effizient, um die Integration mit anderen Systemen zu gewährleisten.
Mathematische Methoden: Das Fundament der Ingenieurwissenschaften
Ein tiefgreifendes Verständnis mathematischer Methoden ist entscheidend für jeden Ingenieur und Chemiker. Dieses Arbeitsbuch behandelt eine breite Palette numerischer Techniken, die für die Lösung komplexer Problemstellungen in der Verfahrenstechnik und Chemie unerlässlich sind. Hier lernen Sie:
- Funktionen und ihre grafische Darstellung: Analysieren Sie Funktionen visuell und interpretieren Sie deren Verhalten.
- Berechnen von Reihen, Steigung und Minimum einer Funktion: Optimieren Sie Prozesse durch das Auffinden von Extremwerten und das Verständnis von Änderungsraten.
- Nullstellensuche und Lösen von kubischen Gleichungen (Cardanische Formel): Finden Sie Lösungen für nichtlineare Gleichungen, die in vielen technischen Anwendungen auftreten.
- Lösen von Gleichungssystemen (Gauß-Jordan Methode): Beherrschen Sie die Lösung linearer Gleichungssysteme, eine Kernkompetenz für die Modellierung chemischer Reaktionen oder Stoffbilanzen.
- Numerische Integration nach Simpson: Berechnen Sie Flächen und Volumina, die analytisch schwer zu bestimmen sind.
- Numerische Lösung von Differentialgleichungen (Runge-Kutta-Methode): Modellieren Sie dynamische Prozesse wie Wärmeaustausch oder Reaktionskinetik.
- Partielle Differentialgleichungen: Erweitern Sie Ihr Wissen auf komplexere Systeme, die räumliche und zeitliche Abhängigkeiten aufweisen.
- Lineare Regression: Analysieren Sie Daten und stellen Sie Beziehungen zwischen Variablen her.
Für fortgeschrittene analytische Aufgaben in Excel ist die Excel Solver-Funktion ein mächtiges Werkzeug, das hier ideal ergänzt wird.
Anwendungen in Chemie und Verfahrenstechnik: Praxisnahe Lösungen
Der praxisnahe Teil des Arbeitsbuches demonstriert, wie die erlernten numerische Methoden Excel-VBA direkt auf spezifische Probleme in der Chemie und Verfahrenstechnik angewendet werden können. Dieser Abschnitt ist besonders wertvoll, da er die Brücke zwischen Theorie und realer Anwendung schlägt:
- Maßeinheiten und deren Umrechnung: Stellen Sie die Konsistenz Ihrer Berechnungen sicher.
- Berechnung von Gemischen und Molgewicht eines Moleküls aus der Summenformel: Grundlegende Berechnungen für chemische Prozesse.
- Füllstandsberechnung von Behältern: Wichtig für die Lagerung und Dosierung von Substanzen.
- Reale Gasgleichungen nach van der Waals und Soave-Redlich-Kwong: Modellieren Sie das Verhalten von Gasen unter verschiedenen Bedingungen präziser als mit idealen Gasgesetzen.
- Kompression und Expansion eines Gases sowie Kompression realer Gase: Analysieren Sie Prozesse in Verdichtern und Turbinen.
- Die barometrische Höhenformel der Atmosphäre: Verstehen Sie Druck- und Dichteänderungen mit der Höhe.
- Molekularpotentiale nach Coulomb: Grundlage für das Verständnis molekularer Wechselwirkungen.
- Chemisches Gleichgewicht nach van’t Hoff und Gibbs sowie Methanisierung-Shift nach van’t Hoff: Berechnen Sie Gleichgewichtszusammensetzungen von Reaktionsgemischen.
- Chemische kinetische Reaktion nach Arrhenius: Prognostizieren Sie Reaktionsgeschwindigkeiten.
- Verbrennungsrechnung, Polymerisation, Elektrochemische Reaktion, Brennstoffzelle: Spezifische Anwendungsfälle aus verschiedenen Bereichen der Chemie.
- Wärme- und Stoffaustausch, stationär und instationär: Analysieren Sie Transportphänomene.
- Dampf-Flüssiggleichgewicht, McCabe-Thiele-Diagramm, Flüssig-Flüssiggleichgewicht, Fest-Flüssiggleichgewicht: Grundlagen der thermischen Verfahrenstechnik.
- Batchdestillation nach Rayleigh und Schlünder: Spezifische Berechnungsverfahren für Destillationsprozesse.
- Das Biot-Savart-Gesetz und dessen Anwendung: Verständnis elektromagnetischer Felder.
Die Effizienz von Excel auf größeren Systemen kann auch durch die Nutzung von Excel auf Windows Servern optimiert werden.
Anhang und ergänzende Informationen
Der Anhang bietet wertvolle Hilfestellungen und zusätzliche Ressourcen, die den Umgang mit Excel und VBA weiter erleichtern. Dazu gehören ein Auswahlmenü in Excel, Anleitungen zum Kopieren von Excel-Tabellen, ein detailliertes Inhaltsverzeichnis und Querverweise, um die Navigation im Buch zu optimieren. Darüber hinaus finden sich Informationen zu Literaturverzeichnis, Bildunterschriften, Formelnummerierung und einem Stichwortverzeichnis, die alle zum umfassenden Lernerfolg beitragen. Praktische Tastenkombinationen runden diesen Bereich ab.
Die positiven Rückmeldungen von Fachzeitschriften wie “Chemie Ingenieur Technik. CIT-Journal” (04/2018) und “ekz. Bibliotheksservice” (26.05.2015) bestätigen den hohen Wert dieses Arbeitsbuches. Es wird als wertvolle Hilfe für Chemieingenieure und Verfahrenstechniker in Studium und Praxis bei der Berechnung verfahrenstechnischer Probleme gelobt. Der konsequente Ansatz des “Learning by doing” ermöglicht einen optimalen Lerneffekt, indem Leser sofort mit den ausführlichen Beispielen in Excel-VBA arbeiten können. Dieses Buch ist ein Muss für jeden, der seine Kenntnisse im Bereich der neuen Excel-Funktionen und deren Anwendung in den Ingenieurwissenschaften vertiefen möchte.
Die Experten hinter dem Werk
Das Arbeitsbuch wurde von zwei ausgewiesenen Experten verfasst: Wolfgang Schmidt und Prof. Dr.-Ing. Shichang Wang.
Wolfgang Schmidt, Dipl.-Ing. Chemietechnik von der TU Dortmund, bringt langjährige Industrieerfahrung in Verfahrensentwicklung und Prozesssimulation mit. Er war 20 Jahre lang Geschäftsführer der Chemstations Deutschland GmbH.
Prof. Dr.-Ing. Shichang Wang lehrt seit 2010 an der Hochschule Niederrhein im Bereich Thermische Verfahrenstechnik, mit Schwerpunkten wie Computer Aided Process Engineering, Thermodynamik sowie Stoff- und Wärmeübertragung. Seine Expertise aus früheren Tätigkeiten in Anlagenbauunternehmen wie MESSO-Chemietechnik GmbH und Balcke-Dürr GmbH fließt direkt in die praxisnahen Inhalte des Buches ein.
Fazit
Dieses Arbeitsbuch ist ein unverzichtbarer Begleiter für alle, die numerische Methoden in Excel-VBA für die Chemie und Verfahrenstechnik beherrschen möchten. Es verbindet fundiertes theoretisches Wissen mit einer klaren, anwendungsorientierten Herangehensweise und bietet zahlreiche praktische Beispiele, die direkt umsetzbar sind. Nutzen Sie die Gelegenheit, Ihre Fähigkeiten zu erweitern und komplexe ingenieurwissenschaftliche Herausforderungen mit Zuversicht anzugehen. Vertiefen Sie Ihr Wissen und optimieren Sie Ihre Arbeitsprozesse – starten Sie noch heute Ihre Reise in die Welt der numerische Methoden Excel-VBA.