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MATLAB在化学工程与工艺实验数据处理中的应用*摘要]本文对MATLAB在化学工程与工艺实验中的应用进行了初步的尝试,传统的化工实验的数据处理是相当复杂的,需要花费大量的人力物力,由于化工实验需要平行实验,数据处理过程的重复性也非常大。借助MATLAB软件的应用,可以使人们从大量的数据处理当中解脱出来。本文以“化工原理”实验为例,利用MATLAB软件编写一个数据处理程序:只需输入任意一组原始数据,就可以把实验结果,数据模型以及作图一起显示出来。[关键词]化学工程与工艺;专业实验;数据处理;Matlab一、引言化学工程与工艺专业实验是初步了解、学习和掌握化学工程与工艺科学实验研究方法的一个重要的实践性环节。专业实验不同于基础实验,其目的不仅仅是为了验证一个原理、观察一种现象或是寻求一个普遍适用的规律,而应当是为了有针对性地解决一个具有明确工业背景的化学工程与工艺问题。[1]化工实验的特点流程较长,规模较大,数据处理也较为复杂。因此依靠计算机处理数据会使繁琐的数据处理过程变得简单快捷,大大提高工作效率。数据处理是每一个化学工程实验必不可少的步骤,也是至关重要的一个步骤。通过实验可以建立过程模型、分析工艺技术的可行条件。但是化工实验数据的处理往往并不是那么简单,它需要通过复杂的数学计算,若仅仅依靠手工计算则需要花费大量的时间,而且化工实验数据的处理量很大、重现性很高,因此应用计算机来处理实验数据可以大大提高工作效率。化学工程与工艺专业是一个以实验为基础的专业学科。实验的目的是通过有限的实验点去寻找某一对象或某一过程中各参数之间的定量关系,从而揭示某化工过程所遵循的客观规律。由于人力、物力、时间等条件的限制,任何实验所能完成的实验点都是有限的,如何根据这些有限的实验点归纳出各参数之间的关系,便是实验数据的处理问题。由于化工过程的复杂性,实验过程中各参数之间的关系往往是非线性的,数据处理或数据拟合的工作量往往比较大,且计算过程也比较繁琐。若能利用计算机进行数据处理,不仅处理结果的准确度很高,而且还会省下很多不必浪费的人力和时间,大大提高了工作效率。Matlab是集数学计算、结果可视化和编程于一身,能够方便地进行科学计算和大量工程运算的工程软件。它具有简单易用、人机界面良好,能使繁琐的科学计算和编程变得日益简单和准确有效。[2]本文以两个化工原理实验为例,阐述利用Matlab软件处理化工实验数据与人工处理相比较带来的方便,而且数据的结果更精确,误差更小。Matlab软件是一种简单易学的编写语言。它具有支持多平台操作系统(Windows、Unix等)、编写效率高、用途广泛、功能超强、程序极容易维护等等优点。二、数据处理程序的设计(一)程序框图由于化工实验有很多,而且每一个实验数据的处理的步骤、公式都不一样,所以很难用一个程序来描述。但是,每一个实验都有类似之处,因此每一个程序都可以用如图2-1来描述。这样则可以利用Matlab中的polyfit()函数进行线性拟合,此即为本文编写数据处理程序的基本原理。3.基本数据库从文献中只能查出特殊温度下的物性数据。例如:10℃、20℃、30℃等。但是工业生产中的温度就不可能那么凑巧和文献符合,因此,需要我们进行计算。平时学习中遇到这样的问题,我们往往是选两个相近的数据近似认为它们是线性关系,然后采用内插或外推法计算出工作温度下的物性常数。本文中所编写的程序把温度与密度、温度与粘度进行多项式拟合,使它们之间有两两对应关系。即在程序运行后,只需输入工作温度,程序就可以得到该温度下所需的物性常数。(三)程序的调试与运行结果1.流体阻力原始数据输入三、结论在化学工程与工艺实验中用Matlab软件处理实验数据是很有必要的。以本文中的化工原理实验为例,每一次实验都有大量的数据要处理,我们只要处理自己的原始数据,但教师在批改时就要把我们所有的实验数据都要计算,这个工作量是很大的。有了数据处理程序,教师只需要输入原始数据,运行程序后,就可了解学生的实验是否做得好、实验数据处理结果是否准确,这就可以节省很多的时间。在实际工程中,需要处理的数据更多,计算公式更加复杂,有时为了导出计算公式,还需要建立复杂的数学模型,手工计算基本是不可能完成的。因此,把Matlab软件应用到化学工程与工艺实验中进行实验数据的处理是十分必要的。(责任编辑:张明德)参考文献:[1]房鼎业,乐清华,李福清主编.化学工程与工艺专业实验[M].北京:化学工业出版社,2000.[2]李丽,王振领编著.MATLAB工程计算机应用[M].北京:人民邮电出版社,2001.[3]黄华江编著.实用化工计算机模拟———MATLAB在化学工程中的应用[M].北京:化学工业出版社,2004.[4]姚玉瑛主编.化工原理(新版)(上册)[M].天津:天津大学出版社,2003.

化工类毕业论文范文辉光放电在减压反应器中进行，在直流、低频交流、射频，或者微波电场或磁场的作用下产生。反应装置有内极式、外极式和无极感应式等3种。低温等离子体化学反应的优点在于：在常规下不能进行或难以进行的反应，在等离子体状态下能够顺利进行，如全氟苯的聚合、氮化硅的淀积等。等离子体表面轰击力强，穿透力弱，适合于表面改性。等离子体表面改性时，主要是利用各种能量粒子与固体表面作用，达到改变表面化学结构的目的。它包括3方面内容： 在A r、He、N2、O2和NH3等气体的辉光放电中对聚合物表面进行等离子体处理;进行等离子体接枝;在聚合物表面淀积超薄等离子体聚合膜。与常规化学改性方法相比，等离子法具有干法、不破坏材质、低温、快速、污染小和效率高等优点。 低温等离子体的特点 低温等离子体含有大量的电子、激发态原子和分子以及自由基等活性粒子,这些活性粒子使材料表面引起蚀刻、氧化、还原、袭解、交联和聚合等物理和化学反应,对材料表面进行改性。由于低温等离子体中粒子的能量一般为几个至几十个电子伏特,大于高分子材料的结合键能(几个至十几个电子伏特),完全可以使有机大分子材料的结合键断裂而形成新键;但其健能远低于高能放射线的能量,故表面等离子体处理只发生在材料的表面,在不损伤基体的前提下,赋予材料表面新的性能。 低温等离子体在高分子材料上的应用，大致可以分为两类：一是等离子体聚合，另一是等离子体改性。等离子体聚合是利用聚合性气体，在基底表面生成具有特殊功能(如防水、防腐蚀、结构致密具有特殊物理性能等)的聚合物;等离子体改性是利用各种等离子体系作用于物质表面，在物质表面发生各种物理和化学的作用，如架桥、降解、交联、刻蚀、极性基团的引入及接枝共聚等，从而达到对物质表面改性的目的。用高分子膜作为等离子体聚合物的沉积基质会引起材料表面的交联、化学物理性质以及形态的改变，从而起到了对原高分子膜改性的作用。 机理分析 等离子体处理橡胶表面是利用气体(空气或氧气)电离产生氧等离子体，氧等离子体中大量的 O+、O-、O+2、O-2、O、O3、臭氧离子、亚稳态 O2 和自由电子等粒子与橡胶表面发生物理和化学反应，在橡胶表面产生大量的极性基团，使碳原于从C—H结合变为 、 、 等，从而提高橡胶表面的亲水性，改善橡胶与金属的粘合性能。 等离子体粒子的能量一般约为几个到几十个电子伏特，如电子的能量为0—20eV，离子为0—2eV，亚稳态粒子为0—20eV，紫外光/可见光为3—40eV。而橡胶中常见化学键的键能为：C—H ;C=0 ;C—C ;C=C 。由此可见，等离子体中绝大部分粒子的能量均略高于这些化学键能，这表明等离子体是完全有足够的能量引起橡胶内的各种化学键发生断裂或重新组合的。以聚丁二 烯 橡胶为例来说明： 尽管反应仅在表面几个单分子层发生(只限于橡胶表面最外层10—1000的范围内，不会改变橡胶的整体特性)，但是其密度和强度的增加却说明表面能的改变。 低温等离子体处理的过程 对聚合物的低温等离子体处理包括以下4个过程:脱离(Ablaton);交联(Cross-linking);活化(Activation)和沉积(Deposition)。 (1)脱离：等离子体处理过程中,利用高能粒子轰击聚合物,使弱的共价键断裂,称为脱离。脱离使得暴露在等离子体中基质的最外分子层离开基体,由真空装置除去。由于基质表面污染层的化学键一般由较弱的C-H键构成,故等离子体处理可以除去像油薄膜一样的污染物,使基质表面清洁,并留下活性的聚合物表面。