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.
毕业环节指导书
适用专业：工业分析专业
湖南化工职业技术学院
二00八年九月
前 言
毕业环节由毕业实习、毕业设计（或毕业论文）、毕业答辩三部分组成。是学生在校学习期间最后一个，也是极为重要的一个教学环节，必须认真进行，确保质量。
总结我校历届业余专科班毕业环节的时间，根据专业教学计划的要求，我们拟定了本指导书，分别对毕业实习、毕业设计（论文）毕业答辩提出了具体要求，并附有毕业成绩的考核办法，编印成册，作为学生进行毕业环节的主要学习资料，人手一份，希望同学们认真阅读，严格按要求执行。
需要特别指出的是：分析专业的毕业生，除了要在相关的化验室进行分析化验的操作实习外，还必须进行生产车间的工艺操作实习，因为只有对产品生产过程的基本原理、基本规律有所了解，才能对分析化验的取样点、检测项目与指标等有较深的认识，真正了解分析化验在化工产品生产过程中的作用和地位。
一、毕业实习指导书
毕业实习是毕业设计、毕业论文的前提和必要步骤，也是重要的生产实践过程，是理论联系实际的有效途径。因此，无论工艺专业还是分析专业的学生均应按本指导书的要求进行实习。
(一)实习的目的与要求
毕业实习的主要目的是：熟悉生产现场的生产、管理、掌握一定的生产操作技术，为毕业设计（论文）收集有关资料、数据，完成毕业设计（论文）的前期准备工作。具体要求如下：
1、理论联系实际。通过生产实践，掌握一定的生产操作技能和分析测试技能，并在实践过程中学会运用理论知识去分析和解决生产实际问题的方法，培养观察、分析和解决工程实际问题的能力，牢固树立工程观念。
2、学习、了解所在工厂、车间的生产工艺技术及设备的运行情况与操作性能，了解厂内的生产管理方法及生产技术的发展情况。
3、学习、了解所在岗位及中心化验室的设备配置、技术要求、管理制度、发展动态及生产发展对分析、化验的要求。
4、按照各自的毕业设计（论文）课题，虚心向工程技术人员和一线操作工人请教，并在实习过程中有目的、有计划的收集有关资料和数据（包括摘抄、整理和必要的分析、测定），为毕业设计（论文）提供依据。
5、通过上岗操作，熟悉现有的生产流程和生产状况，积极参加相关的生产劳动，努力增强工作责任感。
6、实习期间，每天要写实习日记，其内容包括当天的具体工作内容、遇到的技术难题、如何解决、主要收获是什么、还存在什么问题等。
7、遵守劳动纪律，搞好安全生产，按质、按量、按时完成实习任务。
(二)实习大纲
1、车间概况的了解
主要是了解所在车间的生产情况、存在的问题及发展规划、具体内容如下。
⑴车间的生产方法、工艺流程、各工序间的联系、辅助工段、车间分析室及车间职能人员的配备与分工。
⑵本车间的产品品种、特性及主要原材料的名称、特性与来源。
⑶主要设备的型号、规格、台数及主要操作参数。
⑷本车间生产过程中主要原材料的理论和实际消耗及其差距分析。
⑸水、电、汽、气、燃料的消耗情况与供应情况，节能降耗的潜力有多大？
⑹产品（半成品）成本为多少？如何计算？降低成本的途径？
⑺产品的贮存、运输及销售情况。
⑻三废（废气、废水、废渣）的产生及处理情况，存在什么问题？如何解决？
⑼本车间分析化验岗位的设置情况。
⑽主要原材料、中间产品和产品和分析化验内容、方法及常及仪器设备的基本原理、结构、使用与管理情况。
2、重点工序的实习任务
⑴本工序产品及中间产品的技术规格、原料来源与要求，与前、后工序的关系。
⑵生产过程的基本原理、主要的化学反应式。
⑶本工序的生产流程、操作方法及生产控制指标。
⑷本工序各生产设备的功能、生产能力及结构特征。重点了解主体设备：结构特征、工艺尺寸、材质、加热（冷却）面积、密封方法、联接方法、防腐措施、保温情况、使用（设计）寿命、开停车方法、进料、卸料方法等。
⑸本工序物料衡算、热量衡算、原料利用率及生产效率的计算方法。
⑹主要设备实际生产能力与设计能力的比较、决定生产能力的因素及提供生产能力的途径。
⑺设备的跑、冒、滴、漏情况，三废处理方法及回收利用的可能性和途径。
⑻现有生产过程存在的问题及改进方向。
⑼岗位取样点的位置及主要分析项目和技术指标，存在的问题及改进意见。
⑽确保设备正常运转时的生产调节和控制方法，生产过程中各物料的分析、检测方法；确保生产安全、优质、高产、低耗的方法。
⑾分析样品的采集方法；如何制备、保存；标准溶液的配制及分析数据的处理方法；分析、检测系统在企业生产中的作用和地位。
⑿开、停车的原则、步骤、方法，事故发生的原因及处理方法。
3、数据和资料的收集内容
⑴工厂的现状与发展。各种产品、半成品及主要原材料的名称、数量、质量及来源。
⑵所在车间的原料、燃料、水、电、汽、气的供应情况及消耗定额。
⑶原料和产品质量情况、贮运条件。
⑷所在车间生产方法的特点、技术经济指标，与国内外同行的比较。
⑸生产过程的强化途径与措施；能源的节约方法；三废利用的可能性与方法。
⑹历年来的重大革新项目及其效果，工程技术人员和工人的合理化建议。
⑺主要设备一览表，包括名称、规格、材质、台数等。
⑻核算主要设备的生产强度、技术经济指标，并进行工序的物料衡算。
⑼评价车间和工段生产流程的优、缺点及物流、热流的合理性。
⑽车间的岗位设置、人员编制、组织领导、生产管理和调度等方面的情况。
⑾产品的成本分析、设备折旧费与经常维护费的关系，降低成本途径。
⑿企业改制改组情况。
⒀毕业设计（论文）所需有关数据，必要时可进行测定。
1.关键词规范
关键词是反映论文主题概念的词或词组，通常以与正文不同的字体字号编排在摘要下方。一般每篇可选3~8个，多个关键词之间用分号分隔，按词条的外延(概念范围)层次从大到小排列。
关键词一般是名词性的词或词组，个别情况下也有动词性的词或词组。
应标注与中文关键词对应的英文关键词。编排上中文在前，外文在后。中文关键词前以“关键词：”或“[关键词]”作为标识;英文关键词前以“Key words：”作为标识。
关键词应尽量从国家标准《汉语主题词表》中选用;未被词表收录的新学科、新技术中的重要术语和地区、人物、文献等名称，也可作为关键词标注。关键词应采用能覆盖论文主要内容的通用技术词条。
2.选择关键词的方法
关键词的一般选择方法是：由作者在完成论文写作后，从其题名、层次标题和正文(出现频率较高且比较关键的词)中选出来。
论文正文
要点
⑴引言：引言又称前言、序言和导言，用在论文的开头。引言一般要概括地写出作者意图，说明选题的目的和意义，并指出论文写作的范围。引言要短小精悍、紧扣主题。
〈2)论文正文：正文是论文的主体，正文应包括论点、论据、论证过程和结论。主体部分包括以下内容：
a.提出问题-论点;
b.分析问题-论据和论证;
c.解决问题-论证方法与步骤;
d.结论。
为了做到层次分明、脉络清晰，常常将正文部分分成几个大的段落。这些段落即所谓逻辑段，一个逻辑段可包含几个小逻辑段，一个小逻辑段可包含一个或几个自然段，使正文形成若干层次。论文的层次不宜过多，一般不超过五级。
金工实习报告--化学工程与工艺
金工实习报告
化工与能源学院03级（1）班
实习人：王栋 编号：026
实习时间：2005年5月30日到6月10日
金工实习报告
为期两周的金工实习已经结束了，它带给我们的是一段难忘的回忆。对于动手能力不太强的我，金工实习更是有着重要的意义。经过两周的金工实习，我学习了不少的金工知识，初步了解了铣床、板金、数车、数铣、线切割、热处理和铸造等工种，还进行了工业安全学习。在此过程中，我掌握了一定的技能，提高了自己的动手能力，还学到很多其他的东西，比如说，对待工作的认真严肃的态度，严谨的作风，仔细观察的精神，良好的安全意识。虽然金工实习期间的确有点累，但丰收的成果使我感觉非常欣慰，几天来对工人的了解也让我对他们肃然起敬。
金工实习前
很早，在大一的时候，已经听说过金工实习了，不过那时只是听师兄提起过，只看过他们穿着军装从车间回来，而他们脸上的点点倦意使金工实习在我心中披上了神秘的面纱。向他们请教时，他们只告诉我金工实习是一门实践性的技术基础课，是工科学生学习机械技术制造的基本工艺方法和技术,完成工程基本训练的必修课，其中的感觉还要我们自己去体验。于是我对金工实习一直充满了期待。
终于，轮到我们金工实习了。第一天的早上，我带着几分期待，几分兴奋，也带着对金工实习的好奇和疑问走进了工业培训中心。实习正式开始前我们先去参加了安全讲座，老师特别强调了金工实习中的必须注意的安全问题：他给我们讲了许多以往学生金工实习中一些违纪的现象：学生甚多没有穿工作服，没有佩戴实习证，工作时态度不够严肃，有的甚至在打瞌睡。他又提到了一些由于不遵守安全制度，没有严守纪律而导致的重大事故。我们在心惊胆颤的同时，心里已经烙下了一个铁一样的原则：安全第一！老师好象看穿了我们在想什么似的，给我们吃了颗定心丸：只要严格遵守安全制度，严守纪律，金工实习绝对是一个安全而有收获的愉快过程。
开始金工实习
做完了全部准备工作，我们就正式开始了实习——
§ 普通车床
第一个令我记忆犹新的实习项目是车床，在这里我深深体会到沉着，镇定，细心的作用。我们的实习作业是把一个圆柱切削成圆球，刚开始看老师玩弄车床时还以为会很简单，殊不知等到自己操作起来才知道其中难处，切削时要利用好车床的横向、纵向两个移动手柄，这
可不是一件易事。开始时总不知如何协调两者的速度，有时总是横向移动手柄在移动可是纵向移动手柄却移动得太慢一直把圆切削成一个圆柱面。等到重新振作起来再干一次时，却又太紧张以至在横向切得太深时，竟不知快速转动纵向手柄，导致又一次的失败。静下心来好好 的反思发觉自己是太紧张了，不够镇定，干这活没有一定的定力，没有遇事镇定自若的魄力怎么行呢。所以以后几次，我都小心翼翼地，极力使自己镇定地切削，虽然有时也会切得不好，但总算给我把作品完成了。看着自己那做得虽不太好的作品，我下决心以后遇事可不能在这般急躁，要静下心来，要镇定自若地把它给完成，千万不能急呀
§ 数车
从前面学过的车工，我们知道车床主要是使用各种车刀对内外圆柱面、圆锥面、成形回转体表面及其端面、各种内外螺纹等进行加工，还可使用钻头、扩孔钻、铰刀进行孔加工，使用丝锥、板牙进行内外螺纹加工等。车床有许多类型，按其用途和结构不同，可分为普通车床、六角车床、立式车床、单轴自动车床、多轴自动及半自动车床、多刀车床、仿形车床、专用车床等。
但是从更精确的要求上来说，收工车出来的工件已经明显不能满足现代化的要求了，所以我们进一步刀到学习数车。
开工前，我们还在研究这个数该念成第四声还是第三声，来到车间，不用怀疑，数车就是指数字车工。:0
数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物,是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。它与普通机床相比,其优越性是显而易见的,不仅零件加工精度高,产品质量稳定,且自动化程度极高,可减轻工人的体力劳动强度,大大提高了生产效率,特别值得一提的是数控机床可完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工,因而数控机床在机械制造业中的地位愈来愈显得重要。但我们要清醒地认识到,能否达到数控机床以上所述的优点,还要看操作者在生产中能不能恰当、正确地使用。因为不管什么机床,它都有一套自己的操作规程。它既是保证操作人员安全的重要措施之一,也是保证设备安全、产品质量等的重要措施。使用者必须按照操作规程正确操作,如果机床在第一次使用或长期没有使用时,先使其空转几分钟,使用中注意开机、关机的顺序和注意事项 (如开机后首先要用手动或用程序指令自动回参考点 ),这些对初学者（像我们这种^_^）尤其应引起足够重视,因为缺乏相应的操作培训的,往往在这方面容易犯错。
在数车的这一天，我们集体坐在凳子上编写程序，编好的先上机，一行行的程序被仿真出来，这是脑力劳动的成果。
§ CAD中心设计
做了很多体力劳动，该动动脑筋了。我们就来到了CAD中心，学习一些制图软件，我们首先学的是solidwork这个软件，老师要求我们自学后就按照自己的构思来做一个图。好不容易看懂了如何用这个软件，该我们大张拳脚的时候了，我们像个小孩子似的，把自己所想得通过这个软件画了出来，各式各样的东西都有，有画手机的，画显示器的，有的是他们心中奇特的构思，我这是画了一个自己心中的洗洁精包装 , 经过一两个小时的努力，终于完成了我的作品，虽然比起许多同学来还是差挺多的，但看着自己自编自导的作品还是挺顺眼的嘛。不过要做出一个好图，还需下一番功夫不可，不但要好好地掌握这个软件，用好各种画图技能，还要设计新颖，设计出独出心裁的作品，这就需要我们的创造力了。所以，这次制图实习不仅是我们掌握了一个软件，一门技能，还是我们深入地体会到创新的愉悦，和创新所带来的巨大作用，只有创新才能出成绩，才能使工业技术和科学技术得到长足的发展。
§ 铸造
铸造＝玩沙。在那用沙做模型，真有种童年在河边堆沙的感觉。我觉得铸造最重要是要清楚自己做模的步骤，不然就会因为做少了一个步骤而前功尽弃。另外对我们的耐性也是一种考验，做模型必须要有很好的耐心，特别是在修补的时候，一旦在做的过程中出现浮躁那就会越修越麻烦，功亏一篑。
§ 热处理
热处理是比较轻松的一个工种。热处理的原理大概是：钢的热处理是将钢在固态下通过加热、保温、冷却的方法，使钢的组织结构发生变化，从而获得所需性能的工艺方法。热处理工艺可用“温度—时间”为坐标的曲线图来表示。 在机械制造中，热处理具有很重要的地位。例如：钻头、锯条、冲模，必须有高的硬度和耐磨性方能保持锋利，达到加工金属的目的。因此，除了选用合适的材料外，还必须进行热处理，才能达到上述要求。此外，热处理还可以改善坯料的工艺性能，如改善材料的切削加工性，使切削省力，刀具磨损小，且工件表面质量高。
金工过后
在十天的金工实习中，的确过得很愉快，甚至有点快乐不知时日过的感觉。给我们指导的师傅都很随和，一遇上我们不能开窍或双手不巧时他们总是耐心一遍又一遍地给我们讲解，甚至是手把手地传授技术，平常空有理论的我们终于感到了实践有多么重要，倘若没有金工实习，有一天走出校门，什么是电焊条、什么是台虎钳、车床和铣床有什么不同、原来螺母是可以用手工磨出来的、铸造用的材料是沙……这些我们都不知道，还说是学工科的学生呢！可想而知，金工实习给我们的实践性知识有何等的可贵。而且在实习其间，每天必须很早就起床，不能旷工和迟到，这又是对我们纪律性的一大考验！在金工实习中，我们遵守安全准则，听从指导人员的指导，严守纪律。终于，在实习过后，我解开了之前自己的疑问，懂得了金工实习的意义：它是让我们在劳动实践中，把自己当成一份钢料，在祖国这个大熔炉里不断的敲打，不断的磨练，让我们的体魄和精神不断的得到提高和升华，铸造成一块优秀的工件！
有话说到，实践是检验真理的唯一标准。在这个愉快的金工实习当中，我的收获不少，也给自己提升了一个高的层次，学到了许多在课本里学不到的东西：合作、耐心、严谨等。
感谢这十天的金工实习，因为它必在我以后的学习工作中起到一个指南针的作用！难忘啊，金工实习！
化工与能源学院 026号王栋
2005年6月12日
