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.
篇名:绿色化学与化工概论
【关键词】绿色化学; 绿色化工; 概论;
【摘要】 介绍了绿色化学与化工的发展、概念、研究目标、优点、国内外研究现状及发展趋势。列出了绿色化学与化工的一些主要图书资源。
【引证文献】
随着自由贸易的发展,我国所遭受的倾销越来越严重,运用反倾销 措施 来维护公平竞争的市场环境、保护国内企业的合法利益、保证产业安全已刻不容缓。下面是我为大家推荐的化工论文，供大家参考。
化工论文 范文 一：能源化学工程专业无机化学教学改革
能源化学工程专业[1]是利用化学、化工的理论与技术来解决能量的转换、储存及传输等问题，通过生产清洁、高效的新能源服务于人类生活的一门学科。无机化学是本专业所开设的第一门专业基础课，其教学质量直接影响到培养的应用创新型人才的质量。而目前无机化学的教学中面临着很多问题，如大一新生刚从高中迈入大学，面临如此信息量大的课程感到迷茫;教师面对课时量日趋减少的趋势，而传递的信息量大的困扰，不知如何把握日常教学;另外，加上教师科研压力等方面的因素，使得其未能全身心地投入教学中。因此，无机化学教学的改革与探讨在本专业教学过程、人才培养模式中的地位尤为重要。例如:
(1)武汉工程大学化工与制药学院从优化课程内容入手，对无机化学的 教学 方法 进行了改革[2];
(2)钦州学院化学化工学院从无机化学的重要地位出发，结合无机化学的教学目的，对无机化学多媒体课件进行了构建和探讨[3]。菏泽学院是一个应用型的地方性教学型本科院校，于2012年成功申请了与国家战略性新兴产业密切相关的能源化工专业。我系主要从教学目标、教学内容、现代化的教学手段等方面对无机化学的教学进行了改革与探索。
1明确合理的教学目标
根据能源化学工程专业的培养目标及培养模式，结合无机化学课程特点，菏泽学院化学化工系于2012年制定了能源化工无机化学教学目标。通过该课程的理论基础及实验实践的学习，能够使学生掌握无机化学基本知识和技能，为培养成高素质劳动者和化工专业技能人才做好准备;同时，也为今后学习专业知识和职业技能打下坚实的基础。此目标主要分为以下几个方面的目标。
1.1知识目标
主要分为了解、理解、掌握三个层次方面目标。通过该课程的教学，应使学生了解:气体的扩散定律，气体分子的速率分布和能量分布;反应速率的概念及反应速率理论;强电解质解离、离子氛、活度系数的概念;微观粒子运动的特殊性;路易斯结构式，等电子体原理，分子轨道理论;化学电源与电解;卤素单质的物理性质，金属卤化物、拟卤素和拟卤化物、互卤化物和多卤化物;硫和硫化物、单质硫、硫化氢和氢硫酸的物理性质;硅的单质、硅烷、硅的卤化物、硅的含氧化合物。通过该课程的教学，应使学生理解和掌握:气体的状态方程及混合气体的分压定律;热力学第一定律，化学反应的热效应、热化学方程式、盖斯定律、生成热的概念及应用，化学反应进行方向的判断方法;浓度对反应速率的影响;缓冲溶液的原理及应用;沉淀溶解平衡及移动;核外电子运动的描述，核外电子排布和元素周期律及基本性质的周期性;价键理论，价层电子互斥理论及杂化轨道理论;基本概念:原电池、电极电势和电动势及能斯特方程;卤素单质的化学性质，卤化氢和氢卤酸的化学性质;氧、氧化物、臭氧、过氧化氢的物理化学性质，硫的含氧化合物的化学性质。掌握氮的氢化物、氮的含氧化合物的化学性质。
1.2专业能力与素质目标
能力目标方面主要是培养学生谦虚的品格、勤奋好学的习惯以及知识迁移的能力;培养学生勤于动手创作、做事严谨的良好作风;培养学生学会运用唯物主义辨证的思维分析问题及解决问题的能力;培养学生工程质量意识和规范意识以及严谨、认真的工作态度。专业能力目标方面使学生能够掌握重要元素及其化合物的主要性质、结构、存在、制法、用途等基本知识;培养学生独立进行化学计算和利用参考资料等方面的能力;具有通过对实验数据的分析，绘制出特性曲线，能够写出规范实验 报告 并加以 总结 概括的能力。素质目标方面主要是培养学生具备良好的职业道德;培养学生勤苦奋斗、勇于创新、敬业乐业的工作作风。
2丰富合理的教学内容
2.1科研成果与课堂教学相结合，保持教学内容的前沿性
科研成果与课堂教学相结合包含两部分内容:一是在教学过程，教师能将自己的科研成果带入教学内容之中。这就要求教师教学的同时展开科研，而科研课题也要紧紧围绕教学内容展开，这样会更能了解学科的前沿动态并能深入把握，有利于增强教学的深度、广度，有效地提高教学质量[4]。另外教师将科研成果带入课堂分析中，将科研成果与教学有机地结合起来，将最新知识与信息传递给学生，科研推动教学，教学促进科研。二是在教学过程中结合学科发展情况，充分利用别人的研究成果，及时补充教学内容，进行教材建设。另外，在教学实践中可采用“案例教学”，对具体科研案例进行讨论、分析，比较各种方案的优缺点及产生原因，选择合理方案。在项目设计过程中，通过教师的引导作用，学生可以自主查阅资料并开展项目的研究性学习。
2.2建设开放的无机化学实验教学环境，理论与实验相结合
充分利用我系基础实验室和化学工程实验中心的仪器设备和师资力量，结合我系化学能源工程专业及无机化学教学内容的特点，试图探索出一套完善的开放式无机化学实验教学模式，注重实验与课堂教学相结合、开展系内实验技能竞赛及无机化学创新实验设计竞赛等项目，激励学生的学习积极性及培养今后创新实践的能力。开展大学生创新研究计划，引导学生在大三下学期进入教师的科研室进行锻炼，参与课题的研究，培养学生的创新意识和实践能力;鼓励大二学生参加无机化学实验技能竞赛，鼓励学生进行科技创新;另外聘请国内外无机化学研究领域的专家学者来我系作学术报告，增加学生的科研兴趣及全面了解无机化学的前沿动态，为今后的科研之路做好准备。
3多媒体与板书相结合的现代化教学手段
针对目前无机化学课时缩减而传递信息量大的情况，传统的板书教学手段已不能满足时代的需要，因此多媒体技术已广泛使用在课堂教学中。这样一方面将节省下的板书的时间能够用于重点难点的讲解，另一方面多媒体中引入一些无机化学演示实验、实物图像，将枯燥的理论教学表现的更加生动直观，提高了学生的学习积极性。然而仅利用多媒体也有一定的缺陷，如对一些公式的推导，仅利用多媒体会受到一定的限制，因此多媒体跟板书结合会更加有利于公式的推导。另外，还会避免仅利用多媒体的教学进度过快，学生不能融会贯通的缺点。总之，鼓励学生 课前预习 ，采用板书与多媒体技术相结合既能考虑教师的教学进度与学生的掌握程度，又能兼顾教学的广度与深度的问题，取得了较好的教学效果。
4结束语
无机化学是能源化学工程专业学生迈入大学的第一门专业基础课，其教学效果直接影响着学生学习本专业的积极性及掌握本专业基础知识的扎实程度。本系以上结合能源化学工程专业特点对无机化学的教学目标、教学内容及教学手段的初探具有一定的意义。今后会继续探索无机化学其他方面的改革。
化工论文范文二：油藏化学工程研究发展趋势
推动我国油藏化学工程研究与我国社会进步有着密不可分的联系。为了赶上发达国家对油藏化学工程研究的脚步，我国必须大幅度提升在这一方面的开发技术，更好地促进化学工程研究大步向前发展。
1油藏化学工程研究的发展背景
人类面临的最大危机之一就是能源问题，世界各国都在担忧石油问题。迄今为止，人类只开采了大约总储藏量1/3的原油，因此，油藏开发及提高效率是每一个科技工作人员的头等任务。半世纪以前，世界对石油的总需求量日益增长，工人们利用油藏工程的原理提高采收率来满足市场需求，同时也促进了油藏工程原理的发展。作为石油工程的重要组成部分，油藏工程主要负责各类研究，在掌握动态规律与原理的同时，也辅助了钻井与采油工程的开展。
2三次采油技术
自改革开放以来，世界各国石油界的精英们一直努力提高石油的采收率。一次和二次采油主要是靠自身压力和注气注水等方法，三次采油是采用之前的任何工业技术[2]。因而提高油藏采收率并没有局限在某一阶段或手段，它主要是靠原来油藏中没有的物料开采。它的定义与分类是不矛盾的。油藏化学工程是在三次采油的背景下发展起来的，它和化学工程学科共同发展。随着现代科技的迅猛发展，人们不断引进新技术，取得新成就。这一阶段也让人们认识到发展的多样性，开始探究多方面技术，涉及各种学科，主要有胶体与界面科学、化学工程学、化学反应动力学、渗流力学、热力学、计算数学等多种高等学科。
3化学复合驱技术
我国油田多数是陆相沉积，分布相当不均匀，原油中的蜡含量和芳烃含量比例较大，且黏度大，导致水驱采收率只在33%左右。三次采油的研究技术表明，化学复合驱能够有效提高采收率，它是在单一化学剂驱的基础上组合两种不同的化学剂，形成多种复合体系。通过实验证明，复合驱的相互作用比单一化学驱剂效果显著的多。随着各方面技术的发展和完善，复合驱逐渐成为我国提高原油采收率的主导技术。复合驱配方体系主要是由高浓度小段塞和低浓度大段塞2种体系组成。高浓度小段塞是利用表面活性剂和助剂，使油水形成中相微乳液体系，增强原油的乳化。典型的代表有胶束.聚合物驱体系，它的表面活性剂浓度在2.5%～5.0%，段塞小于0.4pv，若形成微乳液，效率更大，能达到80%以上。低浓度大段塞是后期才引进的策略，它的驱油原理主要是毛管准数理论，利用碱和表面活性剂降低油水界面张力。这种体系应用相对广泛，高酸值和低酸值都适用。近年来，随着研究力度加强，新型产品不断出现，如梳形聚合物KYPAM，星形聚合物STARPAM，疏水缔合聚合物A.DH。这些新型耐温抗盐聚合物，有利于节约淡水资源，保护环境。也扩展了油藏水的矿化度和文档范围。
4油田堵水调剖技术
开发油田主要采用水驱开发在在这一过程中，因储存分布不均，导致注水过程中出现沿高渗透带窜流，水波效果差，油井含水快速上升，尤其当进入高含水阶段，会出现水短路的现象，加深开采工作难度。为改变这一现状，专家们提出采用“堵水调剖”这一方法。堵水调剖具有颇多优势，操作简洁、规模较小、周期短、效果显著，能有效提高注水开发效果。油田堵水调剖技术历经磨难，从单井油井堵水油井堵水到单井水井调剖，目前主要发展到调整深部调驱。直到2006年底，才开始着手整体堵水调剖示范工程，在采油研究院的带领下，全面开展现工作，有条理的分析堵水调剖工艺技术，给予独特的评价以及实地示范。为改善注水开发的现状，应做如下调整目标：将单井措施向区块整体转变;将近井剖面转向深部液流;阶段上实施一体化转变;评价上从单井向整体转变;应用上改用多种复杂油藏，不再局限在常规水驱油藏据调查，仍有多个区块可以进行整体调堵，由此看来，堵水调剖技术发展趋势将奋力往前。
5评价与改进
综上所述，虽然油藏采收率明显提高，技术也不断突破，但仍然要看清形势。在取得成果的同时，也要擅于总结 经验 ，找出不足，精心解析。例如耐温抗盐聚合物产品的溶解性和长期热稳定性都还不是很乐观，在现场实施过程中，不能有效地达到施工要求，高效率的完成任务。同样地，化学驱技术需要改进解决的问题也是各方面的，需要研究者在过程中分层次去进行。只有抱着永不止步的态度去钻研，去创新，去探索，才能攻克这些技术上遇到的“疑难杂症”，才能进一步将化学驱油技术往特色道路上发展，不断为油藏化学工程研究的发展做贡献。
6结束语
为推动我国油藏化学工程持续发展，还需加强工作。不停探索实验技术，顺应环境变化。掌握化学驱技术，在实际工作中解决问题。还要继续研究物理化学模型，对敏感参数进行验证。油藏化学工程研究的全方位发展，有利于解决能源紧缺问题，有利于稳定我国石油市场，有利于世界和平。
