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.
化学工程技术是支持各类有关化学工程的理论性基础,是一项十分复杂的科学研究。下面是我为大家整理的化学工程建设 毕业 论文论文，供大家参考。
《 能源化学工程专业建设研究 》
摘要:2010年 教育 部批准设置能源化学工程等首批战略性新兴产业专业。国内能源化学工程专业建设刚刚起步，课程体系建构、人才培养模式尚不完善。本文结合安徽理工大学能源化学工程专业建设中专业课程体系尤其是专业实践模块，以及能源化学工程专业建设中存在的一系列问题作一些探讨。以期为能源化学工程专业的发展提供一些借鉴。
关键词:能源化学工程;培养目标;课程体系;人才培养模式
1能源化学工程专业的产生
随着世界经济的不断发展，人类社会对能源的需求越来越多。能源问题成为21世纪人类面临的最基本问题。长远来看，在全世界范围内，一次能源仍将占主要地位。但随着时间的推移，一次能源逐渐消耗殆尽，煤、石油和天然气等含碳能源的洁净、高效利用，太阳能、风能、地热能、生物质能、潮汐能等具有清洁、低碳、可再生等优势的新能源的开发利用将成为未来世界经济可持续发展的关键[1]。能源化学工程(EnergyChemicalEngineering)作为一个全新的专业应运而生。安徽理工大学化学工程学院化学工程系根据自身化学工程与工艺(煤化工方向)专业优势，仅仅依托煤化工，但又不局限于煤化工，涵盖燃料电池、生物质能、电化学、生物柴油、环境化工等丰富内容，于2011年新增加能源化学工程专业。关于能源化学工程专业本科生课程体系建构、人才培养模式正处于不断探索和完善中。
2能源化学工程专业的培养目标
能源化学作为化学的一门重要分支学科，是掌握煤炭综合利用，了解非煤矿物能源，普及新能源和可再生能源知识、实现能源科学利用和可持续发展的重要科学技术基础。它利用化学与化工的理论与技术来解决能量转换、能量储存及能量传输问题，以更好地为人类经济和社会生活服务。化学变化都伴随着能量的变化，而能源的使用实质就是能量形式发生转化的过程。能源化学因其化学反应直接或者通过化学制备材料技术间接实现能量的转换与储存[2-8]。能源化学工程属于一个全新的专业，之前仅在化学工程与工艺专业里涵盖过一点，主要关注怎么利用能源、对大自然造成较少的伤害。主要研究方向:能源清洁转化、煤化工、环境催化、绿色合成、新能源利用与化学转化环境化工。
如今上升到一个全新的专业独立出来，可见其重要程度。专业人才培养目标的制定应建立在对专业深入分析和了解的基础上并结合国情、校情，能源化学工程专业人才培养目标也不例外[9-10]。考虑到安徽省淮南市是历史悠久的煤炭城市，再结合安徽理工大学化学工程学院化学工程系专业的办学特色，考虑专业发展与社会进步对人才的客观、合理的要求。我们在制定本专业的培养目标时，强调“厚基础、宽专业、高素质”，力求培养出具有良好科学素养、基础扎实、知识面宽，同时具有创新精神和国际视野的高级专门应用型人才[11-12]。
学生具有了扎实的化学化工基础知识和能源化学工程专业知识就能够快速适应涉及化学、化工、传统和新能源加工等领域的相关工作。具备在煤炭行业、电力行业、石油石化行业、生物质转化利用行业从事低碳能源清洁化、可再生能源利用以及能源高效转化、化工用能评价等领域进行科学研究、生产设计和技术管理等工作。我们培养的毕业生工作领域包括:煤化工行业、天然气化工行业、电厂化工综合利用行业、生物质能源化工行业、固体废物综合处理行业、石油加工行业、石油化工行业、催化剂生产和研发行业。可以在这些行业从事设计、科学研究、技术管理等工作或继续深造[13-16]。
3能源化学工程专业课程体系
除了公共基础课程、学科专业必修课程，立足能源城淮南市，依托安徽理工大学化学工程学院化学工程系的特色开设特色专业核心课程(如，能源化工导论、化学反应工程、化工热力学、化工分离工程、煤化学、工业催化I、能源化工工艺学、化工过程分析与合成、化工过程控制、化工设计基础)以及特色专业任选课(如，煤气化工艺学、煤基合成燃料、生物质能源及化工、燃烧工程、燃料电池、现代仪器分析、电化学工程、膜科学技术过程与原理、基本有机化工工艺、废弃物处理与资源化、环境化工、化工 专业英语 )。此外专业实践模块本系能源化学工程专业开设的专业基础实验-《煤化学及工艺学实验》，包含实验项目:煤样的制备、煤样的粒度分析、煤样堆积密度的测定;煤中水分、灰分、挥发分产率的测定及固定碳的计算;煤中硫元素的测定;煤的发热量测定;煤中碳氢元素的分析;煤气成分分析;烟煤坩埚膨胀序数的测定;烟煤奥亚膨胀度的测定;煤的粘结性指数的测定;煤灰熔融性的测定。这些实验项目以煤化工为特色，厚基础理论，意在培养学生扎实的理论基础。开设的专业实验-《能源化工专业实验》，包含实验项目:煤样的XRD分析;煤的热重分析;水煤浆的制备和性能评价;油品的常压蒸馏;生物柴油制备及性能评价;石油产品的性能测定1;石油产品的性能测定2;电化学-燃料电池电化学性质的测定;电化学-质子交换膜电化学性质的测定。这些实验项目不限于煤化工，设计生物柴油，电化学，燃料电池等，重在拓展知识面，培养宽专业，高素质人才。
4能源化学工程专业建设中存在的问题
安徽理工大学化学工程学院化学工程系根据自身化学工程与工艺(煤化工方向)专业优势，开设能源化学工程专业，经过这些年的不断摸索，至今已有一届毕业生，通过学生反馈，在专业建设上仍有一些不足:
(1)专业实践教学条件有待改善。就当前现状来看，本专业实验条件还相对落后，缺少大型分析仪器和设备，实验室建设相对滞后，现有实验器材台数还不能很好满足学生分组实验要求。
(2)师资队伍建设还需进一步加强。由于本专业办学历史较短，师资力量相对不足，专业结构也不近合理，一批青年教师还需逐渐成长，缺乏高水平科研项目和教学研究成果。
(3)部分课程设置不尽合理，同时，专业基础课、专业课开课的先后顺序还需进一步调整和完善。对于新开设的课程，有的授课教师对内容不太熟练，有必要加强教师的授课水平，有条件的话可以走出去，加强与兄弟院校和科研院所的交流合作。
(4)校外实习基地建设有待加强。现有实习基地以煤化工企业为主，与能源化学工程专业培养目标中强调的“宽专业”背景还有一定差距[17]。以煤化工行业为背景的院校能源化学工程专业建设是一个不断发展的过程。在开设该专业时仍需明确方向，吸收、借鉴相关院校办学 经验 ，不断摸索、改进、完善专业建设。不仅要办出自身专业特色，还要进一步解放思想，紧跟经济社会发展需要，培养出适应经济社会发展的高素质应用型人才。截止到目前为止，安徽理工大学能源化学工程专业建设经费陆续到位，新进大型设备招投标已完成，等待供货、安装调试。专业教师也正忙于实验室和实训基地的规划设计。结合应用型人才培养目标，学院领导带领专业教师通过广泛调研，集众家之长，具有专业特色的实践教学基地也逐步落实到位。相信安徽理工大学能源化学工程专业的明天会更加光辉灿烂。
参考文献
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[8]能源化学工程-百度文库[OL].http://wenku.baidu.c，2012.
[9]孟广波，毕孝国，付洪亮.能源化学工程专业优化实践教学体系研究[J].中国电力教育，2014(03):145-146.
[10]钟国清.无机及分析化学课程改革的实践与思考[J].化工高等教育，2007(05):11-14.
《 能源化学工程人才培养模式改革思考 》
摘要:沈阳化工大学能源化学工程专业依据社会和行业的发展需求，确定了该专业的培养目标，专业建设紧密围绕培养目标进行。通过工程实践能力、实习实训、大学生科技创新等方面的培养，满足了培养具有较强创新意识与工程实践能力的工程技术应用型人才的培养要求，体现了科研促进教学的办学理念。
关键词:应用型人才;研究型教学模式;能源化学工程专业
依据沈阳化工大学"面向地方，服务辽宁，面向行业，服务全国，化工特色，应用特色，培养品德高尚、专业过硬、情商出众、强于实践、勇于创新的高素质应用型人才"的基本定位。能源化学工程专业的定位确定为满足国家战略性新兴产业发展和辽宁省老工业基地经济发展的需求，依据学校以OBE成果导向为目标和CDIO为人才培养的教育理念，突出化工特色和应用特色，培养具备能源化学工程相关专业知识，具有较强工程实践能力和创新意识的工程技术应用型人才。本文针对能源化学工程专业人才培养模式进行了改革创新与实践。
1注重学生综合素质培养
面向全体学生，坚持德育为先、坚持能力为重、坚持全面发展。把社会主义核心价值观融入教育教学全过程，全面加强和改进德育、智育、体育、美育，促进四育有机融合，着力提高学生综合素质，培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人。
2完善能源化学工程专业应用型人才培养方案及培养模式，加强学生工程实践能力
培养方案的完善主要涉及到培养目标及要求、课程体系及课程修读要求、所含专业方向及特色、学时学分调整、专业课程体系设置等方面，每4年一次，由学校统一安排。人才培养方案体现了工程知识、工程素质和工程能力培养的综合特征。特别在实践教学环节的设计上，应与工程实际紧密结合。
3以工程能力培养为主线，构建课程体系，形成特色鲜明的专业核心课程群
(1)加强通识基础课教育，拓宽学生的学识基础，强化学生的素质教育。融合各门基础课、专业基础课以及专业课的授课内容，注重各门课程之间知识点的衔接，避免授课内容的重复，减少授课的理论学时数，确定简要但不失去知识点的授课方案;专业理论课授课提前，让学生尽早接触专业知识，增加对专业的认识;增加选修课的学时数，扩大选修课的内容、门类，使学生了解与化工相关学科的知识，拓宽知识面，适应社会的需求;采用案例教学的方式传授政治、人文素质等人文素质课程，激发学生的学习兴趣，在案例教学中培养学生的政治素质、人文素质、道德素质;改革狭窄的专业教育思想，强调对学生进行综合性和整体性的素质教育，增强学生对社会的适应能力。
(2)随着社会的发展，借鉴国内外先进课程的教学经验，及时调整课程体系，构建特色鲜明的专业核心课程群。根据社会的需求及时调整、补充授课内容;优化教学资源，增加专业选修课的开设的门数;按照课程内容的内在联系，将化工基础课中相关课程的教学内容重新进行整合、归并，形成若干新的课程体系，以优化智育结构，提高总体教学效率。
(3)充分发挥省级精品课的带头作用，健全课程管理制度，加大网络教育资源建设。以精品课程建设的经验和模式，全面、大力推进其他课程的改革，使各门课程适应学生能力的培养;进一步加强课程小组的建设，完善课程负责制的管理制度;加强网络教育资源开发和共享平台建设，加快专业课程的网络资源建设，为广大教师和学生提供免费享用的优质教育资源，完善服务终身学习的支持服务体系。
(4)选编结合，加快教材建设。根据新的课程体系内容，与企业的密切合作，以提高化工类专业自编教材的质量和水平为重点，大刀阔斧地摒弃陈旧的、脱离实际的课程和教材，开发、修订和编写出适应我校专业教育事业发展与改革需要的具有综合性、实践性、创新性和先进性的系列配套教材;同时要大力提高省部级以上优秀教材与重点教材的选用率，保证高质量教材进入课堂，建成具有鲜明特色的教材新体系;积极编写相应的专业教材。
4转变教学理念，改革教学方式，深化改革 教学 方法
(1)转变教学理念，增强“育才”的教学观念。把单纯传授知识、传授技能的思想转为“育才”的观念，因材施教，提供多种教育形式与机会;采用灵活的教学方式传授政治、人文素质等人文素质课程，减少课内学时，加强实践环节，在 社会实践 中培养学生的政治素质、人文素质、道德素质。
(2)以学生为中心，推行研究性学习。采用启发式、研讨式教学方式，教师根据确定的教学目标和教学要求，基于项目、课题或主题，通过问题探究形式，使学生在研究过程中主动地获取知识、运用知识解决问题的能力;减少课内授课学时，充分调动和发挥学生的主动性和积极性，引导学生自学，使学生具备创造思维、自我开拓、获取知识与技能的能力;完善各类课程的网络教学平台资源建设，为学生自主学习提供保障;充分利用多媒体教学的直观性，鼓励教师开发高质量的多媒体课件;提倡和鼓励教师采用双语教学，将专业课程的教学与专业英语的教学结合起来。
(3)进一步加强课内实践环节教育，全面提升学生的工程能力、动手能力、沟通能力。通过举办校内化工技能竞赛、化工设计竞赛、演讲、外语大赛等多种形式，增强学生的工程实践能力、表达能力、沟通能力;激励教师将科研内容转化为教学内容，鼓励教师指导大学生科技创新、 创业计划 等科技活动;在第7学期安排学生毕业论文、毕业设计的内容，使学生早进课题、早进实验室、早进团队。
5强化实践教学改革与实践基地建设
稳定和拓展基于企业的学生实践基地，拓宽学生的校外实践 渠道 。完善并实践适合应用型人才培养的实习与实践计划，积极与企业合作，建立良好的合作机制，以产学研互促共赢为目标，共同建设体现行业发展的实践教学环境，共同培养工程型教师，共同搭建人才培养平台，并建立明确的责任分担和成果共享制度。
6以各类大学生创新/创业竞赛活动为契机，大力开展大学生创新能力培养
以课外教学环节为突破口，充分利用国家、省市的各类大学生创新/创业竞赛，不断推进课外素质教育专项活动，将课内教学与课外教学相结合、创业教育与专业教育相融合，促进学生自主学习，锻炼学生综合能力。特别是近几年，我们针对高年级的学生具备一定专业知识基础的情况下，积极鼓励学生参加辽宁省、国家挑战杯大学生创新/创业竞赛、辽宁省化工设计大赛等活动，将大学生创业活动作为课外专业实践的延伸，逐步渗透创新教育理念，探索创新教育的有效形式，研究创新教育与专业教育融合的最佳模式，全面提升学生综合能力，实现应用型、创新型人才培养目标。综上，能源化工专业开展"教学理念教学改革"，转变教育观念，改革现有的教学模式，培养适应社会需求的合格毕业生，是能源化工专业发展的关键。
参考文献
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[4]姜晓坤，朱泓，夏远景，等.我国高等工程教育发展的理性视角:从失衡走向回归[J].高等工程教育研究，2015(4):45-48.
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[6]孟凡芹，朱泓，吴旭东，等.面向“新工业革命”工程教育人才培养质量标准体系构建策略[J].高等工程教育研究，2015(5):15-20.
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写毕业论文，首先你要去找相应的选题，你问这个问题娘呐，你是还没有上大学吧，你还没有上大学你就先不管，等你上了大学以后，学了相关的专业课，你就知道要往哪个方向去写，要先确定题目再。说怎么写呀？
