化學(xué)工程與工藝實驗數(shù)據(jù)的處理探討

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摘要：數(shù)據(jù)處理是化學(xué)工程與工藝實驗的重要環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)處理方法是否得當(dāng)、準確，往往給實際的生產(chǎn)工作產(chǎn)生較大影響。MATLAB軟件憑借其強大的功能，被廣泛應(yīng)用在化學(xué)工程及工藝實驗的數(shù)據(jù)處理中，極大的提高了數(shù)據(jù)處理質(zhì)量與效果。本文探討化學(xué)工程與工藝實驗中MATLAB軟件數(shù)據(jù)處理相關(guān)知識，以供參考。

關(guān)鍵詞：化學(xué)工程；工藝實驗；數(shù)據(jù)處理；分析

MATLAB軟件由美國公司開發(fā)研制，實現(xiàn)了科學(xué)數(shù)據(jù)、矩陣計算以及數(shù)值分析的可視化，為需要進行數(shù)據(jù)計算的諸多領(lǐng)域提供高效、全面的解決方法?；瘜W(xué)工程及工藝實驗往往產(chǎn)生較多數(shù)據(jù)，使用MATLAB軟件能方便對數(shù)據(jù)進行處理，幫助人們掌握實驗規(guī)律，為實際的正常提供準確的指導(dǎo)。

1化學(xué)工程與工藝實驗數(shù)據(jù)處理

化學(xué)工程與工藝實驗與一般的化學(xué)實驗只重視驗證某一原理不同，其主要作用在于解決工業(yè)生產(chǎn)中實際存在的問題，以給工業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)，無論實驗時間還是實驗規(guī)模，以及實驗數(shù)據(jù)處理過程均較為復(fù)雜，由此可見化學(xué)工程及工藝實驗在人們的生產(chǎn)生活發(fā)揮極其重要的作用?；瘜W(xué)工程與工藝實驗涉及較多環(huán)節(jié)，尤其實驗數(shù)據(jù)的處理尤為關(guān)鍵。之前對化學(xué)工程及工藝實驗數(shù)據(jù)的處理主要采用人工方法進行，耗費大量的時間及人力，無法滿足當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)的需要。計算機的出現(xiàn)使得化學(xué)工程與工藝實驗數(shù)據(jù)處理效率的提高成為可能，尤其以計算機為基礎(chǔ)，人們開發(fā)出了各種數(shù)據(jù)處理軟件，使得化學(xué)工程與工藝實驗數(shù)據(jù)處理更為簡單、方便。其中MATLAB軟件是諸多數(shù)據(jù)處理軟件最為優(yōu)秀的一款軟件，通過在化學(xué)工程與工藝實驗數(shù)據(jù)處理方面的應(yīng)用，能化繁為簡，極大提高數(shù)據(jù)處理效率，使得數(shù)據(jù)處理精度很好的滿足實驗需要，將數(shù)據(jù)處理誤差控制在合理范圍內(nèi)。

2MATLAB在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

為給化學(xué)工程與工藝實驗數(shù)據(jù)處理提供參考，接下來對MATLAB軟件在數(shù)據(jù)處理中的具體應(yīng)用進行探討。

2.1MATLAB的數(shù)據(jù)處理步驟

（1）數(shù)據(jù)處理整體框架眾所周知，每個化學(xué)工程與工藝實驗的目的存在較大區(qū)別，所以進行數(shù)據(jù)處理的步驟以及應(yīng)用的公式存在較大差別，很難使用一個程序完成所有數(shù)據(jù)處理工作。不過通過對多數(shù)化學(xué)工程與工藝實驗數(shù)據(jù)處理要求進行分析，可得出其相似之處，即，先進行數(shù)據(jù)輸入，借助基本數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的處理，最終完成處理數(shù)據(jù)的輸出。針對這些相似之處進行程序設(shè)計，可簡化數(shù)據(jù)處理過程，促進數(shù)據(jù)處理效率的提高。（2）編制數(shù)據(jù)處理程序數(shù)據(jù)處理程序是高效處理化學(xué)工程與工藝實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，因此，使用MATLAB軟件處理化學(xué)工程與工藝實驗數(shù)據(jù)時，確保編制程序運行的高效性十分重要。數(shù)據(jù)程序編制包括數(shù)據(jù)輸入、處理與作圖、構(gòu)建數(shù)據(jù)庫等環(huán)節(jié)。其中數(shù)據(jù)輸入的實現(xiàn)主要借助input函數(shù)加以實現(xiàn)。例如，需要輸入實驗環(huán)境中不同濕度參數(shù)時，可這樣設(shè)置t=input（‘請輸入實驗中環(huán)境濕度數(shù)據(jù)’），輸入函數(shù)多以矩陣方式形式呈現(xiàn)。處理與作圖是化學(xué)工程和工藝實驗數(shù)據(jù)處理中重要的一環(huán)，原因在于實驗獲得的數(shù)據(jù)一般為離散數(shù)據(jù)，需使用多種擬合方法對其進行擬合處理，其中最小二乘法是應(yīng)用率較高的擬合方式，接下來的探討主要基于最小二乘法擬合進行探討。以化學(xué)工程與工藝實驗產(chǎn)生的（x1，y2）離散數(shù)據(jù)為例，利用最小二乘法對其進行擬合處理，得到自變量、因變量x、y，并以y=f（x）為輸入函數(shù)關(guān)系，其依據(jù)的思路為使得∑（f（x1）-y1）2以及離散數(shù)據(jù)中x1的殘差平方取得最小值。原因在于實驗期間難免受外界因素影響，導(dǎo)致一些實驗誤差的出現(xiàn)，而使用最小二乘法并不需要對輸入函數(shù)y=f（x）進行全部的離散數(shù)據(jù)（x1，y1），不過需要∑（f（x1）-y1）2以及離散數(shù)據(jù)中x1的殘差平方取得最小值。由最小二乘法擬合方法可知，化學(xué)工程與工藝實驗中采用最小二乘法可滿足數(shù)據(jù)處理要求。另外，化學(xué)工程和工藝實驗中有時會對流體流動阻力狀況的研究，即，對流體的流動阻力進行測試，而后進行針對性處理，獲得雷諾準數(shù)（Re）以及摩擦系數(shù)λ的離散數(shù)據(jù)，同樣適用最小二乘法擬合得到連續(xù)的曲線，以此為基礎(chǔ)將對應(yīng)的圖形畫出，考慮到雷諾準數(shù)（Re）與摩擦系數(shù)為成雙對函數(shù)，所以可得λ=c+aReb，尤其當(dāng)a、b、c均為常數(shù)時，此時令c=0，可得λ=aReb,又因Re和λ是成雙對函數(shù)，因此，logλ=loga+blogRe，在此基礎(chǔ)上可使用MATLAB中polyfit（）函數(shù)進行線性擬合處理，實現(xiàn)對化工數(shù)據(jù)處理程序的基礎(chǔ)。（3）數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建采用以上思路對MATLAB數(shù)據(jù)處理程序進行設(shè)計，在實驗過程中只是獲得在特定濕度條件下的實驗參數(shù)，而在實際生產(chǎn)中所受的影響因素多而復(fù)雜，不可能穩(wěn)定在設(shè)計好的濕度條件下，這就考慮如何取得相近數(shù)據(jù)的問題。假設(shè)其符合線性關(guān)系，使用外推或內(nèi)插方式計算得出實驗物性數(shù)據(jù)參數(shù)。文中探討的化工實驗中，設(shè)計的程序已經(jīng)考慮到實驗濕度、粘度、密度等參數(shù)進行擬合，構(gòu)建較為完整的數(shù)據(jù)庫，因此，對化學(xué)工程與工藝實驗數(shù)據(jù)處理操作，只需按照提示將濕度參數(shù)輸入系統(tǒng)中，程序便自動運行，計算得出該濕度條件下相關(guān)數(shù)據(jù)，大大的提高數(shù)據(jù)處理效率。為確保設(shè)計數(shù)據(jù)處理程序的合理性，數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計完成且對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建完成后，需要輸入相關(guān)數(shù)據(jù)對程序的運行狀況進行驗證，以及時分析出程序設(shè)計的不合理之處，并及時進行改進。通過對設(shè)計程序進行反復(fù)的優(yōu)化，便可應(yīng)用在化學(xué)工程與工藝實驗的數(shù)據(jù)處理中。

2.2MATLAB的數(shù)據(jù)處理誤差分析

經(jīng)上文分析將MATLAB軟件應(yīng)用在化學(xué)工程和工藝實驗數(shù)據(jù)處理中，可獲得預(yù)期的數(shù)據(jù)處理效果，但MATLAB軟件對數(shù)據(jù)的處理建立在對實驗數(shù)據(jù)正確采集的基礎(chǔ)上，因此，需要保證化工實驗數(shù)據(jù)采集的準確性，將誤差控制在合理水平。考慮到化工實驗經(jīng)過的步驟較多，使用較多的測量儀器，實驗人員操作中難免出現(xiàn)誤差，這就要求實驗人員結(jié)合具體的實驗內(nèi)容，明確實驗的具體步驟以及影響數(shù)據(jù)誤差的因素，在實驗中加以準確把握。首先，保證實驗取樣的合理性?；嶒炄拥暮侠硇园ê芏鄡?nèi)容，如使用專門的工具進行取樣，保證取樣位置的合理選取，即，取樣應(yīng)具有一定的代表性。同時，嚴格依據(jù)相關(guān)規(guī)范進行取樣操作，保證每個取樣環(huán)節(jié)操作的正確性。其次，注重對樣品進行正確處理。取樣操作完成后，對樣品操作是否合理、規(guī)范，會給實驗數(shù)據(jù)造成影響，因此，化工實驗對樣品進行破碎、混勻、縮小等操作時，應(yīng)由經(jīng)驗豐富的實驗人員嚴格按照規(guī)范進行操作。最后，校準所用的測量儀器。化學(xué)工程與工藝實驗過程中使用的各種測量儀器，這些儀器測量精度，以及性能往往給實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大影響，因此，化工實驗前要求實驗人員對使用的測量儀器進行認真的檢查，部分對測量精度要求較高的實驗，應(yīng)對所用儀器進行校準，確保測量誤差在允許的范圍內(nèi)。另外，為進一步提高實驗的準確性可根據(jù)規(guī)范標準設(shè)計相關(guān)的對照實驗，對實驗結(jié)果進行校正，消除系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差。當(dāng)然為減少偶然誤差，化工實驗中還進行多次實驗，通過多次實驗求取平均值，以達到降低實驗誤差的目的。

3結(jié)語

數(shù)據(jù)處理是化學(xué)工程與工藝實驗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采取正確的方法，使用專門的數(shù)據(jù)處理軟件，在保證數(shù)據(jù)處理結(jié)果滿足要求的基礎(chǔ)上，可明顯提高數(shù)據(jù)處理效率。本文通過研究得出以下結(jié)論：（1）數(shù)據(jù)處理在化學(xué)工程與工藝實驗中的重要性不言而喻，當(dāng)前常使用MATLAB軟件對實驗中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行處理，簡化數(shù)據(jù)處理流程的同時，促進數(shù)據(jù)處理效率的明顯提升。使用MATLAB軟件處理數(shù)據(jù)時，關(guān)鍵在于編寫合理的數(shù)據(jù)處理程序，因此，應(yīng)根據(jù)實驗要求，進行全面的分析，確保編寫程序的合理性，處理數(shù)據(jù)效率的高效性。（2）使用MATLAB軟件對化學(xué)工程與工藝實驗數(shù)據(jù)進行處理時，為保證處理結(jié)果的準確性，應(yīng)嚴把數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，即，在取樣以及樣品處理過程中應(yīng)嚴格依據(jù)規(guī)范進行，尤其應(yīng)注重校準所用的測量儀器，確保所用儀器處于最佳狀態(tài)。另外，根據(jù)實際情況還可采取設(shè)置對照實驗，多次實驗求平均值的方法降低實驗數(shù)據(jù)的誤差，為數(shù)據(jù)處理的正確性奠定堅實基礎(chǔ)。

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作者:艾科熱木.克熱木 單位:哈密地區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院