化學工程與工藝實驗數據的處理分析

艾科熱木·克熱木（哈密地區職業技術學院，新疆 哈密 839000）

化學工程與工藝實驗數據的處理分析

艾科熱木·克熱木（哈密地區職業技術學院，新疆 哈密 839000）

數據處理是化學工程與工藝實驗的重要環節，數據處理方法是否得當、準確，往往給實際的生產工作產生較大影響。MATLAB軟件憑借其強大的功能，被廣泛應用在化學工程及工藝實驗的數據處理中，極大的提高了數據處理質量與效果。本文探討化學工程與工藝實驗中MATLAB軟件數據處理相關知識，以供參考。

化學工程；工藝實驗；數據處理；分析

MATLAB軟件由美國公司開發研制，實現了科學數據、矩陣計算以及數值分析的可視化，為需要進行數據計算的諸多領域提供高效、全面的解決方法。化學工程及工藝實驗往往產生較多數據，使用MATLAB軟件能方便對數據進行處理，幫助人們掌握實驗規律，為實際的正常提供準確的指導。

1 化學工程與工藝實驗數據處理

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

2 MATLAB在數據處理中的應用

為給化學工程與工藝實驗數據處理提供參考，接下來對MATLAB軟件在數據處理中的具體應用進行探討。

2.1 MATLAB的數據處理步驟

（1）數據處理整體框架

眾所周知，每個化學工程與工藝實驗的目的存在較大區別，所以進行數據處理的步驟以及應用的公式存在較大差別，很難使用一個程序完成所有數據處理工作。不過通過對多數化學工程與工藝實驗數據處理要求進行分析，可得出其相似之處，即，先進行數據輸入，借助基本數據庫進行數據的處理，最終完成處理數據的輸出。針對這些相似之處進行程序設計，可簡化數據處理過程，促進數據處理效率的提高。

（2）編制數據處理程序

數據處理程序是高效處理化學工程與工藝實驗數據的基礎，因此，使用MATLAB軟件處理化學工程與工藝實驗數據時，確保編制程序運行的高效性十分重要。數據程序編制包括數據輸入、處理與作圖、構建數據庫等環節。其中數據輸入的實現主要借助input函數加以實現。例如，需要輸入實驗環境中不同濕度參數時，可這樣設置t=input（‘請輸入實驗中環境濕度數據’），輸入函數多以矩陣方式形式呈現。處理與作圖是化學工程和工藝實驗數據處理中重要的一環，原因在于實驗獲得的數據一般為離散數據，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。

以化學工程與工藝實驗產生的（x1，y2）離散數據為例，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）為輸入函數關系，其依據的思路為使得∑（f（x1）-y1）2以及離散數據中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，導致一些實驗誤差的出現，而使用最小二乘法并不需要對輸入函數y=f（x）進行全部的離散數據（x1，y1），不過需要∑（f（x1）-y1）2以及離散數據中x1的殘差平方取得最小值。由最小二乘法擬合方法可知，化學工程與工藝實驗中采用最小二乘法可滿足數據處理要求。另外，化學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（Re）以及摩擦系數λ的離散數據，同樣適用最小二乘法擬合得到連續的曲線，以此為基礎將對應的圖形畫出，考慮到雷諾準數（Re）與摩擦系數為成雙對函數，所以可得λ=c+aReb，尤其當a、b、c均為常數時，此時令c=0，可得λ=aReb,又因Re和λ是成雙對函數，因此，logλ=loga+blogRe，在此基礎上可使用MATLAB中polyfit（）函數進行線性擬合處理，實現對化工數據處理程序的基礎。

（3）數據庫的構建

采用以上思路對MATLAB數據處理程序進行設計，在實驗過程中只是獲得在特定濕度條件下的實驗參數，而在實際生產中所受的影響因素多而復雜，不可能穩定在設計好的濕度條件下，這就考慮如何取得相近數據的問題。假設其符合線性關系，使用外推或內插方式計算得出實驗物性數據參數。文中探討的化工實驗中，設計的程序已經考慮到實驗濕度、粘度、密度等參數進行擬合，構建較為完整的數據庫，因此，對化學工程與工藝實驗數據處理操作，只需按照提示將濕度參數輸入系統中，程序便自動運行，計算得出該濕度條件下相關數據，大大的提高數據處理效率。

為確保設計數據處理程序的合理性，數據處理程序設計完成且對應的數據庫構建完成后，需要輸入相關數據對程序的運行狀況進行驗證，以及時分析出程序設計的不合理之處，并及時進行改進。通過對設計程序進行反復的優化，便可應用在化學工程與工藝實驗的數據處理中。

2.2 MATLAB的數據處理誤差分析

經上文分析將MATLAB軟件應用在化學工程和工藝實驗數據處理中，可獲得預期的數據處理效果，但MATLAB軟件對數據的處理建立在對實驗數據正確采集的基礎上，因此，需要保證化工實驗數據采集的準確性，將誤差控制在合理水平。考慮到化工實驗經過的步驟較多，使用較多的測量儀器，實驗人員操作中難免出現誤差，這就要求實驗人員結合具體的實驗內容，明確實驗的具體步驟以及影響數據誤差的因素，在實驗中加以準確把握。

首先，保證實驗取樣的合理性。化工實驗取樣的合理性包括很多內容，如使用專門的工具進行取樣，保證取樣位置的合理選取，即，取樣應具有一定的代表性。同時，嚴格依據相關規范進行取樣操作，保證每個取樣環節操作的正確性。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、規范，會給實驗數據造成影響，因此，化工實驗對樣品進行破碎、混勻、縮小等操作時，應由經驗豐富的實驗人員嚴格按照規范進行操作。最后，校準所用的測量儀器。化學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據產生較大影響，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，應對所用儀器進行校準，確保測量誤差在允許的范圍內。另外，為進一步提高實驗的準確性可根據規范標準設計相關的對照實驗，對實驗結果進行校正，消除系統產生的誤差。當然為減少偶然誤差，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 結語

數據處理是化學工程與工藝實驗的關鍵環節，采取正確的方法，使用專門的數據處理軟件，在保證數據處理結果滿足要求的基礎上，可明顯提高數據處理效率。本文通過研究得出以下結論：

（1）數據處理在化學工程與工藝實驗中的重要性不言而喻，當前常使用MATLAB軟件對實驗中產生的數據進行處理，簡化數據處理流程的同時，促進數據處理效率的明顯提升。使用MATLAB軟件處理數據時，關鍵在于編寫合理的數據處理程序，因此，應根據實驗要求，進行全面的分析，確保編寫程序的合理性，處理數據效率的高效性。

（2）使用MATLAB軟件對化學工程與工藝實驗數據進行處理時，為保證處理結果的準確性，應嚴把數據采集環節，即，在取樣以及樣品處理過程中應嚴格依據規范進行，尤其應注重校準所用的測量儀器，確保所用儀器處于最佳狀態。另外，根據實際情況還可采取設置對照實驗，多次實驗求平均值的方法降低實驗數據的誤差，為數據處理的正確性奠定堅實基礎。

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