基于MATLAB的化工实验技术

1基于MATLAB的化工实验技术（汉-英）刘俏范圣第编著PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion的基本应用，引进MATLAB进行化工实验的数据处理。化工实验指导采用汉-英双语编写，英语部分精心选自美国几所高校的化工实验指导书，并配有注释；实验内容的核心词汇在汉语部分中以英-汉形式出现。全书共分三篇，即实验误差分析与实验数据处理、MATLAB在化工实验技术中的应用基础、化工实验(包括基础性实验、设计性实验、综合性实验及仿真实验)。本书可作为高等院校化工及相关专业的化工原理实验课的实验教材或教学参考书，也可作为石油、化工、轻工、食品、医药等部门从事科研、生产的技术人员的参考书。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion多年的过程中，我们始终在思考这样一个问题，如何使学生通过每一个教学环节最大受益？面对21世纪，怎样以学生为本，以应用为本，以社会需求为本？是摆在我们教育工作者面前很实际的问题。本书正是基于这样一种想法，以化工实验(包括基础性实验、设计性实验、综合性实验及仿真实验)为主要内容，介绍了当今世界流行的科学计算软件MATLAB的基本应用，引进MATLAB进行化工实验的数据处理。实验指导采用了汉-英双语编写，实验内容的核心词汇在汉语部分中以英-汉形式出现，每个实验配有的英文实验指导均精心选自美国高校化工实验指导书，并配有注释。本书试图将MATLAB软件的学习有机地融合到化工实验技术中去，在学时不变的情况下，使学生在较短的时间内通过这本书、通过用MATLAB处理化工实验数据的实践，了解和掌握MATLAB强大的计算功能和图形处理功能，为学生提供一种对现实问题的感受、展示解决实际问题的清晰方法，给他们创造应用计算机的环境和条件，提高他们利用计算机解决实际问题的能力。另一方面，本书也尝试着将化学工程英语词汇的学习有机地融合到化工实验的课程中去，学生通过学习核心词汇、阅读单元操作的英文实验指导以及试着用英文撰写实验报告等环节，轻松掌握本单元操作的基本英语词汇，学习到原汁原味的实验技术英语，起到事半功倍的作用，这些尝试在我们的学生中已初步看到了效果。在本书的编写过程中参阅和引用了许多作者的书籍和文献，这里，要特别提到的是天津大学化工学院化工基础实验中心编写的“实验设备说明书”以及天津大学张金利、张建伟、郭翠梨和胡瑞杰编写的《化工原理实验》一书为本书提供了良好的基础，在此真诚地向他们表示谢意。由于作者的学识有限，不妥之处，恳请读者批评指正。编者2005年12月PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion实验数据的误差分析………………………………………………………1.1.1误差的基本概念…………………………………………………………1.1.2实验数据的有效数字与计数法…………………………………………1.1.3误差分析的应用…………………………………………………………1.2实验数据处理方法…………………………………………………………1.2.1列表法……………………………………………………………………1.2.2图示法……………………………………………………………………1.2.3回归分析法………………………………………………………………2MATLAB在化工实验技术中的应用基础2.1MATLAB简介………………………………………………………………2.2MATLAB基本运算功能…………………………………………………2.3MATLAB绘图功能………………………………………………………2.3.1基本命令…………………………………………………………………2.3.2对数图形…………………………………………………………………2.3.3函数绘图…………………………………………………………………2.3.4双轴绘图…………………………………………………………………2.4数据拟合……………………………………………………………………2.4.1一元线性回归……………………………………………………………2.4.2多元线性回归……………………………………………………………2.4.3一元非线性回归…………………………………………………………2.4.4多元非线性回归…………………………………………………………2.4.5逐步回归…………………………………………………………………2.5数据插值……………………………………………………………………2.6MATLAB与Excel的动态链接……………………………………………2.7MATLAB处理化工实验数据举例…………………………………………3实验部分3.1-1流体阻力测定…………………………………………………………3.1-2FrictionLossinPipesandFittingLab……………………………………3.2-1流量计性能测定…………………………………………………………3.2-2MeasuringFlowrate………………………………………………………3.2-3FluidFlowMeasurements………………………………………………PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion离心泵性能测定…………………………………………………………3.3-2CentrifugalPump…………………………………………………………3.3-3CentrifugalPumpExperiment……………………………………………3.4-1正交试验法在过滤实验中的应用…………………………………………3.4-2板框过滤仿真实验………………………………………………………3.4-3PlateandFrameFiltrationExperiment…………………………………3.5-1气─汽对流传热综合实验………………………………………………3.5-2TheHeatExchangeExperiment…………………………………………3.6-1连续精馏实验……………………………………………………………3.6-2ContinuousDistillation…………………………………………………3.7-1气体吸收…………………………………………………………………3.7-2气体吸收仿真实验……………………………………………………3.7-3PackedTowerPressureDrop……………………………………………3.8-1液─液萃取………………………………………………………………3.8-2Liquid-LiquidExtraction…………………………………………………3.9-1干燥实验…………………………………………………………………3.9-2流化床干燥………………………………………………………………3.9-3DryingExperiment………………………………………………………3.9-4FluidBed…………………………………………………………………3.10-1膜分离实验……………………………………………………………3.10-2MembraneSeparatorExperiment………………………………………附录一PT-139E型仪表操作说明……………………………………………………二阿贝折光仪使用说明………………………………………………………三乙醇―正丙醇汽液平衡组成………………………………………………四NH3-H2O系统平衡常数与温度关系曲线…………………………………五MATLAB常用函数…………………………………………………………六实验记录表……………………………………………………………………主要参考文献………………………………………………………………………PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion绪论一、实验目的化工原理是紧密联系化工生产实际、实践性很强的一门基础技术课程。化工实验技术则是学习、掌握和运用这门课程必不可少的重要环节，它与理论教学和课程设计等教学环节构成一个有机的整体。通过实验应达到如下目的：1.验证化工单元过程的基本理论，并在运用理论分析实验的过程中，使理论知识得到进一步的理解和巩固；2.熟悉实验装置的流程、结构以及化工中常用仪表的使用方法；3掌握化工原理实验的方法和技巧。如实验装置的流程、操作条件的确定、测控元件及仪表的选择、过程控制和准确数据的获得以及实验操作分析、故障处理等；4.增强工程观点，培养科学实验能力。如培养学生进行实验设计,组织实验，井从中获得可靠的结论，提供基础数据，提高化学工程设计的初步能力；5.提高计算与分析问题的能力，运用计算机及软件处理实验数据，以数学方式或图表科学地表达实验结果，并进行必要的分析讨论，编写完整的实验报告。二、注意事项1.实验前，必须认真预习教材中的有关理论，正确理解实验目的及要求，详细了解实验流程、装置及主要设备的结构、测控元件及仪器仪表的使用方法，准确掌握实验操作步骤、数据测量和整理的方法。为保证实验能够顺利进行。要对所测数据及其变化趋势，力求做到心中有数，并预先做出原始数据记录表格，对实验的预期结果、可能发生的故障及排除做出合理的判断。2.实验过程中，应当全神贯注地进行操作，如实地按照仪表显示的数据进行记录，同时，要细心观察，注意发现问题。对于实验中发生的各种现象要加以分析，对测得的数据要考虑它们是否合理，若实验过程中出现数据重复性差，甚至反常现象．务必找出原因加以解决，做出合理的解释，必要的返工是需要的，任何草率、不负责任的工作态度是决不允许的。3.实验完成后，应认真完成实验报告的整理工作。写出报告是整个实验的最后一个环节，也是学生进行综合训练的重要环节，实验报告中，学生应将测得的数据、观察到的现象、计算结果和分析结论等用科学的语言表达出来。实验报告必须书写工整，图表清晰规范，结论明确。分析中肯，能提出自己的见解，培养探索能力和创造能力。报告应包括以下内容：报告题目；实验时间，报告人，同组人；实验目的及任务；所依据的基本理论；实验装置示意流程图及主要测试仪器仪表；实验操作要点；实验数据的整理、计算示例；实验结果及结论的归纳与总结；分析讨论；参考文献；对部分专业学生，要求写报告摘要，并列到报告之首。三、实验室规则1.准时进实验室，不得迟到，不得无故缺课。2.遵守纪律，严肃认真地进行实验．3.在没有弄清楚仪器设备的使用方法前，不得运转。在实验时要得到教师许可后方可开始操作。4.爱护仪器设备，节约水、电、气及药品，开闭阀门不要用力过大，以免损坏。仪器设备如有损坏，立即报告指导教师，并于下课前填写破损报告单。5.保持实验室及设备的整洁。实验完毕后将仪器设备恢复原状并做好现场清理工作，衣服应放在固定地点，不得挂在设备上。6.注意安全及防火，开动电机前，应观察电动机及其运动部件附近是否有人在工作，合电闸时，应慎防触电，并注意电机有无异常声音。精馏塔附近不准使用明火。1实验数据的处理1.1实验数据的误差分析PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion通过实验测量所得大批数据是实验的主要成果，但在实验中，由于测量仪表和人的观察等方面的原因，实验数据总存在一些误差，所以在整理这些数据时，首先应对实验数据的可靠性进行客观的评定。误差分析的目的就是评定实验数据的精确性或误差，通过误差分析，可以认清误差的来源及其影响，并设法排除数据中所包含的无效成分，还可进一步改进实验方案。在实验中注意哪些是影响实验精确度的主要方面，细心操作，从而提高实验的精确性。1.1.1误差的基本概念1.实验数