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關鍵詞: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。
2MATLAB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。
2.1MATLAB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。
2.2MATLAB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。
參考文獻:
[1]化學工程技術的熱點分析與發展趨勢[J].丁權.化工管理.2016(30).
[2]MATLAB在化學工程與工藝實驗數據處理中的應用[J].朱濤,徐文艷.化工高等教育.2008(01).
[3]化學工程與工藝實驗[M].南京大學出版社,張雅明,谷和平,丁健編著,2006.
【關鍵詞】3+2 培養目標 課程體系 實訓條件
一、化學工程與工藝專業“3+2”對口貫通分段培養與高職、本科培養目標比較
山東理工大學化學工程與工藝專業的培養目標為“通過四年理論學習、實驗及實踐訓練,培養德、智、體、美全面發展,具備化學工程與工藝方面的知識,具有創新意識、社會責任感和道德修養,能在化工、煉油、冶金、能源、材料、輕工、醫藥、食品、環保和軍工等部門從事工程設計、技術開發、工藝操作、技術管理與科學研究等方面工作的工程技術人才”。
淄博職業學院應用化工技術專業的培養目標為“培養擁護黨的基本路線,適應社會主義市場經濟生產、建設、管理和服務第一線需要,具有較強的就業競爭力和發展潛力,掌握應用化工技術專業的基本理論知識,具備化工總控工(中級)崗位操作能力,面向淄博市及周邊地區化工、醫藥及其相關產業,能勝任化工生產一線的化工工藝操作、工藝控制、設備維護保養、產品質量檢驗及化工生產一線管理等工作的高素質技能型應用人才”。
從培養目標對比看出,本科專業人才培養的目標更為寬廣,主要就業覆蓋面有層次;高職人才培養的目標更為具體,就業面向更有針對性。
“3+2”對口貫通分段培養的目標是兩者的綜合和有機結合,體現了省教高(2013)13號等一系列文件的意圖,既實現了人才分段培養的靈活性,又體現了人才聯合培養的貫通性。
二、化學工程與工藝專業“3+2”對口貫通分段培養與高職、本科課程體系比較
通過“3+2”對口貫通分段培養專業與高職、本科專業課程設置比較可以看出,高職應用化工技術專業執行方案共有35門課程,合計157學分;本科化學工程與工藝專業共有課程57門(選修按5門計算),合計184學分;“3+2”對口貫通分段培養專業擬設置61門課程,合計223學分。
“3+2”對口貫通分段培養專業方案的學分數比本科方案高出21.2%;比高職方案高出42%。由于“3+2”對口貫通分段培養專業學制為5年,比普通本科修業年限高25%,比高職修業年限高出67%,所以課程設置數量在合理的范圍內。
從課程設置模塊來看,三個專業人才培養方案中公共基礎課程的數量都在15門左右;但專業基礎課程和專業核心課程區別較大,“3+2”對口貫通分段培養專業比本科、高職相應專業要多,說明通過“3+2”對口貫通分段培養,循環提升了學生的專業理論知識和專業實踐技能。
三、山東理工大學與淄博職業學院實訓條件比較
1.山東理工大學化學工程與工藝專業實訓條件與特點
(1)產學研合作平臺為校內外實習實訓基本條件建設提供強有力的支撐
化學工程與工藝實驗中心實驗室面積約6000m2,教學儀器設備總值約2300萬元,擁有化工原理、化工工藝、分離工程、反應工程、化工仿真等8個實驗室。本專業在15家大中型化工企業建立了實習、實訓基地,能滿足在校生校內外實習實訓基本要求。
(2)“三層次、四模塊”的創新型綜合化實踐教學體系
本專業多年來致力于開創全新的集知識傳授、技能培訓與開拓自主創新潛力于一體的實驗教學模式,實踐教學體系按階段、分層次構成,將產、學、研結合作為主線貫穿于實踐教學體系之中,著力構建“三層次、四模塊”的創新型綜合化實踐教學體系。在傳統實踐教學體系的基礎上,通過增加實踐課比例,增設現場課教學、綜合設計討論課等特色教學手段,建立具有理論與實踐相結合、動腦與動手相結合、學懂與會用相結合的綜合運用能力培養模式。為培養學生的綜合運用知識的能力,在“化工工藝學”、“化學反應工程”、“化工原理”等課程中增設綜合設計討論課,從課堂講課、現場教學、課外科技活動等方面進行改革。通過精心安排現場討論課及綜合設計大作業等一系列教學環節,增強學生理論聯系實際、綜合分析問題與解決問題的能力。
(3)校內外實訓基地建設仍有較大提升空間
針對培養應用型高技能人才的培養目標,現有的實習實訓條件仍然存在較大的提升空間,校內實訓基地的建設還有較大空缺。對現有的實驗實訓室進行改建、擴建,提升功能以滿足學生基本操作技能訓練的需要;尚無或仍缺少部分實驗實訓條件的,力求逐年新建或補充建設,逐步填平補齊,以滿足學生基本的專業實踐教學需要;以準工廠模式,模擬企業化生產環境,構建對學生進行工程訓練的實踐教學平臺,充分結合專業特點和學生的認知規律,精練實習實訓內容,達到理論與實踐的統一,知識與能力的統一。
2.淄博職業學院應用化學工藝專業實訓條件與特點
現有實訓室面積3000多m2,設備價值1000多萬元,擁有無機物制備、有機物合成、儀器分析、工業分析、化工單元設備操作、管路安裝、化工仿真、化工儀表、化工工藝流程等20多個適應教學要求與各種技能培訓的實驗室與實訓實習場所,能夠滿足高技能人才培養的需求。本專業注重校、政、企三方合作,具有較強的社會服務能力,設有淄博市環保分析檢測中心、淄博市離子膜燒堿生產應用工程技術研究中心、淄博市化工人才培訓基地、化工行業特有工種職業技能鑒定站。
3.實習實訓條件共建共享
關鍵詞:化學工程與工藝;專業;就業方向
化學工程與工藝專業是一個極富創造性、挑戰性的重要工業領域,能在化工、石油、能源、輕工、冶金、醫藥、微電子生產、食品和環保等多領域行業,從事產品的研制開發與評估、過程工藝與裝置的設計放大、過程科學研究、高等工程教育、生產過程的控制及經營管理等方面工作的高級工程技術、教育教學和管理營銷人才,具有技術密集、人才密集、資本密集的特征,特別是二十一世紀的化學工業在向“綠色化工”方向發展的同時,對知識的交叉滲透、產業的相互交融提出了更寬更深的要求,該專業就是為了適應面向二十一世紀化學工業發展而設置的一個厚基礎、寬口徑、適應性強的大專業。本專業旨在培養德、智、體全面發展,具備在工業界、科技界、政府及行業機構中擔任重要職務的基本素質,掌握化工生產技術的基本原理、專業技能與研究方法。
通過上述闡述,我們簡單了解到了化學工程與工藝的定義,在一些重要領域的關鍵作用。下面就讓我們分開來解讀化學工程和工藝在哪些領域起到了什么作用,在工作中,如何將資源更好的利用?
化學工程與工藝就是研究化學工業生產過程中的共同規律,并用化學方法改變物質組成或性質來生產化學產品的一門工程W科。簡單來說,也就是化學在工程實際中的應用。該專業主要開設高等數學、無機與分析化學、有機化學、物理化學、高級語言程序設計、化工原理、化工熱力學、化工分離工程、儀器分析、化工設計、化學反應工程、化工工藝等課程。其中英語、化工原理、化學反應工程、高等數學為學位課程,參加省自學考試。
化學工程與技術學科是從19世紀末由于化學品大規模生產的需要而形成和發展的。當時,為了化工生產的高效和大型化,根據典型的化學工藝和設備中出現的一些具有共同屬性的工程問題,形成了單元操作的概念。20世紀50年代后發展的傳遞過程原理和化學反應工程使化學工程學科上升到了新的階段。人類穿的各種合成纖維的衣物,吃的各種食物的包裝加工,住的房屋的水泥鋼材,以及人們開車所用的石油天然氣,都是化工研究的方向。中科院院士陳洪淵就曾經評價化工產業為“國之重器”,能創造出數千萬個“新物種”。譬如說,1909年哈伯發明的合成氨技術使世界糧食翻倍,解決了世界上一半人的溫飽問題。1995年我國的化學纖維產量為330萬噸,其中90%是合成纖維,這一化工技術的應用,使大多數人免于挨凍。
當今社會,化學工程與工藝也應用到多個領域,如分析化學師、食品化學師、化妝品研發員、醫藥技術師等職業,這些職業你肯定聽說過,但不一定想到他們與化學工程與工藝專業相關。總體來說化學工程與工藝專業的就業領域還是相當廣泛的。畢業生能在化工、能源、信息、材料、環保、生物工程、輕工、制藥、食品、冶金和軍工等部門從事工程設計、技術開發、生產技術管理和科學研究等方面工作。一般主要的主要就業方向可以從一下幾個方面來看:
首先,可到科研院所、高等院校從事化學工程與工藝相關科研、教學等工作。不過這需要該專業學生具備一定的科研水平和較高的學歷。
其次,到化工類、石油類、輕工類、車輛化工、建筑機械、制藥、食品、涂料涂裝等相關的科研單位、企業、公司從事應用研究、精細化工產品的開發、設計、生產技術和科技等工作。化工行業有很多知名的企業如美孚、殼牌、巴斯夫、中石油、中石化等。當然,除了這些大企業外,一些冶金、化纖、煤炭、橡膠等化工企業也是畢業生不錯的選擇。化工行業是個講究經驗和積累的行業,技術和經驗是技術型人才的資本,對于剛走出校門畢業的學生來說,一般需要一個相當長時間的經驗積累,從基層做起,讓理論和實踐充分的結合后,才能謀取個人職業更好的發展。
再次,可以在相關化工類企業從事銷售、管理等工作。除了走工藝、研發、質量檢驗等技術人才的道路外,該專業復合型銷售和管理人才在人才市場中也特別受歡迎。關鍵是如何取得化工類技術以外的教育背景和從業經歷。化工貿易、管理人才基本都需要是化工專業出身,同時熟知貿易規則和單位業務,還必須具備耐心細致,和較強的語言表達能力。
國家教育部曾公布的化學工藝與工程專業就業狀況顯示,該專業2013年全國普通高校畢業生規模在28000-30000人,近三年全國就業率區間在90%-95%之間,屬于就業率較高專業。
據調查,相關從業人員都表示,化工專業畢業生要找到一份工作并不難,但找什么樣的工作就因人而異了。由于化工各個方向分類較細,各個大學都有自己擅長的專業方向。如有些學校側重石油化工、煤化工;有些側重醫藥化工;有的則偏重金屬冶煉或精細化工等。另外,還有一些人對化工就業存在這樣的誤區,擔心學這個專業畢業后要去挖煤、煉石油。實際上,傳統的石油化工、煤化工只是其中的一個就業方向,如果你對這個方向不感興趣,還有更廣泛的領域可供選擇。如可以選擇和人們生活息息相關的精細化工,我們用的洗發水、洗面奶、沐浴液的研發生產都是化工的主要就業領域。還有食用油、巧克力等食品加工企業,香水、化妝品、奢侈品制造等也是化工很好的就業方向。目前我國經濟建設水平不斷提升,涉及綜合技術項目的開發工作節奏也顯得急躁起來,對于化工專業建設工作人員來說,需要聯同系統性的設施布置和先進實驗驗證項目開發,積極穩固綜合人力資源的開發動力,為我國相關行業的發展提供更加優質的貢獻力量。
除了化學工程與工藝在工作上的應用外,可以說,我們日常生活中的“衣、食、住、行”樣樣都離不開化工產品。化學工業已經成為國民經濟重要的基礎性產業,它為農業、能源、交通、機械、電子、紡織、輕工、建筑、建材等工農業和人民日常生活提供保障和配套服務。同時它還是工業經濟中最具活力,有待開發且競爭力極強的一個行業。老人常說,“三百六十行,行行出狀元”,不管研讀什么專業,都有一定的優勢和特點,只要潛心學習,任何領域都可以走出一片輝煌的天地。
參考文獻: