Excel处理化工原理干燥速率曲线测定实验技巧探讨

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2024年5月23日发(作者：)

２０１０年第６期　广东化工　

第３７卷总第２０６期　

ｗｗｗ．ｇｄｃｈｅｒｎ．ｃｏｒｔｑ　ｌ６９　

Ｅｘｃｅｌ处理化工原理干燥速率曲线测定　

实验技巧探讨　

吴彩金　，张德权　，胡涛　

（１．淮阴工学院，江苏淮安２２３００３；２．北京服装学院，北京１０００２９）　

【摘要】针对南京工业大学开发的于燥速率曲线测定实验装置中的数据处理软件处理后的干燥速率曲线不理想，只能给出大体的干燥规律，　

不能准确反映千燥速率血线规律的缺陷，现利甩Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｅｘｃｅｌ软件和二Ｆ燥速率的几何意义，开发出一种新妁处理方法：分段拟合法，用该法　

对Ｉ两样的试验数据可以得到理想的干燥速率曲线，与传统作图法相比，更是具有简便，快速可靠等优点。　

【关键词ｊＭｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｅｘｃｅｌ；数据处理；化工原理实验；干燥　

［中图分类号］Ｇ４　【文献标识码】Ｂ　【文章编号］１００７—１８６５（２０１０）０６—０１６９－０２　

Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｄｒｙｉｎｇ　Ｒａｔｅ　Ｃｕｒｖｅ　Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｂｙ　Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｅｘｃｅｌ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　

Ｗｕ　Ｃａｉｊｉｎ　，Ｚｈａｎｇ　Ｄｅｑｕａｎ　，Ｈｕ　Ｔａｏ　

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｌｉｆｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕａｉｙｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅ￣ｈｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉ’ａｎ　２２３００２；２．Ｂｅｉｊｉｎｇ　

Ｉｎｓｔｉｕｔｔｅ　ｏｆ　Ｆａｓｈｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　０００２９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｎｏｎ—ｉｄｅａｌｉｔｙ　ｏｆ　ａ　ｄｒｙｉｎｇ　ｒａｔｅ　ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ａ　ｄｒｙｉｎｇ　ｒａｔｅ　ｃｕｒｖｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ　ｂｙ　ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　

ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｂｙ　Ｎａｎｊｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ａ　ｎｏｖｅｌ　ｐｉｅｃｅｗｉｓｅ　ｆｉｔｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｂｙ　ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｅｘｃｅｌ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ　

ｍｅａｎｉｎｇ　ｏｆ　ｄｒｙｉｎｇ　ｒａｔｅ　ｔｏ　ｏｂｔａｉｎ　ａｎ　ｉｄｅａｌ　ｄｒｙｉｎｇ　ｒａｔｅ　ｃｕｒｖｅ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ　Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｇｒａｐｈｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ｔｈｅ　

ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｓｉｍｐｌｉｎｅｓｓ，ｒａｐｉｄｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　ｅｘｃｅｌ；ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｄｒｙｉｎｇ　

“恒定干燥速率曲线测定实验”是化工原理实验部分的重　

算中可以很好的代替过去繁杂的公式重复计算和手工绘制实验　

要内容。对于该实验数据的处理，传统的方法是图解法：即绘　

曲线的工作　７－１０Ｊ￣有人也用Ｏｒｉｇｉｎ软件来处理化工原理实验数　

制出失水曲线后，手工做多个点的切线，再读出切线上两点坐　

据　“，该软件比Ｅｘｃｅｌ具有更强的绘图功能，主要是拟合公式种　

标，从而计算出斜率，然后计算干燥速率，由于人工绘制切线，　

类齐全，不象Ｅｘｃｅ１只有６种，由于本实验曲线用多项式拟合即　

误差较大，所以最终干燥速率曲线就不是很精确，而且非常繁　

可，Ｅｘｃｅｌ软件方便易学，所以选用Ｅｘｃｅｌ软件来处理。　

琐Ⅲ。　

曲线拟合法成功的关键是选择合适的拟合函数，由于干燥　

随着计算机的发展，很多人开发出了化工原理实验数据处　速率曲线分为恒速阶段和降速阶段两个阶段，要准确反应其规　

理软件，学生用软件输入实验数据就可以直接得到实验结果　ｊ，　

律，应采用分段拟合法，即利用软件对恒速阶段进行线性拟合，　

但是直接用这类软件学生没有参与数据处理的过程，不利于对　对降速阶段进行二次多项式拟合，拟合出合适的公式后，用代　

实验原理的理解和数据分析技能的提高，如同教没上过学的文　

数法进行求导得出斜率，进而计算出干燥速率，而选择合适的　

盲用计算器解决计算问题，但其并没有掌握数学原理，使得成　

分割点则是该方法的一个技巧。　

为一种傻瓜式教学，这严重违背了实验的目的。而且软件采用　

什么样的处理方法，学生也不得而知，况其采用的方法也不一　

１　“恒定干燥速率曲线测定实验”实验原理及　

定合理。　

设备　

如前两年我院购买的南京工业大学开发的干燥试验装置，　

干燥速率受风速，温度，湿度，接触方式等因素的影响，　

装置采用电脑自动记录数据，并带有相应的数据处理软件，然　

所以测定干燥速率必须在这些因素恒定的条件下进行。干燥速　

而用该软件处理的结果很不理想，干燥速率呈现很大的波动　

率定义为单位时间被干燥物料的单位表面上除去的水分量，即　

性，只能看到大体的趋势。通过分析发现该软件是采用数值法　

－

ＧｃｄＸ　

ｄＷ

处理实验数据，即跟据数值理论，当时间间隔不大时，可以近　

“一

—

ｋｇ／（ｍ　ｓ）　

似认为：　

ｄｔ　Ａｄｔ　

ＡＷ　ｄＷ　

式中，Ｇｃ为湿物料中的干物料的质量，ｋｇ；Ｘ为湿物料　

的干基含水量，ｋｇ水／ｋｇ干料；Ａ为干燥面积，ｍ　；ｄＷ为湿　

Ａｔ　ｄｔ　

物料被干燥掉的水分，ｋｇ；ｄｔ干燥时间，Ｓ。　

实验间隔越小，则该方法越精确，而实验中是每隔２　ｍｉｎ　干燥分两个阶段，等速干燥阶段或表面汽化控制阶段和降　

采集一次数据，相对来说误差也就比较大，按这种方法处理的　

速干燥阶段或内部扩散阶段。　

结果不理想的原因还有测量数据存在偶然误差，因为试验中风　

速较大，流动呈湍流流动，那么速率有瞬间向上和向下的现象，　

２使用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　ＥｘｃｅＩ处理数据　

由于实验中毛毡不是绝对的垂直于水平面，有一定倾斜，这样　

２．１实验原始数据　

风就对毛毡有个额外的向下或向上的力，使得瞬问测量的毛毡　

实验在干燥温度　７０℃，风速为９０　ｍ　／ｈ，毛毡面积为　

质量就有偏大偏小的现象。　

１２．５ｘ８．３ｘ２　ｃｍ　，绝干质量为４２．２　ｇ，毛毡初始质量为７０．５　ｇ　

要改善数值法的缺陷，可以采用曲线拟合法。Ｍｉｃｒｏｓｏ￣　

的条件下进行实验，测量得到实验数据如表１前两列所示。　

Ｅｘｃｅｌ是ｏｆｉｆｃｅ软件的一个控件，拥有强大的数据计算和绘图分　

２＿２使用ＥｘｃｅＩ处理实验数据　

析功能，具有方便的表格式数据综合管理和分析系统，能提供丰　

文章分别采用数值法和分段曲线拟合法处理数据，以方便　

富的函数，切可方便的绘出各种专业图表。实践证明其在化工计　

比较两种处理方法的特点。数值方法本文不是用现成的软件处　

理，而是用Ｅｘｃｅｌ来处理，但是其处理的思路是相同的。　

［收稿日期］２０１０—０３—０１　

［作者简介］吴彩金（１９７３．），女，陕西人，硕士，讲师，主要研究方向为计算机在化工中应用。　

广

１７０　

东化工　２０１０年第６期　

第３７卷总第２０６期　

ｗｗｗ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｍ　

时间／ｍｉｎ　

图１　

３０分前后两部分失水曲线及其曲线拟合公式　

Ｆｉｇ．１　

Ｌｏｓｔ　ｗａｔｅｒ　ｃｕｒｖｅｓ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　３０　ｍｉｎｕｔｅｓ　

表１　实验记录及数据处理结果　

Ｔａｂ．１　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｎｏｔｅ　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔ　

数计算公式为：　

失水量Ｗｉ＝７０．５一ｍｉ　ｇ，计算结果列在Ｃ列；　

干基含水量ｘ　＝（ｍｉ一４２．２）／４２．２，计算结果列在Ｄ列；　

数值法按近似处理：该时刻的失水量和前一时刻失水量差　

除以时间间隔２分钟，即：　

ｃ　＝　

来近似代替斜率，计算结果列在Ｇ列；　

分段拟合法是在某处将干燥过程分为两部分分别绘制失　

水曲线，然后分另４对两部分的失水曲线进行拟合，前部分拟合　

成直线，后部分拟合成２次多项式，见图１，然后对拟合出的　

曲线方程求导得出每一时刻的斜率；切割的原则是两部分相邻　

两点的斜率最相近，并要求后一点斜率小于前一点斜率，那么　

通过不断尝试找到最佳切割点，通过多次尝试，该组数据合适　

切割点在第３Ｏ分钟位置，即第３０分前按直线拟合，斜率　

＝

０．４８９８，　第３２分后按多项式拟合，斜率　

一

０．００４５×２　Ｘ　３２＋０．７５３９＝０．４６５９，所有计算结果列在Ｅ列；干　

燥速率（×１　０００）Ｕｉ＝斜率／（２　ｘ　０．１　２５　Ｘ　０．０８３）／６０　ｋｇ／ｍ　／ｓ，分段拟　

合法计算结果列在Ｆ列，数值法计算结果列在Ｈ列。　

所有计算结果如表１。　

３０　

２５　

２０　

１５　

菱１０　

５　

０　

时间／ｍｉｎ　

图２失水曲线　

Ｆｉｇ．２　Ｌｏｓｔ　ｗａｔｅｒ　ＣＨＩＶｅ　

呈　

鲁　

斟　

ｕ－　

干基含水量　

图３两种方法得到的干燥速率曲线　

Ｆｉｇ．３　Ｄｒｙｉｎｇ　ｒａｔｅ　ｃｕｒｖｅｓ　ｇｏｔ　ｂｙ　ｔｗｏ　ｍｅｔｈｏｄｓ　

最后分别以Ａ列为ｘ轴，Ｃ列为Ｙ轴绘制整个实验的失水　

曲线如图２，以Ｄ列为ｘ轴，Ｆ列和Ｈ列为Ｙ轴在同一个图上　

绘制出分段拟合法和数值法分别得到的干燥速率曲线如图３。　

比较图３中两天曲线，我们看出分段拟合法得到的干燥速　

率很好的符合干燥速率的内在规律，明显的分为等速干燥阶段　

和降速干燥阶段两个阶段；而数值法只能看出大体的趋势，整　

个数据有非常大的波动，这是因为这种处理方法放大了因湍流　

流动造成的数据的偶然误差。而分段拟合法之所以没有那么大　

波动，是因为拟合法本身就是抓住数据本身所蕴含的规律，摒　

弃数据偶然误差造成的上下波动对最终数据的影响。，　

３结论　

（１）使用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｅｘｃｅｌ处理“干燥速率曲线测定”实验　

数据，操作简便快捷，学生容易掌握，有利于提高学生的学习　

兴趣并节省处理数据的时间。　

（下转第１７２页）　

广

ｌ７２　

东化工　

２０１０年第６期　

Ⅵｎｖｗ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｍ　

第３７卷总第２０６期　

采取引进与自编相结合。在编写的双语教材里对较难的理论知　

识部分采用中文注解，同时加入本专业的国内外发展状况、国　

内外最新的案例、资讯、技术、标准、法规等。由于精细化工　

行业及学科发展迅速，相关的英文科技文献比较丰富，配合英　

文图书资料和英文网络资料，这些资源可作为很好的参考资料　

补充到教材中，使教材既保持了基本学科理论，又注重了学科　

发展的前沿技术。　

５几点建议　

笔者在（＜精细化工生产技术　中采用“双语教学”是对目　

前现有教学内容和教学形式的一种改革尝试，笔者在实施双语　

教学中难免遇到难点，这就需要笔者在实践中不断完善。笔者　

通过双语教学实践和对学生的问卷调查分析，提出以下几点建　

议。　

４教学中坚持循序渐进的原则，采取灵活的教　

学方式，注重互动性　

在化工职业教育中开展双语教学应遵循“由少到多、由浅　

入深、循序渐进、因材施教、量力而行”的原则，不要拘泥于　

双语教学的概念和固有模式。　

５．１实施激励机制。提供政策保障　

从笔者的实践看，双语教学的教师备课任务非常繁重，不　

仅要正确理解原教材内容，而且还要用外语表达传授给学生，　

备课所用时问是母语教学三倍以上。因此学校应建立激励机　

制，对双语教师的薪酬给予适当补贴，以调动教学从事双语教　

学的积极性。　

４．１教学方式多样，讲究实际　

在教学中采用多种形式授课，授课形式的多样话选择就是　

为了保证不同层次的学生能更好的理解所将课程的内容。教学　

过程中笔者以多媒体课件为主和板书为辅。课程前１／３，课件　

内容以英语为主，但用中文授课，课程后２／３则是中英文相结　

合讲授。在中英文相结合讲授中对于一般的内容使用英语讲　

述，但是对于一些重要的词汇、理论和制备工艺，以及例题的　

５．２合理安排中英文教学　

一

般来说，教学初级阶段，可采用英语板书，中文讲授，　

随着教学的深入可将逐步加大英语讲授的比重。虽然中英文讲　

授的比重并没有量化规定与标准，但笔者认为在授课中应以专　

业知识的传授为主线，将不同文化的学习、英语语言的渗透，　

５．３从实际出发优化学生的英语水平，进行分层次教　

学　

因为高职院校的学生英语水平普遍不高而且参差不齐，通　

过分层次教学，将同一专业的不同英语水平的学生进行优化组　

思维　式的介入等融入其中，为圭线服务。　　．

辨解释。　

精细化工生产技术＞）覆盖知识面广，产品种类多，生产　

案例、应用实例非常丰富。因此，在备课中采用图片、动画、　

视频等方法，尽量将多媒体技术应用于双语教学课堂。用多媒　

体课件、影像资料等会将教师从课堂板书中解脱出来，留下更　

多的时间和学生展开互动。为此，笔者收集、整理了与这门课　

程教学相关的图片、动态图表、视频作为素材，制作中英文结　

合、内容丰富的教学课件，对其中的仪器装置、合成反应过程、　

工艺流程等用中英文粗体标注。对于讲授的学科内容，笔者尽　

量把抽象理论、概念名称，具体形象化，使之符合学生当前英　

为了激发学生的学习热情和主动性，体现职业教育的特点，　

在教学中采用互动式教学方法，尽量将学习情景与外语学习环　

境相结合，结合启发式教学、讨论式等多样化的教学方法，加　

强师生之间及学生之间的沟通和交流，以促进和提高教学效果。　

语的理解水平，．以此激发和保护学生的学习积极性。　

４．３教学中注重互动性，重视学生的参与　

教师在双语教学中可采用互动式教学方法，教学中尽量　

将学习情景与外语学习环境相结合，如用启发式教学、项目　

化教学等，将现实生活中精细化学品的应用与实践生产操作　

引入课堂，吸引学生兴趣并参与讨论，活跃课堂气氛，从而　

提高学习效果。比如我在讲解化妆品的内容时我用课件给出　

多种不同的用英文标注的化妆品图片，然后让学生一一对照　

着用中文讲述它们的用途，随后教师再用英语复述他们所讲　

的内容，并作必要的补充。这样既加深了对教学内容的理解，　

还准确记忆了相关的英语词汇。为了增强学生的参与性可定　

期组织娱乐性知识竞赛。竞赛问题尽量简单但要与教学内容　

相关，要求学生用英语口答回答，出错不要紧，关键要学生　

思考问题，解决问题，培养学生的专业知识应用能力和外语　

应用能力。　

参考文献　

［１］陈红蕾．双语教学的实践与思考［Ｊ］．高教探索，２００３，（３）：５９．６０．　

［２］徐健，姜杉，杨林．工程制图双语教学的实践∽．工程图学学报，２００６，　

（１）：１３４　１３７．　

［３］陈叶娣．高职专业课程双语教学的实践探讨［Ｊ］．职业技术教育，２００８，　

（２９）：３９　４０．　

『４】韩秋燕．中国精细化学品行业现状及发展浅析［Ｒ］．第二届石油和化学　

工业发展国际论坛．　

［５憎益坤，张根旺．我国油脂化工、精细化工生产现状与发展建议［Ｊ］．中　

国油脂，２００５，３０（５）：５－１０．　

［６］郑江一，关瑞章，李丹．　生物化学专题》双语教学的设计与探讨［Ｊ］．微　

生物学通报，２００７，３４（３）：６０３．６０５．　

［７］高琼芝，王正辉．　高分子化学　双语教学的实践与探索［Ｊ］．广东化工，　

２００４，（８）：５６—５７．　

（本文文献格式：郭璇，陈水木，赵凤英，等．精细化工生产　

技术课程双语教学初探［Ｊ】．广东化工，２０１０，３７（６）：１７１—１７２）　

（上接第１７０页）　

（２）使用分段拟合法处理“干燥速率曲线测定”实验数　

据，得到的干燥速率曲线规律性非常好，能很好摒弃因湍流流　

动造成的偶然误差。　

（３）用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｅｘｃｅｌ软件而不是现成的化工原理实验数　

据处理软件处理实验数据，有利于加强学生对实验原理的理　

解，在处理中采用２种处理方法，有利于学生体会数据处理方　

法的重要性，提高分析问题的能力。　

工高等教育，２００６，（３），８２—８４．　

［６］武文良，李宗明，夏毅，等．化工原理实验教学软件开发研究［Ｊ］．南京　

工业大学学报：社会科学版，２００５，（２），９４—９６．　

［７】徐汶，方清华．用Ｅｘｃｅｌ２０００处理传热实验数据　．化学工程师，２００２（２）：　

１９—２１．　

［８】潘莉莎，张德拉，孙中亮，等．Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｅｘｃｅｌ在化工原理恒压过滤实　

验教学中的应用［Ｊ］＿化工高等教育，２００８，（２）：８７—９０．　

［９］刘俏，范圣第．用Ｅｘｃｅｌ计算高浓度气体吸收过程［Ｊ】＿计算机与应用化　

学，２００３，（４），４８９—４９０．　

［１０］李云雁．用Ｅｘｃｅｌ求填料吸收塔传质单元数［Ｊ］．计算机与应用化学，　

２００６，（１１），１　１５６—１１５８．　

参考文献　

［１］卫静莉．化工原理实验［Ｍ】．北京：国防工业出版社，２００３．　

［２］丁言伟，任庆云，丁松．化工原理实验数据处理软件的开发　．计算机　

与应用化学，２００９，（１），９３—９５．　

［３］丁文捷．基于Ｗｉｎｄｏｗｓ的化工原理实验数据处理软件的开发设计ｆＪ］．实　

验室研究与探索，２００４，（９），３４—３５．　

（４］何立新，林勇．化工原理实验数据处理软件的开发［Ｊ］．实验室研究与探　

索，２００５，（１），１３—１５．　

［５］唐正姣，孙炜，欧阳贻德，等．化工原理实验数据处理软件开发［Ｊ］．化　

［１１］马燮，杨虎，陈虹，等．Ｏｒｉｇｉｎ在化工原理实验中的应用［Ｊ】．四川理　

工学院学报：社会科学版，２００７，（１０）：２５７．２５８．　

（本文文献格式：吴彩金，张德权，胡涛．Ｅｘｃｅｌ处理化工原理　

干燥速率曲线测定实验技巧探讨［Ｊ】．广东化工。２０１０，３７（６）：　

１６９－１７０）　

本文标签： 教学实验学生速率数据