李偉偉，楊 杰

（新鄉(xiāng)學院 化學化工學院，河南 新鄉(xiāng)453003）

化工原理是通用性較強的專業(yè)基礎課，與化學、化工、生物、制藥和材料等相關專業(yè)存在密切的聯系，搞好化工原理的教學對于培養(yǎng)學生運用工程觀點分析和解決化工方面的實際問題有著重要的意義。化工原理實驗是與化工原理配套的實驗課，與理論課相比是同等重要的［1-2］。開展化工原理實驗的教學在培養(yǎng)學生工程設計能力、工程實踐能力以及創(chuàng)新能力等方面發(fā)揮著十分重要的作用。

在實驗教學中，常做的化工原理實驗包括流體流動、過濾、傳熱、吸收、精餾和干燥等實驗?；ぴ韺嶒炚n中實驗的特點是操作過程比較簡單，實驗需要測量的數據比較多，實驗步驟也比較多，計算過程比較復雜，計算難度比較大。這要求學生具有較強的數據處理和分析能力，而采用傳統(tǒng)的數據處理方法，不僅工作量大，而且精度低，不利于學生快速、準確地處理實驗數據。因此，尋求一種方便、快速、可靠的實驗數據處理方法，在實驗教學中具有重要的現實意義［3-4］。

Microsoft Excel是目前應用廣泛的數據處理工具，擁有功能強大的數據計算和繪圖分析功能。在本文中，我們以化工原理實驗中吸收參數的測定為例，詳細介紹了Microsoft Excel 2013應用于化工原理實驗數據處理的過程及方法。用該方法處理實驗數據方便、快速、可靠，具有非常好的借鑒意義，可以用于其他化工原理實驗的數據處理。

1 吸收實驗介紹

在填料塔中用水吸收空氣-CO2混合氣中的CO2，以求出填料吸收塔的體積傳質系數。假設吸收過程是在恒溫恒壓（常溫常壓）條件下進行的，下面我們在恒定的進氣狀態(tài)下測定不同噴淋密度下的吸收系數。

吸收過程的傳質速率由吸收速率方程式NA=決定，其中 Kx(kmol/m2?h)表示以液相摩爾分數差 X*?X為推動力的液相總傳質系數，表示以液相摩爾分數差 X*?X表示的塔頂、塔底的液相平均推動力。

根據物料守恒定律，可以得出全塔物料衡算式Gα= Ls( X1?X2) = GB( Y1? Y2)，其中 X1和 X2分別為塔出口和進口液相中CO2與水的摩爾比。

水 和 空 氣 的 摩 爾 流 量 由 LS= qS×ρSMS和GB= q1?ρ1M空氣給出，單位都為kmol/h。

CO2與 空 氣 的 摩 爾 比 由 Y1=y1(1 ? y1)和Y2=y2(1 ? y2)給出，式中Y1、Y2分別表示為進、出塔氣相中CO2與空氣的摩爾比，y1、y2分別表示為進、出塔氣相中CO2的摩爾百分含量，且由氣相色譜直接測定出來。

由于進入塔內的水為清水，故有X2=0；Y1、Y2和GB可由前面的公式計算得出； Gα和X1可通過物料衡算式計算得出。

在H2O-CO2體系中，相平衡常數m由溫度t決定，其表達式為 m = 0 .317 9t2+ 2 8.389t +725.5。

2 實驗數據的處理與分析

2.1 實驗原始數據

根據實驗條件，下列數據在實驗過程中不發(fā)生變化，這些數據包括：水溫為24.5℃，氣溫為27.6℃，壓力為101.325 kPa，標準狀態(tài)下空氣流量為0.52 m3/h。填料塔內徑為100 mm，填料層高度為1 200 mm。

實驗直接測試出來的原始數據包括 qs、 y1和 y2。

打開一個Excel程序，根據實驗原始數據和所需數據，設計如表1所示的Excel表格，以便將實驗所得原始數據填入其中。

表1 實驗直接測定的原始數據

2.2 實驗數據的計算與處理

在表1中，第1～3列的原始數據需通過實驗直接測得，第4～9列的數據需通過計算得到，第4～5列的數據需通過9次計算才能得到。通過Excel軟件中的編輯公式“ = (B2 100)(1 ? B2 100)”和填充功能很容易得到表1中第4～5列的數據。這一公式的運用避免了實驗數據處理過程中同類數據的重復計算，提高了數據計算的準確性。利用同樣的方法，可以得到第6～9列的數據。計算后的數據見表2。

表2 實驗數據的計算結果

在計算表2中的數據時，我們省略了GB和X1等的部分數據的計算過程。在Excel 2013中，可以做出相關數據的關系圖，并擬合成線性方程。

下面以本吸收實驗數據為例，給出作圖和擬合過程。

選擇噴淋密度和傳質系數所在的列，使用“插入散點圖”功能，即可得到以噴淋密度為橫坐標、以傳質系數為縱坐標的散點圖（圖1）。通過“圖表工具”還可以對生成的散點圖進行編輯和修改。

圖1 噴淋密度和傳質系數關系的散點圖

使用“趨勢線”命令打開“設置趨勢線格式”對話框，并選中“線性（L）”“顯示公式（E）”和“顯示 R 平方值（R）”（圖2），關閉后即可得到噴淋密度和傳質系數的線性相關關系（圖3）。

圖2 趨勢線格式對話框的設置

由圖3可以看出，噴淋密度和傳質系數之間滿足線性關系。根據R2的值可以判斷出噴淋密度和傳質系數之間線性關系的可靠性是極高的。

圖3 噴淋密度和傳質系數的線性相關關系

3 結論

應用Microsoft Excel 2013對吸收實驗的實驗數據進行計算和處理，具有計算速度快的優(yōu)點，極大地減少了計算工作量，所得實驗結果準確可靠。

使用Microsoft Excel 2013數據處理功能處理實驗數據，不僅有利于學生提高對化工原理實驗課的興趣，而且有利于學生學習試驗設計與數據處理等后續(xù)課程。Microsoft Excel 2013的處理數據功能還可以應用于化工專業(yè)的其他實驗。