小迈步课代表 | MATLAB 在化学工程中的应用

科技   2024-09-04 18:06   上海  

亲爱的 MATLABers,开学了!
MATLAB 作为一款集数据分析、算法开发和模型仿真于一体的高性能环境,已经成为化工领域不可或缺的工具。今天小迈步课代表来总结今年第一课《2024 小迈步系列之 MATLAB 在化学工程领域的应用》的精彩内容,温故而知新!
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MATLAB在化学工程中的应用
在现代化学工程领域,MATLAB 作为一种强大的编程环境,正被广泛应用于算法开发、数据分析、可视化和数值计算等方面。其灵活性和强大的计算能力使得 MATLAB 成为工业界和教学领域中的一项重要工具。
  • MATLAB 在工业界和教育领域中的应用示例
在化学工业中,MATLAB 被用于多个企业的不同应用场景。例如,三井化学利用深度学习进行视觉检测,以提高产品质量和生产效率。西普拉则通过机器学习加速药品生产分析,从而缩短生产周期并提高准确性。此外,HUGO PETERSEN GmbH 使用 MATLAB 进行化学过程仿真,优化生产工艺。葛兰素史克则通过数据分析来改善生产流程,降低成本并提高产量。
在教育领域,MATLAB 也发挥着重要作用。曼哈顿学院为学生提供控制室体验,使他们能够更好地理解工业流程。新泽西理工学院利用 MATLAB 教授学生解决复杂的传热和传质问题,而纽约大学的学生则开发了现代 PID 仿真应用。隆德大学更是使用虚拟实验室进行反应工程教学,帮助学生通过交互式学习加深对关键反应器工艺的理解。
这些应用案例表明,在工业界中,MATLAB 不仅能够提高生产效率,还能通过数据分析和机器学习等技术手段优化生产流程,从而实现更高的经济效益。在教学活动中 MATLAB 不仅是一个强大的工程工具,也是一种有效的教学资源。通过 MATLAB,学生可以在仿真环境中进行实验,获得实践经验,从而更好地理解理论知识。
  • 使用 MATLAB 求解常见问题

o 化学反应速率方程的求解

在化学反应速率方程的求解中,MATLAB提供了完整的数据分析流程和曲线拟合工具。在这一部分的示例中,我们通过 MATLAB 读取存储在 Excel 表格中的反应物和生成物浓度数据,利用 Curve Fitting Toolbox 估算反应级数和反应速率常数。

传热问题

MATLAB 中提供了 Partial Differential Equation Toolbox, 可以用于传热及传质问题的求解。这部分以一个 3D 复合墙的热传导为例,求解一个直角坐标系的热传导方程,并提供了多种可视化方法。

o 反应优化问题

MATLAB 中的 Optimization Toolbox和 Global Optimization Toolbox, 提供了多种优化问题的解决方法,这部分示例使用优化变量(基于问题的方法)以最小二乘方式查找优化常微分方程 (ODE) 的参数。

  • 化工 + AI:使用深度学习实现过程故障检测

在化工领域,我们可以使用深度学习模型(如 LSTM)来检测化工过程中的故障。该方法通过 MATLAB 进行数据清洗和深度学习模型的训练,以实现对化工过程数据的故障检测。这一部分的示例采用了田纳西伊士曼过程故障数据集,其中包括多个化学反应,工艺设备以及多种故障。在这部分的示例中,我们可以看到使用深度学习进行故障检测的准确率可以达到 99.9%。

  • 使用 Simulink 实现过程控制

Simulink 是一个用于系统设计、仿真和测试的图形化环境。如今,它已成为主流过程控制仿真软件之一。该部分以一个非等温间歇式反应器为示例,通过PI控制器控制温度,仿真冷凝系统故障过程。

  • 学习资源和社区支持

MATLAB 提供了丰富的学习资源和社区支持,帮助用户快速上手并深入学习。用户可以随时随地学习 MATLAB 的基本功能和高级应用。此外,MATLAB Central 官方社区也为用户提供了一个分享和交流的平台,促进了知识的传播和技术的进步。

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MATLAB 在化学工程中的应用展示了其强大的计算能力和广泛的适用性。无论是在工业生产还是在教育教学中,MATLAB 都提供了创新的解决方案,帮助用户提高效率、优化流程。在未来,随着技术的不断发展,MATLAB 将在化学工程中发挥更加重要的作用,为行业带来更多的创新和突破。
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