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长江大学实验设计与数据处理大作业

时间:2017-09-02


1.用 Excel,Origin 做出下表数据带数据点的折线散点图。 (1)分别做出加药量和剩余浊度、总氮 TN、总磷 TP、CODCr 的变化关系图。(Excel) (要求格式大小一致,并以两张图并列的形式排版到 Word 中,注意调整图形的大小)
12 剩 余 浊 度 10 8 6 4 40 60 80 100 120 140 160 总 氮 T N 15 14 1

3 12 11 10 40 60 80 100 120 140 160

加药量(mg/L)

加药量(mg/L)

图 1-1 加药量和剩余浊度的变化关系图

图 1-2 加药量和总氮 TN 的变化关系图

1.2 1 总 磷 T P 0.8 0.6 0.4 0.2 40 60 80 100 120 140 160 CODCr

56 55 54 53 52 51 50 40 60 80 100 120 140 160

加药量(mg/L)

加药量(mg/L)

图 1-3 加药量和总磷 TP 的变化关系图

图 1-4 加药量和 CODCr 的变化关系图

(1) 分别做出加药量和剩余浊度、总氮 TN、总磷 TP、CODCr 的变化关系图。 (Origin)
12

15 14

10

剩 余 8 浊 度 6

总 氮

13 12 11

TN

4

40

60

80

100

120

140

160

10 40

60

80

加 药 量

(mg/L)

100 120 (mg/L)

140

160

加 药 量

1

图 1-5 加药量和剩余浊度的变化关系图

图 1-6 加药量和总氮 TN 的变化关系图

56

1.2
55

1.0 总 磷 0.6 0.4 0.2 40
TP

54
CODCr

0.8

53 52 51

60

80

图 1-7 加药量和总磷 TP 的变化关系图

图 1-8 加药量和 CODCr 的变化关系图

(2)在一张图中做出加药量和浊度去除率、总氮 TN 去除率、总磷 TP 去除率、CODCr 去除率的变化关系折线散点图。

100

80

去 除 率 %

60 浊度去除率(%) 40 总氮TN去除率(%) 总磷TP去除率(%) 20 CODCr去除率(%)

0 40 60 80 100 加药量(mg/L) 图 1-9 加药量和四种指标去除率的变化关系图 120 140 160

加 药 量

100 120 (mg/L


140

160

50 40

60

80

100 120 (mg/L)

140

160

加 药 量

2

2、绘制离心泵特性曲线。将扬程曲线和效率曲线均拟合成多项式(要求作双 Y 轴图) 。
2 H Y=14.97-0.36X-0.14X

R=0.99719

0.60
Y=-0.0069+0.2312X-0.0288X R=0.99454
2

15

η

14 13 12

0.45

η

H/m

0.30

/%
0.15 11 10 0 1 2 3 Qv(m /h) 3 4 5 0.00

图 2 离心泵特性曲线

3、用分光光度法测定水中染料活性艳红(X-3B)浓度。
吸光度(A) X-3B 浓度(mg/L) 0.175 10.0 0.349 20.0 0.517 30.0 0.683 40.0 0.854 50.0 1.026 60.0 1.211 70.0 0.722 样品 1 0.223 样品 2

(1) 列出一元线性回归方程,求出相关系数,并绘制出工作曲线图。

3

80 染 料 60 活 性 艳 40 红 浓 度 20 mg/L 0 0 0.4 0.8 吸光度(A) 1.2 1.6 y = 58.33x - 0.125 R? = 0.999

70 60 50
mg/L

Y=58.33339X-0.12504 R=0.99975

X-3B

40 30 20 10 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

吸 光 度
图 3 工作曲线图

A

(2)求出未知液(样品)的活性艳红(X-3B)浓度。 解:A1=0.722 , A2=0.223 代入 y = 58.333x - 0.125 得: 样品 1 浓度:41.99 mg/L 样品 2 浓度:12.88 mg/L 4、 找出某伴生金属 c 含量与距离 x 之间的关系(要求有分析过程、 计算表格以及回归图形)。 ⑴作实验点的散点图,分析 c~x 之间可能的函数关系,如对数函数 y=a+blgx、双曲函数 (1/y)=a+(b/x)或幂函数 y=dxb 等;⑵将非线性关系转化成线性模型进行回归分析,分析相
4

关系数:选取标准差 SD 最小(或 R 最大)的一种模型作为经验公式。 X Y lnX X0.0146 X2 1/x 2 106.42 0.693147 1.010171 4 0.5 3 108.2 1.098612 1.016169 9 0.333333 4 109.58 1.386294 1.020446 16 0.25 5 109.5 1.609438 1.023776 25 0.2 7 110 1.94591 1.028818 49 0.142857 8 109.93 2.079442 1.030825 64 0.125 10 110.49 2.302585 1.034189 100 0.1 11 110.59 2.397895 1.035629 121 0.090909 14 110.6 2.639057 1.039282 196 0.071429 15 110.9 2.70805 1.04033 225 0.066667 16 110.76 2.772589 1.04131 256 0.0625 18 110 2.890372 1.043102 324 0.055556 19 111.2 2.944439 1.043926 361 0.052632
表 4-1 将非线性关系转化成线性模型计算表格

1/y 0.009397 0.009242 0.009126 0.009132 0.009091 0.009097 0.009051 0.009042 0.009042 0.009017 0.009029 0.009091 0.008993

112 111 110 109 108 107 106 0 4 8 12 16 20

y = 1.5912ln(x) + 106.5 R? 0.8017 =

112 111 110 109 108 107 106 0.5

y = 1.591x + 106.5 R? = 0.801

1

1.5

2

2.5

3

3.5

图 4-1 对数函数 y=a+blgx

图 4-2 对数函数线性模型图

5

表 4-1 对数函数线性模型进行回归分析结果表 112 111 110 109 108 107 106 0 4 8 12 16 20 y = -0.023x2 + 0.658x + 106.3 R? = 0.812

图 4-3 多项式拟合图

表 4-2 多项式线性模型进行回归分析结果表
6

0.0096 0.0094 0.0092 0.009 0.0088 0 0.2 0.4 0.6 y = 0.000x + 0.009 R? 0.935 =

图 4-4 双曲函数线性模型图

表 4-3 112 111 110 109 108 107 106 0 4 8 y = 106.5x0.014 R? = 0.799

双曲函数线性模型进行回归分析结果表 112 111 110 109 108 107 106 12 16 20 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 y = 105.8x + 0.729 R? = 0.798

图 4-5 幂函数 y=dxb

图 4-6 幂函数线性模型图

7

表 4-4

幂函数线性模型进行回归分析结果表

分析:分别将非线性关系转化成线性模型进行回归分析,分析相关系数,R 均大于 0.553, 且结果双曲函数(1/y)=a+(b/x)的 R 值最大,则选双曲函数(1/y)=a+(b/x)作为某伴生金属 c 与 含量距离 x 之间经验公式。即:(1/y)=0.009+0.0008(1/x) 。

5、测定了 10 个苯甲腈、苯乙腈衍生物对发光细菌的毒性影响,已知试验指标 Y 与 X1 、 X2 、X3 间近似满足关系式:Y=a+b1X1+b2X2+b3X3+b12X1X2+b23X2X3,试求待定系 数,并将回归结果输出。 解:用 Excel 对指标进行线性拟合有: 方程:y=-1.7695+0.6157X1-0.7076X2 -0.0351X3+0.45356X1X2-0.0103X2X3

8

表5

多元线性回归分析结果表

6、某给水处理实验对三氯化铁和硫酸铝用量进行优选。 实验范围:三氯化铁 10mg/L ~50mg/L;硫酸铝 2mg/L~8mg/L。 实验步骤:(1)先固定硫酸铝为 5mg/L,对三氯化铁用量用 0.618 法进行优选实验。实验 结果: ②比①好, ③比②好, ③比④好, 以最后试验范围的中点作为三氯化铁用量最佳点。 三氯化铁用量最佳点: (2)将三氯化铁用量固定在最佳点上,对硫酸铝用量连续用 0.618 法进行四次实验。实验结 果:①比②好、③比①好,④比③好。求三氯化铁,硫酸铝的用量。 解: (1) x1=(50-10)*0.618+10=34.72 10~34.72 x3=34.72+10-25.28=19.44 x4=10+25.28-19.44=15.84 的最佳用量:20.56mg/L. (2) x1= 8-2) ( *0.618+2=5.708 x2=8+2-5.708=4.292 由于①比②好, 所以取 4.292~8 由于 由于③比①好,所以取 5.708~8 x4=8+5.708-6.584=7.124 x2=(50+10)-34.72=25.28 由于②比①好,所以取 10~25.28 由 于 ③ 比 ② 好 , 所 以 取

由于③比④好,取 15.84~25.28 的中点为 20.56,所以三氯化铁

x3=8+4.292-5.708=6.584

④比③好,取 6.584~8 的中点为 7.292,所以硫酸铝的最佳用量:7.292mg/L. 所以三氯化铁和硫酸铝的最佳用量分别为:20.56mg/L ,7.292mg/L.

7、测定某铜合金中铜含量,五次平行测定的结果是:27.22%、27.20%、27.24%、27.25%、 27.15%,计算: (1)平均值;平均偏差;相对平均偏差;标准偏差;相对标准偏差; (2) 若已知铜的标准含量为 27.20%,计算以上结果的绝对误差和相对误差。 解: (1)用 Excel 对以上数据进行计算有: 含量 27.22% 27.20% 27.24% 27.25% 27.15% 平均值 差值 平均偏 差 相对平均偏 差 标准偏差 相对标准偏 差

27.21%

0.0080% 0.0120% 0.0280% 0.0296% 0.0380% 0.0620%

0.1088%

0.0000157%

0.0000577%

(2)绝对误差:27.21-27.20=0.01 8、数据绘图训练题

相对误差:0.01/27.20=0.03676%

(1) 微波辅助法制备纳米 TiO2 时,硫酸钛浓度对催化剂 TiO2 粒径和所制备催化剂的光催化 活性有重要的影响, 下表是硫酸钛浓度对氯苯的去除率 (%) TiO2 粒径的影响试验数据, 和
9

请以硫酸钛浓度为 X 轴,绘制双 Y 轴数据图。 硫酸钛浓度(mol/L) 氯苯的去除率(%) 0.05 56.5 0.10 68.8 0.15 76.1 0.20 78.9 0.30 76.9 0.40 55.3

TiO2 粒径(nm) 40 37 35 20 22 39



80

除 率

40

氯 苯 75 的 去
70 32 28
TiO2

TiO2

36

粒 径 (
nm

除 65 率 ( 60
%

粒 径

24 20 0.1 0.2 0.3 0.4



) 55
0.0





钛 浓





图 8-1 硫酸钛浓度对氯苯的去除率(%)和 TiO2 粒径的影响

(2) 活性艳红 X-3B 初始浓度对超声光催化降解率的影响如下表,请在一张图绘制出不同时 间、不同浓度—光催化降解率的关系图,要求所有曲线以黑色表示。
X-3B 浓度 时间(min)

10mg/L

30mg/L

50mg/L



mol/L

70mg/L

100mg/L

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 76.4 95.4 100 100 100 100 100 100
表8

0 44.6 72.1 88.4 97.7 99.8 100 100 100

0 30.8 56.4 68.5 79.5 85.4 92.3 97.2 99.1

0 19.3 44.4 55.5 63.8 71.6 78.5 83.6 89.6

0 18.5 34.7 45.1 54.3 60.9 66.8 72.2 75.3

不同初始浓度的活性艳红 X-3B 对降解率的影响
10

100

光 催 化 降 解 率

10mg/L 30mg/L

80

50mg/L 70mg/L

60
100mg/L

40

20

0 0 20 40 60 80



间 (

min

图 8-2 不同时间、不同浓度—光催化降解率的关系图

9、阅读下列材料 为提高某产品的转化率,除考虑温度(因素 A) 、时间(因素 B) 、和用碱量(因素 C) 外, 还要考虑搅拌速度 (因素 D) 的对转化率的影响。 试验中对前三个因素拟选用三水平, 但由于搅拌机只有快、慢两档速度,因此因素 D 只能选取二水平。虽然可选正交表 L18(21 ×37), 但需要做 18 次试验。 为减少试验次数, 选用正交表 L9(34), 但因素 D 只有两个水平, 为此为其凑了一个水平 3,该水平就称为“拟水平”,因素 D 所在的列称为“拟水平列”。 表 2 L9(34)正交试验结果表

试根据所给材料,对表 2 的试验结果进行分析: ⑴对表2的试验结果进行数据处理,计算试验分析表; ⑵根据试验分析表的数据,讨论各因素对转化率(即试验指标)影响的主次顺序以及最佳
11



处理组合; ⑶绘制水平影响趋势图,并进行简要分析。 解: 对试验结果进行数据处理:

表 9 试验结果计算试验分析表
60 56

转 52 化 率 % 48
44 40 A3 A2 A1 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

四因素水平值

12

图 9 水平影响趋势图

分析:
1. 温度越高,转化率越高,以 90℃为最好,还应进一步探索温度更高的情况; 2. 反应时间以 120 分转化率最高; 3. 用碱量以 6%转化率最高; 4. 搅拌速度快慢对转化率基本无影响,为节约资源应慢速。 从趋势图中还可以看出温度对转化率的影响最大,其次是用碱量。而搅拌时间和搅 拌速度对转化率的影响不是很大,可以从经济效应的方面来考虑具体的搅拌时间和 搅拌速度。其他的影响因素的影响度适中,可按照最佳组合来定量。 综合起来以 A3B2C2D2 最好。可以在 A3B2C2D2 下作几次试验,看看平均转化率是否 高于已作试验的 9 次试验。进行追加验证实验。 10、结合自己的专业谈一谈学习本门课程的感受(收获与建议,不少于 100 字)。 本门课程主要是学习实验方案的优化设计以及实验数据的分析处理,通过本门课程的 学习,现在能够对专业实验的实验方案进行优化设计,以及对实验数据进行正确的分析处 理,具体内容包括单因素优化实验设计、多因素正交实验设计、误差理论、回归分析等, 同时掌握了部分软件包,如 Excel、Origin 等,对实验数据进行分析处理,绘制数据表格和 数据图形。 使自己在数据处理方面有了很大的提高,自己对办公软件有了更深入的了解,得出八 个字:博大精深,永无止境。很感兴趣,还会一直自己摸索。

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长江大学实验教学授课计划表

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