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2011届实验设计与数据处理大作业

时间:2012-02-09


《实验设计与数据处理》大作业 实验设计与数据处理》
班级: 姓名: 学号:

1、用 Excel 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、COD 的变化关系图 (共四张图,要求它们的格式大小一致,并以两张图并列的形式排版到 Word 中,注意调整图形的大小); (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、COD 去除率的变化关系折线散点图。 加药量 (mg/L) ) 50 75 100 125 150 加药量 (mg/L) ) 50 75 100 125 150 浊度 余浊(NTU) 去除率(%) 11.9 7.5 6.8 6.2 5.6 80.17 87.51 88.67 89.67 90.67 总氮 TN TN(mg/L) 去除率(%) 11.01 14.01 14.38 13.01 10.08 52.05 38.98 37.37 43.34 56.11

总磷 TP TP(mg/L) 去除率(%) 1.09 0.57 0.27 0.32 0.42 16.15 56.15 79.23 75.38 67.69

COD COD(mg/L) 去除率(%) 53 52 51 52 56 73.09 73.61 74.11 73.61 71.57

2、对离心泵性能进行测试的实验中,得到流量 Qv、压头 H 和效率η的数据如表 所示,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) 。 Qv、 和效率η 流量 Qv、压头 H 和效率η的关系数据
序号 1 0.0 15.00 0.0 2 0.4 14.84 0.085 3 0.8 14.56 0.156 4 1.2 14.33 0.224 5 1.6 13.96 0.277 6 2.0 13.65 0.333

Qv(m3/h) H/m η

序号

7 2.4 13.28 0.385

8 2.8 12.81 0.416

9 3.2 12.45 0.446

10 3.6 11.98 0.468

11 4.0 11.30 0.469

12 4.4 10.53 0.431

Qv(m3/h) H/m η

3、用分光光度法测定水中染料活性艳红(X-3B)浓度,测得的工作曲线和样品 溶液的数据如下表:
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。 (2) 求出未知液(样品)的活性艳红(X-3B)浓度。 4、 对某矿中的 13 个相邻矿点的某种伴生金属含量进行测定, 得到如下一组数据: 矿样点 1 2 3 4 5 6 7 距离 x 2 3 4 5 7 8 10 含量 c 106.42 108.20 109.58 109.50 110.00 109.93 110.49 矿样点 8 9 10 11 12 13 距离 x 11 14 15 16 18 19 矿样点 110.59 110.60 110.90 110.76 110.00 111.20

试找出某伴生金属 c 与含量距离 x 之间的关系(要求有分析过程、计算表格以 及回归图形)。 提示: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对各函数关系分别建立 数学模型逐步讨论,即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: 如果 R≦0.553, 则建立的回归方程无意义, 否则选取标准差 SD 最小 (或 R 最大)的一种模型作为某伴生金属 c 与含量距离 x 之间经验公式。 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,得到如下表所示 的结果,试求回归方程。 生物毒性的测定结果

化合物编号

lgKow 1.77 1.23 1.49 1.42 0.91 1.3 0.82 2.42 1.1 1.17

Hammett 常数

摩尔折射 MR 19.83 15.23 7.87 15.74 11.14 7.36 10.72 8.88 11.65 3.78

生物毒性 lg(1/EC50) -2.4224 -2.335 -1.9203 -2.2054 -2.1814 -2.091 -1.972 -1.812 -1.81 -1.702

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0.47 0.44 -0.27 -0.15 0.13 0.71 -0.25 0.39 -0.92 -0.61

已知试验指标 y 与 x1 、x2 、x3 间近似满足关系式:y=a+b1x1+b2x2+b3x3,试求 待定系数,并将回归结果输出。 6、某给水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。 (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。 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。 8、已知某合成试验的反应温度范围为 340~420℃,通过单因素优选法得到:温 度为 400℃时,产品的合成率最高,如果使用的是 0.618 法,问优选过程是如何 进行的,共需作多少次实验。假设在实验范围内合成率是温度的上单峰函数。 9、数据绘图训练题 (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(%)和 TiO2 粒径的的影响试验数据,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(%) TiO2 粒径(nm) 0.05 56.5 40 0.1 68.8 37 0.15 76.1 35 0.2 78.93 20

0.3 0.4

76.9 55.3

22 39

(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。
不同初始浓度的活性艳红 X-3B 对降解率的影响
X-3B 浓度 时间(min)

10mg/L

30mg/L

50mg/L

70mg/L

100mg/L

0 10 20 30 40 50 60 70 80 10、 10、阅读下列材料

0 76.4 95.4 100 100 100 100 100 100

0 44.6 72 88.4 97.7 99.8 100 100 100

0 30.8 56.4 68.5 79.5 85.4 92.3 97 99.1

0 19.3 44 55.5 63.8 71.6 78.5 83.6 89.6

0 18.5 34.7 45.1 54 60.9 66.8 72.2 75.3

在高层建筑基础(如钻孔灌注桩和地下连续墙)的施工过程中通常采用泥浆 护壁技术,因此而产生大量的废弃泥浆,泥浆中含有大量的蒙脱石等粘土矿物和 岩屑,稠度大,既不能直接排放,又难于自然沉降。若不及时处理,不但影响施 工,而且会造成环境污染或水质污染等二次公害。废泥浆处理已成为施工单位和 环卫部门十分关注的问题。 我们采用正交法安排试验, 正交试验法是一种科学安排与分析多因素试验的 方法。通过正交试验法所特有的科学分析方法,用少数试验所获得试验数据,可 推导出具有说服力的正确结论。如:因素的主次关系、最优参数组合、指标与因 素的关系等。首先让泥浆固液分离,然后对固相进行强制脱水或化学固化。本文 着重讨论废泥浆固液分离的正交试验。 ⑴固液分离中固相凝聚与絮凝的机理 由于泥浆中的固相膨润土的吸水率强,颗粒表面积大,吸附阴离子而形成负 溶胶。 向泥浆中投放混凝剂, 通过物理的或化学的反应, 使泥浆胶体脱稳而凝聚, 从而达到泥水分离的目的。混凝剂就是在分散体系中加入无机电解质,通过吸附 电性中和、压缩双电层、吸附架桥及沉淀物网捕等作用达到聚凝的目的。常用的 Ca(OH)2等。 常见的高分子絮凝剂有聚丙烯酰胺、 无机混凝剂有FeCl3·Al2(SO4)3 、 聚乙烯胺等。 凝聚剂与絮凝剂两者可分别单独使用, 也可根据各自性质组合使用。 ⑵泥浆配制 用膨润土制备不同浓度的泥浆,并加入增粘剂(为水重的0.05%)、分散剂(为

水重的0.2%),配成性能稳定的泥浆(接近工程用浆)。本次试验配备了3个浓度泥 浆(膨润土的含量为5%、8%、10%)。混凝试验在玻璃量筒中进行。 ⑶正交试验方案设计 正交试验设计就是利用一种规格化的表格——正交表来合理安排试验,其特 点: ①每个不同水平在试验中出现相同次数; ②任何两个因素的任一水平搭配 都出现一次,它具有因素搭配均衡的特点。因此,正交试验法安排的试验是具有 代表性的,能够较全面地反映各水平对指标影响。本次试验选用正交表L27(313) 安排试验,如表2,通过27次试验可代表81种情况。 正交试验方案设计包括: ①确定试验指标、 因素和水平; ②选定正交表; ③ 设计表头; ④列出试验方案。 指标:表征试验研究对象的指标。 本试验选用固相沉降率(上层清液体积与原 浆体积之比)和固相沉降速度为指标,来评定混凝效果。 因素:对试验指标可能会产生影响的要素,本试验中选用泥浆浓度、混凝剂 种类、混凝剂的加量和搅拌时间为试验的“因素”。 水平:因素在试验中所选取的具体状态称为“水平”,本试验中均取3个水 平见表1。

试根据所给材料, 的试验结果进行分析: 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,单独列出固相沉降率的试验分析表; ⑵根据试验分析表的数据,讨论各因素对混凝效果(即试验指标)影响的主次顺 序以及最佳处理组合; ⑶绘制水平影响趋势图,并进行简要分析。

作业要求: 作业要求: 完成时间: 周周五 1、 完成时间:11 月 18 日(第 12 周周五)前; 查阅相关资料,认真答题,按时完成作业; 2、 查阅相关资料,认真答题,按时完成作业; 作业要求全部打印(注明题号,不用抄题),认真排版; ),认真排版 3、 作业要求全部打印(注明题号,不用抄题),认真排版; 注明班级、姓名、序号(学号),以班为单位上交学委; ),以班为单位上交学委 4、 注明班级、姓名、序号(学号),以班为单位上交学委; 独立完成作业,严禁抄袭。 5、 独立完成作业,严禁抄袭。 作业要求打印,注意存档,会抽查部分同学的电子文档。 6、 作业要求打印,注意存档,会抽查部分同学的电子文档。 答疑地点:环境工程系办公室(14- 503#) 答疑地点:环境工程系办公室(14-西 503#) 联系方式: 联系方式:13972371215 lifanxiu@sina. lifanxiu@sina.com


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