化工过程开发与设计 教学课件 作者 黄英 王艳丽 编第4章 化工过程开发实验中的实验设计与数据处理.pptx

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1、第4章化工过程开发实验中的实验设计与数据处理化工过程开发与设计多因素实验中的正交设计法4.2单因素实验优选4.1第4章化工过程开发实验中的实验设计与数据处理4.1单因素实验优选12平分法黄金分割法（0.618法）3分数法4.1.1平分法平分法也称对分法、等分法，是一种有广泛应用的方法。使用平分法的基本要求是：在实验范围内，1.指标函数F(x)是单调的；2.每次实验结果可决定下一次的实验方向。4.1.1平分法例[4.1]某配方型化工产品生产工艺要求在最后一道工序添加一定量的碱，并加热处理14小时以形成乳化剂。已知增大碱量可减少加热处理的时间，但碱量过大也会造成

2、破乳分层。为了降低能耗和提高生产能力，准备采用适当加大碱量的方法来减少加热处理时间，据经验碱量在1.0%~5.6%范围内进行优选。4.1.1平分法解图4.1平分法中加碱量的选取过程4.1.1平分法第一次实验点：（1.0%+5.6%）/2=3.3%结果已破乳分层，说明碱过量，舍去3.3%~5.6%的范围。第二次实验点：(1.0+3.3%)/2=2.15%，结果在4小时达到良好的乳化。第三次实验点：(2.15%+3.3%)/2=2.72%，结果在1小时内可良好乳化。故只需做三次实验就可达到目的。4.1.2黄金分割法（0.618法）黄金分割法又称0.618法，即在

3、线段的比例中项处安排实验点，设线段ab长为1，其比例中项x值可由定义式：（4-1）x1=a+0.618（b-a）（4-2）x2=a+0.382（b-a）（4-3）x3=x2+0.618（b-x2）（4-4）b-x3=x1-x2（4-5)4.1.2黄金分割法（0.618法）x3=a+0.382（x1-a）（4-6）x3-a=x1-x2（4-7）图4.2第一种情况下的优选过程图4.3第二种情况下的优选过程4.1.2黄金分割法（0.618法）x3=x2+0.618（x1-x2）（4-8）x4=x2+0.382（x1-x2）（4-9）图4.4第三种情况下的优选过程4

4、.1.2黄金分割法（0.618法）例[4.2]某种石蜡产品生产的最后工序是加入一定量的活性白土，在一定温度下脱色处理，方能得到合格产品。活性白土的量少了，产品合格率低，但过量的活性白土对收率也不利。现按生产经验，将处理每批产品所需用的活性白土的量定在10~26kg之间进行试验。4.1.2黄金分割法（0.618法）解图4.5活性白土最佳量的确定4.1.2黄金分割法（0.618法）1.活性白土量10+0.618(26-10)=19.9㎏，收率y=82.2%；2.活性白土量10+0.382(26-10)=16.1kg，收率y=68.8%；3.舍去(10，16.1)

5、，定在(16.1~26)；4.活性白土量x3=16.1+0.618(26-16.1)=22.2kg，y=64.8%；或新点：x3=16.1+26-19.9=22.2kg；4.1.2黄金分割法（0.618法）5.舍去(22.2~26)，定在(16.1~22.2)；6.活性白土量16.1+0.382(22.2-16.1)=18.4㎏，y=79.9%，或：x4=22.2+16.1-19.9=18.4㎏7.结论：活性白土量在18.4~19.9㎏，最佳量为19.9kg，活性白土量超过22.2kg，收率将急剧下降。4.1.2黄金分割法（0.618法）例[4.3]检验可发

6、性聚苯乙烯发泡倍数时，将试样置于一定的设备中，用水蒸汽加热一定时间使其发泡。加热时间不足，发泡不完全；加热时间过长，发生结块收缩等现象，发泡倍数偏低。一般认为发泡时间在2～10min。试选出最优点(即发泡倍数最大时所需加热时间)。4.1.2黄金分割法（0.618法）解（10min–2min）×0.618+2min=7min（1）（10–2）×0.382+2=5min（2）(10+5)–7=8min图4.6选取试验点示意图4.1.2黄金分割法（0.618法）例[4.4]优选法在选择化学实验条件中的灵活应用。解1.估计适合条件的pH范围在7～14之间，故第一步实

7、验可选pH值为：7+（14–7）/2=10.52.寻找pH值的上限。（1）第一次实验点可选pH值为：10.5+(14–10.5)/2≈12（pH值按0.5个单位间隔实验）。（2）第二次实验点pH值为：10.5+(12–10.5)/2≈113.寻找下限。4.1.3分数法分数法也是适合单峰函数的方法，当实验点只能或只需取整数时，宜用分数优选法。分数法预先安排实验点的方法是基于菲波那契数列：Fn=Fn-1+Fn-2(n≥2，且F0=F1=1)（4-10）4.1.3分数法例[4.5]广州某氮肥厂，在“尾气回收”的生产流程中，要将硫酸吸收塔所排出的废气送入尾气吸收塔进

8、行吸收，为了使吸收率高，氨损失小，确定碱度的优选范围