【文章內(nèi)容簡介】 確定的某些重要結(jié) 論或技術(shù)設(shè)想 ， 有目的 、 有計(jì)劃地探明過程規(guī)律 ， 并取得 定量數(shù)據(jù)的一種試驗(yàn) 。 在化工過程開發(fā)中 ， 預(yù)試驗(yàn)為概念設(shè)計(jì)服務(wù) ， 而系統(tǒng) 試驗(yàn)則為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)服務(wù) 。 系統(tǒng)試驗(yàn)又分為數(shù)學(xué)模擬放大的系統(tǒng)試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)放大 的系統(tǒng)試驗(yàn) 。 前者是圍繞建立數(shù)學(xué)模型而進(jìn)行系統(tǒng)地定量 測試 ， 包括：動力學(xué)試驗(yàn) 、 傳遞過程試驗(yàn) 、 中試驗(yàn)證試 驗(yàn)；后者則是為放大設(shè)計(jì)提供定量的技術(shù)參數(shù) ， 包括：尋 找克服放大效應(yīng)的條件 、 測定反應(yīng)熱 、 優(yōu)化工藝條件和防 腐試驗(yàn) 。 第四章 試驗(yàn) 預(yù)試驗(yàn)和系統(tǒng)試驗(yàn) 三 、 模型試驗(yàn) 模型試驗(yàn)是一種對研究對象進(jìn)行間接研究的試驗(yàn)方 法 ， 必須建立模仿研究對象 、 并與研究對象相似或等效 的模型 。 由模型試驗(yàn)取得的試驗(yàn)數(shù)據(jù) ， 通過一定的轉(zhuǎn)換 方法 ， 即可轉(zhuǎn)變?yōu)榉从逞芯繉ο竽承┍举|(zhì)特征的數(shù)據(jù) 。 這種試驗(yàn)方法在化工過程開發(fā)中是一種重要的研究手段 。 模型試驗(yàn)所采用的模型有 “ 物理模型 ’ 和 “ 數(shù)學(xué)模型 ” 兩種形式 。 選用何種模型進(jìn)行試驗(yàn) ， 取決于化工過程開 發(fā)的方法 。 ● 物理模型試驗(yàn)：以模型和原型之間物理量相似為基礎(chǔ)建立模型實(shí)體所進(jìn)行的試驗(yàn) 。 ● 數(shù)學(xué)模型試驗(yàn)：依據(jù)模型與原型之間表征研究對象規(guī)律的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系一致 。 即數(shù)學(xué)模型與實(shí)際過程的變化規(guī)律等效 ， 或達(dá)到數(shù)學(xué)形式的相似 。 第四章 試驗(yàn) 模型試驗(yàn) 四 、 中間工廠試驗(yàn) （ 中試 ） 它是將實(shí)驗(yàn)室研究成果放大成生產(chǎn)規(guī)模之前的一種過渡性試驗(yàn) 。 目前 ， 即使采用數(shù)學(xué)模擬法進(jìn)行開發(fā)放大 ， 也仍然要用中試來驗(yàn)證 數(shù)學(xué)模型 ， 所以 ， 中試是化工過程開發(fā)步驟中不可缺少的環(huán)節(jié) 。 中試規(guī)模一般都比小試大 ， 而比實(shí)際生產(chǎn)規(guī)模小 。 但對于過程的 模擬則比較接近實(shí)際生產(chǎn)情況 ， 故能反映出小試中許多不易觀察到 的現(xiàn)象 ， 有利于考察工程因素對于過程的影響 。 中試的內(nèi)容和任務(wù)： ① 檢驗(yàn)小試確定的工藝方法和工藝條件 ， 以及工藝系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性 ② 考察放大效應(yīng) ， 尋找其產(chǎn)生的原因和消除的辦法 ③ 檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型與實(shí)際過程的等效性 ④ 考察物料對于設(shè)備材質(zhì)的腐蝕作用 ⑤ 考察工藝過程中微量雜質(zhì)積累對于過程以及最終產(chǎn)品質(zhì)量的影響 ⑥ 提供一定量的產(chǎn)品供進(jìn)一步加工應(yīng)用考察 ⑦ 考察工藝過程中產(chǎn)生的 “ 三廢 ” 情況 ， 尋找綜合治理的方法 第四章 試驗(yàn) 中間工廠試驗(yàn) 五 、 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)是為了科學(xué)地 、 系統(tǒng)地進(jìn)行試驗(yàn)研究 而對試驗(yàn)研究工作預(yù)先作出一個具體的實(shí)施計(jì)劃 。 設(shè)計(jì)時 ， 應(yīng)力求用少數(shù)試驗(yàn)取得具有代表性的試驗(yàn)結(jié)果 。 1. 基本概念 因素：溫度 、 時間 、 配比等 水平：表示試驗(yàn)因素在試驗(yàn)中所選取的具體量的等級 。 如溫度水平： 55℃ 、 75 ℃ 、 95 ℃ 判據(jù) （ 指標(biāo) ） ：是一種表征試驗(yàn)研究對象的指標(biāo) ， 它表 示該試驗(yàn)研究對象整體技術(shù)水平的高低 。 如轉(zhuǎn)化率 、 產(chǎn)品 質(zhì)量等 2. 試驗(yàn)方法 單因素試驗(yàn)法：一次只試驗(yàn)一個因素 多因素試驗(yàn)法：將多個因素組合在一起進(jìn)行試驗(yàn) 第四章 試驗(yàn) 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 3. 單因素試驗(yàn)法 ▲ 均分法： 將某一因素要試驗(yàn)考察的范圍 ， 等間距地分成 5~6個 試點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn) 。 將試驗(yàn)結(jié)果以因素為橫坐標(biāo) ， 指標(biāo)為縱坐 標(biāo) ， 制成圖 （ 或表格 ） ， 從變化趨勢確定因素的最優(yōu)水平 。 此法適用于某一確定因素的條件試驗(yàn) 。 在使用此法 進(jìn)行因素水平變動的定量試驗(yàn)時要注意三個問題： ● 試驗(yàn)范圍 ● 試驗(yàn)間距 ● 試驗(yàn)順序 第四章 試驗(yàn) 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) ▲ 平分法 總是在試驗(yàn)范圍的中點(diǎn)安排試驗(yàn) 。 設(shè)試驗(yàn)范圍在 a~b之間 ， 中點(diǎn)以 x1表示 ， 則： 第四章 試驗(yàn) 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) a x2 x1 b x1=(a+b)/2 若第一次試驗(yàn)結(jié)果表明 x1取大了，則舍去大于 x1的一半，在（ a, x1)的中點(diǎn) x2處作第二次試驗(yàn)；反之，若取小了，則舍去小于 x1的一半，把第二點(diǎn)取在（ x1, b）的中點(diǎn)。 顯然，應(yīng)用此法時必須先有一個標(biāo)準(zhǔn)或具體指標(biāo)，且能從一個試驗(yàn)的結(jié)果直接分析出該因素的值是取大了還是取小了，從而決定下次試驗(yàn)的方向。 ▲ 黃金分割法 黃金分割法又稱 “ ’ ， 是一種單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)方 法 ， 適用于單因素優(yōu)化 。 設(shè)有一線段為 L， 將它分割為兩部分 ， 長的一段為 x， 短的一段為 Lx。 如果分割的比例滿足以下關(guān)系： 這種分割稱為黃金分割 。 式中 λ為比例系數(shù) ， 即整 個線段與分割后長的一段的長度之比 ， 等于長的一段與短 的一段的長度之比 。 對上式求解得： x=λL= 即黃金分割點(diǎn)在線段 L的 。 黃金分割法是一種 消去法 ， 每找到一個新的對稱點(diǎn) ， 試驗(yàn)范圍即縮小 %。 第四章 試驗(yàn) 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 4. 多因素試驗(yàn)法 在多因素試驗(yàn)中 ， 每個因素都要選擇若干水平等級和 因素搭配 ， 如果因素多 ， 而選擇的水平也多 ， 則搭配的數(shù) 量很大 ， 有時可使試驗(yàn)工作量大到無法按受的程度 。 例如：某化工產(chǎn)品生產(chǎn)轉(zhuǎn)化率受反應(yīng)溫度 (A)， 反應(yīng) 時間 (B)和物料配比 (C)三個因素的影響 ， 而規(guī)定各因素的 試驗(yàn)范圍為： A:353~363K, B:90~150min, C:5%~7% 試驗(yàn)的目的是為了解 A、 B、 C三個因素對轉(zhuǎn)化率的 影響 ， 并確定最適宜的生產(chǎn)條件 。 首先從試驗(yàn)范圍選定三個水平等級： A1=353K, A2=358K , A3=363K B1=90, B2=120, B3=150min C1=5%, C2=6%, C3=7% 第四章 試驗(yàn) 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 按常規(guī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法 ， 將所有因素和水平搭配 ， 則有 A1B1C1, A1B2C1, A1B3C1, …… ， 共計(jì) 33 =27次試驗(yàn) 。 這種設(shè)計(jì)對因素與水平之間的關(guān)系剖析得比較清楚 ， 但試驗(yàn)次數(shù)多 。 如果將因素維持不變 ， 將選擇的水平由 3 增至 6個 ， 則試驗(yàn)次數(shù)為 36 =729次 。 顯然 ， 這樣的各種量 是無法接受的 。 ★ 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 正交設(shè)計(jì)法與網(wǎng)絡(luò)法相比 ， 具有試驗(yàn)次數(shù)少 ， 又能全 面反映研究對象指標(biāo)的優(yōu)點(diǎn) 。 因?yàn)樗歉鶕?jù)試驗(yàn)?zāi)康暮蛿?shù) 、 據(jù)來選擇試驗(yàn)點(diǎn) ， 能使所選擇的點(diǎn)在試驗(yàn)范圍內(nèi)分布均勻 ， 具有典型性和代表性 。 例如上述三因素三水平試驗(yàn) ， 按正交設(shè)計(jì)法進(jìn)行試驗(yàn) 設(shè)計(jì) ， 首先要選據(jù)好正交表 。 正交表是已經(jīng)規(guī)格化了的表 格 ， 它是正交設(shè)計(jì)的基本工具 。 第四章 試驗(yàn) 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 表中列數(shù)，最多可安排的因素?cái)?shù) 表 1. L9(34)正交表 正交表代號 表中的行數(shù)，表示需做的試驗(yàn)次數(shù) 因素的水平數(shù) 第四章 試驗(yàn) 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) L9(34) 列號 列號試驗(yàn)號 1 2 3 4 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 3 1 3 3 3 4 2 1 2 3 5 2 2 3 1 6 2 3 1 2 7 3 1 3 2 8 3 2 1 3 9 3 3 2 1 按正交表安排進(jìn)行試驗(yàn)的具體步驟為： ★ 排表頭：按照預(yù)先排好的因素水平表 ， 將三個因素 A、B、 C順序分別填入 L9(34)正交表上方的三個縱列 ， 第四個沒有因素填入 ， 可以刪去 。 ★ 各因素水平對號入座：按照先前排好的因素水平中所確定的關(guān)系 ， 將其對號列入表內(nèi) 。 表 2. 試驗(yàn)方案表 第四章 試驗(yàn) 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 因素 試驗(yàn)號 A（溫度， K） B(反應(yīng)時間 ,min) C(配料比 ,%) 1 A1(353) B1(90) C1(5) 2 A1(353) B2(120) C2(6) 3 A1(353) B3(150) C3(7) 4 A2(358) B1(90) C2(6) 5 A2(358) B2(120) C3(7) 6 A2(358) B3(150) C1(5) 7 A3(363) B1(90) C3(7) 8 A3(363) B2(120) C1(5) 9 A3(363) B3(150) C2(6) 正交設(shè)計(jì)的特點(diǎn)： ★ 每個因素及各個水平在試驗(yàn)中都出現(xiàn)相同的次數(shù) ★ 任何兩個因素的各個不同水平搭配 ，在試驗(yàn)中都出現(xiàn) ， 且出現(xiàn)的次數(shù)也相同 。 第五章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料 專門資料 第五章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料 以建立化工生產(chǎn)裝置為目標(biāo)所需的技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料可分成： 專門資料：與設(shè)計(jì)和建立生產(chǎn)裝置直接有關(guān)的資料，如 設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)和判據(jù)。 外圍資料：圍繞建立生產(chǎn)裝置和保障裝置正常運(yùn)行所需 的外部條件的有關(guān)資料，如產(chǎn)品、原