1、第一章 绪论 Chapter 1 Introduction,第六节 精细化工配方设计原理,2,一、精细化工配方研究的重要性,1、“大量采用复配技术”是精细化工特点之一 配方研究是配方型精细化学品生产的有机组成部分 2、配方型产品才能满足“特定功能”的要求 很少有单一的化学品能完全符合某一项特定的最终用途 3、精细化学品“多品种”的特点与配方研究密切相关 4、配方研究是产品“高附加价值”来源之一,3,一、精细化工配方研究的重要性,数据：精细化学品公司中，研究配方的工作人员有时比研究合成工艺的工作人员还要多。 配方型精细化学品举例 药物：复方制剂如复方阿司匹林等 洗涤剂：表面活性剂是共同的基础配方
2、 涂料、胶粘剂：高分子化合物为基础配方 农药：不同剂型有不同配方 化妆品：不同使用对象、人群有不同的针对配方 香精：不同香型香精是以香料为基础进行配制,试验设计方法DOE Design of Experiments,4,二、配方试验设计方法简介,5,（一）基本概念,、试验设计方法：科学安排试验，使实验达到次数少、效果好的一门学问。 、因素和水平： ()试验研究中，把准备考察的有关影响试验指标的条件称为因素，如温度、时间等。 ()试验中准备考察的各种因素的不同状态（取值）称为水平。,对因素A、B、C在试验范围内分别选取三个水平,6,（一）基本概念,、试验设计的目的：研究各因素间的影响，找出最佳的
3、水平组合 、试验设计步骤：()确定产品主要性能，作为试验评价指标()确定试验因素和水平()进行配方试验()数据分析处理()确定最佳配方或工艺条件,7,（二）配方优化设计方法,1、全面试验法考虑各因素水平之间的所有组合，每个因素的每个水平相互间都有配合的机会 优点：结论较精确 缺点：试验次数较多,无法区分因素主次 S个因素，每个因素q个水平，试验次数为qS3因素水平 33=27次 5因素水平 45=1024次 6因素水平 56=15624次,8,全面试验法的试验点,A1B1C1 A2B1C1 A3B1C1A1B1C2 A2B1C2 A3B1C2A1B1C3 A2B1C3 A3B1C3A1B2C1
4、 A2B2C1 A3B2C1A1B2C2 A2B2C2 A3B2C2A1B2C3 A2B2C3 A3B2C3A1B3C1 A2B3C1 A3B3C1A1B3C2 A2B3C2 A3B3C2A1B3C3 A2B3C3 A3B3C3考虑各因素水平之间的所有组合 三因素三水平共有3=27次试验，如图所示，立方体包含了27个节点，分别表示27次试验。,9,（二）配方优化设计方法,2、单因素优选法 （简单比较法） (1)步骤 根据经验固定其他因素，变化一个因素进行试验； 逐步改变试验因素的水平，根据评价指标确定该因素的最优水平； 依次求出各因素最优水平，组合成最好配方,10,简单比较法的试验点,A1B1
5、C1 A1B1C2 A1B1C3 A1B2C2 A1B3C2 A2B3C2 A3B3C2,11,(2) 简单比较法的优缺点：,优点：试验次数少 缺点：试验点不具代表性。考察的因素水平仅局限于局部区域，不能反映因素的全面情况。无法分清因素的主次。假定各因素间无交互作用，未必是最优配方无法利用数理统计方法对试验结果进行分析，提出最优条件。,12,3、正交试验法,(1)正交试验统计的基本思想考虑进行一个三因素、每个因素有三个水平的试验。如果作全面试验，需作27次。 如果进行正交试验设计，利用正交表安排试验，对于三因素三水平的试验来说，只需作9次试验，用“”表示，标在图中。如果每个平面都表示一次试验，
6、共有九个平面，可以看到每个平面上都有三个“”点，立方体的每条直线上都有一个“”点，并且这些“”点是均衡地分布着。,13,试验方法比较,试验次数太多 试验次数少 试验次数少 无法区分因素的主次 无法区分因素的主次 可以分清因素的主次 试验点不具代表性 试验点代表性强可以使用数理统计的方法处理试验结果,A1 A2 A3,B3B2B1,C1,C2,C3,A1 A2 A3,B3B2B1,C1,C2,C3,全面试验法,简单比较法,正交试验法,14,3、正交试验法,(2)正交试验设计工具-正交表及其含义 Ln(qm)含义 L：正交表（Lattice）；n：表格行数，代表实验总数；q：因素的水平数；m：表格
7、列数，代表因素的个数。 常见正交表有L4(23)， L8(27) ， L16(215)L9(34)， L18(37) ， L27(313)L16(45)，L25(56),15,正交表举例： L9(34),1,3,3,9,3,2,3,8,2,1,3,7,2,3,2,6,1,2,2,5,3,1,2,4,3,3,1,3,2,2,1,2,1,1,1,1,4 D,2 B,1 A,因素 试验号,2,1,3,1,3,2,3,2,1,3 C,16,正交表的特点,每个列中，“1”、“2”、“3”出现的次数相同； 任意两列，其横方向形成的九个数字对中，恰好（1，1）、（1，2）、（1、3）、（2，1）（2，2）、
8、（2，3）、（3，1）、（3，2）、（3、3）出现的次数相同 这两点称为正交性均衡分散：试验点在试验范围内散布均匀 整齐可比：试验点在试验范围内排列规律整齐,17,正交表的选择原则,正交表的因素数与水平数试验的因素数与水平数 并且使试验数最少比如：3水平5因素问题,L4(23)， L8(27) ， L16(215) L9(34)， L18(37) ， L27(313) L16(45)，L25(56),35,18,()正交设计应用,例 某化工厂生产一种试剂，产率较低，希望通过试验探索最优的生产工艺以提高产率。考察的因子与水平如下表:需解决问题： a.影响工艺的主要因素与次要因素？ b.各因素的最
9、优水平？ c.最优化工艺方案？,19,.选用正交表L9(34) ，填入因素和水平以制定试验方案（表格空一列）,20,.试验结果分析直观分析法,()直接看，可靠又方便 次试验，第次试验产率最大， A2B2C3,21,.试验结果分析直观分析法,()算一算，重要又简单 A.确定各因素的最优水平？ 将某一因素的相同水平试验结果求和、取平均值并比较，最大值依次为A2 B2 C1,22,.试验结果分析直观分析法,B.影响工艺的主要因素与次要因素？ 极差分析：各因素最好水平与最差水平之差称为极差（极大极小值之差），极差最大的因素为主要因素 在A因子水平不同的三组试验中,极差 它表示反应温度40摄氏度与50摄
10、氏度相比,试剂的产率平均提高15.6%.,23,试验计划表及结果分析,24,C.最优化工艺方案？试验分析结论,结论,反应温度对产率影响最大,其次 是反应时间,再其次是搅拌速度.,反应温度是40度好,反应时间是 1.5小时好,搅拌速度是快速好.,最好的生产工艺是A2B2C1: 即反应温度 40;反应时间 1.5小时; 搅拌速度 快速.,正交试验软件-正交设计助手,25,小 结,试验设计方法：因素、水平 试验设计步骤：确定评价指标、确定因素水平、配方试验、数据分析、结论 正交设计法优点：试验次数、主次因素确定、试验点代表性、方便数理统计 正交表含义： L18(37) （37 = 1887） 极差分析：确定主次因素,26,
