1、第六節(jié) 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及優(yōu)選方法 在實(shí)驗(yàn)室工藝研究、中試放大研究及生產(chǎn)中都涉及化學(xué)反應(yīng)各種條件之間的相互影響等諸多因素。要在諸多因素中分清主次，就需要合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)及優(yōu)選方法，為找出影響生產(chǎn)工藝的內(nèi)在規(guī)律以及各因素間相互關(guān)系，盡快找出生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)所要求的參數(shù)和生產(chǎn)工藝條件提供參考。 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及優(yōu)選方法是以概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)為理論基礎(chǔ)，安排試驗(yàn)的應(yīng)用技術(shù)。其目的是通過(guò)合理地安排試驗(yàn)和正確地分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以最少的試驗(yàn)次數(shù)，最少的人力、物力，最短的時(shí)間達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)工藝方案。 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及優(yōu)選方法過(guò)程包括：試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)實(shí)施和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析三個(gè)階段。 單因素試驗(yàn)多因素試驗(yàn)（正交設(shè)計(jì)、均勻設(shè)計(jì)）一、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2、及優(yōu)選方法 正交設(shè)計(jì)在全面試驗(yàn)點(diǎn)中挑選出最具有代表性的點(diǎn)做試驗(yàn)，挑選的點(diǎn)在其范圍內(nèi)具有均勻分散和整齊可比的特點(diǎn)。 均勻分散是指試驗(yàn)點(diǎn)均衡地分布在試驗(yàn)范圍內(nèi)，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)有成分的代表性。 整齊可比是指試驗(yàn)結(jié)果分析方便，易于分析各個(gè)因素對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響。1)確定考察的因素?cái)?shù)目和因素水平數(shù)目。NCH3NH2CH2OHNCH3OHCH2OHCH2OHNaNO2, HClVB6酸滴加溫度水解溫度氫化物：亞硝酸鈉：酸氫化物濃度催化劑1HCl687288921:2.32:1.58原濃度不加2H2SO4889296981:1.80:1.58濃縮0.15倍加4%因素水平2)選用正交表Ln（tq) L表示正交設(shè)計(jì)，

3、t表示水平數(shù)，q表示因素?cái)?shù)，n表示試驗(yàn)次數(shù)。 選用L8(27)表操作者酸滴加溫度配比催化劑氫化物濃度水解溫度重量g收率%111111111.9767.85211222213.0060.63322112215.9674.46422221112.7672.35512121212.5371.03612212113.7063.90721122113.6263.52821211213.5878.52k168.8265.8567.6369.2271.1872.4766.91k269.2472.2170.4468.8566.8865.6371.16R0.426.362.810.374.306.844.25酸

4、和氫化物濃度的極差R較大，分別為6.36和6.84。用硫酸代替鹽酸，氫化物原濃度，均使收率提高。其次水解溫度（R4.25)對(duì)收率的影響也較重要。 進(jìn)一步確定硫酸代替鹽酸和催化劑對(duì)收率的影響，用L4(23）正交表。酸滴加時(shí)間min催化劑重量g收率1234HClHClH2SO4H2SO460306030不加加7%加7%不加9.469.269.899.7670.6068.9673.8172.83K1K2R69.7873.323.5472.2170.891.3271.7271.380.34通過(guò)正交試驗(yàn)，維生素B6重氮化及水解最適宜的工藝條件為：配比：氫化物：亞硝酸鈉：硫酸1.0:2.0:1.5氫化物濃

5、度：原濃度滴加亞硝酸鈉溫度：7882水解溫度：9698二、均勻設(shè)計(jì)及優(yōu)選方法 均勻設(shè)計(jì)為我國(guó)數(shù)學(xué)家方開(kāi)泰首創(chuàng)，可適用于多因素、多水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。試驗(yàn)點(diǎn)在試驗(yàn)范圍內(nèi)充分均衡分散，這就可以從全面試驗(yàn)中挑選更少的試驗(yàn)點(diǎn)為代表進(jìn)行試驗(yàn)，得到的結(jié)果仍能反映該分析體系的主要特征。這種從均勻性出發(fā)的設(shè)計(jì)方法，稱為均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)法。 均勻設(shè)計(jì)與正交設(shè)計(jì)一樣，也需要使用規(guī)范化的表格（均勻設(shè)計(jì)表）設(shè)計(jì)試驗(yàn)。均勻設(shè)計(jì)還有使用表，設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí)必需將設(shè)計(jì)表與使用表聯(lián)合使用。 均勻設(shè)計(jì)表用Un(tq)表示。U表示均勻設(shè)計(jì)，t表示因素的水平數(shù)，q表示因素?cái)?shù)，n表示試驗(yàn)的次數(shù)。U5（54）表為五行四列表。行數(shù)為水平數(shù)（試驗(yàn)次數(shù)

6、），列數(shù)為安排的最大因素?cái)?shù)。如果一個(gè)試驗(yàn)按U5（54）表安排試驗(yàn)，考察2因素時(shí)，依據(jù)U5（54）使用表，選取1,2列安排試驗(yàn)；考察3因素選取1,2,4列安排試驗(yàn)等。 均勻設(shè)計(jì)表的選用。根據(jù)水平數(shù)選用，如5水平，選用U5（54）表；7水平選用U7（76）表等.附表中均為試驗(yàn)次數(shù)（水平數(shù)）為奇數(shù)的均勻設(shè)計(jì)表，當(dāng)水平數(shù)為偶數(shù)時(shí)，選用比水平數(shù)大1的奇數(shù)表劃去最后一行即可。12341234512345241353142543215因素?cái)?shù)列號(hào)2341,21,2,41,2,3,4U5(54)U5(54)表的使用均勻設(shè)計(jì)結(jié)果分析。因?yàn)榫鶆蛟O(shè)計(jì)棄掉整齊可比性，所以不能用方差分析處理試驗(yàn)結(jié)果。通常用多元回歸分析方

7、法，找出影響因素與指標(biāo)（或收率）之間統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系的回歸方程，或用關(guān)聯(lián)度分析方法，找出主要因素及其最佳值。OOCH2OH+HCHOK2CO3根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道及初步預(yù)試驗(yàn)，確定考察的因素及范圍：A 環(huán)戊酮：甲醛（mol/mol) 1.05.4B 反應(yīng)時(shí)間/ 560C反應(yīng)時(shí)間/h 1.06.5D 堿量 1570 將各個(gè)因素平均分成12個(gè)等級(jí)（水平），構(gòu)成因素水平表（上表），選擇U13（134）表，去掉最后一行得U12（124）。根據(jù)使用表的規(guī)定，選取1,6,8,10列，構(gòu)成U12（124）的試驗(yàn)方案。123456789101112ABCD1.051.0151.4101.5201.8152.0252.220

8、2.5302.6253.0353.0303.5403.4354.0453.8404.5504.2455.0554.6505.5605.0556.0655.4606.570因素與水平ABCD收率1234567891011121(1.0）2(1.4）3(1.8）4（2.2）5（2.6）6(3.0)7(3.4)8(3.8)9(4.2)10(4.6)11(5.0)12(5.6)6(30)12(60)5(25)11(55)4(20)10(50)3(15)9(45)2(10)8(40)1(5)7(35)8(4.5)3(2.0)11(6.0)6(3.5)1(1.0)9(5.0)4(2.5)12(6.5)7(4.0)2(1.5)10(5.5)5(3.0)10(60)7(45)4(30)1(15)11(65)8(50)5(35)2(20)12(70)9(55)6(40)3(25)0.02200.02830.06200.10490.04250.09870.10220.24240.09880.