化工過程開發(fā)概論2

1、 第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 用模型研究化工過程發(fā)生的各種現(xiàn)象和規(guī)律用以用模型研究化工過程發(fā)生的各種現(xiàn)象和規(guī)律用以取得放大設(shè)計(jì)的依據(jù)，是化工過程開發(fā)中常采用的開取得放大設(shè)計(jì)的依據(jù)，是化工過程開發(fā)中常采用的開發(fā)放大方法。發(fā)放大方法。 研究化工過程放大規(guī)則的模型有研究化工過程放大規(guī)則的模型有 “物質(zhì)模型物質(zhì)模型”和和“非物質(zhì)模型非物質(zhì)模型”兩種形式。前者是指那些與生產(chǎn)裝置或兩種形式。前者是指那些與生產(chǎn)裝置或設(shè)備相似，但小于生產(chǎn)規(guī)模的試驗(yàn)裝置或設(shè)備，后設(shè)備相似，但小于生產(chǎn)規(guī)模的試驗(yàn)裝置或設(shè)備，后者則為描述過程動態(tài)規(guī)律并與過程運(yùn)行實(shí)際情況等效者則為描述過程動態(tài)規(guī)律并與過程運(yùn)行實(shí)際情況等效的

2、數(shù)學(xué)模型，凡根據(jù)模型模擬過程所得研究結(jié)果將過的數(shù)學(xué)模型，凡根據(jù)模型模擬過程所得研究結(jié)果將過程加以放大的方法，統(tǒng)稱為程加以放大的方法，統(tǒng)稱為“模擬放大模擬放大”。 目前化工過程開發(fā)有四種方法，它們是逐級經(jīng)驗(yàn)?zāi)壳盎み^程開發(fā)有四種方法，它們是逐級經(jīng)驗(yàn)放大法，數(shù)學(xué)模擬法，部分解析法和相似放大法。放大法，數(shù)學(xué)模擬法，部分解析法和相似放大法。第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 一、逐級經(jīng)驗(yàn)放大法一、逐級經(jīng)驗(yàn)放大法 逐級經(jīng)驗(yàn)放大法是運(yùn)用物質(zhì)模型從實(shí)驗(yàn)室逐級經(jīng)驗(yàn)放大法是運(yùn)用物質(zhì)模型從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小試開始，經(jīng)過逐級放大的模型試驗(yàn)研規(guī)模的小試開始，經(jīng)過逐級放大的模型試驗(yàn)研究直到將化工過程放大成為生產(chǎn)規(guī)模。這

3、種放究直到將化工過程放大成為生產(chǎn)規(guī)模。這種放大方法每放大一級都必須建立相應(yīng)的模型裝置，大方法每放大一級都必須建立相應(yīng)的模型裝置，詳細(xì)觀察和記錄模型試驗(yàn)中發(fā)生的各種現(xiàn)象和詳細(xì)觀察和記錄模型試驗(yàn)中發(fā)生的各種現(xiàn)象和結(jié)果。而每一級放大設(shè)計(jì)的依據(jù)主要是前一級結(jié)果。而每一級放大設(shè)計(jì)的依據(jù)主要是前一級試驗(yàn)所取得的研究結(jié)果和數(shù)據(jù)，故為經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)試驗(yàn)所取得的研究結(jié)果和數(shù)據(jù)，故為經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)的放大。的放大。第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 逐級經(jīng)驗(yàn)放大法逐級經(jīng)驗(yàn)放大法 1、研究方法、研究方法 化工過程開發(fā)需要解決的問題通常是如何合理選擇化工過程開發(fā)需要解決的問題通常是如何合理選擇設(shè)備型式，確定最佳的工藝條件，以及

4、將設(shè)備放大達(dá)到設(shè)備型式，確定最佳的工藝條件，以及將設(shè)備放大達(dá)到過程開發(fā)的目標(biāo)。而逐級經(jīng)驗(yàn)放大法的研究方法則主要過程開發(fā)的目標(biāo)。而逐級經(jīng)驗(yàn)放大法的研究方法則主要是通過試驗(yàn)來取得設(shè)備選型，條件優(yōu)化和設(shè)備放大的信是通過試驗(yàn)來取得設(shè)備選型，條件優(yōu)化和設(shè)備放大的信息和結(jié)論。息和結(jié)論。 1 1）設(shè)備選型）設(shè)備選型 設(shè)備選型通常都以小試驗(yàn)的方式進(jìn)行。因?yàn)檫^程開設(shè)備選型通常都以小試驗(yàn)的方式進(jìn)行。因?yàn)檫^程開發(fā)初期技術(shù)方案尚未確定，不可能花費(fèi)大量投資建立各發(fā)初期技術(shù)方案尚未確定，不可能花費(fèi)大量投資建立各種型式的大型設(shè)備作設(shè)備型式的篩選試驗(yàn)，例如化學(xué)反種型式的大型設(shè)備作設(shè)備型式的篩選試驗(yàn)，例如化學(xué)反應(yīng)器選型是采用不

5、同型式和結(jié)構(gòu)的小型反應(yīng)器，在實(shí)驗(yàn)應(yīng)器選型是采用不同型式和結(jié)構(gòu)的小型反應(yīng)器，在實(shí)驗(yàn)室對所開發(fā)的反應(yīng)過程進(jìn)行試驗(yàn)研究。從試驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)室對所開發(fā)的反應(yīng)過程進(jìn)行試驗(yàn)研究。從試驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)劣，即可確定最佳型式的反應(yīng)器。這種試驗(yàn)考察的因素劣，即可確定最佳型式的反應(yīng)器。這種試驗(yàn)考察的因素僅僅是設(shè)備的型式和結(jié)構(gòu)，故為僅僅是設(shè)備的型式和結(jié)構(gòu)，故為結(jié)構(gòu)變量試驗(yàn)結(jié)構(gòu)變量試驗(yàn)。第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 逐級經(jīng)驗(yàn)放大法逐級經(jīng)驗(yàn)放大法 2 2）優(yōu)化工藝條件）優(yōu)化工藝條件 優(yōu)化工藝條件的試驗(yàn)研究應(yīng)在設(shè)備選型試驗(yàn)之后進(jìn)優(yōu)化工藝條件的試驗(yàn)研究應(yīng)在設(shè)備選型試驗(yàn)之后進(jìn)行，如果設(shè)備型式未定，則條件優(yōu)化將無意義。這種試行，

6、如果設(shè)備型式未定，則條件優(yōu)化將無意義。這種試驗(yàn)仍然可以在設(shè)備選型所確定的小型試驗(yàn)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行。驗(yàn)仍然可以在設(shè)備選型所確定的小型試驗(yàn)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)考察的因素是各種工藝條件，并從不同操作條件的試驗(yàn)考察的因素是各種工藝條件，并從不同操作條件的試驗(yàn)結(jié)果對比中篩選出最佳工藝條化。由于試驗(yàn)僅僅改試驗(yàn)結(jié)果對比中篩選出最佳工藝條化。由于試驗(yàn)僅僅改變工藝操作條件，故為變工藝操作條件，故為操作變量試驗(yàn)操作變量試驗(yàn)。 3）反應(yīng)器放大）反應(yīng)器放大 反應(yīng)器放大的試驗(yàn)研究是采用建立模型裝置的方式反應(yīng)器放大的試驗(yàn)研究是采用建立模型裝置的方式進(jìn)行逐級放大，每放大一級都必須重復(fù)前一級試驗(yàn)確定進(jìn)行逐級放大，每放大一級都必須重復(fù)前

7、一級試驗(yàn)確定的條件，考察放大效應(yīng)，并取得設(shè)備放大的有關(guān)判據(jù)或的條件，考察放大效應(yīng)，并取得設(shè)備放大的有關(guān)判據(jù)或數(shù)據(jù)。這種試驗(yàn)所考數(shù)據(jù)。這種試驗(yàn)所考察的因素是設(shè)備幾何尺寸改變以后察的因素是設(shè)備幾何尺寸改變以后對于過程結(jié)果產(chǎn)生的影響，故為對于過程結(jié)果產(chǎn)生的影響，故為幾何變量試驗(yàn)幾何變量試驗(yàn)。 第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 逐級經(jīng)驗(yàn)放大法逐級經(jīng)驗(yàn)放大法 通過以上三種獨(dú)立的變量試驗(yàn)基本上可以取得化工通過以上三種獨(dú)立的變量試驗(yàn)基本上可以取得化工過程開發(fā)所需要的設(shè)備型式，最佳工藝條件，以及放大過程開發(fā)所需要的設(shè)備型式，最佳工藝條件，以及放大設(shè)計(jì)的判據(jù)和數(shù)據(jù)等信息和資料，為建立生產(chǎn)裝置提供設(shè)計(jì)的判據(jù)

8、和數(shù)據(jù)等信息和資料，為建立生產(chǎn)裝置提供了比較可靠的依據(jù)。了比較可靠的依據(jù)。 從以上研究方法的討論可見，逐級經(jīng)驗(yàn)放大法具有從以上研究方法的討論可見，逐級經(jīng)驗(yàn)放大法具有如下特征：如下特征： 只綜合考察輸入變量和輸出結(jié)果的關(guān)系，未分解過程，只綜合考察輸入變量和輸出結(jié)果的關(guān)系，未分解過程，不能深入研究過程的內(nèi)在規(guī)律。不能深入研究過程的內(nèi)在規(guī)律。 試驗(yàn)步驟由人為規(guī)定，并非科學(xué)合理的研究程序。試驗(yàn)步驟由人為規(guī)定，并非科學(xué)合理的研究程序。 放大是根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果外推，并不一定可靠。放大是根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果外推，并不一定可靠。 但是化工過程開發(fā)技術(shù)的發(fā)展和人們在開發(fā)工作中但是化工過程開發(fā)技術(shù)的發(fā)展和人們在開發(fā)工作中已經(jīng)

9、能夠運(yùn)用理論分析和經(jīng)驗(yàn)判斷解決許多放大問題，已經(jīng)能夠運(yùn)用理論分析和經(jīng)驗(yàn)判斷解決許多放大問題，在一定程度上彌補(bǔ)了逐級經(jīng)驗(yàn)放大法的缺陷。當(dāng)前這種在一定程度上彌補(bǔ)了逐級經(jīng)驗(yàn)放大法的缺陷。當(dāng)前這種方法仍然是廣泛采用的成熟的化工過程開發(fā)方法。方法仍然是廣泛采用的成熟的化工過程開發(fā)方法。 第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 逐級經(jīng)驗(yàn)放大法逐級經(jīng)驗(yàn)放大法 例例1. 用異丙苯為原料生產(chǎn)苯酚和丙酮。采用逐級經(jīng)用異丙苯為原料生產(chǎn)苯酚和丙酮。采用逐級經(jīng)驗(yàn)放大法對過氧化氫異丙苯分解反應(yīng)器進(jìn)行放大。驗(yàn)放大法對過氧化氫異丙苯分解反應(yīng)器進(jìn)行放大。 異丙苯生成苯酚和丙酮的反應(yīng)分兩步進(jìn)行：異丙苯生成苯酚和丙酮的反應(yīng)分兩步進(jìn)

10、行：（1）異丙苯氧化生成過氧化氫異丙苯）異丙苯氧化生成過氧化氫異丙苯 （2）過氧化氫異丙苯用硫酸作催化劑在液相中分解生成）過氧化氫異丙苯用硫酸作催化劑在液相中分解生成苯酚和丙酮苯酚和丙酮 苯酚和丙酮的收率取決于第二步反應(yīng)，而且硫酸的苯酚和丙酮的收率取決于第二步反應(yīng)，而且硫酸的濃度越高，分解速率越高。分解反應(yīng)為一級不可逆反應(yīng)。濃度越高，分解速率越高。分解反應(yīng)為一級不可逆反應(yīng)。 第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 逐級經(jīng)驗(yàn)放大法逐級經(jīng)驗(yàn)放大法 (1)反應(yīng)器選型反應(yīng)器選型 對于均液相反應(yīng)，釜式反應(yīng)器和管式反應(yīng)器均可應(yīng)對于均液相反應(yīng)，釜式反應(yīng)器和管式反應(yīng)器均可應(yīng)用。但試驗(yàn)結(jié)果說明，在相同反應(yīng)條件和

11、相同反應(yīng)器體用。但試驗(yàn)結(jié)果說明，在相同反應(yīng)條件和相同反應(yīng)器體積的情況下，采用連續(xù)流動管式反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率為積的情況下，采用連續(xù)流動管式反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率為98.8%，而采用連續(xù)操作攪拌釜的轉(zhuǎn)化率只能達(dá)到，而采用連續(xù)操作攪拌釜的轉(zhuǎn)化率只能達(dá)到97.8%左左右。至于間歇操作攪拌釜與連續(xù)流動管式反應(yīng)器比較，右。至于間歇操作攪拌釜與連續(xù)流動管式反應(yīng)器比較，顯然由于間歇釜在操作過程中必須保留一定的非生產(chǎn)性顯然由于間歇釜在操作過程中必須保留一定的非生產(chǎn)性輔助時間，而且一般釜式設(shè)備都各有一定的有效容積，輔助時間，而且一般釜式設(shè)備都各有一定的有效容積，必須保留一定的自由空間，要達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率和相同必須保留一定的自

12、由空間，要達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率和相同的反應(yīng)物料處理能力，則所需的設(shè)備體積要比連續(xù)流動的反應(yīng)物料處理能力，則所需的設(shè)備體積要比連續(xù)流動管式反應(yīng)器的體積大許多。管式反應(yīng)器的體積大許多。 考慮到苯酚和丙酮考慮到苯酚和丙酮為重要的基本有機(jī)化工產(chǎn)品，生為重要的基本有機(jī)化工產(chǎn)品，生產(chǎn)量較大。選用連續(xù)流動管式反應(yīng)器比較適宜。產(chǎn)量較大。選用連續(xù)流動管式反應(yīng)器比較適宜。 第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 逐級經(jīng)驗(yàn)放大法逐級經(jīng)驗(yàn)放大法 (2)工藝條件優(yōu)化工藝條件優(yōu)化 在實(shí)驗(yàn)室選用一根直徑為在實(shí)驗(yàn)室選用一根直徑為40 mm，長，長1202mm的反的反應(yīng)管應(yīng)管(1.51 L)進(jìn)行試驗(yàn)，分別考察反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫進(jìn)行

13、試驗(yàn)，分別考察反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫度、催化劑濃度和反應(yīng)物料流量等工藝條件對反應(yīng)結(jié)果度、催化劑濃度和反應(yīng)物料流量等工藝條件對反應(yīng)結(jié)果的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)上述工藝條件對反應(yīng)結(jié)果都有不同程的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)上述工藝條件對反應(yīng)結(jié)果都有不同程度的影響。其中過氧化氫異丙苯的分解速率隨著反應(yīng)物度的影響。其中過氧化氫異丙苯的分解速率隨著反應(yīng)物料濃度、反應(yīng)溫度和催化劑濃度的提高而加快，但達(dá)到料濃度、反應(yīng)溫度和催化劑濃度的提高而加快，但達(dá)到一定數(shù)值后，分解速率的變化逐漸減緩。至于反應(yīng)物料一定數(shù)值后，分解速率的變化逐漸減緩。至于反應(yīng)物料的流量則不宜過大，因?yàn)榱髁窟^大，反應(yīng)物科在反應(yīng)器的流量則不宜過大，因?yàn)榱髁窟^大，反應(yīng)物科

14、在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間較短內(nèi)的停留時間較短, 物料分解不完全，而致轉(zhuǎn)化率和收物料分解不完全，而致轉(zhuǎn)化率和收率下降。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選定的較佳工藝條件為：率下降。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選定的較佳工藝條件為： 反應(yīng)物料濃度：反應(yīng)物料濃度：3.2kmol.m-3 反應(yīng)溫度：反應(yīng)溫度：359K 硫酸濃度（催化劑）：硫酸濃度（催化劑）：6N 反應(yīng)物料流量：反應(yīng)物料流量：0.1m3.h-1 此時過氧化氫異丙苯的轉(zhuǎn)化率為此時過氧化氫異丙苯的轉(zhuǎn)化率為98.8。第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 逐級經(jīng)驗(yàn)放大法逐級經(jīng)驗(yàn)放大法 (3)反應(yīng)器放大反應(yīng)器放大 放大試驗(yàn)分兩級進(jìn)行，首先取一根直徑為放大試驗(yàn)分兩級進(jìn)行，首先取一根

15、直徑為40 mm，長長1719mm的反應(yīng)管的反應(yīng)管(2.15L)按上述工藝條件進(jìn)行試驗(yàn)，按上述工藝條件進(jìn)行試驗(yàn)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率提高至反應(yīng)轉(zhuǎn)化率提高至99.8%。然后按。然后按2.15L反應(yīng)管的尺寸比反應(yīng)管的尺寸比例將反應(yīng)管體積放大至例將反應(yīng)管體積放大至10L，并將反應(yīng)物料流量相應(yīng)增，并將反應(yīng)物料流量相應(yīng)增大至大至0.464m3.h-1, 進(jìn)行試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn),反應(yīng)轉(zhuǎn)化率仍可達(dá)到反應(yīng)轉(zhuǎn)化率仍可達(dá)到99.8%，未發(fā)現(xiàn)放大效應(yīng)。未發(fā)現(xiàn)放大效應(yīng)。 從上述試驗(yàn)結(jié)果看，維持小試工藝條件將反應(yīng)器體從上述試驗(yàn)結(jié)果看，維持小試工藝條件將反應(yīng)器體積由積由1.51L增大至增大至2.15L，反應(yīng)轉(zhuǎn)化，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率僅增加率僅增加

16、1%，而反，而反應(yīng)器體積則要增大應(yīng)器體積則要增大30%，說明反應(yīng)后期反應(yīng)速率已經(jīng)變，說明反應(yīng)后期反應(yīng)速率已經(jīng)變得十分緩慢，此時若要提高產(chǎn)品收率就必需增大反應(yīng)器得十分緩慢，此時若要提高產(chǎn)品收率就必需增大反應(yīng)器體積，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)考慮，片面追求高轉(zhuǎn)化率并不一體積，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)考慮，片面追求高轉(zhuǎn)化率并不一定妥當(dāng)。因此反應(yīng)器放大設(shè)計(jì)應(yīng)依轉(zhuǎn)化率達(dá)到定妥當(dāng)。因此反應(yīng)器放大設(shè)計(jì)應(yīng)依轉(zhuǎn)化率達(dá)到98.8的的要求計(jì)算。要求計(jì)算。 第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 逐級經(jīng)驗(yàn)放大法逐級經(jīng)驗(yàn)放大法 (4)反應(yīng)器設(shè)計(jì)反應(yīng)器設(shè)計(jì) 生產(chǎn)要求每小時處理過氧化氫異丙苯濃度為生產(chǎn)要求每小時處理過氧化氫異丙苯濃度為3.2km

17、ol.m-3的反應(yīng)物料的反應(yīng)物料3m3，確定反應(yīng)器的體積。，確定反應(yīng)器的體積。 由于過氧化氫異丙苯的分解為均液相反應(yīng)，反應(yīng)溫由于過氧化氫異丙苯的分解為均液相反應(yīng)，反應(yīng)溫度和催化劑濃度等工藝條件的要求不苛刻，反應(yīng)過程進(jìn)度和催化劑濃度等工藝條件的要求不苛刻，反應(yīng)過程進(jìn)行得比較完全，經(jīng)放大試驗(yàn)考察末發(fā)現(xiàn)放大效應(yīng)，所以行得比較完全，經(jīng)放大試驗(yàn)考察末發(fā)現(xiàn)放大效應(yīng)，所以生產(chǎn)用反應(yīng)器的設(shè)計(jì)可以按試驗(yàn)用反應(yīng)器的尺寸，依要生產(chǎn)用反應(yīng)器的設(shè)計(jì)可以按試驗(yàn)用反應(yīng)器的尺寸，依要求完成的反應(yīng)物料處理量，保持反應(yīng)器幾何相似，用外求完成的反應(yīng)物料處理量，保持反應(yīng)器幾何相似，用外推法按比例放大。因放大倍數(shù)較小，可認(rèn)為符合線性變

18、推法按比例放大。因放大倍數(shù)較小，可認(rèn)為符合線性變化規(guī)律。當(dāng)要求反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到化規(guī)律。當(dāng)要求反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到98.8%，用反應(yīng)管體積，用反應(yīng)管體積為為1.51L模型反應(yīng)器作幾何相似放大時，由外推法算出的模型反應(yīng)器作幾何相似放大時，由外推法算出的生產(chǎn)用反應(yīng)器的體積為生產(chǎn)用反應(yīng)器的體積為0.0453m3(45.3L)。如果要求反應(yīng)。如果要求反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.8%，則用反應(yīng)管體積為，則用反應(yīng)管體積為2.15L的模型反應(yīng)的模型反應(yīng)器作幾何相似器作幾何相似放大，由外推法算出的生產(chǎn)用反應(yīng)器的體放大，由外推法算出的生產(chǎn)用反應(yīng)器的體積為積為0.0645m3(64.5L)。 第三章第三章 開發(fā)放大方法開

19、發(fā)放大方法 逐級經(jīng)驗(yàn)放大法逐級經(jīng)驗(yàn)放大法 二、數(shù)學(xué)模擬法二、數(shù)學(xué)模擬法 數(shù)學(xué)模擬法是一種新開發(fā)方法，它不一定要通過數(shù)學(xué)模擬法是一種新開發(fā)方法，它不一定要通過試驗(yàn)去取得放大的判據(jù)和數(shù)據(jù)，一般是在認(rèn)識過程特征試驗(yàn)去取得放大的判據(jù)和數(shù)據(jù)，一般是在認(rèn)識過程特征的基礎(chǔ)上，運(yùn)用理論分析找到描述過程規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，的基礎(chǔ)上，運(yùn)用理論分析找到描述過程規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，并驗(yàn)證該模型與實(shí)際過程等效，就可以用來進(jìn)行放大設(shè)并驗(yàn)證該模型與實(shí)際過程等效，就可以用來進(jìn)行放大設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)計(jì)算。 1. 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 數(shù)學(xué)模型通常是一組微分方程或者一組代數(shù)方程，數(shù)學(xué)模型通常是一組微分方程或者一組代數(shù)方程，用以描述過程的動態(tài)規(guī)律

20、。由于化工用以描述過程的動態(tài)規(guī)律。由于化工過程一般都比較復(fù)過程一般都比較復(fù)雜，要找到真實(shí)描述過程動態(tài)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型往往十分雜，要找到真實(shí)描述過程動態(tài)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型往往十分困難，即使是能夠找到，也常因模型過于復(fù)雜，而無法困難，即使是能夠找到，也常因模型過于復(fù)雜，而無法實(shí)際應(yīng)用。因此，對于數(shù)學(xué)模型的要求，既要能夠描述實(shí)際應(yīng)用。因此，對于數(shù)學(xué)模型的要求，既要能夠描述過程，又要簡單而便于應(yīng)用。過程，又要簡單而便于應(yīng)用。 第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 數(shù)學(xué)模擬放大法數(shù)學(xué)模擬放大法 1） 建立數(shù)學(xué)模型的思想方法建立數(shù)學(xué)模型的思想方法 建立數(shù)學(xué)模型首先應(yīng)掌握化工過程運(yùn)行的動態(tài)規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型首先

21、應(yīng)掌握化工過程運(yùn)行的動態(tài)規(guī)律，然后才能找到描述這種動態(tài)規(guī)律的數(shù)學(xué)方法。例如，描然后才能找到描述這種動態(tài)規(guī)律的數(shù)學(xué)方法。例如，描述反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，必須在掌握了化述反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，必須在掌握了化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)和動力學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同型式反學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)和動力學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同型式反應(yīng)器內(nèi)物料流動與混合規(guī)律，以及傳熱和傳質(zhì)規(guī)律，才應(yīng)器內(nèi)物料流動與混合規(guī)律，以及傳熱和傳質(zhì)規(guī)律，才能建立以物料衡算式、熱量衡算式和動量衡算式聯(lián)立方能建立以物料衡算式、熱量衡算式和動量衡算式聯(lián)立方程組表示的數(shù)學(xué)模型。該模型反映了反應(yīng)器內(nèi)物料進(jìn)行程組表示的數(shù)學(xué)模型。該模型反映了反應(yīng)器內(nèi)物

22、料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的動態(tài)規(guī)律。求解聯(lián)立方程組，可以設(shè)計(jì)任何、化學(xué)反應(yīng)的動態(tài)規(guī)律。求解聯(lián)立方程組，可以設(shè)計(jì)任何、生產(chǎn)規(guī)模的反應(yīng)器容積，預(yù)測生產(chǎn)條件下的反應(yīng)結(jié)果，生產(chǎn)規(guī)模的反應(yīng)器容積，預(yù)測生產(chǎn)條件下的反應(yīng)結(jié)果，確定最佳工藝條件確定最佳工藝條件。第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 數(shù)學(xué)模擬放大法數(shù)學(xué)模擬放大法 2）數(shù)學(xué)摸型的簡化）數(shù)學(xué)摸型的簡化 如果化工過程運(yùn)行的動態(tài)規(guī)律十分復(fù)雜，則必須如果化工過程運(yùn)行的動態(tài)規(guī)律十分復(fù)雜，則必須尋求描述這種規(guī)律的簡化方法，以使建立的數(shù)學(xué)模型容尋求描述這種規(guī)律的簡化方法，以使建立的數(shù)學(xué)模型容易運(yùn)算求解。而簡化數(shù)學(xué)模型的關(guān)鍵，在于如何找到與易運(yùn)算求解。而簡化數(shù)學(xué)模型的關(guān)

23、鍵，在于如何找到與實(shí)際過程等效的簡化方法。實(shí)際過程等效的簡化方法。 因此，作為工程放大設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，并不一定要因此，作為工程放大設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，并不一定要求真實(shí)地反映過程運(yùn)行的機(jī)理；只要能夠達(dá)到與實(shí)際過求真實(shí)地反映過程運(yùn)行的機(jī)理；只要能夠達(dá)到與實(shí)際過程等效。程等效。第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 數(shù)學(xué)模擬放大法數(shù)學(xué)模擬放大法 3）數(shù)學(xué)模型的針對性）數(shù)學(xué)模型的針對性 任何數(shù)學(xué)模型都有明確的模擬目標(biāo)，即使模擬對象任何數(shù)學(xué)模型都有明確的模擬目標(biāo)，即使模擬對象相同而模擬目標(biāo)不同，數(shù)學(xué)模型的型式也各異。例如，相同而模擬目標(biāo)不同，數(shù)學(xué)模型的型式也各異。例如，管式反應(yīng)器內(nèi)物料的返混可以用擴(kuò)散模型描

24、述，但擴(kuò)散管式反應(yīng)器內(nèi)物料的返混可以用擴(kuò)散模型描述，但擴(kuò)散模型絕不能描述物料通過反應(yīng)管的滯流或者湍流流動狀模型絕不能描述物料通過反應(yīng)管的滯流或者湍流流動狀態(tài)。態(tài)。 由于數(shù)學(xué)模型是根據(jù)模擬目標(biāo)建立的，每一種數(shù)學(xué)由于數(shù)學(xué)模型是根據(jù)模擬目標(biāo)建立的，每一種數(shù)學(xué)模型都有一定的限制范圍，而這種限制一般多為工程因模型都有一定的限制范圍，而這種限制一般多為工程因素。例如，反應(yīng)器的熱交換措施，限制了模型的溫度范素。例如，反應(yīng)器的熱交換措施，限制了模型的溫度范圍；物料預(yù)混合狀態(tài)的好壞，決定了模擬對象是均相體圍；物料預(yù)混合狀態(tài)的好壞，決定了模擬對象是均相體系還是非均相體系；物料的循環(huán)和分離決定了流動模型系還是非均相

25、體系；物料的循環(huán)和分離決定了流動模型的型式和限制了模型的濃度范圍等等。如果事先明確了的型式和限制了模型的濃度范圍等等。如果事先明確了數(shù)學(xué)模型的描述目標(biāo)及其限制條件，不僅容易掌握過程數(shù)學(xué)模型的描述目標(biāo)及其限制條件，不僅容易掌握過程運(yùn)行的動態(tài)規(guī)律，而且在一定程度上能使模型簡化，有運(yùn)行的動態(tài)規(guī)律，而且在一定程度上能使模型簡化，有利于提高數(shù)學(xué)模型的可靠性。利于提高數(shù)學(xué)模型的可靠性。第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 數(shù)學(xué)模擬放大法數(shù)學(xué)模擬放大法 2、研究方法、研究方法 根據(jù)建立數(shù)學(xué)模型的思想方法，以化學(xué)反應(yīng)過程根據(jù)建立數(shù)學(xué)模型的思想方法，以化學(xué)反應(yīng)過程開發(fā)為例，數(shù)學(xué)模擬法可以按以下研究步驟進(jìn)行。開

26、發(fā)為例，數(shù)學(xué)模擬法可以按以下研究步驟進(jìn)行。 1）實(shí)驗(yàn)室研究化學(xué)反應(yīng)特征）實(shí)驗(yàn)室研究化學(xué)反應(yīng)特征 實(shí)驗(yàn)室研究化學(xué)反應(yīng)特征的主要任務(wù)是測定反應(yīng)實(shí)驗(yàn)室研究化學(xué)反應(yīng)特征的主要任務(wù)是測定反應(yīng) 熱力學(xué)和動力學(xué)的特征規(guī)律及其參數(shù)。熱力學(xué)和動力學(xué)的特征規(guī)律及其參數(shù)。 由于研究目的是掌握過程運(yùn)行的內(nèi)在規(guī)律，其研由于研究目的是掌握過程運(yùn)行的內(nèi)在規(guī)律，其研 究內(nèi)容和研究手段都與逐級經(jīng)驗(yàn)放大法的實(shí)驗(yàn)室研究究內(nèi)容和研究手段都與逐級經(jīng)驗(yàn)放大法的實(shí)驗(yàn)室研究 有很大差別。它已不再是反應(yīng)器選型和條件優(yōu)化，而有很大差別。它已不再是反應(yīng)器選型和條件優(yōu)化，而 是希望從過程內(nèi)在規(guī)律上去揭示過程運(yùn)行的實(shí)質(zhì)。是希望從過程內(nèi)在規(guī)律上去揭示過

27、程運(yùn)行的實(shí)質(zhì)。 因因 此應(yīng)盡可能排除外界因素對于過程內(nèi)在規(guī)律的干擾，此應(yīng)盡可能排除外界因素對于過程內(nèi)在規(guī)律的干擾， 試驗(yàn)裝置并不一定要求與生產(chǎn)裝置相似，但對于試驗(yàn)試驗(yàn)裝置并不一定要求與生產(chǎn)裝置相似，但對于試驗(yàn) 測定的精度要求較高。測定的精度要求較高。 第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 數(shù)學(xué)模擬放大法數(shù)學(xué)模擬放大法 2）冷模試驗(yàn)研究傳遞過程特征）冷模試驗(yàn)研究傳遞過程特征 冷模試驗(yàn)是在無化學(xué)反應(yīng)參與的情況下，專門考察冷模試驗(yàn)是在無化學(xué)反應(yīng)參與的情況下，專門考察設(shè)備內(nèi)物料的流動與混合，以及傳熱和傳質(zhì)等物理過程設(shè)備內(nèi)物料的流動與混合，以及傳熱和傳質(zhì)等物理過程規(guī)律的試驗(yàn)，目的在于研究化學(xué)反應(yīng)器的屬

28、性，了解反規(guī)律的試驗(yàn)，目的在于研究化學(xué)反應(yīng)器的屬性，了解反應(yīng)器型式和結(jié)構(gòu)對于反應(yīng)過程的影響。這種試驗(yàn)應(yīng)有一應(yīng)器型式和結(jié)構(gòu)對于反應(yīng)過程的影響。這種試驗(yàn)應(yīng)有一定規(guī)模，而且試驗(yàn)裝置也應(yīng)與生產(chǎn)裝置相似。定規(guī)模，而且試驗(yàn)裝置也應(yīng)與生產(chǎn)裝置相似。 反應(yīng)器內(nèi)各種物理過程的規(guī)律只隨反應(yīng)器的型式或反應(yīng)器內(nèi)各種物理過程的規(guī)律只隨反應(yīng)器的型式或結(jié)構(gòu)的改變而改變，只要反應(yīng)器的型式和結(jié)構(gòu)相同，無結(jié)構(gòu)的改變而改變，只要反應(yīng)器的型式和結(jié)構(gòu)相同，無論反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行何種類型的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)器內(nèi)物料的論反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行何種類型的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)器內(nèi)物料的流動與混合，以及傳熱和傳質(zhì)等傳遞過程的規(guī)律相同。流動與混合，以及傳熱和傳質(zhì)等傳遞過程

29、的規(guī)律相同。因此，傳遞過程的規(guī)律對于化學(xué)反應(yīng)過程的影響具有共因此，傳遞過程的規(guī)律對于化學(xué)反應(yīng)過程的影響具有共性。了解這一點(diǎn)，就為分解過程建立數(shù)學(xué)模型提供了方性。了解這一點(diǎn)，就為分解過程建立數(shù)學(xué)模型提供了方便。便。 第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 數(shù)學(xué)模擬放大法數(shù)學(xué)模擬放大法 3）綜合兩種特征，建立數(shù)學(xué)模型，預(yù)測工業(yè)反應(yīng)器）綜合兩種特征，建立數(shù)學(xué)模型，預(yù)測工業(yè)反應(yīng)器性能性能 當(dāng)化學(xué)反應(yīng)特征和傳遞過程特征以及描述兩種特征規(guī)當(dāng)化學(xué)反應(yīng)特征和傳遞過程特征以及描述兩種特征規(guī)律的函數(shù)關(guān)系式確定之后，即可用數(shù)學(xué)方法將兩種規(guī)律予律的函數(shù)關(guān)系式確定之后，即可用數(shù)學(xué)方法將兩種規(guī)律予以綜合，形成數(shù)學(xué)模型。這

30、種模型已充分考慮了化學(xué)反應(yīng)以綜合，形成數(shù)學(xué)模型。這種模型已充分考慮了化學(xué)反應(yīng)過程的內(nèi)在規(guī)律和外界環(huán)境的影響因素，如果經(jīng)過檢驗(yàn)并過程的內(nèi)在規(guī)律和外界環(huán)境的影響因素，如果經(jīng)過檢驗(yàn)并驗(yàn)證其可靠，即可用來進(jìn)行運(yùn)算求解，可以預(yù)測放大后反驗(yàn)證其可靠，即可用來進(jìn)行運(yùn)算求解，可以預(yù)測放大后反應(yīng)器的性能。應(yīng)器的性能。 由于數(shù)學(xué)模型所描述的對象是某種型式反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行由于數(shù)學(xué)模型所描述的對象是某種型式反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行某一化學(xué)反應(yīng)的動態(tài)規(guī)律，只要反應(yīng)器的型式結(jié)構(gòu)和化學(xué)某一化學(xué)反應(yīng)的動態(tài)規(guī)律，只要反應(yīng)器的型式結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)相同，由數(shù)學(xué)模型表示的過程動態(tài)規(guī)律應(yīng)不受設(shè)備幾反應(yīng)相同，由數(shù)學(xué)模型表示的過程動態(tài)規(guī)律應(yīng)不受設(shè)備幾何尺寸

31、的限制。故運(yùn)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行工業(yè)反應(yīng)器設(shè)計(jì)，應(yīng)何尺寸的限制。故運(yùn)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行工業(yè)反應(yīng)器設(shè)計(jì)，應(yīng)不存在放大效應(yīng)。不存在放大效應(yīng)。 數(shù)學(xué)模型求解一般采用電子計(jì)算機(jī)。如果將數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型求解一般采用電子計(jì)算機(jī)。如果將數(shù)學(xué)模型編成程序輸入計(jì)算機(jī)，只要改變輸入的工藝條件，即可獲編成程序輸入計(jì)算機(jī)，只要改變輸入的工藝條件，即可獲得該條件下的反應(yīng)結(jié)果，它能夠反映工業(yè)反應(yīng)器操作參數(shù)得該條件下的反應(yīng)結(jié)果，它能夠反映工業(yè)反應(yīng)器操作參數(shù)改變時可能出現(xiàn)的問題，也可以優(yōu)選最佳工藝條件和預(yù)測改變時可能出現(xiàn)的問題，也可以優(yōu)選最佳工藝條件和預(yù)測反應(yīng)器的性能。反應(yīng)器的性能。 第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 數(shù)學(xué)模擬放

32、大法數(shù)學(xué)模擬放大法 4）中試檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型的等效性）中試檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型的等效性 按上述步驟取得的數(shù)學(xué)模型是否能夠模擬實(shí)際生按上述步驟取得的數(shù)學(xué)模型是否能夠模擬實(shí)際生產(chǎn)過程，還有待于通過實(shí)踐檢驗(yàn)。因此應(yīng)建立中試裝產(chǎn)過程，還有待于通過實(shí)踐檢驗(yàn)。因此應(yīng)建立中試裝置進(jìn)行中試，以檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型與實(shí)際過程的等效性。置進(jìn)行中試，以檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型與實(shí)際過程的等效性。這是數(shù)學(xué)模擬法的一個不可缺少的環(huán)節(jié)。但試驗(yàn)?zāi)康倪@是數(shù)學(xué)模擬法的一個不可缺少的環(huán)節(jié)。但試驗(yàn)?zāi)康呐c逐級經(jīng)驗(yàn)放大法的中試不同。當(dāng)數(shù)學(xué)模型經(jīng)中試證與逐級經(jīng)驗(yàn)放大法的中試不同。當(dāng)數(shù)學(xué)模型經(jīng)中試證明與實(shí)際過程等效后，就能用于預(yù)測工業(yè)反應(yīng)器性能明與實(shí)際過程等效后，就能用

33、于預(yù)測工業(yè)反應(yīng)器性能和進(jìn)行反應(yīng)器設(shè)計(jì)和進(jìn)行反應(yīng)器設(shè)計(jì)。 3、特征、特征 分解過程，考察過程的內(nèi)在規(guī)律分解過程，考察過程的內(nèi)在規(guī)律 簡化過程，尋找建立等效模型的途徑簡化過程，尋找建立等效模型的途徑 科學(xué)試驗(yàn)的目的是為了建立和檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型科學(xué)試驗(yàn)的目的是為了建立和檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 數(shù)學(xué)模擬放大法數(shù)學(xué)模擬放大法 例例2 用數(shù)學(xué)模擬法開發(fā)與例用數(shù)學(xué)模擬法開發(fā)與例1相同的由過氧化氫異相同的由過氧化氫異丙苯分解生產(chǎn)苯酚和丙酮的反應(yīng)過程。當(dāng)硫酸濃度為丙苯分解生產(chǎn)苯酚和丙酮的反應(yīng)過程。當(dāng)硫酸濃度為6N，在，在359K等溫條件下每小時分解濃度為等溫條件下每小時分解濃度為3.2k

34、mol.m-3的過氧化氫異丙苯溶液的過氧化氫異丙苯溶液3m3，要求轉(zhuǎn)化率達(dá)到，要求轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.8%，計(jì)算所需的反應(yīng)器體積。計(jì)算所需的反應(yīng)器體積。 (1)化學(xué)反應(yīng)特征化學(xué)反應(yīng)特征 該反應(yīng)過程為等溫、等容均液相催化分解反應(yīng)，為該反應(yīng)過程為等溫、等容均液相催化分解反應(yīng)，為不可逆一級反應(yīng)，其動力學(xué)模型為：不可逆一級反應(yīng)，其動力學(xué)模型為： 由試驗(yàn)測得分解速率常數(shù)由試驗(yàn)測得分解速率常數(shù)k0.08s-1第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 數(shù)學(xué)模擬放大法數(shù)學(xué)模擬放大法 (2)傳遞過程特征傳遞過程特征 根據(jù)等溫、等容、均液相等反應(yīng)過程特征，考慮選根據(jù)等溫、等容、均液相等反應(yīng)過程特征，考慮選用長徑比較大用

35、長徑比較大(l/d3040)的連續(xù)流動管式反應(yīng)器作為的連續(xù)流動管式反應(yīng)器作為生產(chǎn)設(shè)備。由于物料的粘度較小，通過反應(yīng)器的物料流生產(chǎn)設(shè)備。由于物料的粘度較小，通過反應(yīng)器的物料流量較大量較大(3m3.h-1)，反應(yīng)器內(nèi)流動物料應(yīng)基本上處于活塞，反應(yīng)器內(nèi)流動物料應(yīng)基本上處于活塞流狀態(tài)，所產(chǎn)生的阻力損失與總壓強(qiáng)相比，也可以忽略流狀態(tài)，所產(chǎn)生的阻力損失與總壓強(qiáng)相比，也可以忽略不計(jì)，而且由于反應(yīng)器等溫，器內(nèi)應(yīng)無溫度梯度，故在不計(jì)，而且由于反應(yīng)器等溫，器內(nèi)應(yīng)無溫度梯度，故在反應(yīng)過程中基本上不存在物料的流動與混合，以及傳熱反應(yīng)過程中基本上不存在物料的流動與混合，以及傳熱和傳質(zhì)等傳遞過程對于化學(xué)反應(yīng)結(jié)果的影響。上

36、述分析和傳質(zhì)等傳遞過程對于化學(xué)反應(yīng)結(jié)果的影響。上述分析與模型試驗(yàn)的結(jié)果相符。與模型試驗(yàn)的結(jié)果相符。第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 數(shù)學(xué)模擬放大法數(shù)學(xué)模擬放大法 (3)數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 按活塞流反應(yīng)器特征，對于不可逆一級反應(yīng)，表示按活塞流反應(yīng)器特征，對于不可逆一級反應(yīng)，表示反應(yīng)器有效容積與物料流量和反應(yīng)轉(zhuǎn)化率關(guān)系的數(shù)學(xué)模反應(yīng)器有效容積與物料流量和反應(yīng)轉(zhuǎn)化率關(guān)系的數(shù)學(xué)模型為：型為： 式中，式中，VR為反應(yīng)器的有效容積為反應(yīng)器的有效容積m3 ；Fo為反應(yīng)物料流量，為反應(yīng)物料流量，m3.h-1；k為化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)為化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)s-1；xA為化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，為化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，%。 (4)計(jì)

37、算結(jié)果計(jì)算結(jié)果 當(dāng)要求轉(zhuǎn)化率當(dāng)要求轉(zhuǎn)化率xA=99.8%時，反應(yīng)器體積為：時，反應(yīng)器體積為： 第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 數(shù)學(xué)模擬放大法數(shù)學(xué)模擬放大法 若將分解轉(zhuǎn)化率降低若將分解轉(zhuǎn)化率降低1%，即，即xA98.8%時，反應(yīng)時，反應(yīng)器體積為：器體積為： 數(shù)學(xué)模擬法的計(jì)算結(jié)果與例數(shù)學(xué)模擬法的計(jì)算結(jié)果與例l用逐級經(jīng)驗(yàn)放大法的用逐級經(jīng)驗(yàn)放大法的 外推結(jié)果基本相符。從兩種開發(fā)方法都看到，分解轉(zhuǎn)外推結(jié)果基本相符。從兩種開發(fā)方法都看到，分解轉(zhuǎn)化率只降低化率只降低1%，而所需反應(yīng)器體積卻減少，而所需反應(yīng)器體積卻減少30%。由此。由此可見，過多的提高轉(zhuǎn)化率，必導(dǎo)致設(shè)備龐大，因?yàn)榉纯梢?，過多的提高轉(zhuǎn)化

38、率，必導(dǎo)致設(shè)備龐大，因?yàn)榉磻?yīng)后期的反應(yīng)速率已極為緩慢。若過分追求高轉(zhuǎn)化率應(yīng)后期的反應(yīng)速率已極為緩慢。若過分追求高轉(zhuǎn)化率指標(biāo)，從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，并不一定恰當(dāng)指標(biāo)，從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，并不一定恰當(dāng)。第三章第三章 開發(fā)放大方法開發(fā)放大方法 數(shù)學(xué)模擬放大法數(shù)學(xué)模擬放大法 第四章第四章 試試 驗(yàn)驗(yàn) 試驗(yàn)是化工過程開發(fā)的主要工作，從立題之初的實(shí)試驗(yàn)是化工過程開發(fā)的主要工作，從立題之初的實(shí)驗(yàn)室研究開始，直到建成生產(chǎn)裝置后的調(diào)試開車為止，驗(yàn)室研究開始，直到建成生產(chǎn)裝置后的調(diào)試開車為止，似乎每一步都離不開試驗(yàn)研究。嚴(yán)格地說化工過程開發(fā)似乎每一步都離不開試驗(yàn)研究。嚴(yán)格地說化工過程開發(fā)的試驗(yàn)研究與通?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室所

39、進(jìn)行的科學(xué)實(shí)驗(yàn)是有差的試驗(yàn)研究與通?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室所進(jìn)行的科學(xué)實(shí)驗(yàn)是有差別的。前者研究的目的是確定技術(shù)路線、技術(shù)方法和技別的。前者研究的目的是確定技術(shù)路線、技術(shù)方法和技術(shù)措施，而后者則著重于探索自然、研究自然規(guī)律。雖術(shù)措施，而后者則著重于探索自然、研究自然規(guī)律。雖然在一定條件下由化工過程開發(fā)試驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù)和資然在一定條件下由化工過程開發(fā)試驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù)和資料也會成為人們認(rèn)識自然的寶貴信息，但兩者的目的要料也會成為人們認(rèn)識自然的寶貴信息，但兩者的目的要求不同。因此化工過程開發(fā)試驗(yàn)表現(xiàn)了如下特征：求不同。因此化工過程開發(fā)試驗(yàn)表現(xiàn)了如下特征： (1)(1)具有試探性和驗(yàn)證性的雙重性質(zhì)具有試探性和驗(yàn)證性

40、的雙重性質(zhì) (2)力求解析性和綜合性統(tǒng)一力求解析性和綜合性統(tǒng)一 第四章第四章 試驗(yàn)試驗(yàn) 一、一、 試驗(yàn)工作程序試驗(yàn)工作程序1. 擬訂試驗(yàn)計(jì)劃擬訂試驗(yàn)計(jì)劃 試驗(yàn)計(jì)劃通常包括以下內(nèi)容：試驗(yàn)計(jì)劃通常包括以下內(nèi)容：1）試驗(yàn)?zāi)康模┰囼?yàn)?zāi)康?）試驗(yàn)提綱）試驗(yàn)提綱 試驗(yàn)的任務(wù)和目的試驗(yàn)的任務(wù)和目的 試驗(yàn)考察的內(nèi)容試驗(yàn)考察的內(nèi)容 確定試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果檢測方法確定試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果檢測方法 提出試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案提出試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案 確定測取哪些數(shù)據(jù)及其測量范圍；確定測取哪些數(shù)據(jù)及其測量范圍； 預(yù)計(jì)結(jié)果和可能達(dá)到的精度。預(yù)計(jì)結(jié)果和可能達(dá)到的精度。3）試驗(yàn)準(zhǔn)備）試驗(yàn)準(zhǔn)備第四章第四章 試驗(yàn)試驗(yàn) 試驗(yàn)工作程序試驗(yàn)工作程序 2

41、. 進(jìn)行試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn) 在試驗(yàn)準(zhǔn)備工作一切就緒后，就可開展試在試驗(yàn)準(zhǔn)備工作一切就緒后，就可開展試驗(yàn)考察。驗(yàn)考察。3.3.撰寫試驗(yàn)報(bào)告撰寫試驗(yàn)報(bào)告 試驗(yàn)工作的簡要說明。包括試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)工作的簡要說明。包括試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)裝置和測試數(shù)據(jù)等的說明。試驗(yàn)條件、試驗(yàn)裝置和測試數(shù)據(jù)等的說明。 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。理。即按合理的處理方法將測定的試驗(yàn)即按合理的處理方法將測定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成具有一定規(guī)律的簡明圖表、坐標(biāo)曲線或者數(shù)數(shù)據(jù)整理成具有一定規(guī)律的簡明圖表、坐標(biāo)曲線或者數(shù)學(xué)模型。學(xué)模型。 試驗(yàn)結(jié)果分析和結(jié)論。包括在試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)試驗(yàn)結(jié)果分析和結(jié)論。包括在試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)

42、上，分析試驗(yàn)結(jié)果精度及誤差范圍，提出考察結(jié)論，討上，分析試驗(yàn)結(jié)果精度及誤差范圍，提出考察結(jié)論，討論結(jié)論適用的范圍和存在的問題，提出發(fā)展建議論結(jié)論適用的范圍和存在的問題，提出發(fā)展建議。 參考文獻(xiàn)。列舉試驗(yàn)研究所依據(jù)的有關(guān)文獻(xiàn)和調(diào)查參考文獻(xiàn)。列舉試驗(yàn)研究所依據(jù)的有關(guān)文獻(xiàn)和調(diào)查收集的有關(guān)資料。收集的有關(guān)資料。 第四章第四章 試驗(yàn)試驗(yàn) 試驗(yàn)工作程序試驗(yàn)工作程序 二、預(yù)試驗(yàn)和系統(tǒng)試驗(yàn)二、預(yù)試驗(yàn)和系統(tǒng)試驗(yàn) 預(yù)試驗(yàn)和系統(tǒng)試驗(yàn)相結(jié)合是化工過程開發(fā)中最常采預(yù)試驗(yàn)和系統(tǒng)試驗(yàn)相結(jié)合是化工過程開發(fā)中最常采用的一種研究方法，這種方法能收到以較少的試驗(yàn)次數(shù)用的一種研究方法，這種方法能收到以較少的試驗(yàn)次數(shù)和較少的消耗而取得

43、準(zhǔn)確的技術(shù)信息的效果。和較少的消耗而取得準(zhǔn)確的技術(shù)信息的效果。 1. 預(yù)試驗(yàn)預(yù)試驗(yàn) 其任務(wù)是定性地或半定量地認(rèn)識開發(fā)對象，以便其任務(wù)是定性地或半定量地認(rèn)識開發(fā)對象，以便在開發(fā)初期，對研究方案或技術(shù)開發(fā)方案提出一些初步在開發(fā)初期，對研究方案或技術(shù)開發(fā)方案提出一些初步設(shè)想。設(shè)想。 預(yù)試驗(yàn)不需要事先提出一個全面的試驗(yàn)計(jì)劃，但必預(yù)試驗(yàn)不需要事先提出一個全面的試驗(yàn)計(jì)劃，但必須有明朗的試驗(yàn)?zāi)康?。試?yàn)內(nèi)容一般是根據(jù)前面試驗(yàn)取須有明朗的試驗(yàn)?zāi)康?。試?yàn)內(nèi)容一般是根據(jù)前面試驗(yàn)取得的結(jié)果或發(fā)現(xiàn)的問題提出的。得的結(jié)果或發(fā)現(xiàn)的問題提出的。第四章第四章 試驗(yàn)試驗(yàn) 預(yù)試驗(yàn)和系統(tǒng)試驗(yàn)預(yù)試驗(yàn)和系統(tǒng)試驗(yàn) 根據(jù)預(yù)試驗(yàn)的考察目的，可

44、將其劃分為以下三種根據(jù)預(yù)試驗(yàn)的考察目的，可將其劃分為以下三種試驗(yàn)方式：試驗(yàn)方式：1）認(rèn)識試驗(yàn)）認(rèn)識試驗(yàn) 它是為了認(rèn)識過程特征而專門設(shè)計(jì)的試驗(yàn)，例如考它是為了認(rèn)識過程特征而專門設(shè)計(jì)的試驗(yàn)，例如考察化學(xué)反應(yīng)過程的溫度效應(yīng)和濃度效應(yīng)，定性鑒別工藝察化學(xué)反應(yīng)過程的溫度效應(yīng)和濃度效應(yīng)，定性鑒別工藝方法或工藝路線的優(yōu)劣，了解傳遞因素對于過程影響的方法或工藝路線的優(yōu)劣，了解傳遞因素對于過程影響的大小以及轉(zhuǎn)化率和收率的高低，產(chǎn)品質(zhì)量和性能的好壞大小以及轉(zhuǎn)化率和收率的高低，產(chǎn)品質(zhì)量和性能的好壞等。等。 最常采用的方法是對比方法，如不同路線和方法最常采用的方法是對比方法，如不同路線和方法的對比、或不同條件的對比。

45、通過對比，來了解過程特的對比、或不同條件的對比。通過對比，來了解過程特征，建立技術(shù)概念，形成技術(shù)方案和技術(shù)措施。征，建立技術(shù)概念，形成技術(shù)方案和技術(shù)措施。第四章第四章 試驗(yàn)試驗(yàn) 預(yù)試驗(yàn)和系統(tǒng)試驗(yàn)預(yù)試驗(yàn)和系統(tǒng)試驗(yàn) 2）析因試驗(yàn)）析因試驗(yàn) 它是一種分析過程結(jié)果產(chǎn)生原因的試驗(yàn)。由于化工它是一種分析過程結(jié)果產(chǎn)生原因的試驗(yàn)。由于化工過程大多是復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，涉及的影響因素很多，過過程大多是復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，涉及的影響因素很多，過程的結(jié)局往往都是許多因素綜合作用的結(jié)果，要從復(fù)雜程的結(jié)局往往都是許多因素綜合作用的結(jié)果，要從復(fù)雜因素中查明影響結(jié)果的主要因素，可以借助于析因試驗(yàn)。因素中查明影響結(jié)果的主要因素，可以

46、借助于析因試驗(yàn)。 在設(shè)計(jì)這種試驗(yàn)時，在設(shè)計(jì)這種試驗(yàn)時，應(yīng)充分注意許多工程因素的應(yīng)充分注意許多工程因素的等效性，并不一定要對各種因素逐個進(jìn)行試驗(yàn)；等效性，并不一定要對各種因素逐個進(jìn)行試驗(yàn)；應(yīng)分應(yīng)分清可調(diào)因素和不可調(diào)因素，對于不可調(diào)因素不必作專門清可調(diào)因素和不可調(diào)因素，對于不可調(diào)因素不必作專門考察；考察；應(yīng)分清敏感因素和非敏感因素，對于非敏感因應(yīng)分清敏感因素和非敏感因素，對于非敏感因素不必著重考察。素不必著重考察。 3）鑒別試驗(yàn)）鑒別試驗(yàn) 它是為試驗(yàn)研究者的推論中形成的一些結(jié)論而設(shè)計(jì)它是為試驗(yàn)研究者的推論中形成的一些結(jié)論而設(shè)計(jì)的試驗(yàn)。這些結(jié)論一般是對技術(shù)方案提出的某些設(shè)想，的試驗(yàn)。這些結(jié)論一般是對

47、技術(shù)方案提出的某些設(shè)想，如果設(shè)想一旦經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，即可形成技術(shù)決策。如果設(shè)想一旦經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，即可形成技術(shù)決策。第四章第四章 試驗(yàn)試驗(yàn) 預(yù)試驗(yàn)和系統(tǒng)試驗(yàn)預(yù)試驗(yàn)和系統(tǒng)試驗(yàn) 2. 系統(tǒng)試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn) 是在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對預(yù)試驗(yàn)確定的某些重要結(jié)是在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對預(yù)試驗(yàn)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)。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)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)。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

48、經(jīng)驗(yàn)放大系統(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)。腐試驗(yàn)。第四章第四章 試驗(yàn)試驗(yàn) 預(yù)試驗(yàn)和系統(tǒng)試驗(yàn)預(yù)試驗(yàn)和系統(tǒng)試驗(yàn) 三、模型試驗(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)方模型試

49、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)。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。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)所采用的模型有模型試驗(yàn)所采用的模型有“物理模型物理模型和和“數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型”兩種形式。選用何種模型進(jìn)行試驗(yàn)，取決于化工過程開兩種形式。選用何種模型進(jìn)行試驗(yàn)，取決于

50、化工過程開發(fā)的方法。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)。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。規(guī)律等效，或達(dá)到數(shù)學(xué)形式的相似。第四章第四章 試驗(yàn)試驗(yàn) 模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn) 四、中間工廠試驗(yàn)（中試）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)。它是將實(shí)驗(yàn)室研究成果放大成

51、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)。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。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)：中試的內(nèi)

52、容和任務(wù)： 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)的可靠性可靠性 考察放大效應(yīng)，尋找其產(chǎn)生的原因和消除的辦法考察放大效應(yīng)，尋找其產(chǎn)生的原因和消除的辦法 檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型與實(shí)際過程的等效性檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型與實(shí)際過程的等效性 考察物料對于設(shè)備材質(zhì)的腐蝕作用考察物料對于設(shè)備材質(zhì)的腐蝕作用 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 提供一定量的產(chǎn)品供進(jìn)一步加工應(yīng)用考察提供一定量的產(chǎn)品供進(jìn)一步加工應(yīng)用考察 考察工藝過程中產(chǎn)生的考察工藝過程中產(chǎn)生的“三廢三廢”情況，尋找綜

53、合治理的方法情況，尋找綜合治理的方法 第四章第四章 試驗(yàn)試驗(yàn) 中間工廠試驗(yàn)中間工廠試驗(yàn)五、試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)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，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。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. 基本概念基本概念 因素：溫度、時間、配比等因素：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。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：如溫度水平：55、75

54、 、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)量等質(zhì)量等2. 試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法 單因素試驗(yàn)法：一次只試驗(yàn)一個因素單因素試驗(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)多因素試驗(yàn)法：將多個因素組合在一起進(jìn)行試驗(yàn)第四章第四章 試驗(yàn)試驗(yàn) 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 3. 單因素試驗(yàn)法單因素試驗(yàn)法 均分法：均分法： 將某一因素要試驗(yàn)考察的范圍，等間距地分成將某一因素要試驗(yàn)考察的范圍，等間距地分成56個個試點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。將試驗(yàn)

55、結(jié)果以因素為橫坐標(biāo)，指標(biāo)為縱坐試點(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。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：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)范圍試驗(yàn)間距試驗(yàn)間距試驗(yàn)順序試驗(yàn)順序第四章第四章 試驗(yàn)試驗(yàn) 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 平分法平分法 總是在試驗(yàn)范圍的中點(diǎn)安排試驗(yàn)?？偸窃谠囼?yàn)范圍的中點(diǎn)安排試驗(yàn)。 設(shè)試驗(yàn)范圍在設(shè)試驗(yàn)范圍在ab之間，中點(diǎn)以之間，中點(diǎn)以x1表示，則

56、：表示，則： 第四章第四章 試驗(yàn)試驗(yàn) 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) a x2 x1 bx1=(a+b)/2 若第一次試驗(yàn)結(jié)果表明若第一次試驗(yàn)結(jié)果表明x1取大了，則舍去大于取大了，則舍去大于x1的的一半，在（一半，在（a, x1)的中點(diǎn)的中點(diǎn)x2處作第二次試驗(yàn)；反之，若處作第二次試驗(yàn)；反之，若取小了，則舍去小于取小了，則舍去小于x1的一半，把第二點(diǎn)取在（的一半，把第二點(diǎn)取在（x1, b）的中點(diǎn)。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)，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

57、而決定下次試驗(yàn)的方向。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 黃金分割法又稱黃金分割法又稱“0.618法法，是一種單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，是一種單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)方方法，法， 適用于單因素優(yōu)化。適用于單因素優(yōu)化。 設(shè)有一線段為設(shè)有一線段為L，將它分割為兩部分，長的一段為，將它分割為兩部分，長的一段為x，短的一段為短的一段為L-x。如果分割的比例滿足以下關(guān)系：。如果分割的比例滿足以下關(guān)系： 這種分割稱為黃金分割。式中這種分割稱為黃金分割。式中為比例系數(shù)，即整為比例系數(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。

58、的一段的長度之比。 對上式求解得：對上式求解得：x=L=0.618L 即黃金分割點(diǎn)在線段即黃金分割點(diǎn)在線段L的的0.618處。黃金分割法是一種處。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)范圍即縮小消去法，每找到一個新的對稱點(diǎn)，試驗(yàn)范圍即縮小38.2%。第四章第四章 試驗(yàn)試驗(yàn) 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 4. 多因素試驗(yàn)法多因素試驗(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)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。量很大，有時可使試

59、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)，反應(yīng)時間時間(B)和物料配比和物料配比(C)三個因素的影響，而規(guī)定各因素的三個因素的影響，而規(guī)定各因素的試驗(yàn)范圍為：試驗(yàn)范圍為：A:353363K, B:90150min, C:5%7% 試驗(yàn)的目的是為了解試驗(yàn)的目的是為了解A、B、C三個因素對轉(zhuǎn)化率的三個因素對轉(zhuǎn)化率的影響，并確定最適宜的生產(chǎn)條件。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：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, B

60、3=150min C1=5%, C2=6%, C3=7%第四章第四章 試驗(yàn)試驗(yàn) 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)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)，共計(jì)33 =27次試驗(yàn)。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，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增至增至6個，則試驗(yàn)次數(shù)為個，則試驗(yàn)次數(shù)為36 =729次。顯然，這樣的各種量次。顯然，這樣的各種量是無法接受的。是無法接