北方環(huán)境第24卷 第1期2012年2月DEM合成實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)王欣(徐州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所,江蘇221000)商要: 正交實(shí)驗(yàn)法就是一種研究多因子實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的重要數(shù)學(xué)方法，目前已在冶金,化工,橡膠，紡織,無(wú)線(xiàn)電,醫(yī)藥衛(wèi)生等方面得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)前人的試驗(yàn)總結(jié)出影響DEM合成產(chǎn)率的因素主要有反應(yīng)時(shí)間,催化劑比例和原料配比。本文采用三因素三階梯的正交表設(shè)計(jì)了的DEM合成實(shí)驗(yàn)方案,并根據(jù)該方案進(jìn)行了9組實(shí)驗(yàn)(每組均包含2-3次平行實(shí)驗(yàn))。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果并根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)分析方法,分析了上述三因素對(duì)DEM產(chǎn)品含量的影響,確定了主要影響因素,并得到了最佳反應(yīng)條件。關(guān)鍵詞: DEM(二乙氧基甲烷); 合成;正交實(shí)驗(yàn);最優(yōu)條件中圖分類(lèi)號(hào):X783文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007 -0370 (2012) 01 -0074 -03.Optimal design of synthesis experiments DEMWang Xin( Enwironmental Protection Science Rsearch Institute of Xuzhou , Jiang Su 221000)Abstract:Orthogonal experimental design is a important mathematics method to study many factors experiment. At present, it is alreadywidely applied in many field such as chemical industry, the rubber, textile, radio, the medical and health. In according to test of forefa-thers, the producing rate of DEM is influenced by responsing time , proportion of catalyst and raw materials matching. The Orthogonal form ofthree factors - three ladders was used to design the project of composing DEM, and 9 groups of experiments have been done ( per groupcontains 2 to 3 parallel experiment ). The result of experiments and the analytical method of the Orthogonal experimental design have beenused to analysed the influence of the three factors above - mentioned , and Main factor and the best response condition have been confrmed.Key words : DEM; Compose; Orthogonal experimental design; the best response condition1正交 實(shí)驗(yàn)法介紹第二步:挑因素選水平正交實(shí)驗(yàn)法就是一-種 研究多因子實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的重要數(shù)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)確定以后,就要分析影響這幾個(gè)指標(biāo)的各學(xué)方法。它主要使用正交表這一-工具來(lái)進(jìn)行整體設(shè)計(jì),種因素,挑選那些對(duì)指標(biāo)可能影響較大但又沒(méi)有把握的綜合比較,統(tǒng)計(jì)分析,也就是說(shuō),它使用正交表從所有的因素來(lái)進(jìn)行考察?？赡艽钆渲幸幌戮吞舫鋈舾杀匦璧膶?shí)驗(yàn),然后再用統(tǒng)計(jì)第三步:選用正交表分析方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合處理,解決問(wèn)題。由于實(shí)選用哪張正交表,一般根據(jù)因素和水平多少以及實(shí)驗(yàn)是整體設(shè)計(jì)的,即要做的實(shí)驗(yàn)是同時(shí)挑好的,因此,只.驗(yàn)工作量大小來(lái)定。例如，每個(gè)因素都有3到4個(gè)因素要人力和設(shè)備許可,這些實(shí)驗(yàn)可以同時(shí)進(jìn)行,大大有利于時(shí),一般用I9(34)?？s短實(shí)驗(yàn)周期,節(jié)約時(shí)間。第四步:表頭設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)法安排實(shí)驗(yàn)方案的步驟:把各個(gè)因素分別放在選用的正交表表頭的適當(dāng)列第一步:明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?確定實(shí)驗(yàn)指標(biāo)上中國(guó)煤化工實(shí)驗(yàn)之前,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,確定這次實(shí)驗(yàn)主要解決第哪一個(gè)或哪幾個(gè)問(wèn)題,針對(duì)-個(gè)或幾個(gè)問(wèn)題確定相應(yīng)的MYHC NMH G,把列中的數(shù)字依次換實(shí)驗(yàn)指標(biāo)。成該因素的實(shí)際水平,最后列成一一個(gè)表。-74-DEM合成實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)王欣目前正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法已在冶金,化工,橡膠,紡織,無(wú)的主要來(lái)源是氯霉素的副產(chǎn)品,含量大約為45%左右，線(xiàn)電,醫(yī)藥衛(wèi)生等方面得到了有效的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)多步萃取精餾之后可達(dá)到99%以上,滿(mǎn)足了市場(chǎng)需2 DEM 合成的介紹求。DEM的來(lái)源主要是氣霉素副產(chǎn)品法,因此,加強(qiáng)開(kāi)發(fā)DEM的生產(chǎn)和應(yīng)用具有十分重要的意義。目前制取2.1概這二乙氧基甲烷(又稱(chēng)DEM,是Diethoxymethane的縮DEM的方法有多種,如二氯甲烷法,二甲亞砜法,氯化鈣寫(xiě))具有獨(dú)特的性質(zhì),不僅可作為有機(jī)合成中的溶劑、電，法，以及酸催化法。根據(jù)前人總結(jié),影響本實(shí)驗(yàn)DEM產(chǎn)池中的溶劑、燃料添加劑等,還可以作為有機(jī)反應(yīng)的試率的因素主要有反應(yīng)時(shí)間,催化劑比例(催化劑占總質(zhì)劑，如乙氧甲基化試劑、甲醛的等價(jià)物、羰基化作用的底量的比)和原料配比(乙醇與甲醛的質(zhì)量比)。物以及乙醇的來(lái)源等。DEM的應(yīng)用主要分為兩大類(lèi):一2.3本實(shí)驗(yàn)合成路線(xiàn)本實(shí)驗(yàn)采用酸催化法來(lái)合成DEM類(lèi)是作為溶劑,另一類(lèi)是作為反應(yīng)試劑。2.2 DEM 合成方法3實(shí)驗(yàn)方法的確定目前,我國(guó)有關(guān)DEM的應(yīng)用報(bào)道較少,我國(guó)DEM根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)法,本實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)如下:表1實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)號(hào)A反應(yīng)時(shí)間min(1)B催化劑比例(2)C原料配比(3)二乙氧基甲含量W%10(1)3%(1)1.2/1(1)5% (2)1.3/1 (2)7% (3)1.4/1 (3)20 (2)1. 3/1(2)1.2/1 (1)30 (3)1. 4/1(3)30(3)4實(shí)驗(yàn)條件R(第1列)=第1列k1 k2 k3中最大的減去最小的R=36.2-33.57 =3.174.1實(shí)驗(yàn)儀器和原料同理可得其他數(shù)據(jù)。R(極差)的大小反映了因素變化時(shí)試驗(yàn)指標(biāo)變化幅度,所以因素的極差越大,就是該因素對(duì)指標(biāo)的影響越大。表2實(shí)驗(yàn)儀器儀器名稱(chēng)用途生產(chǎn)廠(chǎng)家D-8401型合成試驗(yàn)天津市華興多功能攪拌器科學(xué)儀器廠(chǎng)中熱奉SP-6800型數(shù)據(jù)測(cè)定山東魯南氣相色譜儀化工儀器廠(chǎng)圖1試驗(yàn)裝置圖4.2分析儀器及 條件SSC-962色譜數(shù)據(jù)處理上海杉峰儀器.數(shù)據(jù)處理器儀表有限公司SP-6800型氣相色譜儀溫度條件:氣化室120柱溫80C熱導(dǎo)70C橋流表3實(shí)驗(yàn)所 用原料120mA4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及處理溶劑摩爾質(zhì)量含量密度(kg/L)K1(第1列)是A1條件下收率之和K1 =29. 10+計(jì)算示例:無(wú)水乙醇中國(guó)煤化工0.7893甲醛YHCNMHG35.20+36.40=100.7對(duì)甲基苯磺酸190.2299. 5k1(第1列) = 100.7/3 = 33.57-75-北方環(huán)境第24卷 第1期2012年2月表4實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)號(hào)A反應(yīng)時(shí)間min(1)B催化劑比例(2)C原料配比(3)二乙氧基甲含量W%10(1)3%(1)1.2/1(1)29. 1025% (2)1.3/1 (2)35. 207% (3)1.4/1 (3)36. 4020 (2)1.3/1(2)34. 0037.101.2/1 (1)37.4030(3)1.4/1(3)33. 9030 (3)37. 0037.90K100.797103.5總和=318 .108. 5109.3107. 1108.8111.7107.4k]33.5732. 3334.50k36. 1736. 4335. 70k:36. 2737.2335. 802.74.91.3反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響2、各因素變化時(shí),指標(biāo)的變化規(guī)律是:反應(yīng)時(shí)間從10min到20min時(shí),收率升高比較明顯,20min之后升高就不明顯了;催化劑比例從3%到5%時(shí),收率升高比較倉(cāng)36明顯,5%之后升高也不是很明顯了;原料配比從1.2/1到1.3/1時(shí),收率升高較明顯，1.3/1之后升高也是不再02030明顯。反應(yīng)時(shí)間(nin)3 9個(gè)試驗(yàn)中最好的生產(chǎn)條件是A3 B3 C2。最佳反應(yīng)條件的確定:催化劑比例對(duì)產(chǎn)潮的影響建議實(shí)驗(yàn)條件是:反應(yīng)時(shí)間≥20min , 催化劑比例≥3135% ,原料配比為1.3/1。 從減少耗費(fèi)， 提高實(shí)驗(yàn)效率的公3角度出發(fā)，確定A2B3C2應(yīng)是最佳條件，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)_ 34分析可以斷定A2 B3 C2是較高產(chǎn)率,而且省時(shí)省料,是!L比較科學(xué)的最佳的實(shí)驗(yàn)條件。參考文獻(xiàn)催化劑比例(%)[1]朱紹忠,鄧大中.應(yīng)用化學(xué)手冊(cè).上海科學(xué)技術(shù)出版社,341.原料配比對(duì)產(chǎn)率的能響[2]大學(xué)化學(xué)手冊(cè).山東科學(xué)技術(shù)出版社,1985:157.[3]顧正桂,章高鍵化學(xué)工程[J],1995 ,23(5):66 -72.[4]顧正桂,林軍,司玲.化學(xué)工程與工程[J],1996,13(1):35 -39.34[5]顧正桂,嚴(yán)海琳,司玲南京師范大學(xué)學(xué)報(bào)[J] ,002,25(4);:30-34.1.15 1.2 1.2 1.3 1.35 1.4 1. 4[6]顧正桂,司玲,林軍。吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)[J] ,002,19(3);:7-原料配比0.[7]姜華,鄭英峨,趙維彭，高校化學(xué)工程學(xué)報(bào)[]99.8(2);17 -圖2三個(gè)因素對(duì)產(chǎn)率 的影響23.5實(shí)驗(yàn)結(jié)論[8]馬沛生,石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè),化學(xué)工業(yè)出版社,993:3.[9]斯坦利M.瓦拉斯,化工相平衡，中國(guó)石化出版社,997. .通過(guò)對(duì)這9個(gè)實(shí)驗(yàn)得分析得到結(jié)論:1、三個(gè)因素中催化劑比例是主要因素,反應(yīng)時(shí)間是[10]管?chē)?guó)鋒主編化工原理.化學(xué)工業(yè)出版社收稿中國(guó)煤化工次之,溶劑比最次。作者YH ;C N M H G建工程師,主要研究方向它們的主次順序是:催化劑比例反映時(shí)間原料配為大氣、固廢污染控制.比。-76-