DEM合成实验的优化设计

北方环境第24卷 第1期2012年2月DEM合成实验的优化设计王欣(徐州市环境保护科学研究所,江苏221000)商要: 正交实验法就是一种研究多因子实验问题的重要数学方法，目前已在冶金,化工,橡胶，纺织,无线电,医药卫生等方面得到了广泛的应用。根据前人的试验总结出影响DEM合成产率的因素主要有反应时间,催化剂比例和原料配比。本文采用三因素三阶梯的正交表设计了的DEM合成实验方案,并根据该方案进行了9组实验(每组均包含2-3次平行实验)。由实验结果并根据正交实验的统计分析方法,分析了上述三因素对DEM产品含量的影响,确定了主要影响因素,并得到了最佳反应条件。关键词: DEM(二乙氧基甲烷); 合成;正交实验;最优条件中图分类号:X783文献标识码:A文章编号: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 实验法介绍第二步:挑因素选水平正交实验法就是一-种 研究多因子实验问题的重要数实验指标确定以后,就要分析影响这几个指标的各学方法。它主要使用正交表这一-工具来进行整体设计,种因素,挑选那些对指标可能影响较大但又没有把握的综合比较,统计分析,也就是说,它使用正交表从所有的因素来进行考察。可能搭配中一下就挑出若干必需的实验,然后再用统计第三步:选用正交表分析方法对实验结果进行综合处理,解决问题。由于实选用哪张正交表,一般根据因素和水平多少以及实验是整体设计的,即要做的实验是同时挑好的,因此,只.验工作量大小来定。例如，每个因素都有3到4个因素要人力和设备许可,这些实验可以同时进行,大大有利于时,一般用I9(34)。缩短实验周期,节约时间。第四步:表头设计正交实验法安排实验方案的步骤:把各个因素分别放在选用的正交表表头的适当列第一步:明确实验目的,确定实验指标上中国煤化工实验之前,应根据实际情况,确定这次实验主要解决第哪一个或哪几个问题,针对-个或几个问题确定相应的MYHC NMH G,把列中的数字依次换实验指标。成该因素的实际水平,最后列成一一个表。-74-DEM合成实验的优化设计王欣目前正交实验设计法已在冶金,化工,橡胶,纺织,无的主要来源是氯霉素的副产品,含量大约为45%左右，线电,医药卫生等方面得到了有效的应用。经过多步萃取精馏之后可达到99%以上,满足了市场需2 DEM 合成的介绍求。DEM的来源主要是氣霉素副产品法,因此,加强开发DEM的生产和应用具有十分重要的意义。目前制取2.1概这二乙氧基甲烷(又称DEM,是Diethoxymethane的缩DEM的方法有多种,如二氯甲烷法,二甲亚砜法,氯化钙写)具有独特的性质,不仅可作为有机合成中的溶剂、电，法，以及酸催化法。根据前人总结,影响本实验DEM产池中的溶剂、燃料添加剂等,还可以作为有机反应的试率的因素主要有反应时间,催化剂比例(催化剂占总质剂，如乙氧甲基化试剂、甲醛的等价物、羰基化作用的底量的比)和原料配比(乙醇与甲醛的质量比)。物以及乙醇的来源等。DEM的应用主要分为两大类:一2.3本实验合成路线本实验采用酸催化法来合成DEM类是作为溶剂,另一类是作为反应试剂。2.2 DEM 合成方法3实验方法的确定目前,我国有关DEM的应用报道较少,我国DEM根据正交实验法,本实验的方案设计如下:表1实验方案实验号A反应时间min(1)B催化剂比例(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实验条件R(第1列)=第1列k1 k2 k3中最大的减去最小的R=36.2-33.57 =3.174.1实验仪器和原料同理可得其他数据。R(极差)的大小反映了因素变化时试验指标变化幅度,所以因素的极差越大,就是该因素对指标的影响越大。表2实验仪器仪器名称用途生产厂家D-8401型合成试验天津市华兴多功能搅拌器科学仪器厂中热奉SP-6800型数据测定山东鲁南气相色谱仪化工仪器厂图1试验装置图4.2分析仪器及 条件SSC-962色谱数据处理上海杉峰仪器.数据处理器仪表有限公司SP-6800型气相色谱仪温度条件:气化室120柱温80C热导70C桥流表3实验所 用原料120mA4.3实验结果及处理溶剂摩尔质量含量密度(kg/L)K1(第1列)是A1条件下收率之和K1 =29. 10+计算示例:无水乙醇中国煤化工0.7893甲醛YHCNMHG35.20+36.40=100.7对甲基苯磺酸190.2299. 5k1(第1列) = 100.7/3 = 33.57-75-北方环境第24卷 第1期2012年2月表4实验结果实验号A反应时间min(1)B催化剂比例(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总和=318 .108. 5109.3107. 1108.8111.7107.4k]33.5732. 3334.50k36. 1736. 4335. 70k:36. 2737.2335. 802.74.91.3反应时间对产率的影响2、各因素变化时,指标的变化规律是:反应时间从10min到20min时,收率升高比较明显,20min之后升高就不明显了;催化剂比例从3%到5%时,收率升高比较仓36明显,5%之后升高也不是很明显了;原料配比从1.2/1到1.3/1时,收率升高较明显，1.3/1之后升高也是不再02030明显。反应时间(nin)3 9个试验中最好的生产条件是A3 B3 C2。最佳反应条件的确定:催化剂比例对产潮的影响建议实验条件是:反应时间≥20min , 催化剂比例≥3135% ,原料配比为1.3/1。 从减少耗费， 提高实验效率的公3角度出发，确定A2B3C2应是最佳条件，根据实验数据_ 34分析可以断定A2 B3 C2是较高产率,而且省时省料,是!L比较科学的最佳的实验条件。参考文献催化剂比例(%)[1]朱绍忠,邓大中.应用化学手册.上海科学技术出版社,341.原料配比对产率的能响[2]大学化学手册.山东科学技术出版社,1985:157.[3]顾正桂,章高键化学工程[J],1995 ,23(5):66 -72.[4]顾正桂,林军,司玲.化学工程与工程[J],1996,13(1):35 -39.34[5]顾正桂,严海琳,司玲南京师范大学学报[J] ,002,25(4);:30-34.1.15 1.2 1.2 1.3 1.35 1.4 1. 4[6]顾正桂,司玲,林军。吉林化工学院学报[J] ,002,19(3);:7-原料配比0.[7]姜华,郑英峨,赵维彭，高校化学工程学报[]99.8(2);17 -图2三个因素对产率 的影响23.5实验结论[8]马沛生,石油化工基础数据手册,化学工业出版社,993:3.[9]斯坦利M.瓦拉斯,化工相平衡，中国石化出版社,997. .通过对这9个实验得分析得到结论:1、三个因素中催化剂比例是主要因素,反应时间是[10]管国锋主编化工原理.化学工业出版社收稿中国煤化工次之,溶剂比最次。作者YH ;C N M H G建工程师,主要研究方向它们的主次顺序是:催化剂比例反映时间原料配为大气、固废污染控制.比。-76-