正交實驗設(shè)計案例分析

《正交實驗設(shè)計案例分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。

1、正交實驗設(shè)計案例分析45120611戴杰摘要：正交實驗設(shè)計法在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，但由于推廣不夠，在實踐少有應(yīng)用，除了觀念上的影響外，對操作方法的疑惑和不熟悉，也是重要因素。我們小組選取了兩個典型案例，對正交實驗設(shè)計法的操作方法和步驟進行了介紹。正交實驗設(shè)計法在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。作為一種科學(xué)的實驗方法，它以投資少、易操作見效快的特點而為人們所關(guān)注，在已經(jīng)試點過的單位都不同程度地取得了明顯效果，受到企業(yè)的普遍歡迎。正交實驗設(shè)計法雖然已經(jīng)取得了驕人的業(yè)績，但它的推廣并不普遍。原因主要是許多企業(yè)科學(xué)意識差，對正交法缺乏正確認識，不懂操作程序，甚至怕麻煩。鑒

2、于此，我們選擇了兩個典型案例，對正交法的應(yīng)用程序和方法做出了說明。一、雙氰胺生產(chǎn)工藝的優(yōu)化研究1.1立項背景山西省雙氰胺廠。1989年引進技術(shù)，設(shè)計能力為年產(chǎn)雙氰胺500t，1990年投產(chǎn)，1991年全年生產(chǎn)雙氰胺300t。雖然當(dāng)時雙氰胺出廠價為15000元/t，市場供不應(yīng)求，但由于該企業(yè)產(chǎn)量達不到設(shè)計能力，成本很高，年虧損30多萬元，企業(yè)處于非常困難的境地。1.2經(jīng)診斷發(fā)現(xiàn)的問題（1）雙氰胺的主要原材料質(zhì)量差，有效含氮量低。調(diào)查結(jié)果：石灰氮最好是一級品占一半，其余為二級品以下。石灰氮產(chǎn)品的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（有效含氮量）是：優(yōu)級品>=20%，一級品>18%，二級品>17%，次品<

3、17%。經(jīng)過對比，該廠石灰氮有效含氮量低，是雙氰胺消耗高、成本高、產(chǎn)量低的主要原因。（2）石灰窯CO2氣體濃度太低且很不穩(wěn)定，是制約雙氰胺生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，CO2氣體濃度一般在17%以下，有時12%左右，致使雙氰胺車間第一道工序（即水解工序）脫鈣速度慢、時間長，是制約雙氰胺產(chǎn)量的關(guān)鍵。（3）雙氰胺的生產(chǎn)工藝影響因素多，優(yōu)化潛力大。經(jīng)分析認為：水解投料量、水解pH值、聚合工序的聚合溫度、聚合pH值、結(jié)晶溫度等因素，均對產(chǎn)品質(zhì)量和消耗有影響。多因素影響正好適用正交法。1.3正交法在各生產(chǎn)車間的應(yīng)用及效果（1）提高白灰窯CO2氣體濃度的正交實驗。經(jīng)調(diào)查，投入的煤和石頭

4、的比例是由人工估計的，并不計量，每天加料總量和分配的層次隨意性很大。由于沒有固定的工藝標(biāo)準(zhǔn)，CO2氣體濃度既不可能穩(wěn)定，生產(chǎn)效果也不可能提高。故采取了以下措施：一是安裝地磅，投入的煤和石頭要求過磅計量；二是實施正交優(yōu)化。經(jīng)計算，石灰窯優(yōu)化方案的因素水平及實驗結(jié)果（選用L9(3^4)正交表安排實驗）分別如表1、表2所示。表1因素水平表水平因素煤石比投料量（t/次）投料層次（次/d）11:0.145721:0.175.5831:0.269表2實驗結(jié)果表方案因素A煤石比B投料量（次班）C投料層次（次班）實驗結(jié)果CO2濃度（%）11:0.145926.421:0.175728.7

5、31:0.205827.441:0.145.5828.651:0.175.5930.161:0.205.5729.471:0.146729.281:0.176830.491:0.206932.2K1平均值28.127.529.1因素主次:B，C，A優(yōu)水平:A3，B2，C3K2平均值29.829.432.1K3平均值29.730.630Rj1.73.13經(jīng)計算分析，顯然優(yōu)化方案為A2B3C3。即A煤石比為1:0.17，加料量為6t/次，加料層次為9次/d。經(jīng)進一步優(yōu)化，加料層次為12次/d，使二氧化碳氣體濃度達38%。（2）提高石灰氮有效含氮量和產(chǎn)量的正交實驗。經(jīng)過對氮化車

6、間3臺沉降爐產(chǎn)出成品狀況分析和操作情況分析，我們發(fā)現(xiàn)成品不均勻，一層一層的，每層3cm厚，在兩層連接處質(zhì)量好，而在兩層之間質(zhì)量疏松，經(jīng)化驗有效含氮量低。工人操作，電石在上端有加料機均勻撒于料面，由于冷料加入，爐溫逐步下降，連續(xù)加料，待爐溫降低80攝氏度時，才停止加料，致使料層厚度超過3cm。從上面的操作過程分析：連續(xù)加料時間太長，使得料層太厚，在停止加料后，氮氣與電石進行氮化反應(yīng)，生成CaCN2，由于氮化反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，爐溫慢慢升高，當(dāng)再回到900攝氏度重新加料，又是厚厚一層，爐溫降低80攝氏度才停止加料。這樣就造成停止加料后，氮氣與料層表面接觸，反應(yīng)生成CACN2，

7、由于料層厚，氮氣深入內(nèi)部反應(yīng)不易，因此兩層中間氮化不充分，造成質(zhì)量差，而且反應(yīng)慢，產(chǎn)量也低。由于找準(zhǔn)了石灰氮質(zhì)量差和產(chǎn)量低的原因，正交優(yōu)化方案制定如下：首先把加料前后的溫差由80攝氏度降低為20攝氏度以內(nèi)（越低越好），這是為了減少一次加料的數(shù)量和厚度使CaC2和氮氣能充分反應(yīng)，既可提高產(chǎn)品質(zhì)量，又可促進產(chǎn)量提高。其因素水平及實驗結(jié)果分別如表3、表4所示。表3因素水平表水平因素加料溫度A（攝氏度）進口氮壓（mmH2O）螢石比例（%）回爐料比例D（%）1860301.01.02880401.51.53900502.020表4實驗結(jié)