正交试验设计案例分析

《正交试验设计案例分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《正交试验设计案例分析（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、正交试验设计案例分析正交实验设计案例分析45120611 戴杰摘要：正交实验设计法在工业生产中具有广阔的应用领域，但 由于推广不够，在实践少有应用，除了观念上的影响外，对操 作方法的疑惑和不熟悉，也是重要因素。我们小组选取了两个 典型案例，对正交实验设计法的操作方法和步骤进行了介绍。 正交实验设计法在工业生产中具有广阔的应用领域。作为一种科 学的实验方法，它以投资少、易操作见效快的特点而为人们所关注， 在已经试点过的单位都不同程度地取得了明显效果，受到企业的普遍 欢迎。正交实验设计法虽然已经取得了骄人的业绩，但它的推广并不 普遍。原因主要是许多企业科学意识差，对正交法缺乏正确认识，不 懂操作程

2、序，甚至怕麻烦。鉴于此，我们选择了两个典型案例，对正 交法的应用程序和方法做出了说明。一、双氰胺生产工艺的优化研究1.1 立项背景山西省双氰胺厂。 1989 年引进技术，设计能力为年产双氰胺 500t，1990 年投产，1991年全年生产双氰胺300t。虽然当时双氰胺出厂价为15000 元/t，市场供不应求，但由于该企业产量达不到设计能力，成本很高，年亏损 30 多万元，企 业处于非常困难的境地。1.2 经诊断发现的问题（1）双氰胺的主要原材料质量差，有效含氮量低。调查结果：石 灰氮最好是一级品占一半，其余为二级品以下。石灰氮产品的行业标准（有效含氮量） 是：优级品 =20% ，一级品18%

3、，二级品17% ，次品17%。经 过对比，该厂石灰氮有效含氮量低，是双氰胺消耗高、成本高、产量 低的主要原因。（2）石灰窑 CO2 气体浓度太低且很不稳定，是制约双氰胺生产的关键因素。经调查发现，C02气体浓度一般在17%以下，有时12%左右，致使双氰 胺车间第一道工序（即水解工序）脱钙速度慢、时间长，是制约双氰胺产量的关键。（3）双氰胺的生产工艺影响因素多，优化潜力大。经分析认为： 水解投料量、水解pH值、聚合工序的聚合温度、聚合pH值、结晶温度等因素，均对产 品质量和消耗有影响。多因素影响正好适用正交法。1.3正交法在各生产车间的应用及效果（1）提高白灰窑 C02 气体浓度的正交实验。经调

4、查，投入的煤 和石头的比例是由人工估计的，并不计量，每天加料总量和分配的层 次随意性很大。由于没有固定的工艺标准，C02 气体浓度既不可能稳定，生产效果也不可能提高。故采取了 以下措施：一是安装地磅，投入的煤和石头要求过磅计量；二是实施正交优化。经计算，石灰窑优化方案的因素水平及实验结果（选用L9（3人4） 正交表安排实验）分别如表1、表 2所示。因素水平表1表水煤石投料量t次投料层次（/1:0.15.1:0.11:0.32 表实验结果表方实验结CO投料层次（B投料量（CA煤石班班浓度26.1:0.128.1:0.11:0.227.5.28.1:0.15.1:0.130.1:0.25.29.4

5、7671:0.1429.288630.41:0.17691:0.20932.229.128.127.5K1 平均值:因素主次 C29.8B , 29.432.1A，平均值 K2优水平:29.730.630K3 平均值 Rj1.7 3.13C3 ,B2,A31:0.17煤石比为A。化方案为A2B3C3即，料量为6t/次，加料 加经计算分析，显然优12料层次为。经进一步优化，加/d 9层次为次 次38%气体浓度达/d,使二氧化碳。实验。经过对氮化车间2()提 高石灰氮有效含氮量和产量的正交台沉降炉产出成3连厚，在两层 3cm 的，每层品状况分析和操作情况分析，我们发 现成品不均匀，一层一层接处质量

6、好，而在两工人操作，电石在上端有加层之间质量疏松， 经化验有效含氮量低。 80 摄氏度时，待炉温降低由于冷料加入，炉 温逐步下降，连续加料料机均匀撒于料面， 。 3cm 才停止加料，致使 料层厚度超过析：连续加料时间太长，使得料层太厚，从上面的操作 过程分在停止加料后，氮气与电石进行氮化反应，CaCN2于氮化反 应是一个放热由反应，炉温慢慢升高，当再回生成炉温降低摄氏度重 新加料，又是厚厚一层，900 80 摄氏度才停止加料。这样就造成停止 到内部反应不易，于料层厚，氮气深入由，CACN2加料后，氮气与料 层表面接触，反应生成低。由于找准了石灰氮质量充分，造成质量差， 而且反应慢，产量也因此两

7、层中间氮化不20 的温差由正交优化方案制 定如下：首先把加料前后差和产量低的原因，摄氏度降低为80 反应， 和氮气能充CaC2是为了减少一次加料的数量和这)，摄氏度以内(越 低越好厚度使分所示。4、表3实验结果分别如表质量，又可促进产量提高。其因素水平及既可提高产品表 3 因素水平表后来安装了自动控制加料装置，可把温差控制在10摄氏度以下，使CaCN2质量大幅度提 高。9个方案均达到优级品，从极差大小来看，其他因素影响不大。当按优化方案生产后，有 效含氮量稳定在22%23%，100%为优级品。（3）双氰胺生产工艺的正交优化。双氰胺工序正交试验，主要是 降低消耗，提高产量。考察指标只计产量，其因

8、素水平及实验结果（选用L8（2人7 ）正 交表）分别如表5、表 6所示。表 5因素水平表因素水平聚合温度（摄氏 kg）pH 值 pH 水解值投料量（聚合度）9.57210.5800190011 75102表 6试验结果表反应，故料液温度升高。本来水解工序料液温度应低于70弋，如果达 到聚合温度，会提前生成双氰胺，过滤过程将把生成的双氰胺滤到废 渣中丢弃，使消耗高、产量低、温度高，将生成的大量氨气排放到空 气中，造成损失。因此，除优化生产条件外，应着重控制加料速度的 均匀性，保持料液温度低于60弋。这样按优化方案操作，使每t双氰 胺消耗石灰氮由6.5t降至4t以下。石灰氮售价2000元/t，双氰

9、胺成 本下降约5000元/t。（4）经济效益分析。由于 CO2 气浓度提高，产量增加 1/3，石 灰氮有效含氮量的提高可使双氰胺的石灰氮耗量大幅度下降。2 八水钡生产工艺的优化及一水钡的开发研究2.1 立项背景1995年，榆次钡盐厂月产八水钡不足70t,投产近两年亏损约90多万元。该项目投产后只能生产八水钡，消耗极大，成本很高，企业亏损严重。2.2 发现问题(1)毒重石煅烧工艺问题最大。主要有以下几点：一是煅烧温度 和恒温时间不确定，工人凭经验操作；二是煅烧罐煅烧过程中破裂严重，高温情况下 空气进入，熟料变色提取不出八水钡；三是矿石粒度大，熟料中仍有 大量 BaCO3 矿石颗粒。该工序是该厂生

10、产工艺的关键工序， BaCO3 矿石不能很好地转化为BaO,产品无法生产出来。当时生产1t八水钡， 需矿石5t以上，试产时曾用20t矿石生产出1t八水钡，每t矿石从四 川运到山西，进厂费用300 元/t以上，造成企业亏损。(2) 浸取工序中成品和废渣分离不彻底，仅废渣中带走的成品约 占 1/3。杂质经常超标。BaCO3 )成品中杂质含量高，3(.2.3 科研课题组采取的措施(1) 在浸取过滤工序中增加真空过滤装置，收回大量成品；(2) 改自然结晶为真空结晶，提高结晶效率和产品质量；(3) 配料中增加添加剂，有效解决因热胀造成煅烧罐大量破裂的 问题；(4) 针对煅烧转化率极低的难题，用正交试验法

11、找出最佳工艺参 数。2.4 毒重石煅烧提高转化率的正交试验 为了找到最佳恒温湿度，工厂专门建小型试验窑一座，经摸索发现恒温温度在1100至1150 摄氏度范围，转化率有保证，故以下试验把恒温温度作为固 定因素。试验 1、试验 2、试验 3 的结果分别见表7、表 8、表 9。试 验 1 考察了恒温时间、保温措施、添加剂对转化率的影响。该试验告 诉我们，恒温时间长些好，在保温措施下增加添加剂有明显效果，转 化率有较大幅度提高，原生产记录转化率均在40%以下。试验 2 考察了 恒温时间、矿石粒度、还原剂配比对转化率的影响。该试验清楚地告 诉我们，恒温时间长些好，分开粒度煅烧效果显著，转化率大幅上升， 原来加17%的还原剂煤比例偏高，不仅浪费煤，效果也不好。试验3为固定恒温温度（固定恒温时间36h ），有保温措施，重点考察 矿石粒度、添加剂配比、还原剂配比对转化率的影响。表7实验 1结果表表9实验 3结果表情况下，产量翻一翻，后稍加技改，月产量就由原70t增加到300多t,企业每年实现利 税100 万元以上。从案例可以看出，正交实验设计法，简便易行，易学好懂，是迅 速提高企业经济效益的有效途径。希望企业管理者们能够转变观念，树立科学意识，从 推广正交实验设计法入手，水平。全面提高企业的科技