实验3 正交试验法在过滤研究实验中的应用
正交实验的原理应用
正交实验的原理应用正交实验（Orthogonal experiment）是一种通过在各个试验条件上进行全面系统且彼此独立的设计和排列试验，以获取最大化信息的试验方法。
该方法既能减少试验次数，又能得到准确的统计结果，被广泛应用于工程、科学、管理和医药等领域。
正交实验的原理是基于多因素多水平的统计方法。
试验中的多个因素是一个系统中的相互作用因素，通过对每个因素设计多个水平进行试验，可以得到不同水平下因素之间的关系。
而正交实验的排列设计能够使得每个因素的每个水平在试验中均匀分布，将不同的水平组合起来进行试验，从而减少冗余试验次数，提高实验效率。
1.产品设计：在产品设计中，正交实验能通过全面探索不同因素之间的相互关系，找到最优的设计方案。
通过对产品的多个参数进行多水平设计，可以确定最佳组合，从而提高产品的性能和质量，并降低成本。
2.工程管理：在工程管理中，正交实验可以帮助确定最佳的资源配置和进度安排。
通过考虑不同的因素如人员、设备、时间等的组合和配比，可以找到最优的方案，提高工程效率和质量。
3.制造过程优化：在制造过程中，正交实验可以辅助确定不同因素对产品质量的影响程度，以及最佳参数设置。
通过对尺寸、材料、工艺等多个因素进行正交实验，可以找到最佳的组合，确保产品的一致性和可靠性。
4.医药研发：在医药研发中，正交实验可以辅助确定不同因素对药物疗效的影响，并确定最佳的配方和用量。
通过对不同药物成分、剂型、剂量等因素进行正交实验，可以找到最佳的组合，提高药物的疗效和安全性。
5.营销策略：在市场营销中，正交实验可以辅助确定不同因素对市场反应的影响，以及最佳策略的制定。
通过对产品特性、价格、促销等因素进行正交实验，可以找到最佳的组合，提高市场份额和盈利能力。
总之，正交实验作为一种全面且高效的试验方法，可以应用到各个领域中。
通过对多个因素进行全面的探索和分析，可以帮助决策者找到最佳的方案和决策，提高工作效率和质量。
实验三 ：过滤综合实验
实验三 过滤综合实验—— 恒压（板框）过滤实验本实验设备由过滤板、过滤框、旋涡泵等组成，是一种小型的工业用板框过滤机。
本套装置可进行设计型、研究型、综合型实验。
由于设备接近工业生产状况，通过实验可培养学生的工程观念、实验研究能力、设计能力以及解决生产实际问题的能力。
一、实验任务根据教学大纲要求和各实验小组的准备情况，从下列实验任务中选择其中1-2项实验。
1.测定恒压过滤参数K 和过滤介质参数qe 、θe ；2．改变压力，测定滤饼压缩性指数S 和滤饼物料特性常数k ； 3.研究不同过滤压力对过滤机生产能力的影响；4．研究在相同压力下，不同滤浆浓度对过滤机生产能力的影响。
二、实验基本原理滤饼过滤是液体通过滤渣层（过滤介质与滤饼）的流动。
无论是生产工艺还是工艺设计，过滤速率的计算都要有“过滤常数”作依据。
由于滤渣厚度随着时间而增加，所以，恒压过滤速度随着时间而降低。
不同物料形成的悬浮液，其过滤常数差别很大，即使是同一种物料，由于浓度不同，滤浆温度不同，其过滤常数也不尽相同，故要有可靠的实验数据作参考。
根据恒压过滤方程: ()()e e K q q θθ+=+2(1)式中: q ─ 单位过滤面积获得的滤液体积 [ m 3/m 2] e q ─ 单位过滤面积的虚拟滤液体积 [ m 3/m 2] θ ─ 实际过滤时间 [ s ] e θ ─ 虚拟过滤时间 [ s ] K ─ 过滤常数 [ m 2/s ] 将(1)式微分可得:e q Kq K dq d 22+=θ （2） 当各数据点的时间间隔不大时，dq d θ 可以用增量之比 q∆∆θ来代替，即： e q Kq K q 22+=∆∆θ （3） 上式为一直线方程。
试验时，在恒压下过滤要测定的悬浮液，测出过滤时间θ及滤液累计量q 的数据，在直角坐标纸上标绘q ∆∆θ 对 q 的关系，所得直线斜率为 K2，截距为 e q K 2，从而求出 K 和 e q 。
e θ 由下式得: e e K q θ=2（4）过滤常数的定义式:s p k K -∆=12 （5）两边取对数: ()()()k Lg p Lg s LgK 21+∆-= （6） 因过滤料液一定，压缩性指数 s ＝常数，cr k 01μ=＝常数，故K 与△P 的关系，在双对数坐标上标绘的是一条直线。
正交试验法在袋式高效空气过滤器设计中的应用
测试 结 果 的分 析 ．根 据 相 应指 标 ｆ 验 需 要 考 查 试 的结 果）得 出最 优 结 构 尺 寸 。采 用正 交 试 验 设计 方法 能 够达 到试 验 目的 就 空 气过 滤器 结 构 本身 而 言 ．影 响空 气过 滤 器效 率 和 阻力 的最 直接 因 素 是过 滤材 料 、过 滤 面积 和 过 滤风 速 ，当试 验所 用
维普资讯
东华 大学环 境科 学与工程 学 院
聂雪 丽 曹家枞
文
摘
在 一种 低 阻 高效过 滤 器 的试 验研 究 中 ．根 据技 术 指标 提 出 了几种规 格 ；利 用 正
史试验 方 法设计 了试验 ．以提 高试验 效 率 ，保证 试 验 结果的合 理 性 。
１ 前 言
随着环 境 污染 的 日益 严 重和 人 们环 境 意识 的 加强 ， 空气 质量 已成为 人们关 注 的焦点之一 。现 在 人们认 识到高效 空气 过滤器 不仅要 保护 机械设 备 ，
本 实 验研 究 的对 象 是 一种 新 型 的高效 空 气 过
滤器 ，为无 隔板 过滤 器 。该 过 滤 器设 计 出 发点 是
近几 十年来 ．空 气 过滤 器 结构 设 计 取得 了显
验 问题 的 重要数 学 方法 ，主 要使 用正 交表 进行 整 体设 计 、综 合 比较 、统 计 分 析 。具体 地说 ，也 就
是利 用正 交 表从 所 有 可 能搭 配 中挑 出若 干 必需 的
试 验 ，然后 再 用 统计 分 析方 法 对 试验 结 果进 行综 合处 理 ，选 出最 优 因子 和水 平 ｌ 。本 试验 最 终 ２ Ｉ
还要保 护产品 的洁净度 。因此 ． 高效 空气过 滤器 的
正交设计方法在化学反应中的应用研究
正交设计方法在化学反应中的应用研究随着化学合成技术的不断发展，研究人员对反应设计、反应优化等方面的需求也越来越迫切。
而正交设计方法作为一种高效的实验方法，在化学反应研究中发挥了重要的作用。
一、正交设计的概念和原理正交设计是一种设计实验的方法，其基本思想是在一定数量的试验条件下，利用正交性质将实验条件进行有序组合，通过分析实验结果，得出各条件对反应的影响及影响程度。
正交设计可以减少试验次数，同时有效地提高实验结果的可靠性和科学性。
在正交设计方法中，正交表是一个非常重要的工具。
正交表是一个方阵，其中每一行代表一个试验条件，每一列代表某一因素的不同水平。
通过正交表的排列组合，可以构建出一组符合正交性质的试验条件，从而进行实验。
二、正交设计在化学反应中的应用1. 反应条件的筛选在化学反应中，反应条件的选择对于反应结果的影响非常大。
正交设计的方法可以帮助研究人员进行反应条件的有序筛选。
例如，在某种反应体系中，研究人员可以通过正交设计方法，将反应温度、反应时间、反应物浓度等反应条件进行组合，从而得到一组符合正交性质的实验条件。
通过对实验结果的分析，研究人员可以很快确定影响反应结果的主要因素，并进一步优化反应条件。
2. 反应机理的研究通过正交设计方法，可以设计多组有机反应的实验条件。
在实验过程中，可以进一步对实验结果进行分析，得出反应机理及反应通道，这对于深入了解反应机理及反应过程极为重要。
同时，通过正交设计的方法，可以组合出多种反应条件，同时能够较好的减少实验设计中的干扰，提高结果可靠性。
3. 催化剂的筛选在催化反应中，选择合适的催化剂是非常重要的。
正交设计方法可以将催化剂的不同特性进行有序组合，从而对不同的催化剂进行比较。
通过对实验结果的分析，可以确定哪种催化剂具有更好的催化效果。
三、正交设计的优缺点优点：1. 优化实验设计，减少试验次数。
2. 可以有效地筛选反应条件，提高反应产率。
3. 可以帮助研究人员深入了解反应机理及反应过程。
正交实验的原理应用
正交实验的原理应用1. 引言正交实验是一种常用的实验设计方法，其原理是通过选择一组不相关的因素进行测试，以确定不同因素对实验结果的影响程度。
正交实验可以提高实验的效率，减少实验次数，同时也能有效地分析因素之间的相互作用。
2. 正交实验的原理2.1 正交实验的定义正交实验是一种系统地排列实验因素和水平的方法，通过对每个因素进行组合和配对，以获得最小的误差均方和，从而确定各因素对应试验的结果的影响程度。
2.2 正交表的应用正交表是进行正交实验的工具，它可以帮助设计者选择合适的实验方案，减少试验次数，同时能够较好地探索因素之间的相互作用。
常见的正交表包括OA （Orthogonal Array）、OB（Balanced Incomplete Block Design）等。
2.3 正交实验的优势正交实验在实验设计中具有以下优势： - 高效性：通过正交表选择与目标相关的因素进行测试，可以减少实验次数，节省时间和资源。
- 统计性：正交实验考虑不同因素的相互作用，能够提供系统性的数据分析，帮助研究者理解因素之间的关系。
- 可重复性：由于正交实验是一种系统的实验设计方法，其结果可以被其他研究者重复验证，提高实验的可信度。
3. 正交实验的应用场景3.1 工程设计在工程设计中，正交实验可以用于确定影响系统性能的关键因素。
通过选择适当的因素和水平进行正交实验，可以分析不同因素对系统性能的影响程度，从而确定最佳的设计方案。
3.2 食品工业在食品工业的产品研发中，正交实验可以用于确定原料成分、加工工艺等因素对产品质量的影响。
借助正交实验，可以进行系统性的试验，分析不同因素的相互作用，优化产品配方和生产工艺。
3.3 医学研究医学研究中常常需要进行试验以验证新药物的疗效和副作用。
正交实验可以帮助研究者确定试验的因素和水平，降低试验次数和资源消耗，同时也能够考虑不同因素之间的相互作用，提高试验的可靠性和实用性。
4. 正交实验的设计步骤进行正交实验时，一般可以按照以下步骤进行： 1. 确定实验目标和因素：明确实验的目的和需要考察的因素，如产品质量、工艺参数等。
正交试验设计及其应用
正交试验设计及其应用正交试验设计是一种常用于实验研究的设计方法，通过合理地选择试验因素，确定不同水平的组合，并根据正交表的设计原理，使得各个试验因素对试验结果的影响相互独立，从而有效提高实验效率。
正交试验设计广泛应用于工程、科学和统计学等领域，具有较高的实用价值。
正交试验设计的核心是正交表。
正交表是按照特定规则构造的由一系列因素水平组成的表格，保证各个因素对试验结果的影响相互独立。
正交表可以通过数学方法或者计算机程序生成。
常见的正交表包括正交四因素表、正交八因素表等，不同的正交表适用于不同的试验设计需求。
正交试验设计的主要应用之一是优化工程设计。
在工程设计中，需要确定各个设计因素对产品性能的影响程度，并在保障产品质量的前提下，寻找最佳的设计方案。
通过正交试验设计，可以在较小的试验次数下，全面地测试各个设计因素及其水平，分析其对产品性能的影响，从而确定最佳设计方案。
正交试验设计还可以通过分析试验样本数据，建立数学模型，进一步优化产品设计。
正交试验设计还可应用于药物研发领域。
在药物研发中，需要确定药物成分、剂型、工艺参数等因素对药物性能的影响，以及它们之间的相互作用。
通过正交试验设计，可以系统地研究各个因素的影响，并确定最佳的组合方案，以提高药物的疗效和稳定性。
此外，正交试验设计还可以应用于社会科学研究。
在社会科学中，往往存在多个影响因素，这些因素之间可能存在复杂的相互作用关系。
通过正交试验设计，可以确保各个因素的影响相互独立，减少干扰因素的影响，从而更加准确地分析各个因素的作用和相互关系。
正交试验设计在市场调查、心理学实验等领域有很好的应用效果。
总之，正交试验设计作为一种高效、可靠的实验设计方法，被广泛应用于不同领域。
通过合理选择试验因素和利用正交表进行试验设计，可以最大程度地提高实验效率，准确分析各个因素的作用和相互关系，为决策提供科学依据，为实际问题的解决提供有效支持。
4正交试验法在过滤研究实验中的应用
4正交试验法在过滤研究实验中的应用正交试验法（orthogonal experiment design）是一种用于确定多个因素对实验结果影响的统计实验设计方法。
它通过精确控制变量之间的相互作用，减少实验次数，提高实验效率，使得研究人员能够在有限实验次数下，全面了解因素对结果的影响。
在过滤研究中，正交试验法也被广泛应用。
过滤研究的目标是通过调整过滤条件，使得被过滤物质达到理想的分离效果或净化效果。
因此，探究影响过滤效果的各种因素，如滤料种类、滤料颗粒大小、滤速、温度等，对于优化过滤过程至关重要。
正交试验法能够帮助研究人员系统地研究这些因素，并确定其对过滤效果的影响程度。
首先，正交试验法可以帮助确定关键的过滤因素。
通过设计正交表，可以同时考虑多个因素及其相互作用，从而识别出对过滤效果影响最大的因素。
通过对这些因素进行实验，并利用统计分析方法，可以确定每个因素的主要影响程度。
这样，研究人员可以有针对性地进行优化设计，选择最合适的过滤条件。
其次，正交试验法可以优化过滤条件。
通过正交试验法，可以确定多个因素对过滤效果的影响程度，进而确定最优的因素水平组合。
通过实验数据的处理和分析，在正交表中找到最优因素水平组合，从而获得最佳的过滤效果。
这种方法可以避免盲目试验，减少试验次数，提高实验效率。
此外，正交试验法还能够识别各因素之间的相互作用。
在实际过滤研究中，不同因素之间可能存在着相互作用。
通过正交试验法，可以通过设计合适的实验条件，捕捉到这些相互作用的影响，并进一步分析其对过滤效果的影响。
这样，研究人员可以更好地理解过滤过程，并进一步优化设计。
总而言之，正交试验法在过滤研究实验中的应用可以帮助研究人员确定关键因素，优化过滤条件，识别因素之间的相互作用。
通过合理设计实验和统计分析，可以有效提高过滤效果，减少试验次数，为过滤研究的进一步优化提供支持。
「实验9正交试验法在过滤研究实验中的应用」
「实验9正交试验法在过滤研究实验中的应用」正交试验法是一种常用的实验设计方法，用于确定多个因素对实验结果的影响。
在过滤研究实验中，正交试验法也被广泛应用。
本文将探讨正交试验法在过滤研究实验中的应用，并详细介绍其实验设计和结果分析方法。
首先，正交试验法在过滤研究实验中的应用需要明确确定实验目标。
在过滤研究中，我们通常需要确定最佳的过滤条件，例如过滤速度、过滤时间、过滤介质等因素。
因此，在设计实验时需要明确确定这些需要研究的因素。
接下来，我们需要选择适当的水平来研究这些因素。
根据实验要求和资源限制，我们可以选择不同的水平来设计实验。
例如，在过滤速度研究中，我们可以选择不同的过滤速度水平，例如快速过滤、中速过滤和慢速过滤。
在过滤时间研究中，我们可以选择不同的过滤时间水平，例如短时间过滤和长时间过滤。
在过滤介质研究中，我们可以选择不同的过滤介质类型，例如砂子、活性炭和滤纸。
接下来，我们需要确定实验设计矩阵。
根据正交试验法的原理，我们需要选择一组正交实验设计矩阵，来保证各个因素之间的独立性。
正交试验设计矩阵通常是一个n×k的矩阵，其中n表示实验次数，k表示因素个数。
选择合适的正交试验设计矩阵可以保证实验结果的可靠性和有效性。
然后，我们可以进行实验操作。
根据实验设计矩阵，我们可以按照不同的因素和水平进行实验操作。
例如，在过滤速度研究中，我们可以分别设置快速过滤、中速过滤和慢速过滤的实验条件，然后进行多次独立的实验操作。
完成实验后，我们需要收集实验数据。
在过滤研究中，我们通常需要测量过滤速度、过滤时间和过滤效果等指标。
根据实验要求，我们可以使用不同的测量方法和仪器来获取这些数据。
最后，我们需要对实验数据进行分析。
在正交试验法中，通常使用方差分析法进行数据分析。
通过方差分析，我们可以确定不同因素之间的显著性差异，并确定最佳的实验条件。
同时，我们还可以通过建立多元回归模型来预测过滤效果。
总结起来，正交试验法在过滤研究实验中的应用可以帮助我们确定最佳的过滤条件。
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实验3 正交试验法在过滤研究实验中的应用
一、实验目的
⒈ 掌握恒压过滤常数K 的测定方法，加深对K 的概念和影响因素的理解。
⒉ 学习滤饼的压缩性指数s 和物料常数k 的测定方法。
⒊ 学习q dq
d -θ一类关系的实验确定方法。
⒋ 学习用正交试验法来安排实验，达到最大限度地减小实验工作量的目的。
⒌ 学习对正交试验法的实验结果进行科学的分析，分析出每个因素重要性的大小，指出试验指标随各因素变化的趋势，了解适宜操作条件的确定方法。
二、实验内容
⒈ 设定试验指标、因素和水平。
因课时限制，必须合作共同完成一个正交表。
故统一规定试验指标为恒压过滤常数K ，实验室提供的实验条件可以设定的因素及其水平如表3-1所示，其中除滤浆浓度可以选二水平或四水平外，其余因素的水平必须按表3-1选取。
并假定各因素之间无交互作用。
⒉ 统一选择正交表，按所选正交表的表头设计，填入与各因素水平对应的数据，使它变成直观的“实验方案”表格。
⒊ 分小组进行实验，测定每个实验条件下的过滤常数K 。
⒋ 对试验指标K 进行极差分析和方差分析；指出各个因素重要性的大小；讨论K 随其影响因素的变化趋势；以提高过滤速度为目标，确定适宜的操作条件。
三、实验原理
⒈ 恒压过滤常数K 的测定方法
过滤是利用过滤介质进行液—固系统的分离过程，过滤介质通常采用带有许多毛细孔的物质如帆布、毛毯、多孔陶瓷等。
含有固体颗粒的悬浮液在一定压力的作用下液体通过过滤介质，固体颗粒被截留在介质表面上，从而使液固两相分离。
在过滤过程中，由于固体颗粒不断地被截留在介质表面上，滤饼厚度增加，液体流过固体颗粒之间的孔道加长，而使流体流动阻力增加。
故恒压过滤时，过滤速率逐渐下降。
随着过滤进行，若得到相同的滤液量，则过滤时间增加。
恒压过滤方程
θK qq q e =+22 （3-1） 式中：q —单位过滤面积获得的滤液体积，m 3 / m 2；
e q —单位过滤面积上的虚拟滤液体积，m 3 / m 2；
θ—实际过滤时间，s ；
K —过滤常数，m 2/s 。
将式（3-1）两边除以Kq 可得：
e q K
q K q 21+=θ （3-2） 或将式（3-1）进行微分可得：
e q K
q K dq d 22+=θ （3-3） 式（3-2）和（3-3）都是直线方程式，于普通坐标上标绘
q dq d -θ的关系或q q -θ的关系，均可得直线。
通过直线斜率可求得过滤常数K 。
注：当各数据点的时间间隔不大时，dq d θ可用增量之比q
∆∆θ来代替。
过滤常数的定义式：
s p k K -∆=12 （3-4）
两边取对数
)2lg(lg )1(lg k p s K +∆-= （3-5） 因常数='=ν
μr k 1，故K 与p ∆的关系在对数坐标上标绘时应是一条直线，直线的斜率为s -1，由此可得滤饼的压缩性指数s ，然后代入式（3-4）求物料特性常数k 。
⒉ 正交试验法原理，参阅《化工基础实验》第3章。
四、实验装置
⒈ 本实验共有八套装置，设备流程如图3-1所示，滤浆槽内放有已配制有一定浓度的硅藻土～水悬浮液。
用电动搅拌器进行搅拌使滤浆浓度均匀（但不要使流体旋涡太大，使空气被混入液体的现象），用真空泵使系统产生真空，作为过滤推动力。
滤液在计量瓶内计量。
⒉ 滤浆升温靠电热，用调压变压器即时调节电热器的加热电压来控温。
每个滤浆内有电热器两个。
⒊ 滤浆浓度的水平分别指存放在滤浆槽内浓度不同的滤浆。
⒋ 过滤介质为滤布，型号为621。
真空吸滤器的过滤面积为0.00385 m 2。
五、实验方法
⒈ 每个小组完成正交表中两个试验号的试验，每个大组负责完成一个正交表的全部试验。
⒉ 同一滤浆槽内，先做低温，后做高温。
两个滤浆槽内同一水平的温度应相等。
⒊ 每组先把低温下的实验数据输入计算机回归过滤常数。
当回归相关系数大于0.95时，该组实验合格，否则重新实验。
使用同一滤浆槽的两组实验均合格后，才能升温。
⒋ 每一大组用同一台计算机汇总并整理全部实验数据，每个小组打印一份结果。
⒌ 每个实验的操作步骤：
⑴ 开动电动搅拌器将滤浆槽内硅藻土料浆搅拌均匀。
将真空吸滤器用清水洗净，然后按图示安装好，放入滤浆槽中，注意滤浆要浸没吸滤器。
⑵ 打开进气阀，关闭调节阀5。
然后接通真空泵电闸。
⑶调节进气阀10，使真空表读数恒定于指定值，然后打开调节阀5，进行抽滤，待计量瓶中收集的滤液量达到100 ml时，按表计时，作为恒压过滤零点。
记录滤液每增加100 ml所用的时间。
当计量瓶读数为800 ml时停表并立即关闭调节阀5。
⑷打开进气阀10和8，待真空表读数降到零时，停真空泵。
打开调节阀5，利用系统内大气压把吸附在吸滤器上滤饼卸到槽内。
放出计量瓶内滤液，并倒回滤浆槽内。
卸下吸滤器清洗待用。
⒍结束实验后，切断真空泵、电动搅拌器电源，清洗真空吸滤器并使设备复原。
图3-1 正交试验法在过滤研究实验中的应用的流程图
1—搅拌装置；2—温度显示仪；3—真空吸滤器；4—电热棒；5—调节阀；6—滤液计量瓶；7—放液阀；
8—放液阀；9—真空表；10—进气阀；11—缓冲罐；12—调节阀；13—真空泵；14—滤浆槽
六、注意事项
⒈每次实验前都必须认真核对将做的实验是否符合正交表中因素和水平的规定。
⒉每个人实验的好坏，都会对整个大组的实验结果产生重大影响。
因此，每个人都应认真实验，切不可粗心大意！
⒊放置真空吸滤器时，一定要把它浸没在滤浆中。
并注意在拆装真空过滤器时切勿将过滤器与设备衔接处的密封圈掉进滤浆中。
⒋开关玻璃旋塞时，不要用力过猛，不许向外拔，以免损坏。
⒌每次实验后应该把吸滤器清洗干净。
⒍加热滤浆时加热电压不能超过220 V。
当滤浆温度快升到温度的水平2所规定温度时，加热电压应迅速降到40～50 V。
然后再酌情调节电压进行升温或保温。
七、实验结果讨论
⒈举例说明如何利用作图法求解正交表中一个试验的过滤常数K。
⒉依据计算机输出的实验结果，举例说明极差分析和方差分析过程。
⒊画出表示K随过滤温度，过滤浓度及压力差变化趋势的线图，并做理论分析，确定适宜的操作条件或进一步的实验研究方案。
4．利用过滤理论分析本次实验结果，并给出压缩性指数s和物料特性常数k的测定方法。
注：本实验不要求写实验报告，但每位同学需要做随堂测验并当堂上交答卷。
整个实验结束后须分组进行结果讨论，每一小组派代表上台讲解讨论结果。
表3-1 正交试验的因素和水平。