DOE, aby zoptymalizować reakcję chemiczną z powstającymi szeregowo zanieczyszczeniami

To pytanie zawiera chemię, ale główny nacisk kładziony jest na projektowanie DOE - stąd publikowanie na wymianie stosu inżynieryjnego.

Problemem jest reakcja chemiczna:

• A + B -> Produkt
• Produkt + B -> Zanieczyszczenie

Cele są

1. w celu zminimalizowania zanieczyszczenia.
2. aby zminimalizować resztki A.

Reakcja mieszaniny przez długi czas pozbędzie się A, ale zwiększy Zanieczyszczenie.

Zmniejszenie B zmniejszy Zanieczyszczenie, ale zwiększy resztki A.

Aby zoptymalizować reakcję, planuję DOE z temperaturą, ilością odczynnika i czasem reakcji jako zmiennymi.

Użyłem oprogramowania do wygenerowania centralnego projektu złożonego. Jednak dane wejściowe czasu reakcji dla każdego eksperymentu nie są fizycznie uzasadnione. Spójrz na niektóre eksperymenty:

+ ------------- + --------------- + ------------------- +
| Temperatura | Czas reakcji | Kwota B |
+ ------------- + --------------- + ------------------- +
| 20 ° C | 4 godz. | 1 równoważnik molowy
+ ------------- + --------------- + ------------------- +
| 50 ° C | 4 godz. | 1 równoważnik molowy
+ ------------- + --------------- + ------------------- +

Myślę, że w 20 ° C reakcja będzie przebiegać wystarczająco wolno, że nie zostanie wykonana po 4 godzinach. Myślę jednak, że w 50 ° C reakcja zostanie zakończona za niecałą godzinę. Wyjście reakcji po 4 godzinach będzie bezużyteczne - wszystkie B będą długo przereagowane (tj. Utworzy się maksymalna ilość zanieczyszczeń dla tej temperatury / wsadu wejściowego).

Jak poradzić sobie z faktem, że danych wejściowych czasu reakcji nie można przypisać losowo?

Wiem, że to już dawno temu, ale moja odpowiedź ma ogólne zastosowanie. Z doświadczenia wynika, że ​​tego rodzaju eksperymenty mogą wykorzystywać czas reakcji jako zmienną „wolną”. Zanim DOE jest planowane, należy pobierać próbki reakcji w trzech temperaturach 20, 35 i 50 stopni w regularnych odstępach czasu. W ten sposób poznasz szybkość reakcji. W rzeczywistości, jeśli zastosujesz wewnętrzny standard, możesz wygenerować rzeczywiste stawki. Informacje o czasie reakcji można podłączyć do DOE. Radzę pobrać więcej niż trzy próbki czasowe, ponieważ w razie potrzeby możesz rozszerzyć analizę statystyczną, np. Design Expert pozwala na dodanie dodatkowych wierszy do DOE lub możesz zastosować podejście oparte na „danych historycznych”.
Tak długo, jak punkty czasowe są odpowiednio rozmieszczone, powinieneś uzyskać dobry model. Jeśli masz czynniki, które są ograniczone w czasie lub trudne do zmiany, możesz zastosować metodę podziału wykresu, jeśli ten czynnik nie jest losowy, aby sprawdzić, czy nie ma fałszywej analizy.

Możesz podać nieco więcej swojej wiedzy na temat systemu. Który jest odczynnikiem ograniczającym? Czy oczekujesz reakcji pierwszego lub drugiego rzędu?

Rozumiem, że A jest w niewielkim nadmiarze i że masz pewną wiedzę na temat szybkości reakcji (ponieważ możesz przewidzieć, że reakcja zakończy się w 50 ° C, a nie w 20 ° C) Możesz zdefiniować czas bezwymiarowy w podobny sposób na liczby Damköhlera, takie jak:

$\tau = k\,t$

$k$$t$$\tau$

$\tau$