Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методы оптимизации эксперимента в химической технологии

..pdf
Скачиваний:
39
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
13.27 Mб
Скачать

4" bxlXj *4" • • • +

квадратную матрицу

*>n

1/a ^ ia

• • •

1/a ^ ife

 

1/ a ^ a i

^aa

• • •

1/a^afc

(V.101)

Д =

 

 

 

Va*>fti Va^fca

•••

*fcfe

_

в которой b ji = b/t/ .

 

А.ц, ...,

уравнения регрессии

Для определения коэффициентов

в каноническом виде (V.88) необходимо найти корни характеристиче­ ского полинова Рк ( А,) матрицы Д:

РЛ(Х) = |В~Х£|,

(V.102)

где Е — единичная матрица, или

 

 

 

Ьц--

X

Vi ^12

 

v 2blft

Va ^ai

^аа— ^

 

V ,**

Рн (Х) =

 

 

 

(V.103)

1/%Ьк1

Va^fca

•••

— *

Ортогональное линейное преобразование для X координат задается

системой уравнений:

 

 

 

 

* 1 = Юц (**— х и ) 4* rnlf (*2

4- • • • 4- т 1к (х к — **,),

X t = mt l (*!— *u) + m„(x* — д^)4-...

+/«2Л(Jffc — ***).

.............................................................................................

 

 

 

(V. 104)

* k = m*i (*i — *w) + т

к% ( ь — я и ) 4- • - • 4- т кк (х к — **,).

Коэффициенты т 1к являются решениями к систем однородных уравнений. Для к/ система будет иметь вид

(6ц — X|)mii4“ 1/a^ia«*la4- ••• 4“ Va Ь1к n*lh = О,

:

:

(V. 105)

1/ * b k l m i 1 +

1/ i bk t m t t -{' ...

4-(&*fc — ^i)«»ik= 0.

Так как решения уравнений лишь пропорциональны тем величинам Шц , которые необходимы для ортогонализации линейного преобразова­ ния (V.104), их пересчитывают, принимая во внимание условие орто­ гональности:

mJ,+m?2+ ...+ m ? ft= l , i = 1.2,

, ft.

(V.106)

Вычислив коэффициенты уравнения регрессии в каноническом виде, тем самым определяют тип поверхности отклика. Тип поверхности отклика определяет стратегию поиска экстремума. Если поверхность от­ клика представляет собой эллиптический параболоид и Лп<0, Л^СО,

в центре поверхности —максимум. Параметр оптимизации при Я.ц>0 и Х.22> 0 максимальное значение имеет на границе области исследова­ ния.

Если поверхность отклика —гиперболический параболоид

(V. 107)

и определяются условия, обеспечивающие максимальное значение пара­ метра оптимизации, задаются значениями у> уs при Хч = 0 и осуществля­ ют движение вдоль канонической оси Х\, имеющей положительный канони­ ческий коэффициент. При этом проверяют выполнение ограничения Xj = ± а, подставляя значения

(V. 108)

вформулы (V.96).

Вмногомерных задачах поиск оптимальных условий процесса ведут на ЦВМ, используя обычно один из методов нелинейного программиро­ вания.

Пример 4. Получено уравнение регрессии степени разложения флотационного кон­ центрата фосфорита Каратау от температуры и содержащихся в фосфорной кислоте примесей:

Требуется определить условия, соответствующие максимальной степени разложения (Ушах), ПРИ ограничениях, накладываемых сферой с радиусом, равным звездному плечу (табл. 4 7 ).

Р е ш е н и е . Для определения условий максимальной степени разложения пере­ менные, характер’влияния которых ясен из уравнения регрессии, принимаем равными: JC2 -=+2 ; х з —- 2 . Влияние концентрации SOa в фосфорной кислоте представлено в урав­ нении положительным линейным и отрицательным квадратичным членами. Оптимальное шачение хз, равное 1,533, определяем из условия экстремального значения v по хз. При этих значениях факторов Х2, хз и хз уравнение регрессии примет вид

Приведем это уравнение к каноническому виду. Координаты центра поверхности 5 равны:

•1

—0» ^ —0» I/J —52,12.

Таким образом, центр поверхности совпадает с центром плана. Характеристический полином

— 1,5 —X

0,805

Ph (X) =

,0 —X

0,805

или

 

Pft(X) = X2+ 1,5 X— 0,64= 0.

-X*

Рис. 3 9 . Гиперболы равного выхода

Рис. 40. Поиск экстремума при наличии

 

ограничений

Корни полинома ^.i —-Ю,35, А.2 —-1,85. Уравнение в канонической форме

у—52,12 = 0.35 Х ?-1,85 Х^ .

Поверхность отклика —гиперболический параболоид. В сечениях поверхности отклика плоскостями у = const —гиперболы (рис. 39). В центре поверхности —минимакс. Линейное преобразование задается системой:

Хх = 0,920 хх + 0,39 *4,

Х4= —0,39 *!+ 0,92 х4.

Для определения максимальной степени разложения выходим из минимакса по оси X 1 (коэффициент канонической формы положительный), приравняв Х а нулю:

Увеличивая р, проверяем при этом выполнение условий xi =х*<2 . Максимальная величина степени разложения получилась равной 5 3 ,5 % (х\ = ±1,82; ха = ± 0 ,7 9 5 ).

При увеличении у до

54% значение х\ > 2.

В

полученных оптимальных условиях

(x i-+1,82;

Х2 - + 2 ;

хэ -+1,533; *4 -+0,795; * 5 -

-2)

и (лп----1,82; х2 - + 2 ; х з - +1,533;

Х4 —-0,795;

Х5 ——2)

были

поставлены контрольные

опыты. Степень разложения полу­

чилась соответственно равной 55,8 и 53,7%. Таким образом, расхождения с расчетными лежат в пределах ошибки эксперимента (sy = V 4,466 = 2 ,1 ).

Если процесс описывается несколькими уравнениями регрессии, при­ ходится решать компромиссную, задачу —определять экстремальное значение одной функции отклика при ограничениях, накладываемых другими функциями отклика и границами области исследования (рис. 40). Пусть требуется найти экстремум функции y = f (xi, хк\ которая зависит от к переменных Xj(j = 1, ..., к \ связанных в свою очередь соотношениями

... ,*ь) = 0, и= 1, ... , m, т < k.

(V. 109)

Экстремум, который достигается функцией J{xv

хк) с учетом вы­

полнения соотношений (V.109), обычно называется условным или от­ носительным. Аналитически эта задача поиска условного экстремума решается с применением множителей Лагранжа. Формально задачу

отыскания условного экстремума функции / можно свести к определе­ нию безусловного экстремума функции Лагранжа:

т

 

 

Ф (X, X) = / (х) + ^

(*Ь

(V. 11 0)

и=1

 

 

рассматриваемой как функция к+ т переменных, где

неопределен­

ные множители Лагранжа. Примером применения неопределенных мно­ жителей Лагранжа может служить решение такой компромиссной задачи. В широком диапазоне изменения параметров исследовали процесс кон­ версии нитрата кальция и фосфорной кислоты в твердый монокальцийфосфат и азотную кислоту в присутствии /2-бутилового спирта. Был реализован ротатабельный план второго порядка и получены уравнения регрессии вида:

ух = 60,9+

14,5 хх+

3,83 х3 — 4,р9 х4

+ 2,14 хАх3

+

2,71 ххх4+

+ 2 , 2 1 XiX6+

1,28 х2 х3

— 2,48 х3 х4 + 0 , 6

8

х* + 0 , 6 8

х ^ + 0 ,8 х§ , (V. 1 1 1 )

у2= 1,682 — 0,85 Xj + 0,2722 х3 + 0,062 х4

— 0,041 ххх4

— 0,034 х^б +

 

+ 0,032 х3х4—0,0235х§ — 0,015x2 f

 

(V.112)

где у\ степень конверсии; yi —отношение питательных веществ в удоб­ рении в пересчете на Р20 5 и N (азот); —концентрация исходной фос­ форной кислоты; л^-продоложительность контакта; х3—норма фосфор­ ной кислоты в растворе; х4 объемное отношение кислота: спирт; х5— температура конверсии.

С учетом ограничений на независимые переменные, накладываемых первой стадией процесса —кислотного разложения фосфатов: х, =-0,5; х5 = 0, и необходимостью работать с высокой производительностью х2 = 0 имеем:

у1 = 53,65 + 2 ,76хз + 5,45х4 — 2,48 ХдХ4 + 0,68 х^ ,

(V. 113)

у2 = 2,112 + 0,2722хз+ 0,083 х4 + 0,032 х3 х4 — 0,0235х|—0,015x2.

(V.114)

На соотношения питательных веществ в удобрении по агробиологи­ ческим соображениям накладываются ограничения. Необходимо было получить удобрения с одним из следующих соотношений питательных веществ:

P2Oft * N = 1s1; P20 6: N = 1,5:1; P206«N = 2:1.

Причем предпочтительнее всего получить уравновешенное удобрение с соотношением 1:1. С применением неопределенных множителей Лагранжа решалась задача определения значений х£пт и х4опт, обеспечи­ вающих максимальную степень конверсии с ограничением по соотноше­ нию питательных веществ в удобрении. Функция Лагранжа имеет вид

Ф = У\~\~ X ( у2 — 2,112 — 0,2722 Х3 — 0 ,083х4— 0,032 ХзХ4+

+ 0,0235x2 + 0,015x2).

(V. 115)

Система уравнений для определения оптимальных режимов:

дФ

— = 2,76 — 2,48 х4 + А(— 0,2722 — 0,032 х4 + 2-0,0235 х3) = 0,

дх3

— = -.5,45

— 2,48 *3 + 2-0,68 х4 + Х(— 0,083— 0,032 *3 +

 

дх4

 

 

 

+ 2-0,015 х4) = 0,

(V.116)

ЭФ Л

 

 

— = i/a — 2,112 — 0,2722 *3 — 0,083 х4— 0,032 х3 х4+

 

 

+ 0,02354 + 0 ,015Л»= о.

 

Система (V.116)

решалась на ЦВМ при ограничениях на х3 и х4,

накладываемых областью исследования: х3= ± а = ± 2 и х 4= ± а

= ±2;

1) у2= 1 :1; 2) у2= 1,5 :1; 3) у2= 2 :1. Оказалось, что внутри исследован­ ной области можно получить только удобрения с соотношением пита­ тельных веществ 1,5 :1 и 2 :1. В результате расчета имеем: у™*=72,63%

и у2= 2,03

при х3пт=0,7 и х^пт=-2,0; у™ах = 54,05% и у2 = 1,46 при

х§пт = -1,7

их4опт =-2,0.

При определении оптимальных условий процесса иногда возможна некоторая экстраполяция за границы области исследования. Во всех случаяхтребуется экспериментальная проверка найденных расчетом опти­ мальных условий процесса.

9. Функция желательности. Задачу оптимизации процессов, характе­ ризующихся несколькими откликами, обычно сводят к задаче оптимиза­ ции по одному критерию с ограничениями в виде равенств или нера­ венств. В зависимости от вида поверхности отклика и характера ограни­ чений для оптимизации предлагается использовать методы неопреде­ ленных множителей Лагранжа, линейного и нелинейного программиро­ вания, ридж-анализ и др. К недостаткам этих способов решения задачи оптимизации следует отнести вычислительные трудности. В частности, при описании поверхности отклика полиномами, второго порядка реше­ ние задачи на условный экстремум с применением неопределенных множителей Лагранжа приводит к необходимости решать систему не­ линейных уравнений. Поэтому одним из наиболее удачных способов решения задачи оптимизации процессов с большим количеством от­ кликов, является использование предложенной Харрингтоном в качестве обобщенного критерия оптимизации так называемой обобщенной функции желательности D. Для построения обобщенной функции желательности Р предлагается преобразовать измеренные значения откликов в безраз­ мерную шкалу желательности d. Построение шкалы желательности, которая устанавливает соотношение между значением отклика у и соот­ ветствующим ему значением d (частной функцией желательности), явля­ ется в своей основе субъективным, отражающим отношение исследова­ теля (потребителя) к отдельным откликам.

, Для построения шкалы желательности удобно использовать метод

-количественных оценок с интервалом значений желательности от нуля до единицы, хотя возможны и другие варианты шкалы. Значение d = 0

(или /)= 0) соответствует абсолютно неприемлемому значению данного отклика; a */=1 (Z> = 1) —самому лучшему значению отклика, причем дальнейшее улучшение его или невозможно, или не представляет инте­ реса. Промежуточные значения желательности и соответствующие им числовые отметки приведены в табл. 48.

Т а б л и ц а 48 Базовые отметки шкалы желательности

Количественная отметка на шкале

Ж елательность значения отклика

желательности

0,80

+

1,00

Очень хорошо

0,63

+

0,80

Хорошо

0 ,3 7

+ 0 ,6 3

Удовлетворительно

0,20

+

0,37

Плохо

0,00

+

0,20

Очень плохо

Такой выбор числовых отметок объясняется удобством вычислений, поскольку

d = 0,63 « 1— —

a d = 0,37 « — .

(V.117)

в

£

 

Построенная в соответствии с табл. 48 шкала d представляет собой безразмерную шкалу, при помощи которой любой отклик может быть преобразован так, чтобы его можно было интерпретировать в терминах полезности или желательности для любого специфического применения.

Простейшим типом преобразования служит такое, в котором существу­ ет верхний и (или) нижний пределы спецификации, причем эти пределы являются единственным и не допускающим изменений критерием ка­ чества. Вне этих пределов значение */= 0,0, между ними значение */= 1. Частная функция желательности при одностороннем ограничении (рис. 41, а) имеет вид

0, У<Ут\п

(V. 118)

У^Ут\п

Рис. 41. Простейший вид част-

Рис.

42. Функция

желательности

ной функции желательности

для

двустороннего

ограничения

Я= ^ 1 ? Г *
In In 1Id

 

м образом получается частная функция желательности,

ес.

дция задает ограничение сверху. Если для данного свой-

стве

>ет двустороннее ограничение (рис. 41, 6), то

 

f

0,

у < f/mln

и

У > Утях

 

d = \

 

 

 

(V. 119)

 

1

Ут1п < У

<

Утах

Всегда желательно, чтобы значение отклика находилось не только между пределами спецификации, но и на определенном расстоянии от них, чтобы противостоять присущим производственному процессу случайным колебаниям. Кроме того, довольно трудно бывает провести точную пограничную линию между приемлемой и неприемлемой про­ дукцией. Поэтому в общем случае преобразование у в d осуществляется по более сложным законам. Для двустороннего ограничения вида

У т \п ^У < Уmax

преобразование измеренного отклика у в шкалу d (рис. 42) производится при помощи выражения

d = exp [— (\y'\)n],

(V. 120)

где п положительное число (0< л<°°), не обязательно целое;

У ‘ =

2У max + Ут\п) .

(V. 121)

— ~

у

 

Утах

*/mln

 

показатель степени п можно вычислить, если задать некоторому значе­ нию у значение d (предпочтительно в интервале 0,6<*/<0,9) по фор­ муле

<v -,22)

Задавая при помощи контрольной точки крутизну кривой желатель­ ности, можно учесть особую важность отдельных свойств; для них п будет иметь большее значение, и малому изменению свойства вблизи ограничивающих пределов будет соответствовать резкое изменение желательности. Показатель степени п определяет наклон кривой, и когда

п становится большим, кривая прибли­

й

 

 

 

 

 

 

жается к своей предельной форме (см.

 

очень хорошее

 

 

 

рис. 41,6): d = 0 вне пределов специфика­

 

 

хорошее

 

 

 

ции и d= 1,0 между этими пределами.

 

 

 

 

 

Если нет

спецификации,

целесообразно

-

удовлетвори­

 

 

дать статистическую оценку п по ряду

 

тельное

 

 

 

значений у и соответствующих d.

-

 

плохое

У

 

 

Для

односторонних

ограничений

 

 

 

 

очень

/

 

 

 

вида у ^ у та х или у^Упйп более

удобной

 

плохое

-1

о

1

Л

формой преобразования^*/служит другая

 

-J

-2

1

2 у'

экспоненциальная зависимость

(рис. 43):

 

 

 

 

Уmin(max)

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.

43.

Функция

желательности

d = exp [— exp (— у ') ] .

(V. 123)

для

свойства,

ограниченного с

 

 

 

одной

стороны

 

В выражении (V.123)

 

у' = Ь0 + Ь1у.

(V. 124)

Коэффициенты Ьо и Ь\ можно определить, если задать для двух значений свойства у соответствующие значения желательности d предпочтительно в интервале 0,2 < */<0,8.

Нелинейное преобразование у в у применяется, если данное свойство имеет особую важность; нарушение ограничивающих условий недопустимо, и малому изменению свойства вблизи ограничивающего предела соответствует резкое изменение желательности. Односторонняя спецификация наиболее часто встречается на практике.

Имея несколько откликов, преобразованных в шкалу d, можно при помощи арифметических операций скомбинировать из этих различных d некий обобщенный показатель желательности D. При этом, если какой-либо один отклик является абсолютно неудовлетво­ рительным, обобщенная функция желательности D должна быть рав­ на 0 независимо от уровня остальных откликов. Математическим выражением, отвечающим этим требованиям, служит среднее геометри­ ческое частных функций желательности, т. е.

(V* 125)

Очевидно, что если какое-либо одно d, =0, то соответствующее £>—0. Более того, на D сильно влияют именно наименьшие значения d{. В то же время D = 1 только тогда, когда все частные желатель­ ности —1(7—1,2,...,ф. Важно еще то, что (V.125) позволяет приме­ нить к частным желательностям и обобщенному показателю единый способ задания базовых отметок шкалы желательности, представленный в табл. 48, так как если d\ = di =...= dk =0,37, то и D =0,37 и т. д. С обоб­ щенной функцией желательности D можно проделывать все вычисли­ тельные операции, как и с любым откликом системы, можно исполь­ зовать D в роли критерия оптимизации при исследовании и оптими­ зации процесса (см. пример 6). Следует иметь в виду, что множество возможных значений D ограничено: 1. Очень эффективным оказалось применение обобщенной функции желательности при раз­ работке рецептур и технологии получения новых полимерных мате­ риалов.

Пример 5. Латинский куб второго порядка был применен при разработке композиции нового полимерного материала на основе полиэтилена высокого давления (см. с. 1 1 2 ). В качестве откликов были использованы: у\ —модуль упругости при изгибе, мПа; у2 — разрушающее напряжение при разрыве, мПа;уз —относительное удлинение при разрыве, %; D обобщенная функция желательности. Покажем последовательность расчетов при определении D.

Р е ш е н и е . Для сравнительной оценки качества различных композиций обобщенную функцию желательности определяли по формуле

(V.126)

где d\, di и da —частные функции желательности.

Для построения частных функций желательности необходимо сначала установить преобразование измеренных свойств у в безразмерную равномерную шкалу у'. Ограни­ чения при этом носят характер у^ут 'т . Разрабатываемый материал должен удовлетво­

рять заданным требованиям по трём показателям качества, которые предусматривают пригодность его к переработке и эксплуатации. Исходя из этих требований, были выбраны значения у\, у2 и уз, соответствующие двум базовым отметкам на шкале желательности (см. табл. 48).

Преобразование отклика у в частную функцию желательности имеет вид (V.123). Коэффициенты Ьо и Ь\ определялись по данным таблицы.

 

 

У, у мПа

 

Уз , мПа

Уз

, %

Значение свойств

430

320

по

60

2 0 0

1 0 0

Числовые отметки по шкале желатель­

 

 

 

 

 

0,63

 

ности d

0,63

0 , 2

0,63

0 , 2

0 , 2

Подставим значения d в уравнение (V.123):

 

 

 

 

 

 

0,63 =ехр [—ехр (у')] и 0,2 = ехр [— ехр (— у')],

 

(V.127)

1/0,63 = 1,587 = ехр [ехр (—у')]

и

1/0,2 = 5 = ехр [ехр (—у')].

 

Дважды логарифмируя выражения (V.127), получим

 

 

 

 

у' = In (In 1,587)

и

у' = In (In 5),

 

 

ИЛИ

и

у '= 0,326.

 

 

(V. 128)

у' = —0,755

 

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

Ь0 + 430^ = 0,755,

 

 

 

(V. 129)

b 0 + 320 = — 0,326.

 

 

 

 

 

 

 

Решение системы (V.129) дает Ь\ —0,0098, Ьо —-3,445.

 

 

 

 

Таким образом, частная функция желательности имеет вид

 

 

dx= ехр [— ехр (—3,445 +

0,0098 уг)\.

(V. 130)

Аналогично получены частные функции желательности </г и Л:

d2= ехр [— ехр (— 1,45 + 0,02 у2)],

(V. 131)

d3= ехр [— ехр (— 1,25+ 0,01 у3)],

Для всех композиций (таблица) частные функции желательности можно определять по формулам (V.130), (V.131) или по рис. 44.

Н о м е р

4

 

 

D

Н о м е р

 

d 2

d3

D

к о м п о ­

d 2

d3

к о м п о ­

 

з и ц и и

 

 

 

 

з и ц и и

 

 

 

 

1

0,410

0,67

0,97

0,645

15

0,260

0,49

0,95

0,491

2

0,420

0,67

0,98

0,647

16

0,720

0,71

0,91

0,773

3

0,423

0,55

0,96

0,610

.17

0,850-

0,62

0,29

0,535

4

0,730

0,75

0,96

0,810

18

0,630

0,78

0,93

0,768

5

0,419

0 ,6 8

0,97

0,650

19

0,930

0,57

0,17

0 , 2 1 0

6

0,270

0,63

0,97

0,550

2 0

0,930

0,72

0,07

0,350

7

0,640

0,53

0,97

0 ,6 8 6

2 1

0,890

0,52

0,64

0 ,6 6 8

8

0,370

0,71

0,98

0,638

2 2

0,917

0,64

0,06

0,430

9

•,371

0,71

0,97

0,638

23

0,790

0,45

0,08

0,304

1 0

0,740

0,63

0,92

0,759

24

0,760

0,64

0,30

0,530

1 1

0,720

0,53

0,73

0,650

25

0,930

0,53

0,08

0,340

1 2

0,760

0,31

0,24

0,381

26

0,920

0,57

0,17

0,445

13

0,780

0,55

0,93

0,732

27

0,870

0 ,6 8

0,71

0,749

14

0,860

0,58

0,17

0,440

 

 

 

 

 

 

Обобщенная

функция

желательности

(таблица)

 

определена по

формуле

(V.126)

и имеет вид

 

 

D ех р |—

 

j^exp (— 3,445 + 0,0098 уг) +

 

 

Н-ехр (— 1,45 +

0,02 у2) +

 

 

 

+ ехр (—.1,25 + 0,01 Уз)

 

 

 

Наибольшее

значение

обобщенной

функции

 

желательности

получено

в

четвертом опыте (D =

 

= 0,810). Хорошие

композиции

получены

также

в

 

опытах 10, 13, 16, 18 и 27. Оптимальный состав

 

композиции по обобщенной функции желатель­

 

ности выбран после проведения факторного и

 

дисперсионного анализа.

 

 

 

 

 

 

Пример 6. Обобщенная функция желательности

Рис. 44. Функция желательности

была использована в

задаче

моделирования

и

оптимизации процесса кристаллизации полугидрата

 

сульфата кальция в условиях получения экстракционной фосфорной кислоты. Полугидратный процесс позволяет получить без дополнительной упарки кислоту

концентрацией 40-50% Р2О5 и значительно увеличить производительность действующих цехов, работающих в дигидратном режиме без введения дополнительных производствен­ ных мощностей. Разложение апатитового концентрата идет по реакции

Са10 F, (Р04), + 10H2SO4 + 2,5Н20 6Н3Р04 + 10CaSO4- 0,5Н2О+ 2HF

Лимитирующей стадией производства фосфорной кислоты полугидратным способом является процесс кристаллизации полугидрата сульфата кальция. Необходимо получить крупные, хорошо фильтрующиеся, стабильные в течение длительного времени кристаллы полугидрата. Проведение процесса кристаллизации в неоптимальных условиях ведет к снижению про­ изводительности фильтра и к увеличению потерь РгОб. Оптимальные условия процесса кристаллизации различны для разных видов фосфатного сырья.

Р е ш е н и е . В лабораторных условиях исследовалось влияние на процесс кристалли­ зации полугидрата сульфата кальция температуры и состава раствора_(кон^ентрации фос­ форной кислоты и содержания в ней примесей РегОз, AI2O3 , SiF6 , SO4 ). В качестве физической модели, имитирующей кристаллизацию полугидрата сульфата кальция в про­ цессе получения экстракционной фосфорной кислоты непрерывным способом, выбран процесс дегидратации реактивного гипса в растворах фосфорной кислоты различной концентрации, содержащих примеси серной и кремнефтористоводородной кислот, а также фосфаты алюминия и железа. В процессе фазового превращения дигидрат вначале растворялся, а затем в осадок с различной скоростью выделялись кристаллы полугидрата, которые при своем формировании захватывали фосфат-ионы. Размер кристаллов и фильтруемость пульпы также связаны с условиями кристаллизации. Гипс растворяется с достаточно большой скоростью, и лимитирующей стадией в процессе является стадия образования и роста кристаллов полугидрата сульфата кальция.

Показателями процесса служили следующие параметры: yi —скорость кристаллиза­ ции, характеризующаяся степенью перехода CaSC>4 • 2НгО в CaSC>4 • 0,5НгО, %; уг —время фильтрования, с; уз —захват фосфат-ионов, % РгОб; у4 —размер кристаллов полугидрата, мкм. Факторы и диапазоны их изменения приведены в таблице:

 

 

so2, %

SiFl, %

AI2O3, % Р2ОБ, %

T oC

Fe2 0 a, %

 

 

 

Z 2

4

*4

z5

*e

Центр плана zj

2,50

0,75

' 1,35

46,5

95

1

Интервал варьирования Azy-

1,32

0,38

0,34

3,96

5

0,52

X j

—+1

3,82

1,15

1,70

51,46

1 0 0

1,53

X j

- - 1

1,18

0,35

1 , 0 0

43,54

90

0,48

xj =+1,895

5,00

1,50

2 ,0 0

55,0

105

2

xj = -1,895

0

0

0,70

40,00

85

0

01Л