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        基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的乳酸脫水制丙烯酸仿真模似制藥探討

        2013-07-05 05:27:52王園園夏峰平丁麗華
        關(guān)鍵詞:分析研究

        王園園 夏峰平 丁麗華

        【摘 要】利用生物質(zhì)在發(fā)酵時所出現(xiàn)的乳酸(即2-羥基丙酸)與醫(yī)藥與食品領(lǐng)域有著非常寬廣的商業(yè)使用價值,生物質(zhì)乳酸是一種可再生資源,現(xiàn)如今成了人們非常關(guān)注的化學(xué)原料。接下來,文章使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來對乳酸脫水制成丙烯酸的催化階段實(shí)施了仿真探討。使用正交試驗(yàn)設(shè)計來確定其實(shí)驗(yàn)點(diǎn),其主要考察的內(nèi)容是:原料液流速、載氣溫度以及載氣流量、原料液PH此四個要素對丙烯酸產(chǎn)率產(chǎn)生的影響。就正交試驗(yàn)中的缺點(diǎn)而言,把正交試驗(yàn)設(shè)計與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完全對應(yīng)起來,使用基于磁盤操作系統(tǒng)界面且可以方便與調(diào)節(jié)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算載荷的程序包對其正交試驗(yàn)的最終結(jié)果實(shí)施訓(xùn)練,使用訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)來模擬催化反應(yīng)機(jī)制的動態(tài)過程。

        【關(guān)鍵詞】BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);丙烯酸仿真模擬;分析研究

        0.引言

        我們知道,丙烯酸和丙烯酸酯為非常重要的聚合物類單體,能夠用在生產(chǎn)水性涂料以及膠黏劑等某些精細(xì)化學(xué)品中,而丙烯酸與丙烯酸酯最為重要的作用為生產(chǎn)聚合物,使用丙烯酸聚合或者和其它單體共聚所生產(chǎn)出來的聚丙烯酸能夠用在合成樹膠、合成纖維粘合劑以及鞣革助劑、乳膠、合成橡膠等產(chǎn)品行業(yè),所以市場的需求量巨大。丙烯酸現(xiàn)階段的工業(yè)生產(chǎn)路線為石腦油催化裂化出現(xiàn)的丙烯通過兩步催化的氧化過程,其能夠生成丙烯醛以及丙烯酸。

        1.實(shí)驗(yàn)部分

        1.1實(shí)驗(yàn)所需實(shí)際

        乳酸,分析純,有北京某化學(xué)試劑公司生產(chǎn);Y分子篩原粉,研究自己合成;正丁醇、丙烯酸以及乙醇、四水合硝酸鈣,分析純,廣東某權(quán)威制藥公司生產(chǎn)。

        1.2氧化鈣/Y催化劑的制備

        選取9.5克Ca(NO3)2·4H2O,置于500毫升三口燒瓶中,放入200毫升去離子水溶解,之后再次放入20克Y分子篩,而后把三口燒瓶置于水浴鍋中,在80攝氏度下攪拌4小時,在120攝氏度烘箱干燥過夜。在壓片0.55毫米到0.83毫米篩后,把催化劑置于馬弗爐中,程序升溫到550攝氏度,焙燒4小時之后取出,分裝以備用。

        1.3實(shí)驗(yàn)方法

        此次試驗(yàn)試驗(yàn)固定床反應(yīng)器。選取一定量的氧化鈣/Y催化劑放置石英玻璃管中,連續(xù)熱電偶至穩(wěn)定控制儀,之后接進(jìn)出氣管;而后開始進(jìn)行程序升溫,并且放進(jìn)乳酸原料液與載氣氮?dú)?;?dāng)溫度達(dá)到了反應(yīng)溫度半小時之后,將收集瓶中相關(guān)反應(yīng)產(chǎn)物倒出,把收集瓶清洗干凈并吹干。另外,需要稱取原料液以及收集瓶的重量,這樣是為了有效研究丙烯酸的產(chǎn)率。把收集瓶與三口燒瓶連接好,開始實(shí)施軟酸脫水反應(yīng)。在反應(yīng)完全結(jié)束之后用氣相色譜來對產(chǎn)物進(jìn)行分析研究,使用氮?dú)鈱Ψ磻?yīng)管進(jìn)行吹掃,最后把實(shí)驗(yàn)設(shè)備拆除。剩下的原料液需要避風(fēng)保存。

        1.4分析方法

        關(guān)于設(shè)鋪條件:FFAP(即改性聚乙二醇柱),其進(jìn)樣口的穩(wěn)定為200攝氏度,分流比是50:1,150毫升每分鐘是分流流量,柱室氣體的流量是3.0毫升每分鐘,柱箱程序升溫2分鐘,穩(wěn)定維持在40攝氏度。用40攝氏度每分鐘的速率程序升溫到200攝氏度,維系2分鐘。FID檢測儀,溫度220攝氏度,檢測儀氮?dú)饬髁繛?5毫升每分鐘,空氣流量是450毫升每分鐘,丙烯酸出峰的時間是324秒。

        內(nèi)標(biāo)法分析:選取1.0毫升產(chǎn)物液置于5毫升的容量瓶中,之后放入1毫升正丁醇作為內(nèi)標(biāo),使用無水乙醇丁容,最后實(shí)施GC分析。

        2.結(jié)果與討論

        (1)有關(guān)影響因素的選取。

        實(shí)際上,能夠影響乳酸脫水制成丙烯酸的原因非常多,比如催化劑的用量以及類型、載氣流量或者流速、PH、壓強(qiáng)以及原料液流速或者流量、溫度等。此次研究分析查閱了大量的資料,發(fā)現(xiàn)氧化鈣/Y的作用是最佳的。原料液流速與氣速均能對原料于催化劑創(chuàng)出內(nèi)的停留時間有著非常大的影響,而停留時間為一個極其重要的動力學(xué)數(shù)據(jù),影響著乳酸的轉(zhuǎn)化率與丙烯酸的選擇性。另外需要的注意的是,溫度能夠直接影響著反應(yīng)速率,所以在研究中一定要考慮這方面的問題。在軟酸制丙烯酸過程中,其最大的競爭產(chǎn)物為乙醛,而乙醛的生成能夠分為兩種方法:即脫羰以及脫羧。脫羧為主要的方法,屬于常見的酸催化反應(yīng),乳酸脫水和PH亦有著較大的聯(lián)系,原料液中的PH能夠直接對丙烯酸是生成產(chǎn)生影響。因?yàn)榇舜窝芯糠磻?yīng)器有著自身的特點(diǎn),所以催化劑的裝入量在1.5克是最佳選擇,壓強(qiáng)必須和常壓比較的接近??v觀本小節(jié),我們能夠得出PH、液速以及溫度、氣速為需要特別注意的因素。

        (2)最科學(xué)的反應(yīng)條件的選取。

        表a 各個因素水平的選取

        表b 正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

        此次研究對氣速、PH以及液速、溫度四個主要的因素實(shí)施考察,沒有因素選擇三個水平,使用L9正交表實(shí)施實(shí)驗(yàn)(如表a所示)。

        正交試驗(yàn)的結(jié)果如表b所示,觀察表b我們能夠發(fā)現(xiàn),ph與流速最大限度的影響著丙烯酸的產(chǎn)率,影響第二大的為溫度與氣速。其最好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境為ph等于5,流速是0.3毫升每分鐘,氣速是50毫升每分鐘,溫度是350攝氏度,在此環(huán)境在丙烯酸漆最大的產(chǎn)率是27.34%,因?yàn)檎辉囼?yàn)的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)比較少,所以很難預(yù)測到所考察要素其它水平之間組合的最終結(jié)果,也很難預(yù)測到它們的互交作用。

        (3)為了具體考察影響其丙烯酸產(chǎn)率中的不同要素不同水平的多個組合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,借助BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對多種組合要素所影響的有關(guān)丙烯酸產(chǎn)率實(shí)施預(yù)測,所得出的隨意兩要素的變化以及相互作用和丙烯酸產(chǎn)率之間的關(guān)系。

        3.結(jié)論

        (1)本文研究BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn),它能夠適用在催化反應(yīng)中繁雜非線性影響要素的建模,此方法普遍適用,概況能力高,仿真的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比回歸方程模型更高。把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與正交試驗(yàn)設(shè)計完全融合起來,不但減少了實(shí)驗(yàn)的次數(shù),同時也能更好的模擬乳酸制成丙烯酸的過程,客觀的考察了各個要素對丙烯酸的產(chǎn)率的影響。

        (2)利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬且使用窮舉法尋優(yōu)來確定反應(yīng)的最佳條件,所得出的最佳模擬值和實(shí)驗(yàn)值很接近,有效的克服了其正交試驗(yàn)中的不足。

        【參考文獻(xiàn)】

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        [3]王西會.“正交設(shè)計助手”軟件在AFS9120型原子熒光光度計測汞中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工,2010,(05).

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