【精品课件】制药工艺的优化-试验设计及优选方法

7.安全生产与环境保护
确定工艺路线
工艺影响因素
1.单因素平行试验 优选法
2.多因素正交设计 优选法
3.多因素均匀设计 优选法
确定工艺参数
概述
在实验室工艺研究、中试放大研究及 生产中都涉及化学反应各种条件之间 的相互影响等诸多因素。要在诸多因 素中分清主次，就需要合理的实验设 计和优选方法，为找出影响生产工艺 的内在规律以及各因素间相互关系， 尽快找出生产工艺设计所要求的参数 和生产工艺条件提供参考。
↗B1
A3C1 →B2 (好结果) ↘B3
得出结果以B2为最好，则固定 B于B2，A于A3，使C变化之：
↗C1 A3B2→C2 (好结果)
↘C3 试验结果以C2最好。于是就认 为最好的工艺条件是A3B2C2 。
二 正交试验设计
试验设计是数理统计中的一个较大的分支，它的内 容十分丰富。我们对正交试验设计进行初步学习。
——试验设计及优选方法
化学制药工艺研究思路
1)反应物浓度与配料比
2)溶剂
1.化学反应类型的选择 3)反应温度和压力
2.合成步骤和总收率 4)催化剂
3.原辅材料供应
5)搅拌
4.原辅材料更换和合成 6)反应时间与反应终点
步骤改变
控制
5.单元反应的次序安排 7)原料、中间体的质量
6.技术条件与设备要求 控制
做8次试验，最多考虑7个 因素（含交互作用）的正 交表。
L9(34)
试验号 列号 1
2
3
4
1
1
1
1
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2
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来自百度文库
8
3
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1
“L”表示正交表，“9”是行数，在试验中表示试 验的条件数，“4”是列数，在试验中表示可以安排 的因子的最多个数，“3”是表的主体只有三个不同 数字，在试验中表示每一因子可以取的水平数。
9个试验点均衡地分布于整个立方体内 ， 有很强的代表性,够比较全面地反映选优区 内的基本情况。
整齐可比是指每一个因素的各水平间具有可比性。因为正交表 中每一因素的任一水平下都均衡地包含着另外因素的各个水 平 ，当比较某因素不同水平时，其它 因素的效应都彼此抵消。 如在A、B、C 3个因素中，A因素的3个水平 A1、A2、A3 条件 下各有 B 、C 的 3个不同水平，即：
正交表的特点
1、正交表中任意一列中，不同的数字出现的次数相等； 表示：在试验安排中，所挑选出来的水平组合是均匀
分布的（每个因素的各水平出现的次数相同） ——均衡分散性 2、正交表中任意两列，把同行的两个数字看成有序数 对时，所有可能的数对出现的次数相同。 表示：任意两因素的各种水平的搭配在所选试验中出现 的次数相等 ——整齐可比性
根据以上特性，我们用正交表安排的试验，具有 均衡分散和整齐可比的特点。
所谓均衡分散，是指用正交表挑选出来的各因素 水平组合在全部水平组合中的分布是均匀的 。 由 上图可以看出，在立方体中 ，任一平面内都 包含 3 个“(·)”， 任一直线上都包含1个“(·)” ， 因此 ，这些点代表性强 ，能够较好地反映全面 试验的情况。
正交试验设计及优选方法特点介绍：
正交设计—--在全面试验点中挑选出最具 有代表性的点做试验，挑选的点在其范围 内具有均匀分散和整齐可比的特点。
均匀分散—是指试验点均衡地分布在试验 范围内，每个试验点有成分的代表性。
整齐可比—是指试验结果分析方便，易于 分析各个因素对目标函数的影响。
正交表的记号及含义
在这9个水平组合中，A因素各水平下包括了B、C因素的3个 水平，虽然搭配方式不同，但B、C皆处于同等地位，当比较 A因素不同水平时，B因素不同水平的效应相互抵消，C因素 不同水平的效应也相互抵消。所以A因素3个水平间具有综合 可比性。同样，B、C因素3个水平间亦具有综合可比性。
正交表的三个基本性质中，正 交性是核心，是基础，均衡分 散和整齐可比性是正交性的必 然结果
代表性的部分试验点（水平组合）来进行试验。图中标有试验
号的九个“(·)”，就是利用正交表L9(34)从27个试验点中挑选出 来的9个试验点。即：
(1)A1B1C1 (4)A1B2C2 (7)A1B3C3 (2)A2B1C2 (5)A2B2C3 (8)A2B3C1 (3)A3B1C3 (6)A3B2C1 (9)A3B3C2
试验设计及优选方法是以概率论和数理 统计为理论基础，安排试验的应用技术。 其目的是通过合理地安排试验和正确地 分析试验数据，以最少的试验次数，最 少的人力、物力，最短的时间达到优化 生产工艺方案。
试验设计及优选方法过程包括：试验设 计、试验实施和对实验结果的分析三个 阶段。
内容
单因素平行试验优选法
上述选择，保证了A因素的每个水平与B因 素、C因素的各个水平在试验中各搭配一次 。对于A、B、C 3个因素来说，是在27个全 面试验点中选择9个试验点，仅是全面试验 的 三分之一。
从图中可以看到 ，9个试验点在选优区 中分布是均衡的，在立方体的每个平面上 ，都恰是3个试验点；在立方体的每条线上 也恰有一个试验点。
正交试验设计是利用“正交表”进行科学地安排与 分析多因素试验的方法。其主要优点是能在很多试验 方案中挑选出代表性强的少数几个试验方案，并且通 过这少数试验方案的试验结果的分析，推断出最优方 案，同时还可以作进一步的分析，得到比试验结果本 身给出的还要多的有关各因素的信息。
正交设计就是从选优区全面试验点（水平组合）中挑选出有
1.平分法 2.0.618法 3.分数法 4.抛物线法
多因素试验优选法
1.正交设计及优选法 2.均匀设计及优选法 3.单纯形优选法
一 单因素平行试验优选法
简单对比法
变化一个因素而固定其他因素，如 首先固定B、C于Bl、Cl，使A变化之：
↗A1 B1C1 →A2
↘A3 (好结果) 如得出结果A3最好，则固定A于 A3，C还是Cl，使B变化之：
正交表是一种特别的表格，是正交设计的基本工具。
我们只介绍它的记号、特点和使用方法。
记号及含义
L 正交表的代号
qS 正交表的列数 （最多能安排的因素个数， 包括交互作用、误差等）
LN qtSq
t 各因素的水平数
N 正交表的行数
（各因素的水平数相等）
（需要做的试验次数）
如 L8 27 表示
L8 27 表示各因素的水平数为2，