非线性工艺设计

非线性工艺设计（精选4篇）

非线性工艺设计 第1篇

1 实验部分

1.1 主要原料

苯酚、甲醛 (37%~40%) , 均为分析纯, 汕头市西陇化工股份有限公司;草酸, 上海阿拉丁试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

GPC凝胶渗透色谱仪 (Marvin 270型) , 英国Marvin仪器有限公司;差示扫描量热仪 (DSC 204-449型) , 德国NETZSCH公司;热重分析仪 (STA-449C型) , 德国NETZSCH公司。

1.3 试样制备

(1) 装好冷凝回流试验装置, 将苯酚、甲醛、草酸 (按苯酚的质量计算) 按一定配比, 加入到250mL的三口烧瓶中, 调好搅拌速度, 缓慢升温至所需温度, 常压下搅拌反应若干小时 (设计时间) 。

(2) 反应若干小时后, 升温到150℃, 并将装置改装为抽真空装置, 搅拌反应1h进行脱水;接着继续升温至200℃, 搅拌反应1h进行脱游离酚, 结束后迅速将其倒出, 备用, 即制得线性酚醛树脂。

1.4 性能测试与分析

GPC测试:Marvin 270型GPC凝胶渗透色谱仪, 分离柱为高交联聚苯乙烯-二乙烯苯的珠状凝胶柱, 流动相为四氢呋喃, 流速为1.00mL/min, 柱温35℃, 标准物采用单分散聚苯乙烯。

DSC测试:采用德国Netzsch DSC 204型差示扫描量热仪, 在10~120℃进行测试, 升温速率为10℃/min, 氮气气流50mL/min。

TGA测试:德国NETZSCH公司STA-449C热重分析仪, 升温范围30~800℃, 升温速率10℃/min, N2氛围。

正交实验设计主要考察酚醛摩尔比、催化剂用量、反应时间、反应温度对线性酚醛树脂数均分子量、玻璃化转变温度、残炭率的影响, 优化线性酚醛树脂的合成工艺。

正交实验因素水平的确定:由于线性酚醛树脂各方面的性能受到酚醛摩尔比 (A) 、催化剂用量 (B) 、反应时间 (C) 和反应温度 (D) 等因素的强烈影响, 本实验采用L16 (4) 5正交试验, 对线性酚醛树脂的合成进行16组试验, 以获得较好的合成工艺。试验的因素和水平见表1。

对比性试验研究单一变量因素 (醛酚摩尔比、催化剂用量、反应时间、反应温度) 对线性酚醛树脂玻璃化转变温度的影响规律。再结合正交实验结果, 确定最佳合成工艺条件。

2 结果与讨论

2.1 正交试验

2.1.1 正交试验表及结果

正交试验结果见表2。

2.1.2 数据处理及分析

所谓极差, 就是平均效果中最大值和最小值的差, 通过极差, 可以找到影响考察指标的主次因素和趋势, 帮助找到较好的因素水平组合。对试验结果进行极差分析, 可以分析出各因素对指标影响程度差异, 找到各因素合理水平。正交实验结果分别以数均分子量、玻璃化转变温度、残炭率为主要考察指标。

对正交试验中关于数均分子量的结果进行极差分析得到结果如表3。表中I表示对因素A而言, 把16个实验结果分为4组分别对应因素A的第1、2、3、4四个水平, 然后将每组的4个试验结果分别相加所得之和的平均值, I值越大说明该水平影响越显著, II、III、IV分别对因素B、C、D有类似含义;R值为极差, 即 (I/4) ~ (IV/4) 中最大值和最小值的差, 通过R值可以分析出各因素对指标影响的差异, R值越大则说明该因素对指标的影响越显著。

从表3可以看出因素A所对应的R值632.05, 为A、B、C、D中最大值, 也就是说酚醛摩尔比对数均分子量的影响是最显著的, 据此可以看出四个因素对数均分子量的影响显著程度由高到低依次为:A>D>C>B。通过I值可知最佳组合是AIBIIICIVDIV。

对正交试验中关于玻璃化转变温度的结果进行极差分析结果如表4所示。

由表4中的R值可以看出, 4个因素对玻璃化转变温度的影响显著程度由高到低依次为:A>D>B>C, 通过I值可知最佳组合是AIBIIICIVDIV。

对正交试验中关于残炭率的结果进行极差分析结果如表5所示。

由表5中的R值可以看出, 4个因素对残炭率的影响显著程度由高到低依次为:D>A>C>B, 通过I值可知最佳组合是AIBIVCIIIDIV。结合数均分子量、玻璃化转变温度、残炭率各组的最佳组合可知摩尔比AI的值均最高, 所以应选用AI;催化剂用量的I值差别不大, 从成本考虑, 宜选用BIII;反应时间从I值看, 4h和5h差别不大, 从省时角度考虑, 宜选用CIII;反应温度均是DIV最大, 符合期望考察目标, 所以应选用DIV, 综合考虑, 较适宜工艺确定为AIBIIICIIIDIV, 即醛酚摩尔比为0.90∶1, 催化剂用量为2.0%, 反应时间为4h, 反应温度为100℃。

2.2 对比试验

为了进一步研究各因素对线性酚醛树脂热性能的影响, 结合正交试验的结果, 通过对比试验 (固定其它3个因素水平, 仅改变所研究因素的水平) , 研究单一因素水平变化对PF热性能的影响, Tg的高低反映PF分子量的大小和分布, 分子量越大, 分布越窄, Tg值越大。选择PF的Tg为考察指标, 确定每个因素的最佳水平。

2.2.1 摩尔配比的影响

研究了苯酚和甲醛的摩尔比分别为1∶0.85、1∶0.88、1∶0.90、1∶0.92和1∶0.94时, 对线性酚醛树脂的Tg的影响规律, 见图1。

从图1可以看出, 总趋势是PF的Tg随着摩尔比 (甲醛/苯酚) 的增大而增大的, 当摩尔比从0.92增至0.94时, Tg变化趋于平缓。从0.90增至0.92时, Tg虽有提高, 但反应后期粘度太大, 考虑到合成和施工环节, 所以选用甲醛与苯酚摩尔比为0.9。

2.2.2 催化剂用量的影响

催化剂的用量对反应过程及产物性能非常重要, 在其他因素不变的前提下, 选取催化剂用量 (催化剂质量占苯酚质量的百分比) 分别为1.5%、1.8%、2.0%、2.2%、2.5%进行实验, 得到不同催化剂用量对Tg的影响趋势图, 如图2。由图看出, 随着催化剂用量的增加, Tg先升高后降低, 在催化剂用量为2%时, Tg值最大, 其原因可能是反应速度较适宜, 合成的酚醛树脂分子量分布较窄。

2.2.3 反应时间的影响

为了考察反应时间对Tg的影响, 选取反应时间分别为3.0h、3.5h、4.0h、4.5h和5.0h进行对比试验, 结果见图3。

由图3可以看出, PF的Tg随着反应时间的延长而升高, 当反应时间大于4.0h后, Tg的变化趋于平缓。分析其原因是由于在较高的温度下 (100℃) 反应, 树脂分子量急剧增大, 玻璃化转变温度也随之增大, 但是当反应时间达到一定值后, 体系粘度较多, PF的分子量大小及分布变化不明显, Tg变化不大, 所以选用4.0h较适宜。

2.2.4 反应温度的影响

为了考察反应温度对PF性能的影响, 选取温度分别为90℃、95℃、100℃、105℃、110℃进行对比试验, 结果见图4。由图可以看出, Tg随着反应温度的升高而增大, 并且当反应温度从90℃升到100℃时, Tg升高较快, 当反应温度从100℃升高至110℃时, Tg有所下降。分析认为, 可能苯酚与甲醛反应生成PF的过程是由两步反应完成的, 第1步是甲醛与苯酚进行加成反应, 生成羟甲基苯酚, 第2步是生成的羟甲基苯酚与苯酚进行缩合反应, 最终生成PF。在这两步反应中, 第1步加成反应是放热反应, 第2步缩聚反应是吸热反应, 也就是说, 升高温度有利于缩合反应, 但是不利于加成反应, 因此当反应温度升高后, 加成反应进行的不完全, 一部分苯酚单体没有被反应掉, 使PF分子量降低, Tg降低, 考虑到反应后期粘度的影响, 选用95℃较好。

3 结论

(1) 通过L16 (4) 5正交试验的方法对线性酚醛树脂的合成工艺进行优化, 得出影响反应的主要因素是酚醛摩尔比, 其次是反应温度、反应时间、催化剂用量, 较合理的工艺条件:酚醛摩尔比1∶0.9, 催化剂用量2.0%, 反应时间4h, 反应温度100℃。

(2) 通过分析对比试验结果, 结合正交试验数据, 综合考虑合成成本、生产效率和施工工艺等因素, 确定最适宜的工艺条件:酚醛摩尔比1∶0.9, 催化剂用量2.0%, 反应时间4h, 反檨檨檨檨檨檨檨檨檨应温度95℃。

摘要：以苯酚、甲醛为原料, 草酸为催化剂, 设计合成摩擦材料基体用线性酚醛树脂。通过正交试验和对比试验, 考察线性酚醛树脂的数均分子量、玻璃化转变温度、残炭率等性能, 获得其最佳合成工艺条件:苯酚与甲醛物质的量比为1:0.9, 催化剂用量为 (2.0%按苯酚质量计算) , 反应时间为4h, 反应温度为95℃。

关键词：正交试验,对比试验,酚醛树脂,合成

参考文献

[1]崔杰, 刘长丰.[J].工程塑料应用, 2004, 32 (8) :72-75.

[2]乔吉超, 胡小玲, 管萍.[J].中国胶粘剂, 2006, 15 (7) :45-48,

[3]田建团, 张炜, 郭亚林, 等.[J].热固性树脂, 2006, 21 (2) :44-48.

[4]刘盈海, 白利斌, 杨柏, 等.[J].热固性树脂, 2004, 19 (5) :7-10.

[5]唐丽军, 张静旖, 丁永红.[J].热固性树脂, 2012, 27 (1) :14-16,

非线性工艺设计 第2篇

精密转台系统非线性动态自适应控制器设计

提出了一种用于精密转台平滑鲁棒自适应控制器.通过基于σ改进方案的自适应律估计得到未知摩擦参数和非线性项的常值上界,并且利用一种平滑预测算法来改进用于估计不可测摩擦状态的双观测器.为了抑制不确定非线性项,加入了无抖振滑模控制项.通过Lyapunov方法证明了系统的.位置跟踪误差是一致最终有界的.仿真研究表明了该控制方案的有效性.

作 者：王忠山 王毅 苏宝库 WANG Zhong-shan WANG Yi SU Bao-ku 作者单位：哈尔滨工业大学空间控制与惯性技术研究中心,哈尔滨,150001刊 名：航空精密制造技术 ISTIC英文刊名：AVIATION PRECISION MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：44(2)分类号：V249.12关键词：精密转台系统 摩擦补偿 不确定非线性项 平滑鲁棒自适应控制器

非线性工艺设计 第3篇

摘 要：随着电脑模拟技术的发展非线性参数化设计浪潮的兴起，计算机在设计中开始从辅助应用的角色转变成主动参与的角色。这种角色的转变使得设计开始由传统的“自上而下”的设计方法逐渐演变成“自下而上”可调节的设计方法，设计中的影响因素也开始逐渐量化从而在整个设计过程中影响设计“生成”的结果。本文试图将非线性参数化设计的思维和技术运用到科技馆展示设计中，探索参数化设计与科技馆展示设计工作流程的新途径。

关键词：非线性参数化设计；科技馆；展示设计

0 引言

随着科技的发展，国内一些大型科技馆逐渐改变，通过新的展示技术营造的“以人文本”的氛围大大提高了观众的观馆体验，但也存在展项没有和整个环境完全融为一体、设计过程过于繁杂等问题。传统展示设计方法主要依靠设计师的直接或间接的经验，是一个从整体到局部的过程，在设计过程中上一阶段做完确认之后才能进入下一阶段，一旦其中的一步需要修改就要返回去，这样就会引起很多额外的工作量，同时也影响设计工作的进度。

要解决这一问题需要我们从设计的开始阶段就要考虑影响设计的因素，将这些因素进行参数化转译，建立算法模型作用于最后的设计方案，这一点传统的设计方法不能达到。非线性参数化设计改变了设计师的思考方式，寻找“关系”及“规则”是设计的出发点，算法是设计的核心内容，这与传统的设计思维有天壤之别。[1]设计再也不是传统的“头脑风暴”找寻灵感、草图绘制大致的造型、三维建模确定方案的过程，而变成了基于设计需求、通过建立逻辑模型反复求解“找形”及形态优化的过程。而设计与加工及施工之间的联系信息将以数据及软件参数模型为媒介进行传递，无可置疑，这将极大地提高设计师对加工及施工的控制程度，而它所包含的内容远远不止设计的形式风格。

1 非线性参数化设计技术

参数化设计就是在非线性科学理论的基础上将影响设计的多方面的复杂因素量化作为参数，建立参数化模型，运用计算机技术来完成设计方案，它是实现非线性设计的不错的平台。在造型上的应用，受到了德勒兹“生成”哲学概念的影响贯穿于整个过程，“生成”是一个运动过程不是具体的某一个“生成”结果，它不是由事物的状态决定，而是一种事物的生长过程。[2]

由此我们知道“生成”的重要概念就是强调设计中的“过程”，我们将影响设计的因素作为参数X写入关系式Y=F（X），给定不一样的数值和曲线变化对应的生成形态也不一样，而这一过程的计算全交由计算机进行。

参数化设计软件有很多，根据不同的专业和加工需求所使用的软件也不一致，但大多参数化设计具体操作则是使用Rhino平台下的Grasshopper插件建立与之相应的参数化模型。它占用资源少，具有开源性，设计师能自己编写所需得命令符。它的这些特性使得设计变成了“自下而上”可调控、多元化、随机性、开放性的设计过程，改变了传统的“自上而下”的设计方法，逐渐演变成了“自下而上”可调节的设计方法和流程。

在非线性参数化设计中泰森多边形是一种较为常用的命令，由于每个泰森多边形内仅含有一个离散点数据，泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近，位于泰森多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等，①因此能实现随机而有效的控制，在建筑和产品设计中也成为了较为常见的设计元素。例如，水立方，参数化设计不仅能让设计师控制以前无法实现的复杂形式而且能高效地“生成”多种备选方案，[3]这也增加了我们对建筑表皮和结构的控制。

2 非线性科技馆参数化设计应用

CAD软件对于标准几何图形的绘制比自由曲线容易很多，因此这种操作上的难易差距，使得设计师为了能够迅速绘制方案而更喜欢把方案设计成容易用CAD画出来的图形，久而久之设计师对于方案的设计习惯就会因为软件的限制而改变。[4]

2.1 科技馆应用流程

将非线性科技馆参数化设计用于科技馆中，在设计中通过确定设计需求将设计的影响因素数值化，确立基本样式和形态基础。通过构建基础逻辑模型调试反馈，确定算法模型，通过不同的参数调节得到多个方案，最后通过筛选得出最终方案，导出数据及图纸并进行施工。

2.2 科技馆应用实例

以贵州毕节科技馆展示设计其中一展项为例，该展项为万灵之源展区生命的传递展项。项目中要求该展项以场景展示的形式容纳展品，展区以人体内部肌肉、血管、骨骼分布形态特点为灵感，意在打造一种强烈的“生命感”氛围。展项以视频介绍生命传递的主要过程、视频图文介绍生命传递的内在秘密、各种图文版的生命传递、综合性地展示多媒体互动演示构造，形成了以生命的形成过程——生命传递的内在秘密——生命传递对于人类的意义的立体综合展示。根据设计任务书，按照设计需求分析得出基本设计思路，根据设计流程展开设计。因为生长和遗传是一个不断发展的过程，于是总结出设计的特点关键词：生命感、自然、不断延续、肌肉、血管、骨骼。从而确定了设计方向。

根据设计流程进行归纳设计影响因素、确定基本形态及建立初步参数化逻辑模型。通过分析基本形态的特点，确定采用泰森多边形为设计起点，根据设计思路进行建立初步参数化逻辑模型，设计的最初方案是说明整个空间采用异形的空间结构展开展项，使得参观者能够游离其中。由于受到甲方资金和加工技术的影响，只好在原有的逻辑机构上面进行修改，将三维的空间结构变成二维形态方便加工以保证降低成本。

通过对数据分析查找参观者人体工程学身高数据及人流量分析的数值，将这些数值作为影响设计因素用来控制展项空间尺寸。由于展项为一个通道式的空间结构，人流量及内部的空气通风问题会影响参观者的行为，也会影响展项的外观设计，采用通透的设计不仅能够满足通风及参观者视线问题还能够比较形象地模拟血管的形态，复杂的有机结构在形态语义上也能够很好地说明生命传递的概念。采用随机点生成的方式，用数值来控制随机点分布及形状，确定（下转第页）（上接第页）每一个面的形态结构不是单一的单元，使展项有不同的结构，最后生成最终展项设计方案。最后导出图纸进行实际施工。

3 结论

参数化设计出来的东西有它自身的特点，运用科技馆参数化的设计流程不仅能够帮助我们更快、更好地设计出优选方案，还能解放设计思维，但是设计出的作品也有自身的局限性。从现实的现状上来看对于地方性科技馆展品展项来说每一个展品展项都有一定的预算，参数化设计出来的展品可以说很出彩，但如果不能够将其实现或是付出很大代价才能实现，这对于参数化设计运用于地方性科技馆展示设计来说无疑是一大问题。非线性参数化是未来设计的趋势，如何将非线性参数化设计与现有的问题结合起来运用于科技馆展示设计中去，这就需要我们去不断地探索和运用。

注釋：①来源于百度百科。

参考文献：

[1] 徐卫国，罗丹，叶扬，路培，刘洁.“数字渗透”与“参数化主义”——关于“数字技术与建筑设计”的访谈与对话录[J].世界建筑，2013（09）.

[2] 徐愔愔.参数化非线性建筑设计对建筑艺术的影响[D].中国艺术研究院，2010.

[3] 许英英.参数化·建筑空间——参数化设计技术影响下建筑空间形态的转化[J].艺术设计，2014（09）.

非线性工艺设计 第4篇

关键词：线性低密度聚乙烯,回收系统,排放气

1 前言

聚乙烯装置排放气中含有乙烯、乙烷、甲烷、氮气及重组分丁烯-1、异戊烷等, 而通常采用的压缩冷凝法回收效率并不高, 排放气中的丁烯-1和异戊烷的回收效率会随着回收气中氮气含量的提高而降低。通过对比分析现有各类气体回收技术的特点, 比较各种回收方法的优缺点, 在原有工艺的基础上对回收装置进行设备和技术的优化升级, 实现排放气中各种烷类、烃类的高效回收和尾气中的氮气重复利用, 达到减少原料损耗和节能减排的目的。

2 排放气回收新技术分析

2.1 变压吸附技术

变压吸附 (PSA) 技术始于20世纪六十年代初, 在七十年代基本实现了在工业化生产中的应用, 并于八十年代开发利用高吸附分离性能的沸石分子筛, 变压吸附技术得到飞速发展, 具有启动时间短、能耗较低和节约成本、自动化程度高的突出优点。不同气体在同一吸附剂上的吸附特性存在差异, 选择合适的吸附剂就能实现对混合气体中不同吸附能力的各种气体分离提纯的目的。由气体吸附定律可知, 当某种吸附剂吸附同一种气体时, 压力越高, 吸附量越大;温度越高, 吸附量越小。因此, 在气体回收过程中通常采用高压或低温下吸附, 然后降压或升温解吸, 达到吸附剂循环利用的目的。比较常见的PSA工艺流程如下:排放气经低压冷凝回收一部分液体, 后利用压缩机升压并高压冷凝至-10℃回收更多的液体, 回收的共聚单体和吸附剂送回反应进料系统, 多余的排放气送至火炬燃烧处理。

2.2 无动力深冷分离技术

无动力深冷分离技术是无动力回收氨技术在聚乙烯排放气回收系统中的成功应用。通过增加深冷分离设备, 在提高共聚单体和异戊烷的回收率的同时, 可将以往线性聚乙烯装置的氮气消耗总量下降了三成, 每年可产生经济效益一百多万, 同时能耗也大大的降低, 实现了装置的清洁生产和节能减排利益最大化。所谓无动力深冷分离回收技术, 是指在不需要任何额外动力的情况下, 利用火炬气尾气仓的原有压力能, 通过多通道循环膨胀制冷, 充分冷却液化后深度分离回收剩余的丁烯-1和异戊烷。该回收技术的主要流程如下:利用尾气自身压力能, 采用透平膨胀机绝热膨胀, 使得冷却降温至-130℃液化, 进而在气液分离器中分流。考虑到聚乙烯回收气装置中管道和分离罐的耐低温特性, 设备内的管道材质通常为碳钢, 也有局部的管线使用耐低温性能不足的低温钢, 因此无动力回收的冷凝液体温度要控制在-37℃左右, 分离罐的压力不能超过0.3MPa左右。通过增加无动力深冷回收装置吸收后, 乙烯的回收率达到了72%, 而丁烯-1和异戊烷的回收率高达99.9%以上。共聚单体和异戊烷的回收率大大提高后, 装置的单耗随之大幅降低, 经济效益的提升十分可观。

2.3 有机蒸汽膜分离技术

传统工艺通常不会在排放气回收单元中设置膜回收系统, 而国内的一些改装装置即便增设膜回收系统, 对重烃类的回收效率依旧不高。有别于传统气相膜扩散选择性控制, 新型气体蒸汽渗透膜的理论原理是溶解扩散机理, 气体在膜两侧的分压差产生了分离推动力, 而混合气体中的不同组分在通过渗透膜时呈现出不同的渗透速率, 从而实现气体分离的目的。常见的有机蒸汽膜是三层结构:第一层起结构作用的是无纺布支撑膜材料;中间层实现分离层增强的是耐溶剂的多孔膜;表面分离层采用橡胶态薄膜。生产出来的平板有机膜经卷制后形成螺旋卷式膜组件, 可以满足工业大规模使用的要求。当膜系统与吸收系统、精馏装置、反应装置等耦合使用以后, 有机蒸汽中的回收率可以达到95%以上, 而氮气更是可以纯化到99%以上, 实现真正的氮气高纯循环使用。

3 一步冷凝法与两步冷凝法的比较

聚乙烯装置排放气回收通常采用的是两步冷凝法, 即先经低压冷凝器回收一部分液体, 再经压缩机升压后高压低温状态冷凝尾气回收更多的液体。压缩机出口的压力和液体回收量呈线性正比关系, 当压缩机出口压力升高, 原料回收率提高, 冷凝剂的消耗随之下降;而压缩机功率随着出口压力的升高而增加, 冰机的功率下降使冷却水消耗增加。可见, 压缩机出口压力的升高可以降低单体及冷凝剂的消耗量, 但功率的增加致使能耗增加是无法避免的。

一步冷凝法与两步冷凝法最大的区别在于一步冷凝步法不设置低压冷凝器。采用一步冷凝法时, 在相同压力下液体回收量与低压冷凝器的设置与否无关, 而压缩机功率和循环水的消耗会因为低压冷凝器的缺失而升高, 但冰机的电能损耗会降低, 按照折算系数综合计算后, 发现一步冷凝法较两步冷凝法节约能量和资源。此外, 在相同压力下, 一步冷凝法回收的液体量较两步冷凝法要多。因此, 基本可以得出以下结论:一步冷凝法既可节约能量, 又能降低物耗, 明显优于两步冷凝法。

4 结论

为了响应国家低碳和节能减排的号召, 在线性低密度聚乙烯排放气回收的原有工艺基础上进行技术和设备的升级换代和改造, 通过增设无动力深冷回收装置和增加膜回收系统, 采取一步冷凝法等措施可以大大降低物料的损耗和排放损失, 在节能减排工作中取得不错的成效, 取得十分可观的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]刘景睿.气相法聚乙烯技术排放气回收单元的先进性分析[J].石化技术, 2014, 21 (03) :34-36.

[2]朱炳焕.无动力深冷分离技术在气相法聚乙烯装置中的应用[J].现代化工, 2015 (35) :160-162.

[3]刘秀兰, 王树芳.气相流化床聚乙烯装置排放气回收工艺的改进[J].石油化工技术, 2003, 20 (03) :5-7.

[4]赵广利.气相聚乙烯装置火炬排放系统设计[J].石油化工应用, 2009, 28 (05) :67-71.