調整及量測設備

表 3-4 為本研究實驗有關調整及量測設備說明，分述如下:

1. 轉速:

利用薄膜蒸發器減速馬達進行調整(如圖 3-6)，調整方式為旋轉減速馬達變 速桿，變速桿上刻有刻度，目前刻度值為 4，經量測轉速為 58rpm，表 3-5 為刻度值與轉速對照表，由表可知，每當轉動變速桿上改變 1 個刻度，則 轉速約增減 10rpm，例如刻度 2 時，轉速為 40rpm；刻度 3 時，轉速為 50rpm；

而刻度 5 時，轉速則提升為 68rpm。而調整後仍需實際使用碼表量測，每 分鐘旋轉轉數，其精確度可達± 1rpm。

2. 進料量:

進料量可由回收系統控制盤直接設定流量後，由流量控制閥控制，流量計 表頭可直接顯示流量值(如圖 3-7)，目前設定值為 180 L/hr，設定值之改變 最小單位為 1 L，依原廠資料顯示其精確度為±1%。

3. 蒸氣壓力:

蒸氣壓力可由蒸氣壓力調整閥(如圖 3-8)進行調整，利用旋轉螺絲可改變蒸

氣壓力，而其量測則使用一壓力表進行觀察，其精確度為± 0.2 kg/cm²， 目前設定為 4.2 kg/cm²，而本研究案例之光電廠薄膜蒸發器原廠設計最高 容許蒸氣壓力為 5.0 kg/cm²，回收系統最低容許蒸氣壓力為 4.0 kg/cm²，故 本研究後續蒸氣壓力之調整將落於 4.0 kg/cm²～5.0 kg/cm²。

4. 廢液排出量:

薄膜蒸發器之效能是以蒸發率作為評估指標，而蒸發率又與進料量、精餾 塔回流量及濃縮桶槽排出之廢液量有關，本研究濃縮桶槽排出之廢液量計 算為:每批排出之廢液量則以磁力式液位計設定高點(Hi)～設定低點(Lo)，

可求得排液乙次為 50L。而另從監控電腦可監控得知排液乙批的時間，精 確度可至 0.01hr，故可計算每日排液次數，兩者相乘即可得知濃縮桶槽排 出之廢液量。

調整/量測項目 設備名稱 廠牌 型號 目前設定值 備註

調整/轉速 薄膜蒸發器轉動

馬達 TSUBAKIMO DK022FT

10VDF1-W 58rpm 轉速調整 20～120rpm

調整/蒸氣壓力 蒸氣壓力調整閥 Yoshitake GP-1000SS 4.2kg/cm² 壓力調整 3-5kg/cm²

刻 度 值 轉 速 ( r p m )

0 2 3

1 3 2

2 4 0

3 5 0

4 5 8

5 6 8

6 7 9

7 9 0

8 1 0 2

9 1 1 4

1 0 1 2 6

表 3 - 5 減 速 馬 達 刻 度 轉 速 對 照 表

圖 3-6 本研究案例光電廠薄膜蒸發器轉動馬達

圖 3-8 本研究案例光電廠用蒸氣壓力調整閥 圖 3-7 本研究案例光電廠用進料流量計

3.5 因子水準設定 因子水準設定 因子水準設定 因子水準設定

在前章節本研究已選定進料流量、攪拌機轉速及蒸氣壓力作為控制因 子探討，在進料流量設定上，本研究案例之光電廠目前設定為 180 L/hr，由 於去光阻劑回收廢液量受製程產能影響，本研究案例之光電廠視產能大小 調整進料量，若去光阻劑回收廢液量小，則設定進料量為 160 L/hr，若去光 阻劑回收廢液量大，則設定進料量為 200 L/hr，故進料量因子可選用 160 L/hr、180 L/hr、200 L/hr 作為水準設定。

另在蒸氣壓力因子方面，目前設定為 4.2 kg/cm²，而本研究案例之光電 廠薄膜蒸發器原廠設計最高容許蒸氣壓力為 5.0 kg/cm²，回收系統最低容許 蒸氣壓力為 4.0 kg/cm²，故本研究蒸氣壓力因子可選擇蒸氣壓力 4.2 kg/cm² 及 5.0 kg/cm²作為水準設定。

在水準選定上較棘手的是轉速因子，目前設定為 58rpm，為避免於後續 田口實驗時造成水準選用錯誤，本研究先行針對轉速因子進行初步實驗，

以目前設定值 58rpm 往上調整，如表 3-5 所示轉速應為 68rpm，往下調整轉 速應為 50rpm，初步實驗結果如表 3-6 所示，由表中所知進料量與蒸氣壓力 並不改變仍為原設定值 180 L/hr 及 4.2 kg/cm²，轉速由 58rpm 調升為 68rpm 時，蒸發率會由原 94.05%降至 93.20%，轉速由 58rpm 調降為 50rpm 時，蒸 發率會由原 94.05%昇至 95.24%。圖 3-9 為初步實驗轉速與蒸發率關係圖，

由圖可知轉速降低則蒸發率有上升趨勢，故本研究為求得最佳蒸發率，在

ITEM 進料量

後續田口實驗轉速水準選定時，可由原設定值往下調降轉速，依據表 3-5 選定減速馬達刻度值 3 之 50rpm 轉速及刻度值 2 之 40rpm 轉速作為水準探 討，而非原先之 50rpm、58rpm 及 68rpm。綜合以上，各因子之水準設定整 理如表 3-7 所示。

3.6 直交表的選用 直交表的選用 直交表的選用 直交表的選用

在上章節，本研究已選定進料流量、轉速三水準及蒸氣壓力二水準進 行實驗，若以全因子實驗而言，需 2¹×3²=18 組實驗，由於本研究希望比較 田口方法及全因子實驗法實驗結果差異性，故選用同樣 18 組實驗之 L18(2¹

×3⁷)直交表進行實驗配置，L18(2¹×3⁷)直交表最多可容納之因子個數為 7 個，

但我們僅有三個控制因子分別為 a(代表蒸氣壓力)、b(代表攪拌機轉速)、c(代 表進料量)，分別使用前三行，其餘四行則留空不用。本研究之因子水準實 驗組數配置如表 3-8 所示。

3.7 實驗執行與記錄 實驗執行與記錄 實驗執行與記錄 實驗執行與記錄

為盡量減低組成份濃度變化對去光阻劑回收系統之影響，本研究實驗 前儘量將已使用後之去光阻劑回收儲存於 15 噸之回收廢液儲槽內，以盡量 將進料組成性質變化縮至最小。前章節曾說明蒸發率之計算取決於進料 量、精餾塔回流量及濃縮桶槽排出之廢液量，本研究實驗約每六小時可得 到一筆數據，每天約可量得四筆數據，由於改變控制因子致使蒸發率變化

1 2 3

蒸氣壓力 轉速 進料量

有其時間延遲性，為使實驗數據更加具參考性，本實驗每日進行一組實驗 共需 18 天進行，而實驗數據僅取每日最後二筆數據，其原因為改變參數後 連續運轉越久則薄膜蒸發器熱交換將趨於越穩定。而後根據 L18(2¹×3⁷)直交 表的配置及上述實驗方法進行實驗，實驗所得數據將其記錄於紀錄表，紀 錄表格式如表 3-9 所示，表中之蒸發率計算係利用式子 3-14 計算得知，表 中其餘相關計算說明如下:

3.8 資料分析 資料分析 資料分析 資料分析

田口方法資料分析包含依據實驗結果進行 S/N 比計算、回應值計算、

回應圖繪製及變異數分析，以下就其詳細說明:

1.S/N 比計算比計算比計算比計算:

S/N 比是量測平均值與變異程度的指標，蒸發率屬望大特性，望大特 性是指非負數值且值越大越好的特性；可使用前章式子 2-17 將實驗結果 進行 S/N 比計算並填入表 3-10 實驗結果及 S/N 比計算表內。

24(hr/day)

濃縮液排放量(L/day)= × 50(L/次) 濃縮液排液時間(hr/次)

總進料量(L/day)= (進料量 + 精餾塔回流量)(L/hr) ×24(hr/day)

其中，n 為重複實驗數；yi 為實驗結果值。

表 3-10 中實驗結果表示為 y1-i 及 y2-i，其中 i 代表實驗組數，1 及 2 分別 代表第一筆數據及第二筆數據。

2.回應值回應值回應值回應值(Response value)計算計算計算計算

所謂回應值指的是 S/N 比之平均值，回應值(Response value)計算式舉 例如下:

由表 3-10 實驗結果及 S/N 比計算表知，符合 A 因子水準一之 S/N 值為 SN1、SN2、SN3、SN4、SN5、SN6、SN7、SN8、SN9，故 A 因子水準一 之特性值和為 A₁=(SN1+SN2+SN3+SN4+SN5+SN6+SN7+SN8+SN9)，而平 均回應值為 。同理符合 A 因子水準二之 S/N 值為 SN10～

SN18，故 A 因子水準二之特性值和為 A2=(SN10+SN11．．．+SN18) ， 而平均回應值為 ，其餘如 B2 即為 B 因子水準二之特性值和

=(SN4+SN5+SN6+SN13+SN14+SN15)，而平均回應值為 ，以 此類推。

由 S/N 比進行回應值(Response value)計算後，並將其製作成如表 3-11 S/N 比平均回應值計算表。

1111

n

1111

S/N =

η

= -10 log

蒸氣壓力

3.回應圖繪製回應圖繪製回應圖繪製回應圖繪製

根據回應值最大者以及回應圖中變化斜率，決定出最佳因子與水準，

並推估出最佳操作條件，其判斷方法為回應值越大則代表此水準對蒸發率 而言是較佳的，而回應圖中變化斜率越大則代表此因子對蒸發率之影響越 大。

4.變異數分析變異數分析變異數分析變異數分析(ANOVA)

為進行後續確認實驗，必須先找出顯著因子，而顯著因子選擇方式 有二:

a. 二分法: 因子影響程度由大至小排序，選取一半控制因子。

b. 變異數分析:進行變異數分析並利用F檢定表判定。

本研究選擇使用變異數分析計算各因子之貢獻率尋找顯著因子，本研 究係採無目標值之實驗分析，由直交表配比結果，就幾個所必須進行的變 異數分析計算加以說明，再將變異數分析結果整理如表 3-12 所示。變異 數分析計算步驟說明如下:

(1) 計算總偏差平方和ST

ST ＝SN1²＋SN2²＋SN3²＋⋯ ＋SNn²－CF

修正因子CF＝ ，n為實驗數據個數。

(2) 計算各因子偏差平方和

(SN1+SN2+

……

SNn)

²²²²

n

A因子 B因子 C因子 蒸氣壓力

(kg/cm²)

轉速 (rpm)

進料量 (L/hr)

1 A₁ B₁ C₁

2 A₂ B₂ C₂

3 - B₃ C₃

回應值

水準數

表3-11 回應值計算表

實驗因子 自由度Φ 偏差平方和S 變異數V F值 純偏差平方和S' 貢獻率ρ A Φ

_A

S

_A

V

_A

F

_A

S'

_A

ρ

_A

B Φ

_B

S

_B

V

_B

F

_B

S'

_B

ρ

_B

C Φ

_C

S

_C

V

_C

F

_C

S'

_C

ρ

_C

e Φ

_e

S

_e

V

_e

F

_e

S'

_e

ρ

_e

Total S

_T

表3-12 變異數分析表

(A₁測定值總合)² (A₂測定值總合)²

S_A＝ ＋ ＋ ………… － CF

A₁測定值個數 A₂測定值個數

(B₁測定值總合)² (B₂測定值總合)²

S_B＝ ＋ ＋ ………… － CF

B₁測定值個數 B₂測定值個數 變動S_C以此類推。

(3) 計算誤差平方和Se Se＝ST－(S_A＋S_B＋S_C) (4) 計算不偏變異數V

所謂不偏變異數，就是指不受到樣本大小影響之變異數，其計算方式 如下:

VA＝S_A/ΦA VB＝S_B/ΦB VC＝S_C/ΦC Ve＝Se/Φe

其中Φ代表自由度，每個因子自由度為水準數減1，總自由度為所有 測量值個數減1，誤差自由度為總自由度減去每個因子自由度之和。

(5) 計算F值

比較V_A 、VB 、VC三項，最小者須併入誤差項計算。

FA＝V_A/Ve FB＝V_B/Ve FC＝V_C/Ve (6) 進行F檢定

在進行貢獻率計算之前，須先考慮實驗因子是否具有明顯變異，故需

使用F檢定表判斷。F檢定表中的界限值係以幾乎不可能的程度來說

佳操作條件下之S/N理論值計算公式如下：

S/N比理論推估值η＝實驗結果SN平均值+(顯著因子1之最大回應值-實驗 結果SN平均值)+ (顯著因子2之最大回應值-實驗結果SN平均值)+………

然後以最佳操作條件進行實驗，並依實驗結果計算S/N比，並比較實驗值S/N 比與理論推估S/N比之差異，計算誤差率，誤差率計算公式如下:

(實驗值S/N比－理論推估S/N比)

誤差率(%) ＝ × 100 %

理論推估S/N比

四、實驗結果與討論 四、實驗結果與討論 四、實驗結果與討論 四、實驗結果與討論

本研究使用田口方法依照 L18(2¹×3⁷)直交表內的因子水準排列組配，選 用進料量(水準 160L/hr、180L/hr、200L/hr)、攪拌機轉速(水準 40rpm、50rpm、

58rpm)及蒸氣壓力(水準 4.2kg/cm²、5kg/cm²)作為控制因子，進行實廠去光 阻劑回收系統中之薄膜蒸發器單元可控制參數調整，並進行薄膜蒸發器濃 縮液排出量量測求得蒸發率，以此作為評估薄膜蒸發器效能之指標。L18(2¹

×3⁷)直交表進行 18 組實驗，也等於是以全因子實驗組數 2¹×3²=18 組進行。

故本章節將分別針對全因子實驗法及田口實驗方法所得之蒸發率結果、顯 著影響因子及最佳控制因子水準組配進行討論，分析兩者之差異；最後並 進行應用全因子實驗法及田口實驗方法改善實廠去光阻劑回收系統中之薄 膜蒸發器單元效率後之效益分析。

4.1 全因子實驗 全因子實驗 全因子實驗 全因子實驗結果 結果 結果 結果

本研究選用進料量(水準 160L/hr、180L/hr、200L/hr)、攪拌機轉速(水準 40rpm、50rpm、58rpm)及蒸氣壓力(水準 4.2kg/cm²、5kg/cm²)作為控制因子 進行全因子共 2¹×3²=18 組實驗。當改變控制因子及水準進行實驗，並進行 薄膜蒸發器濃縮液排出量量測後，可依據前一章式子 3-4 公式求得蒸發率，

本研究選用進料量(水準 160L/hr、180L/hr、200L/hr)、攪拌機轉速(水準 40rpm、50rpm、58rpm)及蒸氣壓力(水準 4.2kg/cm²、5kg/cm²)作為控制因子 進行全因子共 2¹×3²=18 組實驗。當改變控制因子及水準進行實驗，並進行 薄膜蒸發器濃縮液排出量量測後，可依據前一章式子 3-4 公式求得蒸發率，

在文檔中 以田口方法探討光電廠去光阻劑回收系統運轉之最佳化 (頁 64-0)