吸油率 (OAR) 優化

從相關性分析到因果關係建模的策略藍圖

問題核心:不穩定的製程表現

因 OAR < 1.8 目標而受影響的產量

198

公噸 (MT)

吸油率數據頻繁波動,不僅構成巨大的不合格品風險,也導致顯著的產能損失。

品質目標達成狀況

初步分析顯示,大量的生產批次處於品質目標的邊緣地帶,突顯了製程穩定性的不足。

解構製程:從乾燥器到精密的相轉換反應器

成功的優化始於思維的轉變。汽提器不僅是移除溶劑的設備,它更是一個複雜的反應器,透過三種主要的物理化學機制,精密地建構出產品的微觀多孔結構。

NIPS

非溶劑誘導相分離

TIPS

熱誘導相分離

EIPS

蒸發誘導相分離

水量 (RW) 作為非溶劑

控制熱力學「淬火速率」,直接影響孔隙大小與互連性,是 NIPS 的主要驅動力。

蒸汽 (STM) 作為熱/質傳媒介

同時影響反應溫度與溶劑移除速率,驅動 TIPSEIPS

固含量 (TS%) 作為初始條件

定義反應的起始點與溶液黏度,高黏度可能減緩相分離動力學,導致孔隙結構發展不完全。

現行方法的侷限

分析歷史操作數據僅能揭示表面關聯,無法指導真正的優化。

  • 干擾變數:無法確定觀察到的影響是否僅來自單一變數的改變。
  • 缺乏交互作用分析:無法捕捉變數間的協同或拮抗效應,例如水量在高固含量下的效果可能與低固含量時完全不同。
  • 無法模擬曲率:只能識別線性趨勢(如「越多越好」),卻錯過了曲線峰值的真正最佳點。

被忽略的關鍵變數:切粒速度

最終的 OAR 測試結果不僅取決於內部的孔隙,還受到膠粒表面的極大影響。

優良的內部多孔結構

次佳的切粒參數可能形成一層緻密的「表皮」,封閉內部孔隙,阻礙油的吸收。

前進之路:統計實驗設計 (DOE)

採用反應曲面法 (RSM) 中的 Box-Behnken 設計 (BBD),能以最有效率的方式系統性地探索製程空間,量化變數間的交互作用,並找到真正的最佳操作窗口。

實驗效率比較:四因子三水平設計

BBD 設計能以不到全因子實驗三分之一的運行次數,獲得更豐富、更可靠的製程資訊。

建議的 BBD 實驗因子

因子 代碼 單位
固含量 A: TS% %
蒸汽流量 B: STM kg/hr
水流量 C: RW L/hr
SDU 轉速 D: SDU RPM

視覺化製程響應:尋找 OAR 最佳點

RSM 的最終輸出是一個預測模型,可以視覺化為 3D 響應曲面。這使我們能夠直觀地看到不同參數組合如何影響 OAR,並精確定位性能曲線的峰值——即穩健的最佳操作窗口。

此圖為示意圖,展示了 OAR 如何隨蒸汽量和水量的變化而呈現非線性、具有交互作用的曲面。真實數據將透過 BBD 實驗取得。