化學工程系
智能化化工製程實驗室

1. 傳統化工操作之化學反應與蒸餾分離是各別進行，但受限於反應的平衡轉化率導致產率無法提升，而本實驗室以反應性蒸餾系統使異丙醇進行酯化反應生成乙酸異丙酯，反應蒸餾塔藉由結合反應與分離將產品不斷從蒸餾系統移出，可以大幅提高產率，搭配薄膜滲透蒸發系統進一步將產品純化，生產出高值化酯類產品。實現高附加價值與節能之化工製造程序，預期學生可從實驗過程中了解反應蒸餾與薄膜滲透蒸發的原理。

2. 反應蒸餾試驗場設定一套資料採集監控系統 (SCADA)，學生們可從人機介面 (HMI) 修改程序控制參數及操作試驗場，模擬實際工廠中央控制室操作模式，有助於學生提早熟悉業界的運作模式。

3. 結合程序設計課程所學模擬軟體 Aspen Plus，由現場數據與模擬結果進行比較，可幫助學生了解理論與實務之關聯。

4. 搭配與中鼎工程股份有限公司合作規劃課程 (化工製程數據化與智能化)，可強化學生對於製程數據化的智能應用與理解整合型試驗場的運作，並加強實務操作能力與增進學生對製程改善。

5. 本試驗場由臺科大化工系與新鼎系統股份有限公司合作，探討實廠試俥啟動程序並採用 AspenTech®之 Aspen Plus Dynamic 及 Matlab®/Simulink® 高階製程控制提供現場操作指引，促進傳統生產模式轉型為製程智能化控制，加強學生對虛實合一系統的聯結(模擬器與實驗數據的同時呈現)、大數據分析與操作預測等化工 4.0 內容的理解。

6. 此智能製程化分析與程序強化裝置規劃據知是國內學校第一個展示場，對未來化工智能化的產學合作，可作為製程高階化的展示與實驗場域，配合總整教學課程可以達到人才培育的需求。

1. 在進行實驗之前，學生應複習與本實驗相關之核心課程: 有機化學 (酯化反應)、化工熱力學 (多成分間物性分析)、化工動力學(觸媒反應動力式)、單元操作與輸送現象 (蒸餾塔、熱交換器、管線配置等)、程序控制 (PID control、變數分析)、程序設計 (Aspen Plus模擬軟體)、化工製程數據化與智能化 (Smart Plant P&ID設計及Smart 3D)，透過課前預習，讓學生提早理解試驗場的運作原理，增強學生實務操作能力。

2. 學生在需在課前充分預習反應蒸餾系統原理與技術操作手冊，並以四個人為一組進行實驗，以輪班制度來實施，學生需負責各自分配到的工作並在更換班別時交接給下一位同學，課堂助教會操作反應蒸餾試驗場進行教學訓練，主要訓練內容為將智能工廠進行開俥啟動並達到穩定狀態，過程中學生以(操作圖控軟體、反應蒸餾塔相關操作、使用氣相層析儀分析當前產品濃度、薄膜滲透蒸發相關操作)進行分班，並且每 2 小時實施相互交接，訓練學生團隊分工合作能力。

3. 實驗過程中助教會根據當下實驗數據、實驗內容的技術操作及原理進行提問，幫助學生更深入了解實驗，在學生遇到突發的狀況時(例如設備突然故障)，可以訓練學生緊急應變能力，以安全考量為優先解決問題，使學生在進入業界後遇到特殊情況也能冷靜應對。

4. 當系統達到穩態後進行產能擾動測試，第一次擾動測試先以傳統 PID 控制系統進行實驗，第二次擾動測試使用高階製程控制，藉由試驗場取得之實際數據回饋至 Matlab/Simulink後，建立之類神經網絡 (Artificial neural network) 演算出一組建議操作值來提供試驗場產能擾動操作指引，學生可記錄操作過程中設定值變化，並分別與 Aspen Plus Dynamic 製程擾動之變化趨勢進行比較。

5. 實驗完成後，學生以分組報告方式探討開俥達穩態結果並與模擬進行比較，訓練學生分析數據以及解釋數據能力，同時也要求學生提出製程技術、設備改善之意見回饋來完善總整課程。

6. 產能擾動測試方面，比較傳統 PID 控制與高階製程控制結果，可以發現高階製程控制更加的穩定，且產品濃度與傳統 PID 控制相比，較不受到產能擾動影響而下降。

1. 本試驗場由化工系與新鼎系統股份有限公司合作研究，該公司協助資料採集監控系統 (SCADA) 與 Modeling OPC server 橋接，將現場資料即時匯出並進行計算，連接虛擬模型於人機介面呈現建議操作值，將 Matlab/Simulink 類神經系統預測操作顯示於網頁，提供智能化概念之製程分析與強化裝置之展示場，可使製程高階化，達到培育人才與商業推廣之需求。

2. 與中鼎工程股份有限公司合作規劃課程 (化工製程數據化與智能化)，該課程以教授 Process Flowsheet Diagram 與 Piping and Instrument Diagram為主，將化工系核心課程結合於多項實例演練上，全程由中鼎工程業師教學，透過 Smart Plant P&ID 軟體建立學生通過數據化製程並繪製 P&ID 的能力，並使學生熟悉 Smart 3D 軟體進而了解化工廠設計理念，強化學生程序設計與製程數據化的智能應用，使學生能更輕易理解智能化工廠的設備配置與運作原理。

1. 針對學生實驗內容的技術操作及反應蒸餾原理進行提問。

2. 分組輪班團隊合作程度。

3. 學生在操作時，根據操作表現以及是否在時間內完成製程開俥啟動。

4. 根據學生的實驗結果，判斷最終產品濃度是否達規格、數據能力分析與總結。

5. 透過學生的成果報告來確認學生對於實驗的熟悉程度。

榮獲科技部工程技術發展研究司 108 年度產學成果海報展示特優獎