過濾分離技術在工業上運用相當廣泛，在近代化學、能源及環保工程中也擔任重要的角色，如食品精製、化工產品純化、高純度電子材料製造和生物技術。其中水旋風分離器是在固液分離中最普遍被使用的技術，利用固體和液體的離心力不同達到粒子沉降和分離的分離裝置，可以應用在固-液相分離，或者是將液-液相、氣-液相以及固-液-氣多相分離。過去在水旋風分離器模擬大多都是以CFD來進行探討，學術界很少人利用Aspen plus程式來進行模擬，故本研究以Aspen plus著手。
  本研究使用AspenPlus軟體模擬直徑30mm之水旋風分離器，進料使用馬鈴薯澱粉水溶液並詳細描述如何在Aspen plus裡面操作水旋風分離器，進而去分析壓力以及錐角，對其溢流和底流的粒徑分佈與分離效率的影響，並和過去的實驗數據進行模擬分析比較。
  模擬結果顯示，Aspen plus在水旋風分離器上模擬的突破，可以用來快速觀察溶液內部粒徑分佈，也可以對應其分離效率的形式進行模擬，比較常運用在水旋風分離器上的CFD模擬還要快速方便。壓力的變化與實驗數據趨勢一致，而在錐角上的影響，錐角越小，分離效果越好，錐角越大，可較快分離出粒徑較大的產物。

Filtration and separation technology is widely used in industry and plays an important role in modern chemical, energy and environmental engineering, such as food refining, chemical product purification, high-purity electronic material manufacturing and biotechnology.
    The hydrocyclone separator is a high energy-saving technology in solid-liquid separation, which utilizes the inertial centripetal force of solid and liquid to achieve separation and separation of particles, which can be applied to solid-liquid phase bifurcation or liquid-liquid phase, Gas-liquid phase and solid-liquid-gas multiphase bifurcation. In the past, most of the hydrocyclone simulations in the academic world were discussed by CFD. Few people used the Aspen plus program to simulate, so this study started with Aspen plus.
 In this study, AspenPlus software was used to simulate a hydrocyclone with a diameter of 30 mm. The potato aqueous solution was used for the feed.And describe in detail how to operate the hydrocyclone in the Aspen plus.Furthermore, the effects of pressure and cone angle on the particle size distribution and separation efficiency of the overflow and underflow are analyzed, and compared with the experimental data of the past.
    The simulation results show that the breakthrough of Aspen plus simulation on the hydrocyclone can be used to quickly observe the internal particle size distribution of the solution, or simulate the form of separation efficiency.It is faster and more convenient than CFD simulation, which is often used on hydrocyclone.The change of pressure is consistent with the trend of experimental data, and the influence on the cone angle, the smaller the cone angle, the better the separation effect, the larger the cone angle, the more the separated particle size.

目錄
中文摘要	I
英文摘要	III
目錄		Ⅴ
圖目錄	VIII
表目錄	X 

第一章 緒論	1
1-1前言	1
1-2研究動機與目的	2
第二章 文獻回顧	3
2-1水旋風分離器之發展概論	3
2-1-1水旋風分離器歷史概要	3
2-1-2水旋風分離器簡介與結構	4
2-1-3水旋風分離器規格	5
2-2水旋風分離器之特殊現象	7
2-2-1魚鉤現象	7
2-2-2空氣核心	9
2-2-3短路流和循環流現象	10
2-3水旋風分離器在工程上的應用	11
2-4 Aspen Plus應用	12
第三章 理論基礎	14
3-1水旋風分離器之基本理論	14
3-1-1水旋風分離器的分離原理	14
3-1-2粒子在流體中的拖曳力	15
3-1-3兩相流動中的受力分析	15
3-1-4平衡軌道理論	17
3-1-5無因次群組	18
3-2水旋風分離器之性能和特性	21
3-2-1幾何結構	21
3-2-2物性參數	23
3-2-3操作參數	23
3-3程序合成與設計理論	30
3-4 Aspen Plus 簡介	32
3-4-1 Aspen Plus 之基本架構	32
3-4-2 Aspen Plus 之模擬操作步驟	33
第四章 製程模擬	36
4-1 進料條件	36
4-2 模擬操作步驟	37
4-3 基本個案	47
4-3-1 壓力變化模擬結果分析	48
4-3-2 錐角變化模擬結果分析	57
第五章 結論與建議	62
5-1 結論	62
5-2 建議	63
符號說明	64
參考文獻	67
圖目錄
圖2-1 水旋風分離器結構圖	5
圖2-2 兩個基本設計水旋風分離器之結構	6
圖2-3 水旋風分離器之魚鉤現象圖	7
圖3-1 水旋風分離器之零速包絡面俯視與平視示意圖	18
圖3-2 水旋風分離器結構圖	22
圖3-3 常見的蒸餾塔型式圖	34
圖4-1馬鈴薯粒徑分佈圖	36
圖4-2 水旋風分離器的結構與尺寸圖	37
圖4-3進料物質選擇圖	38
圖4-4進料狀態選擇圖	38
圖4-5熱力學設定圖	39
圖4-6新增純成份圖	40
圖4-7物化性設定圖	40
圖4-8屬性模型設定圖	41
圖4-9水旋風分離器流程圖	42
圖4-10 進料物流選擇圖	42
圖4-11進料水設定圖	43
圖4-12進料澱粉設定圖	44
圖4-13粒徑分佈設定圖	44
圖4-14水旋風分離器計算設定圖	45
圖4-15水旋風分離器結構設定圖	46
圖4-16 Aspen plus模擬結果流量圖	47
圖4-17 0.3bar溢流及底流粒徑分布圖	48
圖4-18 0.3bar分離效率圖	48
圖4-19 0.6bar溢流及底流粒徑分布圖	49
圖4-20 0.6bar分離效率圖	49
圖4-21 0.9bar溢流及底流粒徑分布圖	50
圖4-22 0.9bar分離效率圖	50
圖4-23在不同進口壓力下底流之粒徑分佈圖(模擬)	51
圖4-24在不同進口壓力下底流之粒徑分佈圖(實驗)	51
圖4-25在不同進口壓力下溢流之粒徑分佈圖(模擬)	53
圖4-26在不同進口壓力下溢流之粒徑分佈圖(實驗)	53
圖4-27分離效率圖	54
圖4-28不同進口壓力下，溢流、底流和進口的流量圖(模擬)	55
圖4-29不同進口壓力下，溢流、底流和進口的流量圖(實驗)	55
圖4-30進口壓力對雷諾數作圖	56
圖4-31錐角30度溢流及底流粒徑分布圖	57
圖4-32錐角30度分離效率圖	58
圖4-33錐角20度溢流及底流粒徑分布圖	58
圖4-34錐角20度分離效率圖	59
圖4-35錐角40度溢流及底流粒徑分布圖	59
圖4-36錐角40度分離效率圖	60
圖4-37錐角分離效率圖	60
圖4-38在不同錐角下底流之粒徑分佈圖	61
圖4-39在不同錐角下溢流之粒徑分佈圖	61
表目錄
表3-1 Aspen Plus 物流型態說明	33
表4-1水旋風分離器計算模式表	46

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