系統識別號 | U0002-1307200710551100 |
---|---|
DOI | 10.6846/TKU.2007.00354 |
論文名稱(中文) | 迴流效應於平板型薄膜萃取器的解析解與實驗之研究 |
論文名稱(英文) | The Theoretical and Experimental Studies of Membrane Extraction Between Parallel-Plate Channels with Recycle |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 化學工程與材料工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Chemical and Materials Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 95 |
學期 | 2 |
出版年 | 96 |
研究生(中文) | 楊治強 |
研究生(英文) | Jr-Chiang Yung |
學號 | 694360537 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2007-06-21 |
論文頁數 | 204頁 |
口試委員 |
指導教授
-
何啟東(ho470417@ms37.hinet.net)
委員 - 蔡少偉(tsai@mail.cgu.edu.tw) 委員 - 葉和明(hmyeh@mail.tku.edu.tw) 委員 - 何啟東(ho470417@ms37.hinet.net) |
關鍵字(中) |
共厄格拉茲問題 迴流效應 解析解 |
關鍵字(英) |
Conjugated Graetz problem Recycle effect Analytical solution |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
本研究主要是討論薄膜萃取系統並導入回流系統之解析解研究,可分為理論分析與實驗兩大部分。理論部份是針對共軛格拉茲問題的薄膜萃取系統進行理論分析,利用分離變數法、正交展開法及特徵函數以及數解展開來求得系統中的二維濃度分佈式。本文假設流體於兩平行板間的流體視為性質均勻之不可壓縮流體完全展開之速度分佈,忽略軸傳導,且流體物性不隨溫度改變,層流流動,進而去討論引入回流比、薄膜位置及水相溶液的體積流率的影響,其結果皆與二行程無迴流的狀況比較。結果顯示對於迴流比、薄膜位置及水相體積流率的增加,系統的萃取量也會隨之提升。 本研究亦同時設計平板型薄膜萃取器實驗,並將其結果與二維理論值做比較,結果顯示二維質傳數學模型具有相當的準確性。 |
英文摘要 |
The mass transfer efficiency of parallel-plate membrane extractor module with recycle is investigated theoretically and experimentally in this study. The analytical solution is obtained by using an eigen-function expansion in terms of the power series. The experimental works in flat-plate module are conducted to confirm the accuracy of the theoretical results. The theoretical predictions were represented graphically with the volumetric flow rate, flow pattern, recycle rate, and subchannel thickness ratio as parameters compared with those obtained by the experimental runs. The influences of the design and operation parameters on the mass-transfer efficiency enhancement are also discussed. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
中文摘要 I 英文摘要 II 目錄 III 圖目錄 VII 表目錄 XVII 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 迴流效應對系統的影響 2 1.3 研究動機及目的 4 第二章 文獻回顧 5 2.1 文獻回顧 5 2.2 格拉茲問題 8 第三章 單行程液-液薄膜萃取器 11 3.1 順流式模型之理論分析 15 3.2 逆流式模型之理論分析 20 第四章 先順流後逆流式薄膜萃取器 24 4.1 雙行程先順後逆之無回流系統 24 4.2 雙行程先順後逆之具回流系統 31 4.2.1 左右等流出口迴流至入口模型 31 4.2.2 平板末端迴流至入口處模型 38 4.2.3 出口迴流至末端處模型 44 4.2.4 末端出口伴入口端迴流模型 51 第五章 先逆流後順流式薄膜萃取器 58 5.1 雙行程先逆後順之無回流系統 58 5.2 雙行程先逆後順之具回流系統 65 5.2.1 左右等流出口迴流至入口模型 65 5.2.2 平板末端迴流至入口處模型 72 5.2.3 出口迴流至平板末端處模型 78 5.2.4 平板末端出口伴入口端迴流模型 84 第六章 薄膜萃取實驗 91 6.1 實驗設備 91 6.2 藥品 92 6.3 實驗流程 94 6.4 實驗操作條件 95 6.5 注意事項 95 第七章 結果與討論 97 7.1 先順流後逆流平板型薄膜萃取器 97 7.2 雙行程先順流後逆流式模型之結果與討論 110 7.2.1 左右等流出口迴流至入口 110 7.2.2 平板末端迴流至入口 120 7.2.3 出口迴流至平板末端 126 7.2.4 末端出口伴入口端迴流 132 7.2.5 雙行程先順流後逆流之四種迴流型式比較 132 7.3 雙行程先逆流後順流式模型之結果與討論 144 7.3.1 左右等流出口迴流至入口 144 7.3.2 平板末端迴流至入口 150 7.3.3 出口迴流至平板末端 156 7.3.4 末端出口伴入口端迴流 162 7.3.5 雙行程先逆流後順流之四種迴流型式比較 162 第八章 結論 175 第九章 未來研究方向 176 符號說明 177 參考文獻 179 附錄A 正交性質證明 184 附錄B 積分公式證明 188 附錄C 平板型系統展開係數 192 附錄D 平板系統平均濃度 203 圖目錄 圖3.1.1 順流式模型之薄膜萃取器示意圖 16 圖3.2.1 逆流式模型之薄膜萃取器示意圖 21 圖4.1.1 雙行程先順後逆無迴流之平板薄膜萃取器示意圖 25 圖4.2.1 雙行程先順後逆左右等流出口迴流至入口之薄膜萃取器示意圖 32 圖4.2.2 雙行程先順後逆平板末端迴流至入口處之薄膜萃取器示意圖 39 圖4.2.3 雙行程先順後逆平板出口迴流至平板末端之薄膜萃取器示意圖 45 圖4.2.4 雙行程先順後逆平板末端出口伴入口端迴流之薄膜萃取器示意圖 52 圖5.1.1 雙行程先逆流後順流無迴流之平板薄膜萃取器示意圖59 圖5.2.1 雙行程先逆流後順流左右等流出口迴流至入口之薄膜萃取器示意圖 66 圖5.2.2 雙行程先逆流後順流平板末端迴流至入口處之薄膜萃取器示意圖 73 圖5.2.3 雙行程平板出口迴流至平板末端之薄膜萃取器示意圖79 圖5.2.4 雙行程先逆流後順流平板末端出口伴入口端迴流之薄膜萃取器示意圖 85 圖6.3.1 平板型先順後逆之雙行程左右等流出口迴流至入口薄膜萃取系統實驗裝置圖 96 圖7.1.1 先順流後逆流之雙行程左右等流出口迴流至入口系統中,在不同薄膜位置下,理論值與實驗值之無因次平均濃度與迴流比之關係 107 圖7.1.2 先順流後逆流之雙行程左右等流出口迴流至入口系統中,在不同薄膜位置下,理論值與實驗值之總質傳速率與迴流比之關係 108 圖7.2.1 先順流後逆流之雙行程左右等流出口迴流至入口系統中,在薄膜位置0.5萃餘相濃度變化分布圖(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 112 圖7.2.2 先順流後逆流之雙行程左右等流出口迴流至入口系統中,在薄膜位置0.5萃餘相濃度變化分布圖(Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 113 圖7.2.3 先順流後逆流之雙行程左右等流出口迴流至入口系統中,在不同的薄膜位置,總質傳速率與迴流比的關係(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 114 圖7.2.4 先順流後逆流之雙行程左右等流出口迴流至入口系統中,在不同的薄膜位置,總質傳速率與迴流比的關係(Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 115 圖7.2.5 先順流後逆流之雙行程左右等流出口迴流至入口系統中,在不同的薄膜位置,萃取效率與迴流比的關係(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 116 圖7.2.6 先順流後逆流之雙行程左右等流出口迴流至入口系統中,在不同的薄膜位置,萃取效率與迴流比的關係(Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 117 圖7.2.7 先順流後逆流之雙行程左右等流出口迴流至入口系統中,在不同薄膜位置下,平均謝塢數對格拉茲數Gza作圖 118 圖7.2.8 先順流後逆流之雙行程左右等流出口迴流至入口系統中,在不同薄膜位置下,平均謝塢數對格拉茲數Gzb作圖 119 圖7.2.9 雙行程先順流後逆流平板末端迴流至入口系統中,在不同的薄膜位置下,總質傳速率與迴流比的關係(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 121 圖7.2.10 雙行程先順流後逆流平板末端迴流至入口系統中,在不同的薄膜位置下,總質傳速率與迴流比的關係(Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 122 圖7.2.11 雙行程先順流後逆流平板末端迴流至入口系統中,在不同的薄膜位置下,萃取速率與迴流比的關係(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 123 圖7.2.12 雙行程先順流後逆流平板末端迴流至入口系統中,在不同的薄膜位置下,萃取速率與迴流比的關係(Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 124 圖7.2.13 雙行程先順流後逆流平板末端迴流至入口系統中,在不同薄膜位置下,平均謝塢數對格拉茲數Gza作圖 125 圖7.2.14 雙行程先順流後逆流出口迴流至平板末端系統中,在不同的薄膜位置下,總質傳速率與迴流比的關係(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 127 圖7.2.15 雙行程先順流後逆流出口迴流至平板末端系統中,在不同的薄膜位置,總質傳速率與迴流比的關係(Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 128 圖7.2.16 雙行程先順流後逆流出口迴流至平板末端系統中,在不同的薄膜位置,萃取速率與迴流比的關係(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 129 圖7.2.17 雙行程先順流後逆流出口迴流至平板末端系統中,在不同的薄膜位置,萃取速率與迴流比的關係(Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 130 圖7.2.18 雙行程先順流後逆流出口迴流至平板末端系統中,在不同薄膜位置下,平均謝塢數對格拉茲數Gza作圖 131 圖7.2.19 雙行程先順流後逆流平板末端出口伴入口端迴流系統中,在不同的薄膜位置下,總質傳速率與迴流比的關係(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 133 圖7.2.20 雙行程先順流後逆流平板末端出口伴入口端迴流系統中,在不同的薄膜位置下,總質傳速率與迴流比的關係(Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 134 圖7.2.21 雙行程先順流後逆流平板末端出口伴入口端迴流系統中,在不同的薄膜位置下,萃取速率與迴流比的關係(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 135 圖7.2.22 雙行程先順流後逆流平板末端出口伴入口端迴流系統中,在不同的薄膜位置下,萃取速率與迴流比的關係(Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 136 圖7.2.23 雙行程先順流後逆流平板末端出口伴入口端迴流系統中,在不同薄膜位置下,平均謝塢數對格拉茲數Gza作圖 137 圖7.2.24 四種迴流形式先順流後逆流之總質傳速率與迴流比之比較Delta=0.5與Qa=0.225cm3/s 138 圖7.2.25 四種迴流形式先順流後逆流之總質傳速率與迴流比之比較Delta=0.5與Qa=0.45cm3/s 139 圖7.2.26 四種迴流形式先順流後逆流之總質傳速率與迴流比之比較Delta=0.25與Qa=0.225cm3/s 140 圖7.2.27 四種迴流形式先順流後逆流之總質傳速率與迴流比之比較Delta=0.25與Qa=0.45cm3/s 141 圖7.2.28 四種迴流形式先順流後逆流之總質傳速率與迴流比之比較Delta=0.75與Qa=0.225cm3/s 142 圖7.2.29 四種迴流形式先順流後逆流之總質傳速率與迴流比之比較Delta=0.75與Qa=0.45cm3/s 143 圖7.3.1 雙行程先逆流後順流雙行程左右等流出口迴流至入口,在不同的薄膜位置下,總質傳速率與迴流比的關係(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 145 圖7.3.2 雙行程先逆流後順流雙行程等流出口迴流至入口,在不同的薄膜位置下,總質傳速率與迴流比的關係(Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 146 圖7.3.3 雙行程先逆流後順流雙行程左右等流出口迴流至入口,在不同的薄膜位置,萃取效率與迴流比的關係(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 147 圖7.3.4 雙行程先逆流後順流雙行程左右等流出口迴流至入口,在不同的薄膜位置,萃取效率與迴流比的關係(Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 148 圖7.3.5 雙行程先逆流後順流左右等流出口迴流至入口在不同薄膜位置下,平均謝塢數對格拉茲數Gza作圖 149 圖7.3.6 雙行程先逆流後順流平板末端迴流至入口處,在不同的薄膜位置,總質傳速率與迴流比的關係(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 151 圖7.3.7 雙行程先逆流後順流平板末端迴流至入口處,在不同的薄膜位置,總質傳速率與迴流比的關係(Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 152 圖7.3.8 雙行程先逆流後順流平板末端迴流至入口處,在不同的薄膜位置,萃取效率與迴流比的關係(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 153 圖7.3.9 雙行程先逆流後順流平板末端迴流至入口處,在不同的薄膜位置,萃取效率與迴流比的關係(Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 154 圖7.3.10 雙行程先逆流後順流平板末端迴流至入口處,在不同薄膜位置下,平均謝塢數對格拉茲數Gza作圖 155 圖7.3.11 雙行程先逆流後順流出口迴流至平板末端,在不同的薄膜位置,總質傳速率與迴流比的關係(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 157 圖7.3.12 雙行程先逆流後順流出口迴流至平板末端,在不同的薄膜位置,總質傳速率與迴流比的關係(Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 158 圖7.3.13 雙行程先逆流後順流出口迴流至平板末端,在不同的薄膜位置,萃取效率與迴流比的關係(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 159 圖7.3.14 雙行程先逆流後順流出口迴流至平板末端,在不同的薄膜位置,萃取效率與迴流比的關係(Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 160 圖7.3.15 雙行程先逆流後順流出口迴流至平板末端在不同薄膜位置下,平均謝塢數對格拉茲數作Gza圖 161 圖7.3.16 雙行程先逆流後順流平板末端出口伴入口端迴流,在不同的薄膜位置,總質傳速率與迴流比的關係(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 164 圖7.3.17 雙行程先逆流後順流平板末端出口伴入口端迴流,在不同的薄膜位置,總質傳速率與迴流比的關係(Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 165 圖7.3.18 雙行程先逆流後順流平板末端出口伴入口端迴流,在不同的薄膜位置,萃取效率與迴流比的關係(Qa=0.225cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 166 圖7.3.19 雙行程先逆流後順流平板末端出口伴入口端迴流,在不同的薄膜位置,萃取效率與迴流比的關係 (Qa=0.45cm3/s與Qb=0.25cm3/s) 167 圖7.3.20 雙行程先逆流後順流平板末端出口伴入口端迴流在不同薄膜位置下,平均謝塢數對格拉茲數Gza作圖 168 圖7.3.21 四種迴流形式先逆流後順流之總質傳速率與迴流比之比較(Delta=0.5與Qa=0.225cm3/s) 169 圖7.3.22 四種迴流形式先逆流後順流之總質傳速率與迴流比之比較(Delta=0.5與Qa=0.45cm3/s) 170 圖7.3.23 四種迴流形式先逆流後順流之總質傳速率與迴流比之比較(Delta=0.25與Qa=0.225cm3/s) 171 圖7.3.24 四種迴流形式先逆流後順流之總質傳速率與迴流比之比較(Delta=0.25與Qa=0.45cm3/s) 172 圖7.3.25 四種迴流形式先逆流後順流之總質傳速率與迴流比之比較(Delta=0.75與Qa=0.225cm3/s) 173 圖7.3.26 四種迴流形式先逆流後順流之總質傳速率與迴流比之比較(Delta=0.5與Qa=0.45cm3/s) 174 表目錄 表7.1.1 順流系統在薄膜位置為0.5之特徵值 99 表7.1.2 順流系統在薄膜位置為0.25之特徵值 100 表7.1.3 順流系統在薄膜位置為0.75之特徵值 101 表7.1.4 逆流系統在薄膜位置為0.5之特徵值 102 表7.1.5 逆流系統在薄膜位置為0.25之特徵值 103 表7.1.6 逆流系統在薄膜位置為0.75之特徵值 104 表7.1.7 先順流後逆流式薄膜位置為0.5之萃取與萃餘相第一行程係數 105 表7.1.8 先順流後逆流式薄膜位置為0.5之萃取與萃餘相第一行程係數 106 表7.1.9 實驗值與理論值之平均濃度與總質傳速率之誤差 109 |
參考文獻 |
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