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系統識別號 U0002-1307200710551100
中文論文名稱 迴流效應於平板型薄膜萃取器的解析解與實驗之研究
英文論文名稱 The Theoretical and Experimental Studies of Membrane Extraction Between Parallel-Plate Channels with Recycle
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemical and Materials Engineering
學年度 95
學期 2
出版年 96
研究生中文姓名 楊治強
研究生英文姓名 Jr-Chiang Yung
電子信箱 694360537@s94.tku.edu.tw
學號 694360537
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2007-06-21
論文頁數 204頁
口試委員 指導教授-何啟東
委員-蔡少偉
委員-葉和明
委員-何啟東
中文關鍵字 共厄格拉茲問題  迴流效應  解析解 
英文關鍵字 Conjugated Graetz problem  Recycle effect  Analytical solution 
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.
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
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論文使用權限
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