本文前段所研究單元為，單行程與雙行程交流系統在薄膜透析中加入外回流裝置的影響，其中雙行程中為透餘相取雙通道並分為A-B與B-A兩種。在回流操作的影響下，試著增加流體速度克服因為回流時而與入口進料混合而降低了質傳驅動力(濃度的不同)，並考慮能得到多少的改善現象。後段的薄膜萃取中，同樣是在較大的進料體積流率或較高的進料濃度下可得到改善的現象，這些都可在理論中完整驗證出來。在薄膜萃取雙行程部份為透餘相與透析相皆為雙通道與透析系統中雙行程部分只有透餘相雙通道有所區別。在單行程與雙行程兩種系統比較上，單行程回流質傳已可達到改善現象，而在同樣條件下的雙行程系統中，雙行程模式可更提供流體速度的增加，使雙行程系統能比單行程系統更提高了質傳效果。結論為在此兩種理論研究結果可證明提高濃度、提高兩相體積流率皆能有效地提高質傳效率。

The effect of external recycle on membrane dialysis with single pass in both phases or with double pass in the retentate phase, operated under cross flow was investigated. Considerable improvement is obtainable by using recycle operation to create the describable effect of increasing the fluid velocity, which overcomes the undesirable effect of decreasing the mass-transfer driving force (concentration difference) due to the remixing at the inlet. Theoretical predictions were also carried out for membrane extraction with double pass in both phase. The performance is further improved for higher input volume flow rate, or high inlet concentration. In contrast to a single-pass module, improvement in mass transfer is achievable for some double-pass membrane extraction providing the increase of fluid velocity.

致謝••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••	I
中文摘要••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••	II
英文摘要 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••	III
目    錄 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••	IV
圖 目 錄 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••	VI
表 目 錄 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••	VIII
第一章  緒論 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••	1
    1-1  薄膜特性•••••••••••••••••••••••••••••••••	1
    1-2	薄膜分離之驅動•••••••••••••••••••••••••••	2
    1-3	薄膜分離上的應用••••••••••••••••••••••••••4
    1-4	薄膜透析技•••••••••••••••••••••••••••••••	5
    1-5	薄膜萃取技•••••••••••••••••••••••••••••••6
    1-6	研究目的••••••••••••••••••••••••••••••••	8
第二章  文獻回顧•••••••••••••••••••••••••••••••••	10
第三章  理論分析•••••••••••••••••••••••••••••••••	15
    3-1  透析系統中質傳效率推導••••••••••••••••••••	15
    3-2  質量傳送係數•••••••••••••••••••••••••••••	16
    3-3  單行程回流式交流型平板薄膜透析系統••••••••••	19
    3-4  二行程回流Ａ－Ｂ型交流式平板薄膜透析系統•••••	25
    3-5  二行程回流B－A型交流式平板薄膜透析系統  •••••33
    3-6  二行程型並流式順流平板薄膜萃取系統••••••••••	39
    3-7  二行程型並流式逆流平板薄膜萃取系統••••••••••	45
第四章  計算範例•••••••••••••••••••••••••••••••••	50
第五章  結果與討論••••••••••••••••••••••••••••••••	55
    5-1　進料體積流率變化與回流對透析效果的影響•••••• 55
    5-2  進料濃度變化對透析效果的影響••••••••••••••	56
    5-3  擴散係數對透析效果的影響•••••••••••••••••••	56
    5-4  回流比對透析效果的影響••••••••••••••••••••	57
    5-5  各系統提高率的比較••••••••••••••••••••••••	59
    5-6  單行程與雙行程的比較••••••••••••••••••••••	60
    5-7  萃取部份單行程與雙行程的比•••••••••••••••••	60
第六章  結論•••••••••••••••••••••••••••••••••••••	96
符號說明••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••	97
附錄••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••	101
參考文獻••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••	112

圖 目 錄
圖1-1	薄膜分離程序及分離物性之差異	3
圖1-2	壓力差為驅動力薄膜之分離特徵	3
圖3-1	質量傳送方向	                  15
圖3-2	濃度分佈	                           16
圖3-3	單行程回流式順交流型平板薄膜透析系統示意圖	20
圖3-4	雙行程回流式A-B type型平板薄膜透析系統示意圖	27
圖3-5	雙行程回流式B-A type型平板薄膜透析系統示意圖	34
圖3-6	並流雙行程順流型薄膜萃取系統	42
圖3-7	並流雙行程逆流型薄膜萃取系統	46
圖5-1-a.	Ca,i =1×10-3 (mol/cm3)與Qb=0.1(cm3/s)下單行程交流型尿素透析數據圖	•••••••••••••••••••••••••62
圖5-1-b.	Ca,i =1×10-3 (mol/cm3)與Qb=0.5(cm3/s)下單行程交流型尿素透析數據圖	•••••••••••••••••••••••••62
圖5-1-c.	Ca,i =1×10-3 (mol/cm3)與Qb=1.0(cm3/s)下單行程交流型尿素透析數據圖	•••••••••••••••••••••••••63
圖5-2-a.	Ca,i =1×10-3 (mol/cm3)與Qb=0.1(cm3/s)下透餘相雙行程A-B交流型尿素透析數據圖	•••••••••••••••••64
圖5-2-b.	Ca,i =1×10-3 (mol/cm3)與Qb=0.5(cm3/s)下透餘相雙行程A-B交流型尿素透析數據	•••••••••••••••••64
圖5-2-c.	Ca,i =1×10-3 (mol/cm3)與Qb=1.0(cm3/s)下透餘相雙行程A-B交流型尿素透析數據圖	•••••••••••••••••65
圖5-3-a.	Ca,i =5×10-3 (mol/cm3)與Qb=0.1(cm3/s)下單行程交流型尿素透析數據圖	•••••••••••••••••••••••••66
圖5-3-b.	Ca,i =5×10-3 (mol/cm3)與Qb=0.5(cm3/s)下單行程交流型尿素透析數據圖	•••••••••••••••••••••••••66
圖5-3-c	Ca,i×103 =5(mol/m3)與Qb×107=10(m3/s)下單行程交流型尿素透析數據圖	•••••••••••••••••••••••••67
圖5-4-a.	Ca,i =5×10-3 (mol/cm3)與Qb=0.1(cm3/s)下單行程交流型蔗糖透析數據圖	•••••••••••••••••••••••••68
圖5-4-b.	Ca,i =5×10-3 (mol/cm3)與Qb=0.5(cm3/s)下單行程交流型蔗糖透析數據圖	•••••••••••••••••••••••••68
圖5-4-c.	Ca,i =5×10-3 (mol/cm3)與Qb=1.0(cm3/s)下單行程交流型蔗糖透析數據圖	•••••••••••••••••••••••••69
圖5-5-a.	Ca,i =1×10-3 (mol/cm3)與Qb=0.1(cm3/s)下單行程交流型尿素透析提升率	•••••••••••••••••••••••••70
圖5-5-b.	Ca,i =1×10-3 (mol/cm3)與Qb=0.5(cm3/s)下單行程交流型尿素透析提升率	•••••••••••••••••••••••••70
圖5-5-c.	Ca,i =1×10-3 (mol/cm3)與Qb=1.0(cm3/s)下單行程交流型尿素透析提升率	•••••••••••••••••••••••••71
圖5-6-a.	Ca,i =1×10-3 (mol/cm3)與Qb=0.1(cm3/s)下透餘相雙行程A-B型尿素透析提升率	•••••••••••••••••72
圖5-6-b.	Ca,i =1×10-3 (mol/cm3)與Qb=0.5(cm3/s)下透餘相雙行程A-B型尿素透析提升率	•••••••••••••••••72
圖5-6-c.	Ca,i =1×10-3 (mol/cm3)與Qb=1.0(cm3/s)下透餘相雙行程A-B型尿素透析提升率	•••••••••••••••••73
圖5-7-a.	Ca,i =0.5×10-3 (mol/cm3)與Qb=0.1(cm3/s)下單雙行程萃取提升率比較	•••••••••••••••••••••••••74
圖5-7-b.	Ca,i =2×10-3 (mol/cm3)與Qb=0.1(cm3/s)下單雙行程萃取提升率比較	•••••••••••••••••••••••••74
圖5-7-c.	Ca,i =0.5×10-3 (mol/cm3)與不同Qb下單雙行程萃取提升率比較	•••••••••••••••••••••••••••••••••75

表 目 錄
表1-1	薄膜分離程序之應用領域	••••••••••••••••4
表5-1	單行程交流型尿素透析Ca,i =1×10-3 (mol/cm3)•••	77
表5-2	透餘相雙行程A-B交流型尿素透析Ca,i =1×10-3 (mol/cm3)	••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••79
表5-3	透餘相雙行程B-A交流型尿素透析Ca,i =1×10-3 (mol/cm3)	••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••81
表5-4	單行程交流型尿素透析Ca,i =5×10-3 (mol/cm3)•••83
表5-5	透餘相雙行程B-A交流型尿素透析Ca,i =5×10-3 (mol/cm3)	••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••85
表5-6	透餘相雙行程A-B交流型尿素透析Ca,i =5×10-3 (mol/cm3)	••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••87
表5-7	單行程交流型蔗糖透析Ca,i =5×10-3 (mol/cm3)	89
表5-8	透餘相雙行程B-A交流型蔗糖透析Ca,i =5×10-3 (mol/cm3)	••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••91
表5-9	透餘相雙行程A-B交流型蔗糖透析Ca,i =5×10-3 (mol/cm3)	••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••93
表5-10	Cb,i=0 and Ca,i =5×10-3 (mol/cm3)下單雙行程醋酸水溶液與MIBK萃取系統	••••••••••••••••••••••••••••••••94
表5-11	Cb,i=0 and Ca,i =2×10-2 (mol/cm3)下單雙行程醋酸水溶液與MIBK萃取系統	••••••••••••••••••••••••••••••••95

[1]	M. Cheryan, Ultrafiltration and Microfiltration Handbook, Technomic, 1998, pp. 1-5, pp. 245-247.
[2]	B. Nicolaisen, Developments in membrane technology for water treatment, Desalination 153 (2002) 355.
[3]	M. Wilf, S. Alt, Application of low fouling RO membrane elements for recllemation of municipal wastewater, 132 (2000) 11.
[4]	陳俊男, 中空纖維生物反應器的發展及應用, 化工資訊, 16, 7 (2002) 20.
[5]	K. Usuda, K. Kono, T. Watanabe, T. Dote, H. Shimizu, M. Tominaga, C. Koizumi, H. Nishiura, E. Goto, H. Nakaya, M. Arisue, A. Fukutomi, Hemodialyzability of ionizable fluoride in hemodialysis session, The Science of the Total Environment 297 (2002) 183.
[6]	R. Ghosh., Bioseparation using supported liquid membrane chromatography, Journal of Membrane Science 192 (2001) 243.
[7]	T.A. Desaia, D. Hansford1, M. Ferrari, Characterization of micromachined silicon membranes for immunoisolation and bioseparation applications, Journal of Membrane Science 159 (1999) 221.
[8]	K.B. Petrotosa, P.C. Quanticka, H. Petropakisb, Direct osmotic concentration of tomato juice in tubular membrane: module configuration. II. The effect of using clarified tomato juice on the process performance, Journal of Membrane Science 160 (1999) 171.
[9]	C.C. Pereira, J. M. Rufinob, A. C. Habertb, R. Nobregab, L. Maria C. Cabral, C. P. Borgesb, Membrane for processing tropical fruit juice, Desalination 148 (2002) 57.
[10]	K.J. Bryden, J. Y. Ying, Nanostructured palladium–iron membranes for hydrogen separation and membrane hydrogenation reactions, Journal of Membrane Science 203 (2002) 29.
[11]	R.W. Baker, J.G. Wijmans, J.H. Kaschemekat, The design of membrane vapor-gas separation systems, Journal of Membrane Science 151 (1998) 55.
[12]	L.M. Robeson, Polymer membranes for gas separation, Current Opinion in Solid State and Materials Science 4 (1999) 549.
[13]	謝治政, 中空纖維膜技術簡介, 化工資訊, 16, 7 (2002) 16.
[14]	P. R. Alexander and R. W. Callahan, “ Liquid-Liquid Extraction and Stripping of Gold with Microporous Hollow Fibers ”, J. Membrane Sci., 35 (1987) 57.
[15]	L. Bromberg, I. Lewin and A. Warshawsky, “ Membrane Extraction of Silver by Di(2-ethylhexyl)dithiophosphoric Acid ”, J. Membrane Sci., 70 (1992) 31.
[16]	L. Dahuron and E. L. Cussler, “ Protein Extraction with Hollow Fibers ”, AIChE J., 34 (1988) 130.
[17]	L. Dahuron and E. L. Cussler, “ Protein Extraction with Hollow Fibers ”, AIChE J., 34 (1988) 130.
[18]	C. H. Yun, R. Prasad and K. K. Sirkar, “ Membrane Solvent Extraction Removal of Priority Organic Pollutants from Aqueous Waste Streams ”, Ind. Eng. Chem. Res., 31 (1992) 1709.
[19]	R. Prasad and K. K. Sirkar, “ Dispersion-Free Solvent Extraction with Microporous Hollow-Fibers Modules ”, AIChE J., 34 (1988) 177.
[20]	L. Grimsurd and A. L. Bavv, “ Velocity and Concentration Profiles for Laminar Flow of Newtonian Fluid in a Dialyzer,” Chem. Eng. Prog. Ser., 62(66), 20 (1966)
[21]	D. O. Cooney, S. S. Kim and E. J. Davis, “ Analysis of Mass Transfer in Hemodialyzers of Laminar Blood Flow and Homogeneous Dialysate,” Chem. Eng. Sci., 29, 1731 (1974)
[22]	P. Popvich Robert, T. Graham Christopher and Albert L. Babb, “The Effect of Membrane Diffusion and Ultrafiltration Properties on Hemodialyzer Design and Performance,” Chem. Eng. Symp. Ser. 67, 105 (1971)
[23]	B. J. Lipps, R. D. Stewart, H. A. Perkins, G. W. Howlmes, E. A. McLain, M. A. Rolfs, and P. D. Oja, “ The Hollow Fiber Artificial Kideny,” Trans. Amer. Soc. Artif, Intern. Organs., 13, 200 (1967)
[24]	G. K. Colton, L. W. Henderson, C. A. Ford, and M. J. Lysaght, “ Kinetics of Hemodiafiltration. I. In vitro Transprot Characteristics of Hollow-Fiber Blood Ultrafilter,” J. Lab. Clin. Med., 85, 355 (1975)
[25]	H. D. Papenfuss, J. F. Gross, and S. T. Thorson, “ An Analytical Study of Ultrafiltration in a Hollow Fiber Artificial Kident,”  AIChE J. , 25, 170 (1979) 
[26]	C. Gostoli, and A. Gatta, “ Mass Transfer in a Hollow Fiber Dialyzer,” J. Membrane Sci. 6, 133 (1980)
[27]	Popvich Robert P., T. Graham Christopher and Albert L. Babb, “The Effect of Membrane Diffusion and Ultrafiltration Properties on Hemodialyzer Design and Performance,” Chem. Eng. Symp. Ser. 67, 105 (1971)
[28]	R. Jagannathan and U. R. Shettigar, “ Analysis of a Turblar Hemodialyser-Effect of Ultrafiltration and Dialysate Concentration,” Med. & Biol. & Comput. 15, 134 (1977)
[29]	A. Kubaczka, A. Burghardt, T. Mokrosz, Membrane-based solvent extraction in multicomponent systems, Chemical Engineering Science, 53 (1998) 899.
[30]	Joong Kon Park and Ho Nam Chang, “ Flow Distribution in the Fiber Lumen Side of a Hollow-Fiber Module,” AIChE. J., 32 1937 (1986)
[31]	Masataka Tanigakc, Tetsuo Shiode, Shinsuke Okumi and Wataru Eguchi, “ Facilitated Transport of Zinc Chloride Through Hollow Fiber Supported Liquid Membrane. Part 3. Module Operation,” Sep. Sci., 30, 877 (1975)
[32]	W. J. Bruining, “A General Description of Flows and Pressures in Hollow Fiber Membrane Modules,” Chem. Eng. Sci., 44, 1441 (1989)
[33]	Tharakan John P. and Pao C. Chau, “Operation and Pressure Distribution of Immobilized Cell Hollow Fiber Bioreactors,” Bioeng., 28, 1064 (1986)
[34]	Yang Ming-Chien and Cussler, ”Artifical Gills,” J. Membrane Sci., 42, 273 (1989)
[35]	Yang Ming –Chien and Cussler, “Design Hollow-Fiber contactors,’ AIChE. J., 32, 1910 (1986)
[36]	Masataka Tanigakc, Tetsuo Shiode, Shinsuke Okumi and Wataru Eguchi, “ Facilitated Transport of Zinc Chloride Through Hollow Fiber Supported Liquid Membrane. Part 3. Module Operation,” Sep. Sci., 30, 877 (1975)
[37]	K. Sikar Kamalesh, P. L. T. Brian, R. E. Fisher and Lawrence Drensner, “ Salt Concentration at Phase Boundaries in Desalination by Revere Osmosis,” Ind. Eng. Chem. Fundamentals, 4, 113 (1965)
[38]	Franco Evangelista, “An Improved Analytical Method for the Design of Spriral-wound Modules,” Chem. Eng. J., 38, 33 (1988)
[39]	S.W. Tsai, H.M. Yeh, A study of the separation efficiency in horizontal thermal diffusion columns with external refluxes, Can. J. Chem. Eng. 63 (1985) 406.
[40]	H.M. Yeh, S.W. Tsai, C.S. Lin, A study of the separation efficiency in thermal diffusion column with a vertical permeable barrier, AIChE J. 32 (1986) 971.
[41]	H.M. Yeh, T.W. Cheng, S.W. Tsai, A study of the gratez problem in concentric-tube continuous-contact countercurrent separation processes with recycles at both ends, Sep. Sci. Technol. 21 (1986) 403.
[42]	H.M. Yeh, S.W. Tsai, C.L. Chiang, Recycle effects on heat and mass transfer through a parallel-plate channel, AIChE J. 33 (1987) 1743.
[43]	C.D. Ho, H.M. Yeh, W.S. Sheu, The analytical studies of heat and mass transfer through a parallel-plate channel with recycle, Int. J. Heat Mass Transfer 41 (1988) 2589.
[44]	J. Korpijarvi, P. Oinas, J. Reunanen, Hydrodynamics and mass transfer in airlift reactor, Chem. Eng. Sci. 54 (1998) 2255.
[45]	E. Santacesaria, M. Di Serio, P. Iengo, Mass transfer and kinetics in ethoxylation spray tower loop reactors, Chem. Eng. Sci. 54 (1999) 1499.
[46]	E. Garcia-Calvo, A. Rodriguez, A. Prados, J. Klein, Fluid dynamic model for three-phase airlift reactors, Chem. Eng. Sci. 54 (1998) 2359.
[47]	M. Stenas, M. Clark, V. Lazarova, Holdup and liquid circulation velocity in a rectangular air-lift bioreactor, Ind. Eng. Chem. Res. 38 (1999) 944.
[48]	S. Goto, P.D. Gaspillo, Effect of static mixer on mass transfer in draft tube bubble column and in external loop cilomn, Chem. Eng. Sci. 47 (1992) 3533. 
[49	K.I. Kikuchi, H. Takahashi, Y. Takeda, F. Sugawara, Hydrodynamic behavior of single particles in a draft-tube bubble column, Can. J. Chem. Eng. 77 (1999) 573.
[50]	H.M. Yeh, Y.Y. Peng, Y.K. Chen, Solvent extraction through a double-pass parallel-plate membrane channel with recycle, J. Membr. Sci. 163 (1999) 177. 
[51]	H.M. Yeh, C.H. Chen, Recycle effects on solvent extraction through concurrent-flow parallel-plate membrane modules, J. Membr. Sci. 190(2001) 35.
[52]	A. Kubaczka, A. Burghardt, T. Mokrosz, Membrane-based solvent extraction in multicomponent systems, Chemical Engineering Science, 53 (1998) 899.
[53]	F. Valenzuela, C. Basualto, C. Tapia, J. Sapag., Application of hollow-fiber supported liquid membranes technique to the selective recovery of a low content of copper form a Chilean mine water, J. Membrane Sci., 155 (1999) 163.
[54]	P. Dzygiel, P. Wieczorek, Extraction of glyphosate by a supported liquid membrane technique, Journal of Chromatography A, 889 (2000) 93.
[55]	P.S. Kulkarni, V.V. Mahajani, Application of liquid emulsion membrane (LEM) process for enrichment of molybdenum from aqueous solutions, Journal of Membrane Science 201 (2002) 123.
[56]	C. Basualto, J. Marchese, F. Valenzuela, A. Acosta, Extraction of molybdenum by a supported liquid membrane method, Talanta 59 (2003) 999-1007
[57]	張育豪，平板薄膜模組中之透析研究，淡江大學化工研究所，2003年
[58]	曾一恆，回流的隔板位置對平板型交流式薄膜萃取器效率之影響，淡江大學化工研究所，2001年