[[alternative]]Recycled membrane extraction in multipass cocurrent-flow rectangular modules with modified correction-factor analysis

碩士[[abstract]]過去研究中可知，薄膜萃取器的質量傳送理論可類比於熱交換器的熱量傳送理論，因此我們利用熱交換器理論架構來進行質量傳送系統的理論推導。本研究乃探討具回流裝置之薄膜萃取器中的質量傳送，主要針對其萃取速率計算公式中的修正因子圖表作適當的改良並分析多行程與回流對萃取器效率之影響。有別於傳統型修正因子在計算萃取速率的過程中，需經過繁雜的疊代，而我們分別對單行程、雙行程、三行程、四行程四種具回流裝置的萃取系統，利用其體積流率、質傳面積、分配係數、整體質傳係數及回流比等參數，定義並繪製出方便使用的改良型修正因子圖表，配合改良後的質傳公式，萃取速率便能很快地求出。 研究結果採用雙、三行程薄膜萃取系統的實驗數據以佐證理論公式的可行性，這種改良型修正因子概念還可應用於中空纖維管、無回流的薄膜萃取系統及具化學反應的熱質傳交換器；另外發現，萃取速率隨行程數與回流比的增加而提高，也會增加能量消耗，而經計算結果得知多行程高回流之萃取系統的能耗量，與單行程無回流系統比較，其能耗提高率不大，且其值仍算小，研究結果可供工業上高效率質量交換器之設計。[[abstract]]The modified correction-factor analysis for recycled membrane extraction in parallel-flow multipass rectangular devices was introduced in the present study, and the expressions of mass-transfer rate and modified correction-factor charts thus derived, are explicit. Unlike the conventional correction-factor analysis, the results can be readily calculated without using try-and-error method. The correction factors as the function of flow rate, mass-transfer-area, distribution coefficient and overall mass-transfer coefficient for recycled multipass operations are plotted in the modified correction-factor charts,. Experimental results confirm the predicted values for the extraction of acetic acid from aqueous solution by methyl isobutyl ketone in the double-pass device.[[tableofcontents]]誌 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 前言 1 1-2 液膜分離方法及應用 3 1-3 薄膜萃取技術 6 1-4 文獻回顧 12 1-5 研究目的 18 第二章 理論分析 21 2-1 質量傳送係數 21 2-2 萃取速率計算公式 26 2-3 薄膜萃取器中之濃度分佈 30 2-3-1 單行程並流型薄膜萃取系統 30 2-3-2 雙行程並流型薄膜萃取系統 33 2-3-3 三行程並流型薄膜萃取系統 38 2-3-4 四行程並流型薄膜萃取系統 46 2-3-5 單行程交流型薄膜萃取系統 53 2-3-6 雙行程交流型薄膜萃取系統 57 2-3-7 三行程交流型薄膜萃取系統 60 2-4 改良型修正因子圖表 63 2-4-1 單行程裝置 63 2-4-2 多行程裝置 63 2-5 改良型修正因子圖表使用方法與範圍 76 第三章 範例計算 77 3-1 雙行程並流式回流薄膜萃取系統 77 3-2 雙行程交流式回流薄膜萃取系統 81 3-3 三行程交流式回流薄膜萃取系統 85 第四章 結果與討論 87 4-1 雙行程順流式萃取系統理論值與實驗值之比較 87 4-2 改良型修正因子分析之優點 88 4-3 行程數及回流比對萃取率的影響 89 4-4 行程數及回流比對能量消耗的影響 90 第五章 結論 98 附錄A 100 附錄B 106 附錄C 114 符號說明 121 參考文獻 123 圖目錄 圖1 乳化型液膜 5 圖2 支撐式液膜 5 圖3 分液漏斗 9 圖4 液液萃取塔 10 圖5 疏水性微孔薄膜 11 圖6 親水性微孔薄膜 11 圖7 平板式薄膜系統 22 圖8 平板式薄膜系統濃度梯度示意圖 22 圖9 單行程順流型並流式平板薄膜萃取系統示意圖 32 圖10 雙行程順流型並流式平板薄膜萃取系統示意圖 37 圖11 三行程順流型並流式平板薄膜萃取系統示意圖 45 圖12 四行程順流型並流式平板薄膜萃取系統示意圖 52 圖13 單行程順流型交流式平板薄膜萃取系統示意圖 56 圖14 雙行程順流型交流式平板薄膜萃取系統示意圖 59 圖15 三行程順流型交流式平板薄膜萃取系統示意圖 62 圖16 雙行程順並流回流萃取系統的改良型修正因子圖表 64 圖17 雙行程順並流回流萃取系統圖表（b/a = 0.1~3.0） 65 圖18 三行程順並流回流萃取系統的改良型修正因子圖表 66 圖19 三行程順並流回流萃取系統圖表（b/a = 0.1~3.0） 67 圖20 四行程順並流回流萃取系統的改良型修正因子圖表 68 圖21 四行程順並流回流萃取系統圖表（b/a = 0.1~3.0） 69 圖22 單行程順交流回流萃取系統的改良型修正因子圖表 70 圖23 單行程順交流回流萃取系統圖表（b/a = 0.1~2.0） 71 圖24 雙行程順交流回流萃取系統的改良型修正因子圖表 72 圖25 雙行程順交流回流萃取系統圖表（b/a = 0.1~1.0） 73 圖26 三行程順交流回流萃取系統的改良型修正因子圖表 74 圖27 三行程順交流回流萃取系統圖表（b/a = 0.1~1.0） 75 圖28 雙行程順並流總質量傳送速率與回流比的關係 79 （ 0.5 ； 2.25 10-7 ） 圖29 雙行程順並流總質量傳送速率與回流比的關係 80 （ 2 ； 1.309 10-6 ） 圖30 雙行程順交流系統質傳速率與水溶液相流率的關係 82 （ 0.496、2.02 ； ） 圖31 雙行程順交流系統質傳速率與水溶液相流率的關係 83 （ 0.496 ； 1, 3, 5） 圖32 雙行程順交流系統質傳速率與水溶液相流率的關係 84 （ 0.5 ； 2.25 10-7 ） 圖33 三行程順交流系統質傳速率與水溶液相流率的關係 86 （ 0.496、2.02 ； ） 圖34 順並流系統各行程數之總質量傳送速率比較圖 93 （ 0.5 ； 2.25 10-7 ） 圖35 順並流系統各行程數之總質量傳送速率比較圖 94 （ 2 ； 1.309 10-6 ） 表目錄 表1 水-醋酸-MIBK順並流系統中的回流操作與萃取提高率 95 表2 水-醋酸-MIBK順並流系統中的回流操作與萃取提高率 96 表3 水-醋酸-MIBK順並流系統中多行程操作與能量消耗率 97 表4 雙行程順並流系統之理論與實驗數據 114 表5 雙行程順並流系統之理論與實驗數據 114 表6 雙行程順交流系統之理論與實驗數據 115 表7 雙行程順交流系統之理論與實驗數據 116 （ 0.496 ） 表8 雙行程順交流系統之理論與實驗數據 117 （ 2 ） 表9 三行程順交流系統之理論與實驗數據 118 表10 順並流系統各行程數之總質量傳送速率理論值比較 119 表11 順並流系統各行程數之總質量傳送速率理論值比較 120[[note]]學號: 699400460, 學年度: 10