Performance Improvement of Carbon Dioxide Absorption through the Flat-Plate and Concentric-Tube Membrane Modules with Inserting Three-Dimensional Printing Turbulence Promoters

計畫編號：MOST 109-2221-E-032 -013研究期間：109/08 ~ 110/07研究經費：795千元本計劃探討二氧化碳/醇胺之薄膜吸收系統，針對不同模組系統進行實驗，以建構數學模型理論，找出最適化的薄膜模組設計之操作變因，並可求得系統最佳的二氧化碳吸收效率。本研究預計的操作模組包括(1)平板型;(2)套管型。藉由設計不同幾何形狀紊流促進器(turbulence promoter)加入平板型和套管型模組中，以增加流體之擾動，進而提升吸收效能。找出最適化操作條件，建構數學模型之理論的建立和進行實驗操作，可達成質量傳送機制之分析和效率提升，期使模組數學模擬預測結果與實驗數據吻合，確認模組之實驗結果準確度。嵌入三維(3D)列印紊流促進器，並歸納出經驗公式以描述此紊流促進器對於改善溫度極化現象之影響，進而提升吸收效率。於平板型和套管型薄膜氣體吸收模組嵌入3D列印紊流促進器之設計特色在於增加紊流強度，可提升二氧化碳吸收效率，並討論各參數對二氧化碳吸收效率與摩擦能耗的影響，來找出可減少摩擦能耗並達高效率二氧化碳吸收系統模組。二氧化碳/醇胺之薄膜吸收系統之操作變數，將包括吸收液與氣體流率對二氧化碳在系統中濃度變化與吸收效率的影響，並比較實驗結果與數學模型，以驗證數學模型的正確性。此外，本研究亦將以理論分析模組在順流與逆流操作中，氣-液兩項的濃度分佈曲線，並進一步推導出二氧化碳/醇胺在系統中之平均濃度分佈和質傳係數，進而求得二氧化碳吸收效率與各物理量間的數學關係式，將可獲得在不同的操作參數和設計參數之最佳化操作。本研究中針對一維數學理論模型，薄膜氣體吸收系統進行理論推導出之聯立常微分方程式，使用朗吉庫塔法(Runge-Kutta)進行數值求解。補正完