# 臺灣博碩士論文加值系統

(44.213.63.130) 您好！臺灣時間：2023/02/01 02:11

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 摘 要 本文針對多孔吸附體在非等溫條件下的吸附行為求得解析解，熱效應與氣體側質傳阻力對動態吸附曲線的影響皆考慮於數學模式之中。統御方程式以拉式轉換法獲得解答，研究結果發現α、β和γ三個參數主宰了吸附速率，前兩者與熱傳阻力有關，而後者則影響氣體側之質傳阻力。各種簡化模式的適用範圍亦詳細探討之。研究中並自行設計組裝一套動態吸附曲線量測系統，分別量測出3mm直徑之矽膠顆粒於5.1℃, 22.2℃、49.5℃、和79.6℃等四種溫度下吸附空氣中水分子之動態吸附曲線與等溫吸附線的實驗資料，配合理論模式中所發展出的解析解，獲得矽膠於不同溫度與含水量狀態下的固體側質傳擴散係數（apparent solid-side mass diffusivity），同時以數值分析的方法，比較矽膠顆粒在較大含水量變化下的動態吸附曲線與實驗量測數據的差異。研究中並組裝一套吸附式固定床除濕系統，以實驗量測與電腦模擬分析共同探討濕度容器（moisture capacitor）之阻尼效果，以本篇論文量測所得之矽膠的等溫吸附線與固體側質傳擴散係數用於電腦模擬分析時，此模擬分析所得之數據與實驗量測之結果極為吻合。 關鍵字：吸附、質傳擴散係數、矽膠、等溫吸附線
 ABSTRACT An analytical solution for mass diffusion in a spherical microporous particle experienced with a small step change of gaseous phase adsorbate concentration is obtained. Thermal effect and gas-side mass transfer resistance are considered. The governing equations are solved by using the Laplace transformation method. Three factors, α, β and γ are defined to govern the heat and mass transfer in the process. α and β are relevant to the thermal effect and γ dominates the gas-side mass transfer resistance. The effect of the external mass transfer resistance on the uptake rate is investigated. The applicable ranges of three simplified models are individually discussed. A measurement of the apparent solid-side mass diffusivity of water vapor adsorbed in a regular density silica gel is performed by using a constant pressure thermal gravimetric apparatus. The diameter of the silica gel particles is 3 mm. Four adsorption isotherms, individually correspond to 5.1, 22.2, 49.5 and 79.6℃, are measured. Using the model developed in this thesis, the measured uptake curves yield the data of apparent solid-side mass diffusivity. The measured uptake curve for a large step change of water vapor is compared to the computer simulation result obtained by using the measured apparent solid-side mass diffusivity. In this work, the damping characteristics of a moisture capacitor in a fixed-bed adsorption system are determined both by experimental measurement and by computer simulation. The obtained isotherms and apparent solid-side mass diffusivity are used in the computer simulation. The simulation results match well with the experimental data. Keywords: adsorption, mass diffusivity, silica gel, isotherms
 目 錄 摘要………………………………………………………………………. 英文摘要…………………………………………………………………. 符號說明………………………………………………………………… 目錄……………………………………………………………………… 表目錄…………………………………………………………………… 圖目錄…………………………………………………………………… 第一章前 言……………………………………………………………. 1.1 文獻回顧…………………………………………………… 1.2 研究目的…………………………………………………… 第二章 數學模式………………………………………………………. 2.1 圓球狀微孔吸附劑於定壓下的動態吸附模式………… 2.2各種理論模式之比較……………………………………. 2.3微孔吸附劑於定容下的動態吸附模式………………… 2.4圓柱狀吸附體於定壓情形下之動態吸附模式……….. 第三章 等溫吸附線之平衡量測……………………………………… 3.1　實驗設備之介紹…………………………………………… 3.2　等溫吸附線之實驗步驟………………………………… 3.3 等溫吸附線量測結果……………………………………. 3.4矽膠資料…………………………………………………… 3.4.1平衡常數………………………………………………. 3.4.2吸附熱…………………………………………………. 3.4.3密度……………………………………………………… 3.4.4 微孔表面積…………………………………………… 第四章 動態吸附量測與理論模式之比較………………………… 4.1動態吸附曲線之量測……………………………………. 4.2古典擴散力學之質傳擴散係數公式…………………… 第五章 動態吸附曲線之數值分析…………………………………. 5.1動態吸附曲線之數值分析模式………………………… 5.1.1質量平衡分析模式……………………………………. 5.1.2能量平衡分析模式……………………………………. 5.1.3無因次化………………………………………………… 5.2 數值分析…………………………………………………… 5.3 實驗量測與數值分析之比較……………………………. 第六章 固態吸附式除濕測試系統與濕度容器之阻尼效應……… 6.1 二次再生固態吸附除濕系統……………………………. 6.2 濕度容器之阻尼效應……………………………………. 6.2.1熱質傳數學模式……………………………………… 6.2.2 實驗量測與模擬分析之結果………………………… 6.2.3 濕度容器性能之討論與建議………………………… 第七章 結論與建議…………………………………………………… 參考文獻………………………………………………………………… 表 目 錄 表一 等溫吸附線之迴歸分析係數………………………………………. 表二 質傳擴散係數之迴歸分析……………………………… 表三 13X分子篩之等溫吸附線…………………………………………… 圖 目 錄 圖2.1.1 圓球狀微孔吸附劑........................................... 圖2.1.2 特徵方程式的根............................................... 圖2.1.3 矽膠吸附水蒸氣之動態吸附曲線與溫度變化........ 圖2.1.4 矽膠顆粒內水分濃度隨時間之變化................... 圖2.2.1. 四種理論模式之動態吸附曲線比較 (α=30, β=1, γ=1)....... 圖2.2.2 動態吸附曲線 (α=30, β=5, γ=1)...................... 圖2.2.3 動態吸附曲線 (α=30, β=1, γ=2)....................... 圖2.2.4 動態吸附曲線(α=30, β=5, γ=200)................ 圖2.2.5 γ 值對無因次溫度變化的影響............................. 圖2.2.6 動態吸附曲線 (α=30, β=0.5, γ=100).......... 圖2.2.7 不同吸附模式的適用範圍............................. 圖2.2.8 特例解答之適用範圍（固體側質傳擴散係數趨近於無窮）…… …………………………………..... 圖2.4.1 圓柱型微孔吸附劑... ....................................... 圖2.4.2 [1/γ+2β/(-q2+α)]和[Jo(q)/qJ1(q)]之曲線圖....... 圖2.4.3 γ值對特徵根的影響............................................... 圖2.4.4 β值對特徵根的影響............................................... 圖3.1動態擴散係數量測系統............................................ 圖3.1.1 測試容器之示意圖................................................. 圖3.3.1 矽膠吸附水蒸氣之等溫吸附線................................ 圖3.3.2 矽膠對水蒸氣的等溫吸附線之 值.................... 圖3.3.3 矽膠對水蒸氣的等溫吸附線之 值 ................ 圖3.3.4矽膠吸附水蒸氣的等溫吸附線（含水量固定下之水蒸氣分壓對飽合蒸氣壓）............................................. 圖3.3.5矽膠吸附水蒸氣之吸附熱.................................. 圖4.1.1 矽膠吸附水蒸氣之動態吸附曲線（T=5.1℃）.............. 圖4.1.2 矽膠吸附水蒸氣之動態吸附曲線（T=22.2℃）............ 圖4.1.3 矽膠吸附水蒸氣之動態吸附曲線（T=49.5℃）............. 圖4.1.4 矽膠吸附水蒸氣之動態吸附曲線（T=49.5℃）............. 圖4.1.5 矽膠吸附水蒸氣之動態吸附曲線（T=79.6℃）............. 圖4.1.6 矽膠吸附水蒸氣之動態吸附曲線（T=79.6℃）........ 圖4.1.7 氣體側質傳阻力之重要性....................................... 圖4.1.8 矽膠吸附水蒸氣之動態吸附曲線（T=22.2℃）............. 圖4.1.9 矽膠吸附水蒸氣之動態吸附曲線（T=49.5℃）............ 圖4.1.10 固體側之平均有效質傳擴散係數（具氣體側質傳阻力之等溫模式）......................................................... 圖4.1.11 固體側之平均有效質傳擴散係數（具氣體側質傳阻力之等溫模式）................................................... 圖5.3.1 動態量測實驗與數值模擬分析之比較...................... 圖5.3.2 固體側質傳擴散係數之變化範圍............................... 圖5.3.3 固體側質傳擴散係數對動態吸附曲線的影響............ 圖6.1..1 固定式除濕系統與濕度容器之配置....................... 圖6.1.2 吸附側出口溫濕度(單除濕器-1500 l/min)................. 圖6.1.3 吸附側出口溫濕度(雙除濕器-1500 l/min)................. 圖6.1.4 吸附側出口溫濕度(雙除濕器-500 l/min).................. 圖6.1.5 吸附側出口溫濕度(單除濕器-1000 l/min)................. 圖6.1.6 加裝分子篩除濕床後之除濕性能曲線...................... 圖6.2.1 固定式除濕系統與濕度容器之配置..................... 圖6.2.2 濕度容器之阻尼效應.............................................. 圖6.2.3 不同長度之濕氣阻尼器之出口空氣濕度量測資料...... 圖6.2.4不同吸附劑之阻尼效應.................................... 圖6.2.5實驗量測數據與模擬分析之比較............................. 圖6.2.6 空氣流量對阻尼效應之影響................................... 圖6.2.7濕度容器之長度對阻尼性能之影響......……...............