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研究生:林俞宏
研究生(外文):Yu Hong Lin
論文名稱:在錯流式旋轉填充床中以醇胺溶液移除二氧化碳之研究
論文名稱(外文):Removal of Carbon Dioxide by Alkanolamines Solution in a Cross-flow Rotating Packed Bed
指導教授:林佳璋林佳璋引用關係
指導教授(外文):C. C. Lin
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:化工與材料工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
論文頁數:109
中文關鍵詞:二氧化碳超重力錯流式旋轉填充床醇胺
外文關鍵詞:Carbon DioxideCross-Flow Rotating Packed BedAbsorptionAlkanolamine
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本研究在錯流式旋轉填充床內以30wt%醇胺溶液(MEA、PZ、AMP)來吸收10vol%二氧化碳氣體,錯流式旋轉填充床內半徑為2.4cm、外半徑4.4cm、軸向高度為12cm。二氧化碳去除率隨轉速、液體流量及吸收液溫度增加而提高,但是增加氣體流量則使去除率下降;此外發現二氧化碳去除率不受二氧化碳氣體溫度影響。
比較30wt%醇胺溶液以PZ/MEA比 MEA、 AMP及 AMP/MEA適合於吸收,在醇胺溶液中含有高比例的PZ有助於二氧化碳的吸收。因錯流式旋轉填充床氣液接觸時間短,建議使用對二氧化碳氣體有高反應速率的醇胺溶液。混合醇胺溶液PZ/MEA在高氣體流量29 L/min及液體流量0.54 L/min時去除率高於90%,及發現每一單位質傳高度(HTU)低於5 cm,比傳統的填充床低。
The removal of CO2 from a 10 vol% CO2 gas by chemical absorption with 30 wt% alkanolamine solutions containing monoethanolamine (MEA), piperazine (PZ), and 2-amino-2 -1-propanol (AMP) in the cross-flow rotating packed bed (RPB) was investigated. The cross-flow RPB had an inner radius of 2.4 cm, an outer radius of 4.4 cm, and an axial length of 12 cm. The CO2 removal efficiency was found to increase with increasing rotor speed, liquid flow rate and inlet liquid temperature. However, the CO2 removal efficiency decreased with gas flow rate. Also, the CO2 removal efficiency was found to be independent on inlet gas temperature. The 30 wt% alkanolamine solutions containing PZ with MEA were the appropriate absorbents compared with the single alkanolamine (MEA, AMP) and the mixed alkanolamine solutions containing AMP with MEA. A higher portion of PZ in alkanolamine solutions was more favorable to CO2 removal. Owing to less contact time in the cross-flow RPB, alkanolamines having high reaction rates with CO2 are suggested to be used. For the mixed alkanolamine solution containing 12 wt% PZ and 18 wt% MEA, the highest gas flow rate allowed to achieve the CO2 removal efficiency more than 90% at a liquid flow rate of 0.54 L/min was of 29 L/min. The corresponding height transfer unit (HTU) was found to be less than 5.0 cm, lower than that in the conventional packed bed.
目 錄
指導教授推薦書
口試委員會審定書
授權書 iii
誌謝 iv
中文摘要 v
英文摘要 vi
目錄 vii
圖目錄 x
表目錄 xii
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2研究目的 2
第二章 文獻回顧 4
2-1 二氧化碳的介紹 4
2-2 二氧化碳回收技術 5
2-3 醇胺簡介 8
2-4 旋轉填充床之簡介 16
2-4-1逆流式旋轉填充床的應用 16
2-4-2錯流式旋轉填充床的應用 18
第三章 實驗裝置、藥品與實驗方法 23
3-1 實驗裝置 23
3-2 實驗藥品及分析儀器 27
3-3 實驗方法 30
3-4 吸收特性的探討 35
第四章 結果與討論 39
4-1 混合醇氨溶液對二氧化碳去除率之探討 39
4-1-1 旋轉填充床轉速對二氧化碳去除率之影響 39
4-1-2 氣體流量對二氧化碳去除率之影響 41
4-1-3 吸收液流量對二氧化碳去除率之影響 44
4-2 混合醇氨溶液對HTU質傳單位高度之探討 46
4-2-1 旋轉填充床轉速對HTU之影響 46
4-2-2 氣體流量變化對HTU之影響 48
4-2-3 吸收液流量變化對HTU之影響 51
4-3 混合醇氨溶液對質傳係數KGa之探討 53
4-3-1 旋轉填充床轉速對KGa之影響 53
4-3-2 氣體流量對KGa之影響 55
4-3-3 吸收液流量對KGa之影響 59
4-4 混合醇氨溶液對loading之探討 61
4-4-1 旋轉填充床轉速對loading之影響 61
4-4-2 氣體流量對loading之影響 63
4-4-3 吸收液流量對loading之影響 66
4-5 溫度對二氧化碳去除率之探討 68
4-5-1 二氧化碳溫度對去除率之影響 68
4-5-2 吸收液溫度對去除率之影響 70
第五章 結論與建議 72
5-1 結論 72
5-2 建議 75
參考文獻 76
符號說明 83
附錄A 轉速、氣體及液體流量計校正曲線 85
附錄B 醇胺溶液吸收CO2之實驗數據 87
附錄C Matlab程式求KGa值 94

圖 目 錄
圖2-4-1 旋轉填充床 (Ramshaw and Mallinson, 1981) 21
圖2-4-2 逆流式旋轉填充床簡圖(Liu et al. 1996) 21
圖2-4-3 錯流式旋轉填充床簡圖(陳詠文,2008) 22
圖2-4-4 錯流式旋轉填充床構造圖(Guo等人1997) 22
圖3-1-1 錯流式旋轉填充床簡圖 24
圖3-1-2 錯流式旋轉填充床剖面圖 24
圖3-1-3 填充物(不鏽鋼絲網)圖 25
圖3-1-4 液體分佈器圖 25
圖3-2-1 二氧化碳紅外線分析儀 28
圖3-2-2 二氧化碳分析系統裝置 28
圖3-2-3 TES溫度計與液體熱電偶測溫棒 29
圖3-2-4 TES溫度計與氣體熱電偶測溫棒 29
圖3-3-1 實驗流程圖 32
圖3-3-2 錯流式旋轉填充床加裝溫度感測器圖 32
圖3-4-1 錯流式旋轉填充床部分簡圖及微體積的簡圖 38
圖3-4-2 第(i,j)個微體積的質量平衡 38
圖4-1-1 轉速對二氧化碳去除率之影響 40
圖4-1-2 氣體流量對二氧化碳去除率之影響 42
圖4-1-3 吸收液流量對二氧化碳去除率之影響 45
圖4-2-1 轉速對HTU之影響 47
圖4-2-2 氣體流量對HTU之影響 49
圖4-2-3 吸收液流量對HTU之影響 52
圖4-3-1 轉速對質傳係數KGa之影響 54
圖4-3-2 氣體流量對質傳係數KGa之影響 57
圖4-3-3 吸收液流量對質傳係數KGa之影響 60
圖4-4-1 轉速對loading之影響 62
圖4-4-2 氣體流量對loading之影響 64
圖4-4-3 吸收液流量對loading之影響 67
圖4-5-1 二氧化碳氣體溫度對去除率的影響(a)吸收液溫度30℃(b)吸收液溫度40℃(c)吸收液溫度50℃ 69
圖4-5-2 吸收液溫度對去除率的影響(a)氣體溫度30℃(b)氣體溫度40℃(c)氣體溫度 71
圖A-1 轉速計之校正曲線 85
圖A-2 轉速計之校正曲線 85
圖A-3 氣體流量計之校正曲線 86
圖A-4 液體流量計之校正曲線 86

表 目 錄
表2-3-1 各種醇胺缺點之比較(林佳璋, 2002) 14
表2-3-2 三種醇胺的物理及化學性質比較(陳詠文,2008) 15
表3-1-1 錯流式旋轉填充床規格及操作範圍表 26
表3-3-1 八種實驗吸收液之規格 33
表3-3-2 實驗操作條件 33
表3-3-3 溫度改變的操作條件 34
表4-1-1 醇胺溶液濃度不同對去除率之比較 43
表4-2-1 醇胺溶液濃度不同對HTU之比較 50
表4-3-1 醇胺溶液濃度不同對質傳係數KGa之比較 58
表4-4-1 醇胺溶液濃度不同對質傳係數KGa之比較 65
表B-1-1 30 wt% MEA吸收10 % CO2實驗數據 87
表B-1-2 24wt% MEA/ 6 wt% AMP吸收10 % CO2實驗數據 87
表B-1-3 18 wt% MEA/ 12 wt% AMP吸收10 % CO2實驗數據 88
表B-1-4 12 wt% MEA/ 18 wt% AMP吸收10 % CO2實驗數據 88
表B-1-5 6 wt% MEA/ 24 wt% AMP吸收10 % CO2實驗數據 89
表B-1-6 30 wt% AMP吸收10 % CO2實驗數據 89
表B-1-7 24 wt% MEA/ 6 wt% PZ吸收10 % CO2實驗數據 90
表B-1-8 18 wt% MEA/ 12 wt% PZ吸收10 % CO2實驗數據 90
表B-2-1 18 wt% MEA/ 12 wt% PZ吸收10 % CO2實驗數據 91
表B-2-2 18 wt% MEA/ 12 wt% PZ吸收10 % CO2實驗數據 91
表B-2-3 18 wt% MEA/ 12 wt% PZ吸收10 % CO2實驗數據 91
表B-2-4 18 wt% MEA/ 12 wt% PZ吸收10 % CO2實驗數據 92
表B-2-5 18 wt% MEA/ 12 wt% PZ吸收10 % CO2實驗數據 92
表B-2-6 18 wt% MEA/ 12 wt% PZ吸收10 % CO2實驗數據 92
表B-2-7 18 wt% MEA/ 12 wt% PZ吸收10 % CO2實驗數據 93
表B-2-8 18 wt% MEA/ 12 wt% PZ吸收10 % CO2實驗數據 93
表B-2-9 18 wt% MEA/ 12 wt% PZ吸收10 % CO2實驗數據 93
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趙正玉,以過氧化氫溶液於逆流式旋轉填充床中去除臭氧之研究,長庚大學化工與材料工程學研究所碩士論文,(2008)
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