簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表
研究生： 劉有峰
Liu, You-Feng
論文名稱： 二氧化碳、氫氣與有機溶劑三元系統氣液平衡
Vapor-Liquid Equilibrium for Ternary System CO2 + H2 + Organic Solvent
指導教授： 談駿嵩
Tan, Chung-Sung
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年： 2009
畢業學年度： 97
語文別： 中文
論文頁數： 71
中文關鍵詞： 溶解度 、二氧化碳 、二氧化碳膨脹溶液
相關次數： 點閱：2  下載：0 
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報

    • 本研究主要在323、343與363 K三種溫度下分別量測30至70 bar氫氣在甲醇中的溶解度，並且在固定總壓的情況下，分別加入10%與20%二氧化碳以形成二氧化碳膨脹甲醇，量測其對氫氣之溶解度。藉由對比二元系統和三元系統氫氣溶解度可檢視二氧化碳膨脹甲醇是否對於氫氣溶解度有所助益。
    經由實驗數據的對比，我們看出當溫度在363 K時，氫氣在二氧化碳膨脹甲醇的溶解度會高於氫氣在甲醇的溶解度，會有此現像是因在於甲醇為高介電常數的溶液，而氫氣在高介電常數溶液的溶解度會低於氫氣在低介電常數溶液的溶解度。加入二氧化碳修正甲醇的介電常數的效應超越氫氣分壓降低而導致氫氣溶入甲醇的趨動力之負面效應，就會產生氫氣溶解度增加的現象。
    藉由本研究的結果我們可以推想到氫化反應上，當要追求較高效益的氫化反應可以選擇介電常數較低的溶液，效果會較佳。如果須選用介電常數高的溶液，也可嘗試以二氧化碳修正溶液的介電常數。

    第一章 緒論 1 第二章 文獻回顧 4 2-1 高壓像平衡簡介 4 2-2 高壓相平衡裝置 4 2-2-1 靜態式 5 2-2-2 半流動式 5 2-2-3 流動式 5 2-2-4 合成法 6 2-3 高壓二氧化碳之應用 6 2-3-1 超臨界流體快速膨脹法 7 2-3-2 氣體反溶劑法 7 2-4 熱力學模式 8 2-5 存在高壓二氧化碳下進行化學反應之研究 12 2-6 二氧化碳膨脹溶液與反應氣體溶解度之研究 14 第三章 實驗部份 28 3-1 藥品 28 3-2 實驗設備與儀器 28 3-3 實驗裝置與操作步驟 29 第四章 結果與討論 33 4-1 氣相層析之分析 33 4-2 再現性實驗 40 4-3 氫氣與甲醇溶劑二元系統甲醇溶解度量測 43 4-4 氫氣、二氧化碳與甲醇溶劑三元系統之朋橫溶解度 50 第五章 結論 64 第六章 參考文獻 66 表目錄 表 1 高壓二氧化碳之應用 3 表 2-1 存在高壓二氧化碳時進行化學反應之操作條件 24 表 2 2 二氧化碳膨脹溶液之氣液平衡 27 表 4-1 在40℃二氧化碳與甲醇溶解度再現性測試 41 表 4 2 氫氣與甲醇二元系統在323K、343K與363K氫氣溶解度 44 表 4 3 以Pd/SiO2氫化cyclohexane在不同極性溶劑中轉化率對比Panpranot et al.(2006) 45 表 4 4 對比不同溶液之介電常數與氫氣溶解度及氫化反應關係 Tonkoniity et al. (2003) 46 表 4 5 10%二氧化碳與90%氫氣及甲醇50、70與90℃三元系統平衡溶解度 53 表 4 6 20%二氧化碳與80%氫氣及甲醇50、70與90℃三元系統平衡溶解度 54 圖目錄 圖2 1 靜態式裝置示意圖 17 圖2 2 半流動式裝置示意圖 18 圖2 3 流動式裝置示意圖 19 圖2 4 傳統氫化反應的質傳示意圖 20 圖2 5 p-CNB氫化反應的的轉化率與二氧化碳分壓的關係圖 21 圖2 6 p-CNB氫化反應的的轉化率與二氧化碳分壓的關係圖 22 圖2 7 氫氣和甲醇二元系統之溶解度與總壓關係圖 23 圖3-1 三元系統氣液平衡裝置圖 31 圖3-2 六向閥取樣之示意圖 32 圖4-1 TCD分析升溫程序條件 35 圖4-2 溫度與TCD電流值關係圖 36 圖4-3 二氧化碳TCD面積與莫爾數檢量線 37 圖4-4 氫氣TCD面積與莫爾數檢量線 38 圖4-5 甲醇TCD面積與莫爾數檢量線 39 圖4-6 在40℃二氧化碳與甲醇溶解度再現性測試 42 圖4-7 氫氣與甲醇二元系統在323K、343K與363K氫氣溶解度 47 圖4 8 氫氣在甲醇溶解度對比氫氣在甲苯溶解度對比 48 圖4 9 不同有機溶劑在298.15 K之氫氣溶解度 Brunner (1985) 49 圖4 10 溫度323K在不同二氧化碳及氫氣比例下氫氣在甲醇的溶解度 55 圖4 11 溫度343K在不同二氧化碳及氫氣比例下氫氣在甲醇的溶解度 56 圖4 12 溫度363K在不同二氧化碳及氫氣比例下氫氣在甲醇的溶解度 57 圖4 13 純氫與甲醇系統不同溫度與氫氣溶解度關係圖 58 圖4 14 10%二氧化碳、90%氫氣與甲醇系統不同溫度與氫氣溶解度關係圖 59 圖4 15 20%二氧化碳、80%氫氣與甲醇系統不同溫度與氫氣溶解度關係圖 60 圖4 16 在各溫度下10%二氧化碳、90%氫氣與甲醇三元系統，增強因子與壓力溫度關係圖 61 圖4 17 在各溫度下20%二氧化碳、80%氫氣與甲醇三元系統，增強因子與壓力溫度關係圖 62 圖4 18 介電常數π值與二氧化碳壓力之關係圖 Jessop and Subramaniam (2007) 63

    Arunajatesan, V.; Subramaniam, B.; Hutchenson, K. W.; Herkes, F. E. “Fixed-Bed Hydrogenation of Organic Compounds in Supercritical Carbon Dioxide.” Chem. Eng. Sci. 56 (2001) 1363-1369.
    Bezanehtak, K.; Combes, G. B.; Dehghani, F.; Foster, N. R. “Vapor- Liquid Equilibrium for Binary System of Carbon Dioxide+Methanol, Hydrogen+Methanol, and Hydrogen+Carbon Dioxide at High Pressure.” J. Chem. Eng. Data 47(2002) 161-168
    Bezanehtak, K.; Dehghani, F.; Foster, N. R. “Vapor-Liquid Equilibrium for the Carbon Dioxide + Hydrogen +Methanol Ternary System” J. Chem. Eng. Data 49(2004) 430-434
    Brunner, E. “Solubility of Hydrogen in 10 Organic Solvents at 298.15, 323.15, and 373.15 K” J. Chem. Eng. Date. 30 (1985) 269-273
    Chen, Y. C.; Tan, C. S. “Hydrogenation of p-chloronitrobenzene by Ni-B nanocatalyst in CO2-expanded methanol.” J. Supercrit. Fluids 41 (2007) 272-278.
    Kim, C. H.; Vimalchand, P.; Donohue, M. D. “Vapor-Liquid for Binary Mixture of Carbon Dioxide with Benzene, Toluene and P-xylene.” Fluid Phase Equilibria 31 (1986) 299-311
    Chouchi, D.; Gourgouillon, D.; Courel, M.; Vital, J.; Ponte, M. N. “The Influence of Phase Behavior on Reactions at Supercritical Conditions: The Hydrogenation of α-Pinene.” Ind. Eng. Chem. Res. 40 (2001) 2551-2554.
    Chan, J. C. and Tan, C. S. “Hydrogenation of Tetralin over Pt/γ-Al2O3 in Trickle-Bed Reactor in the Presence of Compressed CO2.” Energy Fuels, 20 (2006) 771-777.
    Combes, G.; Coen, E.; Dehghani, F.; Foster, N. “Dense CO2 Expanded Methanol Solvent System for Synthesis of Naproxen via Enantioselective Hydrogenation.” J. Supercrit. Fluids 36 (2005) 127-136.
    Fujita, S.; Akihara, S.; Zhao, F.; Liu, R.; Hasegawa, M. and Arai, M. “Selective hydrogenation of cinnamaldehyde using ruthenium-phosphine complex catalysts with multiphase reaction systems in and under pressurized carbon dioxide：Signficance of pressurization and interfaces for the control of selectivity.” J. Catal. 236 (2005) 101-111.
    Hemminger, O.; Marteel, A.; Mason, M. R.; Davies, J. A.; Tadd, A. R. and Abraham, M.A. “ Hydroformylation of 1-Hexene in Supercritical Carbon Dioxide Using a Heterogeneous Rhodium Catalyst. 3. Evaluation of Solvent Effect.” Green Chem. 4 (2002) 507-512.
    Hideyuki Takagi; Takaaki Isoda; Katsuki Kusakabe and Shigeharu Morooka “Effects of Solvents on the Hydrogenation of Mono-Aromatic Compounds Using Noble-Metal Catalysts.” Energy Fuels. 13 (1999) 1191-1196.
    Jin, H. and Subramaniam, B. “Homogeneous Catalytic Hydroformylation of 1-Octene in CO2-expanded Solvent Media.” Chem. Eng. Sci. 59 (2004) 4887-4893.
    Jessop, F. G. and Subramaniam, B. “Gas-Expanded Liquids” Chem. Rev. 107 (2007) 2666-2694
    Kerler, B; Robinson, R. E.; Borovik, A. S. and Subramaniam, B. “Application of CO2-Expanded Solvents in Heterogeneous Catalysis: A Case Study.” 49 (2004) 91-98.
    Suzuki, K. and Sue H. “Isothermal Vapor-Liquid Equilibrium Data for Binary Systems at High Pressures: Carbon Dioxide-Methanol, Carbon Dioxide-Ethanol, Carbon Dioxide-I-Propanol, Methane-Ethanol, Methane-I-Propanol, Ethane-Ethanol, and Ethane-I-Propanol Systems” J. Chem. Eng. Data 35(1990) 63-66
    Lin, I. H. and Tan, C. S. “Measurement of diffusion coefficients of p-chloronitrobenzene in CO2-expanded methanol” J. Supercrit. Fluids 46 (2008) 112-117.
    Musie, G.; Wei, M.; Subramaniam, B.; Busch, D.H. “Catalytic Oxidations in Carbon Dioxide-Baseed Reaction Media, Including Novel CO2-Expanded Phases.” Coord. Chem. Rev. 219 (2001) 789-820.
    Minder, B.; Mallat, T.; Pickel, K. H.; Steiner, K.; Baiker, A. “Enantioselective hydrogenation of ethyl pyruvate in supercritical fluids.” Catal. Lett. 34 (1995) 1-9.
    Phiong, H. S.; Lucien, F. P. and Adesina, A. A. “Three-Phase Catalyst Hydrogenation of α-Methylstyrene in Supercritical Carbon Dioxide.” J. Supercrit. Fluids. 25 (2003) 155-164.
    Rajagopalan, B.; Wei, M.; Musie, G. T.; Subramaniam, B. and Busch, D. H. “Homogeneous Catalytic Epoxidation of Organic Substrates in CO2-Expanded Solvents in the Presence of Water-Soluble Oxidants and Catalysts.” 42 (2003) 6505-6510.
    Wei, M.; Musie, G. T.; Busch, D. H. and Subramaniam, B. “CO2- Expanded Solvents：Unique and Versatile Media for Performing Homogeneous Catalytic Oxidations. J. Am. Chem. Soc. 124 (2002) 2513-2517.
    Xie, X. F.; Liotta, C. L. and Eckert, C. A. “CO2-Protected Amine Formation from Nitrile and Imine Hydrogenation in Gas-Expanded Liquids.” Ind. Eng. Chem. Res. 43 (2004) 7907-7911.
    Xie, X.; Brown, J. S.; Joseph, P. J.; Liotta, C. L.; Eckert, C. A.“Phase-Transfer Catalyst Separation by CO2 Enhanced Aqueous Extraction.” Chem. Commun. 10 (2002) 1156-1157.
    Xie, X.; Liotta, C. L.; Eckert, C. A.”CO2-Catalyzed Acetal Formation in CO2-Expanded Methanol and Ethylene Glycol.” Ind. Eng. Chem. Res. 43 (2004) 2605-2609.
    Xu, D.; Carbonell, R. G.; Kiserow, D. J.; Roberts, G. W. “Hydrogenation of Polystyrene in CO2-Expanded Solvents: Catalyst Poisoning.” Ind. Eng. Chem. Res., 44 (2005) 6164-6170.
    Yin, J.Z. and Tan, C.S. “Solubility of Hydrogen in Toluene for the Ternary System H2 + CO2 + Toluene from 305 to 343 K and 1.2 to 10.5 MPa.” Fluid Phase Equilibria 242 (2006) 111-117.
    Yoon Ji-Ho, Lee Huyun-Song, Lee Huen “High-pressure Vapor-Liquid Equilibria for Carbon Dioxide + Methanol, Carbon Dioxide + Ethanol, and Carbon Dioxdie + Methanol + Ethanol” J. Chem. Eng. Data. 38(1993) 53-55.
    Zhao, F.; Fujita, S.; Sun, J.; Ikushima, Y.; Arai, M. “Carbon Dioxide-Expanded Liquid Substrate Phase: An Effective Medium for Selective Hydrogenation of Cinnamaldehyde to Cinnamyl Alcohol.” Chem. Commun. 20 (2004) 2326-2327.
    Zulema K. Lopez-Castillo, Sudhir N. V. K. Aki, Mark A. Stadtherr, and Joan F. Brennecke* “Enhanced Solubility of Hydrogen in CO2-Expanded Liquids” Ind. Eng. Chem. Res. 47 (2008) 570-576.
    Zulema K. Lopez-Castillo, Sudhir N. V. K. Aki, Mark A. Stadtherr, and Joan F. Brennecke* “Enhanced Solubility of Oxygen and Carbon Monoxide in CO2-Expanded Liquids” Ind. Eng. Chem. Res. 45 (2006) 5351-5356.
    陳奕靜，“使用奈米鎳硼觸媒探討對氯硝基苯於二氧化碳膨脹溶液之甲醇中氫化反應速率之影響”， 碩士論文，國立清華大學化學工程研究所(2006)

    無法下載圖示 全文公開日期 本全文未授權公開 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)

    QR CODE