在三成份部份互溶混合溶液方面,本研究以甲醇(methanol)+癸烷
(decane)+丙酮(acetone)的混合溶液來作實驗,並將閃火點的實驗數 據作圖(參考圖 5-6),從圖中可以略為看出不互溶的區域。在雙成份系 統中,有不互溶現象時,在不互溶的範圍內其閃火點是不變的,但以此 三成份系統來看,在不互溶範圍內的閃火點實驗值並不固定,原因是當 一組成比例固定時,其他二成份的 tie-line 並非水平線,使得閃火點不固 定,因此必須先求出不互溶液體的濃度才能作預測,此部份將在後續的 研究中完成。所以分別以兩兩混合來作實驗,甲醇+癸烷及丙酮+癸烷 來作驗證,即為上述雙成份混合溶液的討論部份(可參考圖 5-4 及圖 5
-5),而本篇所提的雙成份部份互溶溶液的閃火點預測模式於上一節已 證實其閃火點的預測值與實驗值相符合,亦即能夠準確地預測雙成份部 份互溶系統的閃火點。
第四節 液液平衡的液相組成
x
1,LLE及其閃火點T LLE
對於部份互溶混合溶液,本研究所推導出的預測模式在不互溶的兩 液相端點的閃火點預測也與實驗數據結果相符合。若能預測出兩端點的 閃火點,則在這中間的組成變化其閃火點是不變的,而為了能找出不互 溶的交界點,在鄰近兩端點的實驗數據上也作重複性的測量工作,以確 認兩液相不互溶的範圍。
對於甲醇(methanol)+辛烷(octane)雙成份混合溶液系統而言,
實驗結果為當甲醇的組成介於 0.06 到 0.97 之間,系統是呈現兩液相共存 的狀態,其共存邊緣兩端閃火點分別為 2.33℃和 2.25℃,此溫度為平均 值,閃火點幾乎是不變的(參考圖 5-1)。然而,根據使用不同的活性係 數方程式來估算活性係數,在預測的兩液相共存範圍與共存邊緣兩端之 閃火點與實驗結果相近,雖然在估算時有些微誤差存在但誤差都很小且 可接受(參考表 5-5)。同時其他雙成份部份互溶混合溶液系統,甲醇
(methanol)+2,2,4-三甲基戊烷(2,2,4-trimethylpentane)、乙醇(ethanol)
+十四碳烷類(tetradecane)、甲醇(methanol)+癸烷(decane)和丙酮
(acetone)+癸烷(decane)之預測值與實驗數據相比較也一致(參考表 5-5)。
因此,從表 5-5、圖 5-1、圖 5-2、圖 5-3、圖 5-4 和圖 5-5 所顯示的數據得知,這五種雙成份混合溶液系統都屬於部份互溶混合溶 液,對於這些混合溶液在估算兩液相共存範圍及兩端邊緣的閃火點,均 與實驗數據結果有很好的一致性。而部份互溶混合溶液的預測模式可由 本論文第四章第三節 equation(1)、equation(2)與 equation(3)等三式 求得。由表 5-5 中,可看出分別用 NRTL 與 T-K Wilson 活性係數方程式 所得到的活性係數值,代入四個系統中,所求得部份互溶溶液的組成
( X
LLE)
及兩液相不互溶區端點的閃火點( ) T
LLE ,都接近實驗數據值,雖然有 一些微的差距,但此偏差的値都很小可忽略不計。圖 5-1 甲醇(1)+辛烷(2)混合溶液的閃火點預測曲線與實驗數值之 比較
圖 5-2 乙醇(1)+十四碳烷類(2)混合溶液的閃火點預測曲線與實驗 數值之比較
圖 5-3 甲醇(1)+2,2,4-三甲基戊烷(2)混合溶液的閃火點預測曲線 與實驗數值之比較
圖 5-4 甲醇(1)+癸烷(2)混合溶液的閃火點預測曲線與實驗數值之 比較
圖 5-5 丙酮(1)+癸烷(2)混合溶液的閃火點預測曲線與實驗數值之 比較
圖 5-6 甲醇(1)+癸烷(2)+丙酮(3)混合溶液的閃火點實驗數值
不互溶區
互溶區
表 5-5 估算液液平衡的液相組成
x 1 , LLE
及閃火點T LLE
,預測值數據與實驗數據之比較
Estimated value
NRTL T-K-Wilson
Experimental Methanol (1) + octane
(2) tetradecane (2)
0.297 Methanol (1) + decane
(2)
第六章 結論
本章結論可歸納出以下幾點分別作說明:
一. 所提預測模式可以準確地預測雙成份部份互溶混合溶液的閃火點 二. 若系統為部份互溶混合溶液,在兩液相間必須考慮不互溶的現象 三. 所提預測模式亦可準確地預測在兩液相範圍端點的閃火點
四. 所提預測模式可應用於評估工廠火災爆炸等危害之預防
本篇論文是探討部份互溶(Partially Miscible)易燃性液體混合溶液 之閃火點預測,然而,過去的研究只能用來預測互溶溶液的閃火點,而 本研究提出的預測模式可用來預測部份互溶(Partially Miscible)混合溶 液的閃火點。因為部份互溶混合溶液會形成兩液相狀態,因此除了考慮 氣液平衡(Vapor-Liquid Equilibrium, VLE)之外,尚需考慮液液平衡
(Liquid-Liquid Equilibrium, LLE),因而藉此發展一閃火點預測模式來預 測雙成份部份互溶混合溶液的閃火點,並且利用雙成份及三成份實驗系 統來進行驗證,實驗數據之研究結果也證實所提的預測模式可正確判斷 出液液相之間的組成及範圍,並準確的有效的估算雙成份部份互溶
(Partially Miscible)易燃性液體混合溶液的閃火點。
若系統為部份互溶混合溶液,當在液液平衡的兩液相範圍內必須考
值將有所偏差,以往的預測模式只適用於互溶系統,不適用於不互溶系 統,而本研究之預測模式即可適用於不互溶系統,實驗結果於第五章已 予驗證。同時,在兩液相範圍端點的閃火點,NRTL 與 T-K Wilson 所估 算活性係數的閃火點預測值也與實驗值相一致(表 5-5)。
部份互溶(Partially Miscible)易燃性液體混合溶液的預測模式,可 應用於評估工廠現實環境火災爆炸等危害之預防,及化工製程上安全設 計之考量,以利降低工廠在儲存、運輸和管理易燃性液體時因防護設備 上所花費的成本,降低易燃性液體之危害且提高其安全性。
部份互溶(Partially Miscible)液燃性液體混合溶液的預測模式,可 直接預測雙成份部份互溶混合溶液,如此可減少在儀器測試上所耗費的 時間與材料成本。
本研究是針對雙成份部份互溶(Partially Miscible)易燃性液體混合 溶液而言,在未來研究方面,將朝向雙成份及三成份部份互溶水溶液,
例如藉由加多少水,溶液是否成兩液相狀態或提高其閃火點,如此對部 份互溶(Partially Miscible)混合溶液之預測模式將更加完善,而在液體 的火災爆炸危害預防上更將有所助益。
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