第四章、 結果與討論
4.2 氣舉式反應器操作參數測定
由相關研究顯示氣體流速與顆粒含量對於氣舉式反應器水力與 質傳特性有顯著之影響（Freitas et al.[32]），因此，以下將就不同進氣 量與顆粒含量進行探討：
4.2.1 上升區氣體滯留量（
gr）及總氣體滯留量（
）平均容積的上升區氣體滯留量（
gr）可利用 U 形管壓力計測量 在上升區中流體的靜壓力後，依以下公式計算得到（Chisti[16]）：z d dh
MG L
L
gr
ˆ
其中
L為液體密度，
G為氣體密度，dh
M為U形管中壓力差，而dˆ z
為 兩測點間距離。每組條件下，取三組數據求取平均值作為實驗量測值，計算結果 列於表 6 中。在不同顆粒含量（0 L、1 L、2 L、3 L、4 L）下，以不 同之上升區空床氣體速度
u
gr對
gr之作圖，如圖 5 所示。觀察到
gr隨 著上升區空床氣體速度的增加而提升，在不同顆粒含量下，所呈現出 的趨勢相似。另一方面，在不同供氣量（5 L/min、10 L/min、20 L/min、30 L/min、40 L/min、50 L/min、60 L/min、70 L/min、80 L/min）下，
以不同顆粒含量對
gr之作圖，如圖 6 所示。觀察到
gr隨著顆粒含量 的增加而下降，其中，當供氣量在 30 L/min 以上時，
gr隨著顆粒含 量增加而下降的現象更趨明顯。這是由於氣液相的流動界面減少的情 形加劇，而造成氣泡聚結的情形增加所引起（Freitas et al.[32]）。Lu et al.[29]，Freitas et al.[32]和 Freitas et al.[33]亦獲得相似的結果。測定總滯留量，只需觀察曝氣液體高（
H
t）與無曝氣液體高（
H
）。總氣體滯留量的計算公式如下（Hwang et al.[34]）t o t
H H H
每組條件下，取三組數據求取平均值作為實驗量測值，計算結果 列於表7中。在不同顆粒含量（0 L、1 L、2 L、3 L、4 L）下，以不 同之上升區空床氣體速度
u
gr對
之作圖，如圖7所示。觀察到ε隨著 上升區空床氣體速度的增加而提升。另一方面，在不同供氣量（5 L/min、10 L/min、20 L/min、30 L/min、40 L/min、50 L/min、60 L/min、70 L/min、80 L/min）下，以不同顆粒含量對
之作圖，如圖8所示。觀察到隨著顆粒含量的改變對於總氣體滯留量
並無顯著影響。推論 這現象是由於
計算公式為高度差比值，故對當顆粒含量增加時，反 應器工作體積量不變，加上在相同供氣量條件下，所以所獲得之比值 將不受影響。4.2.2下降區液體速度
在下降區中的液體流動速度可由追蹤劑的回應量測法獲得。將 5 ml 8 N NaOH 或 HCl 溶液以脈衝方式注入氣舉式反應器中以作為追蹤 劑。在反應器中追蹤劑的濃度可由兩個 pH 感測器在下降區中的兩端 偵測得之，然後下降區液體的速度可依下式計算（Hwang et al.[34]）：
d d
ld
t
L
其中
L
d為在下降區中的兩感測器之間的距離，而t
d為在下降管中兩感 測器之間回應時間的差。回應時間值由兩探測器以類比訊號形式藉由 訊號擷取卡擷取訊號傳輸至電腦中，以獲得如圖9所示之pH值與時間 關係。圖9(a)、(b)分別為NaOH與HCl追蹤劑所呈現出的訊號峰形，各 別由圖中相似兩訊號峰形間得到時間差值，如圖9(a)、(b)中，t
d值分 別為5.4 s與4.9 s。每組條件下取三組數據求取平均值作為實驗量測值。實驗量測計 算結果列於表8中。在不同顆粒含量（0 L、1 L、2 L、3 L、4 L）下，
以不同之上升區空床氣體速度
u
gr對下降區液體速度
ld作圖，如圖10 所示。觀察到
ld隨著上升區空床氣體速度在0.0099～0.0592 m/s的增 加期間緩慢且平穩地提升；當大於0.0592 m/s時，流動性質轉變為攪 拌紊流，液體速度
ld大幅增加，這是由於在上升區中高
gr顯著地增 加對於液體循環的驅動力（Choi et al.[34]）。此一結果相似於Choi et al.[35]，Tobajas et al.[36]及Gourich et al.[37]所研究之結果。另一方面，在 不同供氣量（5 L/min、10 L/min、20 L/min、30 L/min、40 L/min、50 L/min、60 L/min、70 L/min、80 L/min）下，以不同顆粒含量對
ld作 圖，如圖11所示。觀察到在此操作條件下，隨著顆粒含量的改變對於
ld並無顯著影響。僅於進氣量達到80 L/min時，下降區液體速度當顆 粒含量超過2 L時有明顯下降，推論亦因
gr值下降導致液體循環之驅 動力減低。4.2.3氧質量傳送係數
本研究利用動態法得到體積質傳係數。動態排氣量測法是以溶氧 電極來監測反應器內的溶氧濃度。首先通入氮氣趕走液相內溶氧後再 通入空氣或純氧，同時紀錄溶氧變化的歷時走勢來計算以得到質傳係 數。
反應器內氧氣濃度的質量平衡
L
* L
L C C
dt
dC akL
將上式對時間從 0 到 t 積分可得
C t C
C ln C
L0
* L
L
*
L
k
La
其中
C
L0為液相初始溶氧濃度，C
L*為液相飽和溶氧濃度，而C
L為任意 時間段之液相溶氧濃度。以
0
*
ln C
L* C
LC
L C
L 對時間t作圖，經線性 迴歸後，取其斜率的負值，即可得到k
La
值。本研究，在各種顆粒含量且不同供氣量下，所得之反應器之
k
La
值 列於表9中。所得溶氧數據亦以類比訊號之形式藉由數據擷取卡傳輸 至電腦中，獲得到的圖（如圖12所示）為反應器在不含顆粒，不同供 氣量下，溶氧濃度與時間的變化。藉由上述之公式換算並對時間作 圖，如圖13所示。經由對圖形線性迴歸分析後，取斜率之負值即為該 條件下之反應器之k
La
值。在不同顆粒含量（0 L、1 L、2 L、3 L、4 L）下，將所獲得之
k
La
值對於空床氣體速度u
gr作圖，如圖14所示。觀察 到k
La
值隨著氣體速度增加而增加，但對於顆粒含量的改變並無顯著 的變化，此一結果相似於Choi et al.[35]，Tobajas et al.[36]及Gourich et al.[37]所研究之結果。另一方面，在不同供氣量（5 L/min、10 L/min、15 L/min、20 L/min、25 L/min、30 L/min、40 L/min、50 L/min、60 L/min、70 L/min、80 L/min）下，以氧氣質量傳送