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

劉有峰(You-Feng Liu)

指導教授 ： 談駿嵩

國立清華大學/工學院/化學工程學系/碩士(2009年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2009.00284

摘要

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。

關鍵字

溶解度 ； 二氧化碳 ； 二氧化碳膨脹溶液

參考文獻

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.