氧化鋅還原高溫爐設計與製程最佳化研究

Study of the furnace design and process optimization for ZnO reduction

蕭伊帆(Hsiao,yi fan)

指導教授 ： 林秋豐

國立屏東科技大學/工學院/車輛工程系所/碩士(2013年)

https://doi.org/10.6346/NPUST.2013.00049

摘要

本研究目的在設計氧化鋅還原製程以及所需要的氧化鋅還原高溫爐。其中，氧化鋅還原製程的設計主要參數為高溫爐之溫度、一氧化碳濃度、氣流流量與入口噴吹角度。為了達到此目的，本研究首先利用一管狀高溫爐，以不同溫度與一氧化碳濃度的實驗來得知氧化鋅還原的活化能與反應級數，再將實驗所得之活化能與反應級數參數帶入CFD模擬程式當中，並執行實驗來驗證模擬程式之準確性。最後，本研究利用驗證過之CFD模擬程式以田口實驗之概念來進行槽型高溫爐以及製程參數之設計。由田口法之模擬結果得知，槽型高溫爐之最佳製程溫度為1300℃，並以100%的一氧化碳濃度與1.5L/min之流量噴吹至還原槽內，且在噴吹角度為72.5度時有最佳的氧化鋅消耗率與鋅還原率。

關鍵字

高溫爐設計 ； 氧化鋅還原 ； CFD ； 田口法

並列摘要

The purpose of this study is to design a furnace process of ZnO reduction,which parameters are temperature, carbon monoxide concentration, air flow rate,inlet injection angle, In order to achieve this purpose, this study used a tube furnace with different temperature and the concentration of carbon monoxide experiments to know the activation energy and reaction stages of the zinc oxide reduction,which are put into CFD simulation programs, and perform experiments to prove the accuracy of the emulator. Finally, using proved in this study of CFD simulation program based on Taguchi experimental concepts for groove type furnace design and process parameters. Simulation results of the Taguchi method was informed that the best process of the groove type furnace temperature of 1300, and 100% in the concentration of carbon monoxide of 1.5L/min flow injection to restore the chute, and injection angle is 72.5 degrees with the best rates of consumption of zinc oxide and zinc reduction rate.

並列關鍵字

Furnace design ； Zinc oxide reduction ； CFD ； Taguchi method

參考文獻

1.羅文德，2010，鋅燃料電池電化學極化特性之研究，碩士論文，國立台北科技大學，車輛工程研究所，台北，pp.68。

19.李清華，以田口法優化大量細微銅粉合成參數之研究，科學與工程技術期刊，pp.1-11。

27.楊嘉豪，2012，機油冷卻器熱傳之數值研究，碩士論文，國立屏東科技大學，車輛工程研究所，屏東。

2.Palumbo, R., Lede, J., Boutin, O., Elorza Ricart, E., Steinfeld, A., Möller, S., Weidenkaff, A., Fletcher, E. A., and Bielicki, J., 1998, “The Production of Zn From ZnO in a High-Temperature Solar Decomposition Quench Process—I. The Scientific Framework for the Process,” Chem. Eng. Sci., 53, pp. 2503–2517.

3.Müller, R., Haeberling, P., and Palumbo, R., 2006, “Further Advances Toward the Development of a Direct Heating Solar Thermal Chemical Reactor for the Thermal Dissociation of ZnO,”Sol. Energy, 80(5), pp. 500–511.