The Effect of Turbulence Promoters on the Mass Transfer in Ultrafiltration

한외여과에서의 물질전달에 대한 난류촉진물체의 영향

The GR51PP(MWCO 50,000) and GR40PP(MWCO 100,000) membranes manufactured by DDS were used in ultrafiltration of dextran(Mw. : 500,000) solution in flat plate ultrafiltration cell filled with various types of turbulence promoters. The flux improvement by using turbulence promoter was higher in laminar flow region than in turbulent flow region. The maximum improvements of permeate flux were foud as 112% and 50% I laminar flow region and turbulent flow region, respectively. Also, the solute rejection of the ultrafiltration membrane was improved by turbulence promoters and its effect was significant in the high transmembrane pressure and laminar flow region. The smaller the spacer mesh size was used, the higher the flux improved, but the pressure drop in ultrafiltration cell also increased. In laminar flow region, pressure drop by the spacer was negligible, but in turbulent flow region it changed significantly depending upon the mesh size of the spacer and therefore, its mesh size must be baken into account in the design of the process. The predicted results of the modified mass transfer correlation had better agreement with experimental results than those of unmodified one, The modified mass transfer correlations for laminar and turbulent flow region are shown as follow. $N_{sh}=0.151(N_{Re})^{0.199}(N_{Sc})^{0.22}(N_{Scm})^{0.197}\;(625 $N_{sh}=0.0165(N_{Re})^{0.428}(N_{Sc})^{0.33}(N_{Scm})^{0.223}\;(5015

Dextran(Mw.:500,000)용액의 한외여과에 있어서, 현재 나권형 모듈의 유로형성체로 사용되는 난류촉진물체를 적용하여 실험한 결과, 난류촉진물체의 mesh가 증가할수록 막투과 flux가 향상되었으며, 난류영역에서는 층류영역에 비해 순환유속과 난류촉진물체의 사용에 따른 막투과 flux에 대한 영향이 상대적으로 적었다. 난류촉진물체의 사용에 따른 막투과 flux 향상율은 사용한 membrane의 종류에 따라 층류영역의 경우 최대 112%, 난류영역의 경우 50%에 달하였다. 또한 난류촉진물체를 사용함으로써 한외여과막의 고분자 용질에 대한 배제 성능을 높일 수 있었으며, 이러한 flux 및 배제 성능 증가 등의 효과들은 높은 조작압력차와 낮은 순환유속(농도분극이 상대적으로 심한 영역)에서 더욱 두드러졌다. 그러나, 난류촉진물체의 mesh 수와 순환유속이 증가함에 따라 한외여과 cell 내에서의 압력손실도 증가하였으며, 특히 난류영역에서는 그 영향이 매우 심하였으므로 실제 공정 설계시 순환유속과 압력차 및 난류촉진물체 형태에 따른 압력손실을 반드시 고려해 주어야 함을 알 수 있었다. 물질전달계수 예측을 위한 기존의 물질전달 상관관계식을 농도분극층에서의 고분자 물질의 물성변화를 고려하고 경계층 저항 모델에 근거하여 보정하였는 바, 기존의 관계식에 비해 오차를 줄일 수 있었으며, 이때의 관계식은 다음과 같았다.$N_{sh}=0.151(N_{Re})^{0.199}(N_{Sc})^{0.22}(N_{Scm})^{0.197}\;(625 $N_{sh}=0.0165(N_{Re})^{0.428}(N_{Sc})^{0.33}(N_{Scm})^{0.223}\;(5015