Abstract
By using a phenomenological approach, model equations incorporating the resistance-in¬series concept were established to evaluate quantitatively concentration polarization in the boundary layer in feed adjacent to the membrane surface in the vapor permeation and separation of volatile organic compounds (VOCS)/$N_2$ mixture through po]y(dimethylsiloxane) (PDMS) membrane. The vapor permeations of various VOCS/$N_2$ mixtures through PDMS membrane were carried out at various feed flow rates. Chlorinated hydrocarbons, such as, methylene chloride, chlorofonn, 1,2-clichloroethane and 1,1,2-trichloroethane were used as organic vapor. By fitting the model equations to the experimental penneation data. the model parameters were detennined. respectively. Both the mass transfer coefficient of VOC across tbe boundary layer and concentration polarization modulus as a measure of the extent of concentration polarization were eitimated Quantitatively by the mooe1 equations with the determined model parameters. From the analysis on the detennined model parameters, the boundary layer resistance due to the concentration polarization of VOCs component was found to be more significant when the condensability of voe was greater. This study seeks to emphasize the importance of the boundary resistance on the vapor penneation of the vapor/gas mixtures with high permeability and high selectivity towards the minor component VOC.
실리콘(PDM)막을 통한 휘발성유기화합물(VOCs)과 질소 혼합물의 증기투과시 공급부 경계층에서 발생하는 VOCs의 농도분극 현상을 정량적인 평가를 위하여 저항직렬연결의 개념을 바탕으로 한 수학적인 모델식을 확립하였다. feed속도를 변화시키면서 여러 VOCs 혼합물에 대한 증기투과를 시행하였는데 본 연구에 사용한 VOCs는 염소화 탄화수소계 중에서 응축도가 다른 methylene chloride, chloroform, 1,2-dichloroethane, 1,1,2-trichloroethane 등을 선정하여 사용하였다. 확립한 모델식에 각 혼합물의 투과 실험치들의 frtting 및 regression을 통하여 각 모델 파라메타들을 구하고 물질전달계수 및 농도분극탄성률 등을 결정하였다. 결정한 모델 파라메타를 분석한 결과 VOCs의 응축도가 클수록 경계층 저항이 현저함을 관찰할 수 있었으며 또한 모델링을 통해서 고 투과성 고 선택성막을 통한 증기투과에서 경계층저항의 중요성을 확인할 수 있었다.
