Simulation and Process Design of Pervaporation Plate-and-Frame Modules f3r Dehydration of Organic solvents

A process simulation model of pervaporation process has been developed as a design tool to analyse and optimize the dehyhration of organic solvents through a commercial scale of pervaporative plate-and-frame modules that contain a stack of membrane sheets. In the simulation model, the mass balance, the heat balance and the concentration balance are integrated in a finite elements-in-succession method to simulate the overall process. In the integration method, a feed channel between membrane sheets in the modules was taken as differential unit element volume to simplify calculation procedure and shorten computing time. Some of permeation parameters used in the simulation model, were quantified directly from the dehydration experiment of ethanol through $AzeoSep^{TM}$-2002 membrane which is a commercial pervaporation membrane. The simulation model was verified by comparing the simulated values with experimental data. Using the model, continuous and batch pervaporation processes were simulated, respectively, to acquire basic data for analysing and optimizing in the dehydration of ethanol through the membrane. Based on the simulation results, a comparison between the continuous and the batch pervaporation processes would be discussed.

유기용매 탈수를 위한 투과증발 판틀형 모듈의 전산모사와 공정설계

유기용매의 탈수화 공정의 거동을 예측할 수 있는 투과증발 판틀형 모듈에 대한 전산모사 모델을 확립하였는데 이는 공정의 분석 및 최적화의 도구로 사용할 수 있다. 확립한 모델은 물질, 열 및 농도 수지식으로 이루어졌으며 유한요소법의 수치해석을 사용하여 각 투과 특성들은 계산하였다. 본 전산모사에서는 모듈내 각 두개의 막 사이에 있는 단일 공급유로를 기본 미분단위부피로 사용함으로써 계산과정을 단순화하초 계산시간을 단축할 수가 있었다. 또한 모델식에 각 파라메타들을 실제 공정에서 직접 구하여 사용함으로써 공정모사의 정확성을 얻을 수가 있었다. 모사모델의 타당성을 화인하기 위해서 에탄올/물 혼합물을 모델 혼합물로 선정하여 상업 투과막인 $AzeoSep^{TM}$-2002를 통한 투과실험을 행하여 각 투과 특성들을 얻었으며 얻은 이들 값들과 모사 모델식으로부터 계산된 값들과 비교한 결과 서로 잘 일치함을 보여 본 모사모델의 타당성을 입증하였다. 또한 모사모델을 사용하여 연속식 및 회분식 투과공정에서의 에탄을 탈수 공정을 모사하였는데 모사 결과들은 공정 분석 및 최적화를 위한 기본자료로 활용할 수 있다. 본 연구에서는 모사결과를 토대로 회분식 공정과 연속식 공정을 비교 분석하였다.