Simulation on Concentration of CH4 Using Hollow Fiber Membrane Permeator with Countercurrent Flow

A numerical analysis was performed for concentration of methane from the biogas using a polysulfone hollow fiber membrane permeator. Governing equations were derived for the countercurrent flow and numerically solved by using the Compaq Visual Fortran 6.6 software. When the methane mole fraction of feed was 0.5, the mole fraction of retentate increased from 0.5 to 0.8; the normalized retentate flow rate to the feed flow rate decreased from 1.0 to 0.57 at the given typical operating condition as the feed gas flowed from the inlet to the outlet of the membrane. As the methane mole fraction of feed was changed to 0.9, the methane mole fraction of retentate became 0.93 and the normalized retentate flow rate was changed to 0.91. When the pressure ratio of the permeate to the feed was varied from 0.33 to 0.17, there was a little difference in the methane mole fraction of retentate for the low stage cut of 0.1, whereas there was an significant increment for the high stage cut of 0.3. The retentate methane mole fraction remained relatively high despite the change of a stage cut as the area of the membrane increased from $1.14m^2$ to $2.57m^2$.

향류 흐름 중공사 분리막의 메탄 농축 수치해석

바이오가스로부터 폴리설폰 분리막을 이용한 메탄 농축 특성을 수치해석 방법으로 분석하였다. 향류 흐름 분리막 공정의 지배 방정식을 유도하고 무차원화 한 후 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어을 이용하여 공정모사하였다. 공급 기체의 메탄 몰분율이 0.5인 경우 주어진 전형적 운전조건 상태에서 분리막 길이에 따른 잔류 측의 메탄 몰분율은 시점에서 종점으로 이동하면서 0.5에서 0.8로 증가하였으며 공급유량 대비 잔류유량 비율은 1.0에서 0.57으로 감소하였다. 공급 메탄 몰분율을 0.9로 변화시킨 경우 잔류 측의 최종 메탄 몰분율은 0.93으로, 공급대비 잔류유량은 0.91로 증가하였다. 공급 측 압력이 증가하여 투과 측 압력 대 공급 측 압력 비 값이 0.33에서 0.17로 변경될 경우 단 수율이 0.1과 같이 낮은 영역에서는 잔류 측 메탄 농도 변화가 거의 없는 반면, 단 수율이 0.3과 같이 높은 영역에서는 증가함을 확인할 수 있었다. 분리막 면적이 $1.14m^2$에서 $2.57m^2$로 증가되면 단 수율의 변화에도 불구하고 잔류 측 메탄 농도가 비교적 높게 유지됨을 알 수 있었다.