The present study deals with a numerical simulation for the transport phenomena in three configurations of Membrane Distillation (Air Gap, Direct Contact and Sweeping Gas Membrane Distillation) usually used for desalination in order to make an objective comparison between them under the same operating conditions. The models are based on the conservation equations for the mass, momentum, energy and species within the feed saline and cooling solutions as well as on the mass and energy balances on the membrane sides. The theoretical model was validated with available data and was found in good agreement. DCMD configuration provided the highest pure water production while SGMD shows the highest thermal efficiency. Process parameters' impact on each configuration are also presented and discussed.
In this study, a pilot-scale (3 ㎥/day) membrane distillation (MD) process was operated to treat digestate produced from anaerobic digestion of livestock wastewater. In order to evaluate the performance and energy cost of MD process, it was compared with the pilot scale (10 ㎥/day) reverse osmosis (RO) process, expected competitive process, under same feed condition. As results, MD process shows stable permeate flux (average 10.1 L/㎡/hr) until 150 hours, whereas permeate flux of RO process was decreased from 5.3 to 1.5 L/㎡/hr within 24 hours. In the case of removal of COD, TN, and TP, MD process shows a high removal rate (98.7, 93.7, and 99% respectively) stably until 150 hours. However, in the case of RO process, removal rate was decreased from 91.6 to 69.5% in COD and from 93.7 to 76.0% in TP during 100 hours of operation. Removal rate of TN in RO process was fluctuated in the range of 34.5-62.9% (average 44.6%) during the operation. As a result of energy cost analysis, MD process using waste heat for heating the feed shows 18% lower cost compare with RO process. Thus, overall efficiency of the MD process is higher then that of the RO process in terms of permeate flux, removal rate of salts, and operating cost (in the case of using waste heat) in treating the anaerobic digestate of livestock wastewater.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.2
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pp.21-27
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2018
FRN (Full range Naphtha) is distilled from crude oil in a Naphtha Splitter Unit and is separated into the Light Straight Naphtha, Heavy Naphtha, and kerosene according to the boiling point in sequence. This separation is conducted using a series of binary-like columns. In this separation method, the energy consumed in the reboiler is used to separate the heaviest components and most of this energy is discarded as vapor condensation in the overhead cooler. In this study, the first two columns of the separation process are replaced with the Petlyuk column. A structural design was exercised by a stage to stage computation with an ideal tray efficiency in the equilibrium condition. Compared to the performance of a conventional system of 3-column model, the design outcome indicates that the procedure is simple and efficient because the composition of the liquid component in the column tray was designed to be similar to the equilibrium distillation curve. An analysis of the performance of the new process indicated an energy saving of 12.3% under same total number of trays and with a saving of the initial investment cost.
Guo, Hao;Peng, Changsheng;Ma, Weifang;Yuan, Hetao;Yang, Ke
Membrane and Water Treatment
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v.8
no.3
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pp.293-310
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2017
An ultrasonic assisting vacuum membrane distillation (VMD) system was designed to promote the heat and mass transfer in membrane distillation (MD) process. Both the effects of operating conditions and ultrasonic parameters to permeation flux in this process were investigated; the heat and mass transfer mechanism was also being discussed in this paper. The results showed that the performance of VMD process was improved significantly by ultrasonic assisting. The permeation flux was boosted at a certain feed solution temperature, pressure at permeate side and feed solution velocity whether or not to PP and PTFE. The results also indicated that ultrasonic power and frequency also was the key factor affecting the mass and transfer efficiencies. The feed side transfer coefficient ($K_f$), corresponding to ultrasonic power ($K_f=4.406-0.026{\times}P+7.824{\times}10^{-5}{\times}P^2$) and ultrasonic frequency ($K_f=0.941+0.598{\times}f-0.012{\times}f^2+6.283{\times}10^{-5}f^3$), was obtained and employed in the modeling of ultrasonic assisting VMD process. The modeling results showed that the calculated value of $K_f$ aligned with experimental results well. Both variations of temperature polarization coefficient (TPC) and concentration polarization coefficient (CPC) were studied based on the obtained data. The results showed that both TPC and CPC were improved obviously by the ultrasonic parameters.
Liquid phase nitrous oxide ($N_2O$) contains air, carbon monoxide, water, carbon dioxide and NOx as main impurities. It is known to be very dangerous to obtain a very pure $N_2O$ product by using solidification at low temperature. In this study a new method to obtain a high purity of $N_2O$ product based on a continuous distillation process was introduced. For the modeling of the continuous distillation process to obtain a product having a purity over 99.999% of $N_2O$ stream, Intalox wire gauze packing- No. SCH-80S gauze packing column was used. Peng-Robinson equation of state was used for the modeling of the continuous distillation process and refrigeration system. Computational results performed in this work showed a good agreement with Aspen Plus simulation results.
Cho, Sung Jin;Shin, Jae Sun;Choi, Suk Hoon;Lee, Euy Soo;Park, Sang Jin
Korean Chemical Engineering Research
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v.52
no.3
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pp.307-313
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2014
In this study, an optimization process design has been performed to separate 99.9 mol% of Isobutyl Acetate from binary azeotropic mixture of Isobutyl Acetate and Isobutyl Alcohol system using a Pressure Swing Distillation (PSD). PSD is used to separate binary azeotropic mixtures using the difference between the relative volatilities and azeotropic compositions by changing the system pressure. Non-Random Two Liquid (NRTL) model for liquid phase and the Peng-Robinson equation for vapor phase are used. An optimization study for the reflux ratio and feed stage locations which minimize the total reboiler heat duties are studied. Since PSD process consists of two columns, i.e. high pressure and low pressure, the effect of column sequence on the optimum conditions is reported.
To develop a recycling process of magnesium alloy scrap, a fundamental study on the distillation of magnesium alloy melt was carried out. Melt temperature, vacuum degree and reaction time were considered as experimental variables. The amount of vaporized magnesium melt per unit surface area of melt increases with the increase of melt temperature, reaction time and vacuum degree. The vapor condensed at the tip of water cooling Cu-condenser as a form of pine cone. Magnesium and zinc were vaporized easily from the melt. However, It's difficult to separate magnesium and zinc by vacuum distillation because vapor pressure of zinc is similar to one of magnesium. The contents of aluminum, manganese and iron, etc. in residual melt increase due to the decrease of magnesium and zinc content after the distillation of magnesium alloy.
In this work, desalination experiments were performed on vacuum membrane distillation (VMD). Process parameters such as feed flow rate, vacuum degree on permeate side, feed bulk temperature and feed salt concentration were optimized using sensitivity analysis and Taguchi method. The optimum values of process parameters were found to be 2 lpm of feed flow rate, $60^{\circ}C$ of feed bulk temperature, 5.5 kPa of permeate-side pressure and 5000 ppm of salt concentration. The permeate flux at these conditions was obtained as $26.6kg/m^2{\cdot}hr$. The rejection of salt in permeate was found to be 99.7%. The percent contribution of various process parameters using ANOVA results indicated that the most important parameter is feed bulk temperature with its contribution of 95%. The ANOVA results indicate that the percent contribution of permeate pressure gets increased to 5.384% in the range of 2 to 7 kPa as compared to 0.045% in the range of 5.5 to 7 kPa.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.8
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pp.3764-3773
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2012
In this study, modeling and optimization works were completed for the separation of 99.9 mol% of methyl ethyl ketone from water through a pressure-swing distillation process since the azeotropic composition varies very sensitively with the change of system pressure. PRO/II with PROVISION release 9.1 was used for the computer simulation and Wilson activity coefficient model was chosen as a modeling equation. A pressure-swing distillation process can be classified into a low-high pressure columns configuration and a high-low pressure columns configuration. In this work, each configurations were optimized for the minimization of steam consumptions, respectively and were compared.
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2018.05a
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pp.57-57
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2018
The electrorefining process is generally composed of two recovery steps in pyroprocessing - the deposit of uranium onto a solid cathode and the recovery of the remaining uranium and TRU elements simultaneously by a liquid cadmium cathode. The liquid cathode processing is necessary to separate cadmium from the actinide elements since the actinide deposits are dissolved or precipitated in a liquid cathode. Distillation process was employed for the cathode processing. It is very important to avoid a splattering of cadmium during evaporation due to the high vapor pressure. In this study, a multi-layer porous round cover was proposed and examined to develop a splatter shield for the Cd distillation crucible. Cadmium vapor can be released through the holes of the shield, whereas liquid drops can be collected in the multiple hemisphere. The collected drops flow on the round surface of the cover and flow down into the crucible. The crucible cover was fabricated and tested in the Cd distiller. The cover was made with three stainless steel round plates with a diameter of 33.50 mm. The distance between the hemispheres and the diameter of the holes are 10 and 1 mm, respectively. About 40 grams of Cd and about 4 grams of Bi was distilled at a reduced pressure for two hours at $470^{\circ}C$. After the Cd distillation experiment, cadmium was not detected and more than 90 % of Bi remained in the ICP-OES analysis. Therefore the crucible cover can be a candidate for the splatter shield of the Cd distillation crucible. Further development of the crucible cover is necessary for the decision of the optimum cover geometry and the operating conditions of the Cd distiller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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