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.
Lactic acid was reacted with alcohol into lactate ester, and lactate ester produced in esterification reaction was distilled simultaneously with hydrolysis reaction into lactic acid. When the yields of lactic acid recovered by batch reactive distillations with various alcohols were compared, the yield of lactic acid was increased as the volatility of lactate ester was increased. In this batch reactive distillation, because the mixtures condensed in partial condensor were flown to reboiler through distillation column, the recovery yield of lactic acid was affected by operation temperature of partial condensor. Hydrolysis reaction into lactic acid in distillation column rarelyoccurred because of short retention time of lactate ester and water. Lactate ester was reacted into lactic acid in reboiler.
Kim, Seung Hwan;Kim, Se Woon;Lee, Dong Woo;Cho, Jin Woo
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.31
no.3
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pp.229-236
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2017
In this study, a direct contact membrane module was manufactured to be used in a pilot scale membrane distillation process to treat $3m^3/day$ of the digestate produced from anaerobic digestion of livestock manure. In order to investigate the performance of the membrane module, permeate flux was measured with and without spacer inside the module under various condition of temperature difference and cross flow velocity (CFV) through the membrane surfaces. Flux recovery rate after chemical cleaning was also investigated by applying three different cleaning methods. Additionally, thermal energy consumption was theoretically simulated based on actual pilot plant operation conditions. As results, we observed flux of the module with spacer was almost similar to the theoretically predicted value because the installation of spacer reduced the channeling effect inside the module. Under the same operating condition, the permeate flux also increased with increasing temperature difference and CFV. As a result of chemical in-line cleaning using NaOCl and citric acid for the fouled membranes, the recovery rate was 83.7% compared to the initial flux when NaOCl was used alone, and 87% recovery rate was observed when only citric acid was used. However, in the case of using only citric acid, the permeate flux was decreased at a rapid rate. It seemed that a cleaning by NaOCl was more effective to recover the flux of membrane contaminated by the organic matter as compared to a cleaning by citric acid. The total heat energy consumption increased with increasing CFV and temperature difference across the membrane. Thus, further studies should be intensively conducted to obtain a high permeate flux while keeping the energy consumption to a minimum for a practical application of membrane distillation process to treat wastewater.
In this study, we used prepared a cylindrical module consisting 100 hollow fibers of commercialized (hydrophobic) polyethylene membrane of $0.4{\mu}m$ pore size and systematically studied performance of direct contact membrane distillation (DCMD) and sweep gas membrane distillation (SGMD) in terms of variation of permeate flux and salt rejection with respect to temperature drop across the membrane, salt concentrations in feed, and flow rates of cooling water and sweep gas. SGMD was regarded as DCMD with a sweep gas layer between permeate-side membrane surface and cooling water. Sweep gas flow decreases the permeate flux from that of DCMD by providing an additional gas-layer resistance. We compared DCMD and SGMD performance by using mass balance with a fitting parameter (${\omega}$), indicating fraction of permeate flow rate.
The energy conservation and exergy loss of a fully thermally coupled distillation commercialized as the divided wall column are compared with those of a conventional two-column system for ternary separation. The used example for the comparison is the benzene-toluene-m-xylene separation process widely used in a petrochemical plant. The design procedure of the fully thermally coupled distillation column is explained, and the energy requirement is compared using the HYSYS. When the same numbers of trays are utilized, the fully thermally coupled distillation column uses 28.2% less energy and 10.4% more exergy loss. The increase of the exergy loss is due to the additional mixing from the bidirectional inter-linking and the temperature elevation in the reboiler from the increased pressure at the bottom of the main column.
The air gap membrane distillation (AGMD) process was applied for water desalination. The main objective of the present work was to study the heat and mass transfer mechanism of the process. The experiments were performed on a flat sheet module using aqueous NaCl solutions as a feed. The membrane employed was hydrophobic PTFE of pore size 0.22 ${\mu}m$. A mathematical model is proposed to evaluate the membrane mass transfer coefficient, thermal boundary layers' heat transfer coefficients, membrane / liquid interface temperatures and the temperature polarization coefficients. The mass transfer model was validated by the experimentally and fitted well with the combined Knudsen and molecular diffusion mechanism. The mass transfer coefficient increased with an increase in feed bulk temperature. The experimental parameters such as, feed temperature, 313 to 333 K, feed velocity, 0.8 to 1.8 m/s (turbulent flow region) were analyzed. The permeation fluxes increased with feed temperature and velocity. The effect of feed bulk temperature on the boundary layers' heat transfer coefficients was shown and fairly discussed. The temperature polarization coefficient increased with feed velocity and decreased with temperature. The values obtained were 0.56 to 0.82, indicating the effective heat transfer of the system. The fouling was observed during the 90 h experimental run in the application of natural ground water and seawater. The time dependent fouling resistance can be added in the total transport resistance.
Distillation is one of many processes that can be used for the purification of water. It requires an energy input such as heat and solar radiation is a possible source of energy. In this process, water is evaporated, thus separating water vapor from the solute. The vapor is then condensed to pure water. The temperature of the water, the cavity of the enclosure and the surface of the glass was measured everyday. Fifteen points were chosen for the temperature measure using a thermocouple. The inner wall and the bottom of each still was painted black for good absorption of heat. The enforced glass was used for the cover for the entering of solar energy. The size of all of the water baths was the same, but the glass of the rectangular form had a tilted angle. In the case of fine or general weather, the volume of condensed water produced by $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$ is very irregular compared to that of $15^{\circ}$ and $30^{\circ}$, In case of a rainy day, the occurrence of the volume of condensed water was similar to that of $15^{\circ}$ and $30^{\circ}$, but the volume of condensed water produced by $30^{\circ}$ was the highest.
Electric are furnace dust (EAF dust) generated in steel production based on scrap melting is contained Zn and Fe about 25 and 30 percent by weight, respectively. From a metallurgical point of view, the dust could be regarded as a raw material for Zn and Fe source. To recover the Zn in the metal from EAF dust, many system are proposed such as Arc Plasma Furmace and Pb splasher method. In this study, to recover high purity Zn from Pb splasing alloy, Zn distillation is carried out at the temperature of 1123, 1173, 1223, 1273 K, the gas flow rate of 2.5, 5.0, 8.0 Ni/min and the distilling time of 10, 30, 60, 90 minutes. The main results obtained from this study are as follows:(1) The amount of evaporated Zn and its evaporating rate increased with increasing temperature, but purity of Zn decreased with increasing temperature. Optimum temperature range was found out to be between 1173∼1223K. (2) The amount of evaporated Zn and evaporation rate increased with increasing gas flow rate at a given temperature and distillation time. Gas flow rate has more influence over the amount of evaporated Zn and evaporation rate with increasing temperature.
Extraction of phytoncide oil from korea pine cone waste without damaging the pine cone tree itself was investigated using a steam distillation method. Also various components in the extracted phytoncide oil were separated using a column chromatography method. The extraction of phytoncide oil was effectively proceeded, and the maximum production yield of phytoncide oil could be obtained under $100^{\circ}C$ of distillation temperature and within 30 minute of distillation time. According to chemical analysis, it was found that the phytoncide oil from korea pine cone waste was consisted of more than 12 components such as ${\alpha}$-pinene, ${\beta}$-pinene, D-limonene, as main components. In addition, the aqueous hydrogel containing other components such as verbenone, ${\alpha}$-terpinieol, fenchol, different from components of phytoncide oil itself could be obtained through the steam distillation.
This study investigated effects of physical and chemical cleaning methods on the initial flux recovery of fouled membrane in membrane distillation process. A laboratory scale direct contact membrane distillation (DCMD) experiment was performed to treat digested livestock wastewater with 3.89 mg/L suspended solids, 874.7 mg/L COD, 543.7 mg/L nitrogen, 15.6 mg/L total phosphorus, and pH of 8.6. A hydrophobic PVDF membrane with an average pore size of $0.22{\mu}m$ and a porosity of 75 % was installed inside a direct contact type membrane distillation module. The temperature difference between feed and permeate side was maintained at $40^{\circ}C$ with the feed and permeate stream velocity of 0.18 m/s. The results showed that the permeate flux decreased from $22.1L{\cdot}m^{-2}{\cdot}hr^{-1}$ to $19.0L{\cdot}m^{-2}{\cdot}hr^{-1}$ after 75 hours of distillation. The fouled membrane was cleaned first by physical flushing and consecutively by chemicals with NaOCl and citric acid. After the physical cleaning the flux was recovered to 92 % as compared with the initial clean water flux of the virgin membrane. Then 94 % of the flux was recovered after cleaning by 2,000 ppm NaOCl for 90 minutes and finally 97 % of flux recovered after 3 % citric acid for 90 minutes. SEM-EDS and FT-IR analysis results presented that the foulants on the membrane surface were removed effectively after each cleaning step. The contact angle measurement showed that the hydrophobicity of the membrane surface was also restored gradually after each cleaning step to reach nearly the same hydrophobicity level as the virgin membrane.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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