Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1999.07a
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pp.48-51
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1999
To investigate numerically the removal behavior of carbon dioxide in a hollow fiber membrane contactor, the system controlling equations were developed including the nonlinear reversible reaction terms. The reversible chemical reactions were incorporated in the system controlling equations, resulting in the coupled nonlinear partial differential equations which could describe either the absorption of the desorption of carbon dioxide. The computer program was coded using the Fortran language and run with a personal computer to find out the effects of the system variables: the pressures of absorbed and desorbed gases, the absorbent flow rate, the concentration of potassium carbonate, the fiber diameter and the length.
This paper describes the preliminary study on the development of multi-stage membrane demonstration plant for removal of carbon dioxide from flue gas stream being emitted from LNG boiler in thermal power generation plant. The prerequisite requirement is to design and develop the membrane process producing a $99\%\;CO_2$ with $90\%$ recovery from LNG flue gas of 1,000 $Nm^3$/day. Asymmetric polyethersulfone hollow fiber membranes and membrane modules developed in this laboratory[1] were used in this study. Using the permeation data for the hollow fiber membranes, modelling on the membrane module and multi-stage membrane process was done to meet the requirement condition of the process design. The effects of the operating pressure of feed and permeate side and feed concentration on $CO_2$ purity and recovery were investigated experimentally with the developed hollow fiber modules. These experimental results matched well with theoretical modelling results.
A nonporous hollow fiber membrane contactor was used to control the concentration of oxygen dissolved in an aqueous solution, which was predicted along the hollow fiber membrane using a computer simulation. The governing ordinary differential equations were derived for the occurrent flows of the feed aqueous solution and the feed gas mixture in a membrane contactor and they were numerically solved using the 5th Runge-Kutta-Verner method with a personal computer, where the program was coded utilizing a software of the Compaq Visual Fortran 6.6. It is found that the concentration of oxygen dissolved in water increases from 30 to 64 ppm as the length of the hollow fiber increases from 0.4 to 1.2 m when the membrane of fibers are equal to be 16,000; the flow rate of the feed gas is kept to be 0.536 mol/sec; its pressure is maintained to be 486 kPa; the flow rate of the water is 16.69 mol/sec. As the flow rate of the water increases from 9.26 to 26.85 mol/sec, the concentration of oxygen decreases from 40 to 20 ppm with the constant fiber length of 0.4 m. Finally, it is observed that the concentration of oxygen increases from 33 to 69 ppm as the pressure of the feed gas increases from 298 to 847 kPa.
The perstraction of ethanol and acetic acid were performed for three systems of xylene-acetic acid-water, MIBK-ethanol-water, and TBP-ethanol-water, The operating variables were pressure difference between aqueous and organic phase, and superfial velocities of aqueous and organic phases. The tortuosities of PP hollow fiber membrane of Celgard X10-400 and PTFE hollow fober membrane of Tex TA001 were found to be 1.82 and 1.43 respectively, They were obtained from mass tranfer coeffidents in membrane phase for xylene-acetic acid-water systems. The permeation flux and overall mass transfer coefficient for MIBK-ethanol-water system are larger than those for TBP-ethanol-water system. This tendency is magnified with increasing the superficial velocity of organic phase. Overall mass transfer coefficient($K_o$) increases nonlinearly with the increase of superficial velocity of organic phase($V_{or}$), and the relationship between $K_o$ and $V_{or}$ is that $K_o {\propto} V_{or}^{-0.35}$. For ethanol perstraetion using the hollow fiber membrane of Gore Tex TA001, the mass transfer in membrane phase is the rate-limiting step.
A novel process was developed to simultaneously produce invertase and yeast extract from baker's yeast using ultrafiltration (UF) and microfiltration (MF) membrane processing. After the extraction of invertase under the optimal condition obtained in this study, invertase was separated from yeast cells using a hollow fiber membrane with a pore size of 0.1 $\mu\textrm{m}$. The resulting permeate containing invertase was concentrated using a hollow fiber membrane with a nominal molecular weight cut-off of 30 kDa. The yeast cell and permeate solutions, which were obtained after MF and UF membrane processing, respectively, were mixed together, and the autolysis was performed at 50$^{\circ}C$ in the presence of 5% (w/v) ethanol and 1% (w/v) NaCl. As a result, the yeast extract and invertase could be simultaneously produced from baker's yeast by this novel process.
Constant rate permeat experiments using polyethylene hollow fiber membranes were conducted in order to treat dam water for potable purposes. The experiments consisted of two series. One series consisted of six bench scale apparatuses, each having a $0.4m^2$ nominal permeat area, which were applied in determining the optimum operating conditions. The other series was comprised of two pilot scale plant, each having a $40m^2$ nominal permeat area. Both series were operated for six months. Coagulant was not used in any of the experiments. To suppress an increase in differential pressure between the inlet and outlet of the membrane, a hydrophilic membrane was found to be better than a hydrophobic membrane. Also, permeat flux should not be more than 0.03m/h, and air bubbling-washing for 1 minute should be conducted at 180 minutes intervals or less.
The self-designed membrane system was tested to examine the performance of the hollow fiber type polysulfone ultrafiltration(UF) membrane for the treatment of pure water(the 3rd treated water). The molecular weight cut-off's (MWCO) of the membranes used in this study were 5, 000 and 10, 000, respectively. The recovery rate, the ratio of permeate flow rate to the feed flow rate, increased as the temperature rose. The values of MWCO obtained in this study, using 2, 000 ppm polyethylene glycol and dextran solutions with various molecular weight, showed higher values than those suggested by SKI. Based on the results of the primary experiments, the water of the Gongji-stream, in which water quality is deteriorated by the inflow of domestic wastewater, was selected for the UF membrane test. Biological oxygen demand(BOD), total solids, and turbidity of the treated water had much lower values than those of the source water. Therefore, this study confirmed the possibility of the domestic water treatment using the hollow fiber type UF membrane.
Jang, Nam-Jung;Yeo, Young-Hyun;Hwang, Moon-Hyun;Vigneswaran, Saravanamuthu;Cho, Jae-Weon;Kim, In S.
Environmental Engineering Research
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v.11
no.2
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pp.91-98
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2006
There is a possibility of the production of the air bubbles in membrane pores due to the reduction in pressure during membrane filtration. The effect of fine air bubbles from dissolved gases on microfiltration was investigated in the submerged membrane bio-reactor (SMBR). The $R_{air}$ (air bubble resistance) was defined as the filtration resistance due to the air bubbles formed from the gasification of dissolved gases. From the results of filtration tests using pure water with changes in the dissolved oxygen concentration, the air bubbles from dissolved gases were confirmed to act as a foulant and; thus, increase the filtration resistance. The standard pore blocking and cake filtration models, SPBM and CFM, respectively, were applied to investigate the mechanism of air bubble fouling on a hollow fiber membrane. However, the application of the SPBM and CFM were limited in explaining the mechanism due to the properties of air bubble. With a simple comparison of the different filtration resistances, the $R_{air}$ portion was below 1% of the total filtration resistance during sludge filtration. Therefore, the air bubbles from dissolved gases would only be a minor foulant in the SMBR. However, under the conditions of a high gasification rate from dissolved gases, the effect of air bubble fouling should be considered in microfiltration.
In this study, the nanofiltration (NF) composite membranes for the low pressure use were prepared using polyvinylidene fluoride (PVDF) hollow fiber membrane as a supporter. Poly styrene sulfonic acid (PSSA) and polyethyleneimine (PEI) were coated onto the PVDF membrane by both layer-by-layer and salting-out methods. To characterize the prepared NF membranes in terms of the flux and salt rejection, 100 mg/L feed solutions of NaCl, $MgCl_2$, and $CaSO_4$ were used at the flow rate of 1 L/min and the operating pressure of 2 bar at room temperature. The NF membranes coated with 20,000 ppm PSSA (ionic strength 1.0) solution for 3 minutes and then 30,000 ppm (ionic strength 0.1) solution for 1 minute were observed the best performance. The permeability and salt rejection were 38.5 LMH, 57.1% for NaCl, 37.9 LMH and 90.2% for $MgCl_2$ and 32.4 LMH and 54.6% for $CaSO_4$, respectively.
A numerical analysis was performed for a separation of carbon dioxide and methane using 2-staged, membrane process where two polysulfone hollow fiber membrane modules were connected to provide both the methane concentration richer than 95% and the recovery higher than 90% using the recycled flows. The Compaq Visual Fortran 6.6 software was utilized for the numerical simulation. Both the methane concentration and the recovery % of methane could be successfully predicted as the function of the operating conditions. As the feed pressure, the methane concentration, and the flow rate increase, the methane concentration in a product is also found to increase and the recovery of methane is found to decrease.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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