Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tăng cường truyền khối lượng trong quá trình khử oxi bằng màng sợi rỗng nhờ vào các dòng xoáy Dean
Tóm tắt
Bài báo này báo cáo một nghiên cứu mô hình hóa và thực nghiệm về việc tăng cường truyền khối lượng trong quá trình khử oxi nước bằng cách sử dụng màng sợi rỗng xoắn (HHFM) để tạo ra các dòng xoáy Dean. Các thí nghiệm cho thấy rằng tỷ lệ khử oxi của HHFM gấp đôi so với việc khử oxi bằng màng sợi rỗng thẳng. Một mô hình mới để miêu tả quá trình truyền khối lượng khử oxi của HHFM đã được phát triển bằng cách kết hợp phương trình liên tục khối lượng của hệ tọa độ xoắn ở phía lòng màng và một mô hình khí mờ đã được chỉnh sửa cho sự khuếch tán khí lẫn nhau trong màng xốp. Mô phỏng của mô hình cho thấy các dòng xoáy Dean tạo ra sự nhiễu loạn chất lỏng theo phương ngang trong sợi, điều này thúc đẩy mạnh mẽ quá trình truyền khối lượng ở phía lòng. Các tham số chính ảnh hưởng đến cường độ của các dòng xoáy Dean là số Reynolds ở phía lòng và độ cong của HHFM. Các tham số vận hành và cấu trúc màng đã được tối ưu hóa cho thiết kế khử oxi HHFM. Mô hình mới có thể được sử dụng để miêu tả định lượng hành vi truyền khối lượng của tất cả các loại quá trình tách pha khí HHFM.
Từ khóa
#khử oxi #màng sợi rỗng #dòng xoáy Dean #truyền khối lượng #tối ưu hóaTài liệu tham khảo
Al-Bastaki N, Abbas A, 2001. Use of fluid instabilities to enhance membrane performance: a review. Desalination, 136(1–3):255–262. https://doi.org/10.1016/S0011-9164(01)00188-6
Austin LR, Seader JD, 1974. Entry region for steady viscous flow in coiled circular pipes. AIChE Journal, 20(4):820–822. https://doi.org/10.1002/aic.690200427
Dean WR, 1927. XVI. Note on the motion of fluid in a curved pipe. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 4(20):208–223. https://doi.org/10.1080/14786440708564324
Ferreira AR, Neves LA, Ribeiro JC, et al., 2015. Thiols’ extraction from “jet-fuel” assisted by ionic liquids in hollow fibre membrane contactors. Journal of Membrane Science, 477:65–73. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2014.11.057
Fuller EN, Schettler PD, Giddings JC, 1966. New method for prediction of binary gas-phase diffusion coefficients. Industrial & Engineering Chemistry, 58(5):18–27. https://doi.org/10.1021/ie50677a007
Henares M, Ferrero P, San-Valero P, et al., 2018. Performance of a polypropylene membrane contactor for the recovery of dissolved methane from anaerobic effluents: mass transfer evaluation, long-term operation and cleaning strategies. Journal of Membrane Science, 563:926–937. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.06.045
Hitsov I, Maere T, de Sitter K, et al., 2015. Modelling approaches in membrane distillation: a critical review. Separation and Purification Technology, 142:48–64. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2014.12.026
Jani JM, Wessling M, Lammertink RGH, 2011. Geometrical influence on mixing in helical porous membrane micro-contactors. Journal of Membrane Science, 378(1–2):351–358. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2011.05.021
Kaufhold D, Kopf F, Wolff C, et al., 2012. Generation of Dean vortices and enhancement of oxygen transfer rates in membrane contactors for different hollow fiber geometries. Journal of Membrane Science, 423–424:342–347. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2012.08.035
Kong QR, Cheng YW, Bao XX, et al., 2013. Solubility and partition coefficient of p-toluic acid in p-xylene and water. Fluid Phase Equilibria, 340:46–51. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2012.12.009
Kong QR, Cheng YW, Wang LJ, et al., 2016. Non-dispersive solvent extraction of p-toluic acid from purified terephthalic acid plant wastewater with p-xylene as extractant. Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering), 17(10):828–840. https://doi.org/10.1631/jzus.A1500281
Kong QR, Cheng YW, Wang LJ, et al., 2017. Mass transfer enhancement in non-dispersive solvent extraction with helical hollow fiber enabling dean vortices. AIChE Journal, 63(8):3479–3490. https://doi.org/10.1002/aic.15700
Kong W, Zhu HY, Fei ZY, et al., 2012. A modified dusty gas model in the form of a Fick’s model for the prediction of multicomponent mass transport in a solid oxide fuel cell anode. Journal of Power Sources, 206:171–178. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.01.107
Lee J, Straub AP, Elimelech M, 2018. Vapor-gap membranes for highly selective osmotically driven desalination. Journal of Membrane Science, 555:407–417. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.03.059
Li JF, Wang K, Zhang XB, et al., 2018. A parametric sensitivity study by numerical simulations on plume dispersion of the exhaust from a cryogenic wind tunnel. Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering), 19(10):746–757. https://doi.org/10.1631/jzus.A1700632
Liu LY, Li LJ, Ding ZW, et al., 2005. Mass transfer enhancement in coiled hollow fiber membrane modules. Journal of Membrane Science, 264(1–2):113–121. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2005.04.035
Mejia Mendez DL, Lemaitre C, Castel C, et al., 2017. Membrane contactors for process intensification of gas absorption into physical solvents: impact of Dean vortices. Journal of Membrane Science, 530:20–32. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2017.02.016
Moll R, Veyret D, Charbit F, et al., 2007. Dean vortices applied to membrane process: Part I. Experimental approach. Journal of Membrane Science, 288(1–2):307–320. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2006.11.030
Motevalian SP, Borhan A, Zhou HY, et al., 2016. Twisted hollow fiber membranes for enhanced mass transfer. Journal of Membrane Science, 514:586–594. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2016.05.027
NIST (National Institute of Standards and Technology, US Department of Commerce), 2018. NIST Chemistry WebBook. USA. https://doi.org/10.18434/T4D303
Servi AT, Guillen-Burrieza E, Warsinger DM, et al., 2017. The effects of iCVD film thickness and conformality on the permeability and wetting of MD membranes. Journal of Membrane Science, 523:470–479. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2016.10.008
Sethunga GSMDP, Rongwong W, Wang R, et al., 2018. Optimization of hydrophobic modification parameters of microporous polyvinylidene fluoride hollow-fiber membrane for biogas recovery from anaerobic membrane bioreactor effluent. Journal of Membrane Science, 548:510–518. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2017.11.059
Shao JH, Liu HF, He YL, 2008. Boiler feed water deoxygenation using hollow fiber membrane contactor. Desalination, 234(1–3):370–377. https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.09.106
Solsvik J, Jakobsen HA, 2011. Modeling of multicomponent mass diffusion in porous spherical pellets: application to steam methane reforming and methanol synthesis. Chemical Engineering Science, 66(9):1986–2000. https://doi.org/10.1016/j.ces.2011.01.060
Tan XY, Capar G, Li K, 2005. Analysis of dissolved oxygen removal in hollow fibre membrane modules: effect of water vapour. Journal of Membrane Science, 251(1–2):111–119. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2004.11.005
Turri F, Yanagihara JI, 2011. Computer-assisted numerical analysis for oxygen and carbon dioxide mass transfer in blood oxygenators. Artificial Organs, 35(6):579–592. https://doi.org/10.1111/j.1525-1594.2010.01150.x
Wilke CR, 1950. A viscosity equation for gas mixtures. The Journal of Chemical Physics, 18(4):517–519. https://doi.org/10.1063/1.1747673
Wilke CR, Chang P, 1955. Correlation of diffusion coefficients in dilute solutions. AIChE Journal, 1(2):264–270. https://doi.org/10.1002/aic.690010222
Wu CR, Wang ZY, Liu SH, et al., 2018. Simultaneous permeability, selectivity and antibacterial property improvement of PVC ultrafiltration membranes via in-situ quaternization. Journal of Membrane Science, 548:50–58. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2017.11.008
Wu DZ, Han Y, Zhao L, et al., 2018. Scale-up of zeolite-Y/polyethersulfone substrate for composite membrane fabrication in CO2 separation. Journal of Membrane Science, 562:56–66. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.05.021
Zhang JS, Zhang BZ, 2000. The third-order effect of curvature and torsion on the flow in helical circular pipe. Acta Aerodynamica Sinica, 18(3):288–299 (in Chinese). https://doi.org/10.3969/j.issn.0258-1825.2000.03.005
Zhou Y, Shah S, 2004. Fluid flow in coiled tubing: a literature review and experimental investigation. Journal of Canadian Petroleum Technology, 43(6), No. PETSOC-04-06-03 https://doi.org/10.2118/04-06-03