Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô hình hóa toán học của dòng chất lỏng qua hệ thống nước sợi rỗng sử dụng mô hình môi trường xốp
Tóm tắt
Các quy trình màng đã nhận được sự chú ý đáng kể trong hai thập kỷ qua do tầm quan trọng của nó trong việc loại bỏ vi khuẩn, hạt, vi sinh vật và các vật liệu có hại khác từ dòng nguyên liệu. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trong tài liệu để nâng cao hiệu suất của các quy trình màng như siêu lọc (MF), lọc siêu (UF), lọc nano (NF) và thẩm thấu ngược (RO). Sợi rỗng, có màng được phủ bên ngoài của một hỗ trợ sợi xốp, là một trong những màng phổ biến nhất được sử dụng trong quy trình xử lý nước và nước thải do tỷ lệ bề mặt/thể tích cao và chi phí thấp. Trong nghiên cứu này, phần đầu tiên tóm tắt một số nghiên cứu đã được thực hiện trong tài liệu để nghiên cứu dòng chảy và năng suất trong các màng và nâng cao hiệu suất của màng. Phần thứ hai của cuộc điều tra này tập trung vào việc phát triển một mô hình toán học để phân tích dòng chảy qua màng sợi rỗng sử dụng mô hình môi trường xốp cho các tham số điều khiển khác nhau như độ thấm và chiều dài của màng, và bán kính bên trong của màng trong điều kiện không bị bám bẩn. Năng suất tăng lên đạt 200% khi độ thấm tăng từ 500 đến 1000 L/(m2 h bar) và 56,2% khi nó tăng từ 1000 đến 1500 L/(m2 h bar). Hơn nữa, năng suất màng thẩm thấu tăng khoảng 248% khi chiều dài sợi từ 1 tăng lên 1,5 m. Dựa trên nghiên cứu này, chiều dài sợi và bán kính bên trong nên được lựa chọn cẩn thận để tối ưu hóa năng suất và đạt được sự đồng nhất trong quá trình lọc.
Từ khóa
#Màng #quy trình lọc #mô hình toán học #sợi rỗng #nước và nước thảiTài liệu tham khảo
Baker, R.W.: Membrane Technology and Applications, 2nd edn. Wiley, Chichester (2004)
Carroll, T.: The effect of cake and fiber properties on flux declines in hollow fiber microfiltration membranes. J. Membr. Sci. 189, 167–178 (2001)
Yeh, H.M.: Exponential model analysis of permeate flux for ultrafiltration in hollow-fiber modules by momentum balance. Chem. Eng. J. 147, 202–209 (2009)
Keller, A.A.; Bierwagen, B.G.: Hydrophobic hollow fiber membranes for treating MTBE-contaminated water. Environ. Sci. Technol. 35, 1875–1879 (2001)
Guo, H.; Wyart, Y.; Perot, J.; Nauleau, F.; Moulin, P.: Low-pressure membrane integrity tests for drinking water treatment: a review. Water Res. 44, 41–57 (2010)
Sun, S.P.; Hatton, T.A.; Chung, T.S.: Hyperbranched polyethyleneimine induced cross-linking of polyamide-imide nanofiltration hollow fiber membranes for effective removal of ciprofloxacin. Environ. Sci. Technol. 45, 4003–4009 (2011)
Belfort, G.: Membrane modules: comparison of different configurations using fluid mechanics. J. Membr. Sci. 35, 245–270 (1988)
Soltanieh, M.; Gill, W.N.: A note on the effect of fiber length on the productivity of hollow fiber modules. Chem. Eng. Commun. 22, 109–113 (1983)
Herterich, J.G.; Xu, Q.; Field, R.W.; Vella, D.; Griffiths, I.M.: Optimizing the operation of a direct-flow filtration device. J. Eng. Math. 104, 1–17 (2016)
Xua, Q.; Pearceb, G.K.; Fielda, R.W.: Pressure driven inside feed (PDI) hollow fibre filtration: optimizing the geometry and operating parameters. J. Membr. Sci. 537, 323–336 (2017)
Vafai, K.; Tien, C.L.: Boundary and inertia effects on convective mass transfer in porous media. Int. J. Heat Mass Transf. 25, 1183–1190 (1982)
Vafai, K.; Tien, C.L.: Boundary and inertia effects on flow and heat transfer in porous media. Int. J. Heat Mass Transf. 24, 195–203 (1981)
Vafai, K.: Convective flow and heat transfer in variable porosity media. J. Fluid Mech. 147, 233–259 (1984)
Vafai, K.: Analysis of the channeling effect in variable porosity media. ASME J. Energy Resour. Technol. 108, 131–139 (1986)
Vafai, K.; Sarkar, S.: Condensation effects in a fibrous insulation slab. ASME J. Heat Transf. 108, 667–675 (1986)
Vafai, K.; Whitaker, S.: Simultaneous heat and mass transfer accompanied by phase change in porous insulations. ASME J. Heat Transf. 108, 132–140 (1986)
Khanafer, K.; Keith, K.; Marafie, A.: The role of porous media in modeling fluid flow within hollow fiber membranes of the total artificial lung. J. Porous Media 15, 113–122 (2012)
Khakpour, M.; Vafai, K.: A comprehensive analytical solution of macromolecular transport within an artery. Int. J. Heat Mass Transf. 51, 2905913 (2008)
Manca, M.; Nardini, S.; Vafai, K.: Experimental analysis of opposing flow in mixed convection in a channel with an open cavity below. Exp. Heat Transf. J. 21, 99–114 (2008)
Khakpour, M.; Vafai, K.: Critical assessment of arterial transport models. Int. J. Heat Mass Transf. 51, 80722 (2008)
Yang, N.; Vafai, K.: Low-density lipoprotein (LDL) transport in an artery a simplified analytical solution. Int. J. Heat Mass Transf. 51, 49705 (2008)
Mahjoob, S.; Vafai, K.: Analysis of bioheat transport through a dual layer biological media. ASME J. Heat Transf. 132, 031101–031101–14 (2010)
Shafahi, M.; Vafai, K.: biofilm affected characteristics of porous structures. Int. J. Heat Mass Transf. 52, 57481 (2009)
Ahmed, U.; Vafai, K.: Analysis of biofilm growth in the presence of osmotic pressure and temperature effects. Int. J. Heat Mass Transf. 55, 5709–5721 (2012)
Lasiello, M.; Vafai, K.; Andreozzi, A.; Bianco, N.: Low-density lipoprotein transport through an arterial wall under hyperthermia and hypertension conditions—an analytical solution. J. Biomech. (2016). https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2015.12.016
Iasiello, M.; Vafai, K.; Andreozzi, A.; Bianco, N.: Boundary layer considerations in a multi-layer model for LDL accumulation. Comput. Methods Biomech. Biomed. Eng. 21(15), 803–811 (2018)
Ghidossi, R.; Daurelle, J.V.; Veyret, D.; Moulin, P.: Simplified CFD approach of a hollow fiber ultrafiltration system. Chem. Eng. J. 123, 117–125 (2006)
Ghidossi, R.; Veyret, D.; Moulin, P.: Computational fluid dynamics applied to membranes: state of the art and opportunities. Chem. Eng. Process 45, 437–454 (2006)
Liang, S.; Zhang, H.; Zhao, Y.; Son, L.: Performance modeling and analysis of a hollow fiber membrane system. J. Membr. Sci. Technol. 6, 1 (2016)
Li, G.-P.; Zhang, L.-Z.: Laminar flow and conjugate heat and mass transfer in a hollow fiber membrane bundle used for seawater desalination. Int. J. Heat Mass Transf. 111, 123–137 (2017)
Li, G.-P.; Zhang, L.-Z.: Conjugate heat and mass transfer in a cross-flow hollow fiber membrane bundle used for seawater desalination considering air side turbulence. J. Membr. Sci. 533, 321–335 (2017)
Li, G.-P.; Zhang, L.-Z.: Three-dimensional turbulent flow and conjugate heat and mass transfer in a cross-flow hollow fiber membrane bundle for seawater desalination. Int. J. Heat Mass Transf. 120, 328–341 (2018)
Zhang, Y., et al.: Numerical simulation of 3D hollow-fiber vacuum membrane distillation by computational fluid dynamics. Chem. Eng. Sci. 152, 172–185 (2016)
Labban, O.; Chong, T.H.: Design and modeling of novel low-pressure nanofiltration hollow fiber modules for water softening and desalination pretreatment. Desalination 439, 58–72 (2018)
Tanaka, Y., et al.: Experimental and simulation studies of two types of 5-inch scale hollow fiber membrane modules for pressure-retarded osmosis. Desalination 447, 133–146 (2018)
Altaee, A., et al.: Energy efficiency of hollow fiber membrane module in the forward osmosis seawater desalination process. J. Membr. Sci. 587, 117165 (2019)
Wu, S.-E., et al.: High-efficiency hollow fiber arrangement design to enhance filtration performance by CFD simulation. Chem. Eng. Process.-Process Intensif. 125, 87–96 (2018)
Starov, V.M.; Smart, J.; Lloyd, D.R.: Performance optimization of hollow fiber reverse osmosis membranes, part I. Development of theory. J. Membr. Sci. 103, 257–270 (1995)
Chang, S.; Fane, A.G.: The effect of fibre diameter on filtration and flux distribution—relevance to submerged hollow fibre modules. J. Membr. Sci. 184, 221–231 (2001)
Chang, S.; Fane, A.G.; Vigneswaran, S.: Modeling and optimizing submerged hollow fiber membrane modules. AIChE J. 48, 2203–2212 (2002)
Chang, S.; Fane, A.G.; Waite, T.D.: Analysis of constant permeate flow filtration using dead-end hollow fiber membranes. J. Membr. Sci. 268, 132–141 (2006)
Kim, Y.J.; Yun, T.; Han, J.; Lee, S.; Park, P.K.; Hwang, B.K., et al.: Design optimization of ultrafiltration membrane module for desalination applications. Desalin. Water Treat. 43, 291–297 (2012)
Pearce, G.K.: UF/MF Membrane Water Treatment: Principles and Design. Water Treatment Academy, Bangkok (2011)