search query: @instructor Seppälä, Ari / total: 12
reference: 8 / 12
« previous | next »
Author:Meriläinen, Arttu
Title:Gas separation in non-porous polymeric hollow fiber membrane modules
Kaasujen erotus ei-huokoisista polymeerisista onttokuitukalvoista koostuvissa kalvomoduuleisSa
Publication type:Master's thesis
Publication year:2009
Pages:78      Language:   eng
Department/School:Energiatekniikan laitos
Main subject:Lämpötekniikka ja koneoppi   (Ene-39)
Supervisor:Lampinen, Markku
Instructor:Seppälä, Ari
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark TKK  6500   | Archive
Keywords:gas separation
hollow fiber membrane module
non-porous membrane
silicone rubber
liquid-gas membrane contactor
kaasujen erotus
onttokuitukalvo
kalvomoduuli
ei-huokoinen kalvo
silikonikumi
Abstract (eng): Mass transfer in non-porous polymeric hollow fiber membrane modules is studied via experiments and mathematical models.
Two processes, the separation of gases and gas transport in liquid-gas membrane contactors, are investigated.

An experimental setup was built for the separation of air in a small Nagasep M60-AS module which consisted of 3000 tubular and selective silicone rubber membranes.
Under pressure, oxygen penetrates the material selectively over nitrogen, resulting in oxygen-enriched air in the permeate stream and oxygen-depleted air in the residue stream.
The influence of crucial process parameters and the flow pattern on the separation process is studied.
Experimental data are used to validate mathematical models.

Two models describing the gas separation process are developed.
Model I is based on mass transfer resistances in the membrane and in forming concentration boundary layers adjacent to the membrane surfaces.
The influence of concentration polarization is estimated with correlations presented in the literature.
In Model II, the separation of gases is described by general momentum and mass transfer differential equations which are numerically solved with the finite element method.

A reasonable agreement between the experimental data and simulation results is found.
The molar fraction of oxygen was experimentally elevated from 21% to a maximum of 31%.
It was found that the lumen feed counter-current flow pattern was most advantageous and that concentration polarization has only a minimal influence on the overall process.
The optimization of certain process parameters is carried out.
The correct choice of feed parameters (pressure and velocity) is of importance when the process is being optimized.
The influence of membrane thickness and membrane selectivity is discussed and optimal values for the fiber length are found.

A third model was developed for describing mass transfer in non-porous gas-liquid membrane contactors.
Here, the diffusion of dissolved gases in the liquid phase plays a crucial part in the overall mass transfer.
The simulation results of gas transport to water and water deoxygenation by vacuum degassing in the Nagasep M60-AS module were comparable with experimental data provided by the manufacturer.
Abstract (fin): Työssä käsitellään aineensiirtoa ei-huokoisista polymeerisista onttokuitukalvoista koostuvissa kuitumoduuleissa kokeellisesti sekä matemaattisten mallien avulla.
Membraaniprosesseista tarkastellaan kaasujen erotusta sekä kaasujen kulkeutumista kalvoilla erotettujen kaasu- ja nestefaasien välillä.

Koelaitteiston avulla tutkittiin hapen rikastamista ilmasta.
Selektiivisenä kuitumateriaalina Nagasep M60-AS -moduulissa toimii silikonikumi, jonka happimolekyylit läpäisevät nopeammin kuin typpimolekyylit.
Permeaatin happipitoisuus on näin ollen korkeampi kuin paineistetun syöttöilman.
Mittausten avulla tutkittiin prosessiparametrien ja virtauskytkennän vaikutusta erotusprosessiin.
Mittausdatan avulla validoitiin matemaattisia malleja.

Kaasujen erotusprosessin simulointia varten kehitettiin kaksi mallia, joista ensimmäinen perustuu aineensiirtovastuksiin kalvossa ja konsentraatiorajakerroksissa kalvon molemmilla puolilla.
Konsentraatiopolarisaation vaikutusta arvioidaan korrelaatiokaavojen avulla.
Toinen malli perustuu yleisiin liikemäärä- ja aineensiirtoyhtälöihin, jotka ratkaistaan numeerisesti elementtimenetelmän avulla.

Simulointitulokset ja mittausdata ovat yhteneviä kohtuullisella tarkkuudella.
Hapen mooliosuutta saatiin kokeellisesti nostettua kymmenen prosenttiyksikköä 31 prosenttiin.
Havaittiin, että otollisimmassa konfiguraatiossa hapen rikastamiselle ilmasta syöttöilma virtaa kuitujen sisällä sekä vastavirtaperiaatteella permeaattivirtaan nähden ja että konsentraatiopolarisaation vaikutus jää pieneksi.
Mallien avulla suoritettiin tiettyjen prosessiparametrien optimointia.
Syöttöparametrien (paine ja nopeus) valinta on tärkeässä asemassa prosessia optimoitaessa.
Lisäksi kalvon paksuuden ja selektiivisyyden sekä kuitujen pituuden vaikutusta selvitetään.

Kolmannella mallilla tutkitaan aineensiirtoa ei-huokoisilla kalvoilla erotettujen kaasu- ja nestefaasien välillä.
Liuenneitten kaasujen diffuusiolla nestefaasissa on ratkaiseva vaikutus kokonaisaineensiirtoon.
Mallin avulla simuloitiin kaasujen kulkeutumista veteen ja liuenneen hapen poistoa vedestä Nagasep M60-AS -moduulissa.
Simulointitulokset ovat vertailukelpoisia valmistajan mittausdatan kanssa.
ED:2010-02-01
INSSI record number: 38836
+ add basket
« previous | next »
INSSI