haku: @author Meriläinen, Arttu / yhteensä: 2
viite: 2 / 2
« edellinen | seuraava »
| Tekijä: | Meriläinen, Arttu |
| Työn nimi: | Gas separation in non-porous polymeric hollow fiber membrane modules |
| Kaasujen erotus ei-huokoisista polymeerisista onttokuitukalvoista koostuvissa kalvomoduuleisSa | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2009 |
| Sivut: | 78 Kieli: eng |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Energiatekniikan laitos |
| Oppiaine: | Lämpötekniikka ja koneoppi (Ene-39) |
| Valvoja: | Lampinen, Markku |
| Ohjaaja: | Seppälä, Ari |
| OEVS: | Sähköinen arkistokappale on luettavissa Aalto Thesis Databasen kautta.
Ohje Digitaalisten opinnäytteiden lukeminen Aalto-yliopiston Harald Herlin -oppimiskeskuksen suljetussa verkossaOppimiskeskuksen suljetussa verkossa voi lukea sellaisia digitaalisia ja digitoituja opinnäytteitä, joille ei ole saatu julkaisulupaa avoimessa verkossa. Oppimiskeskuksen yhteystiedot ja aukioloajat: https://learningcentre.aalto.fi/fi/harald-herlin-oppimiskeskus/ Opinnäytteitä voi lukea Oppimiskeskuksen asiakaskoneilla, joita löytyy kaikista kerroksista.
Kirjautuminen asiakaskoneille
Opinnäytteen avaaminen
Opinnäytteen lukeminen
Opinnäytteen tulostus
|
| Sijainti: | P1 Ark TKK 6500 | Arkisto |
| Avainsanat: | gas separation hollow fiber membrane module non-porous membrane silicone rubber liquid-gas membrane contactor kaasujen erotus onttokuitukalvo kalvomoduuli ei-huokoinen kalvo silikonikumi |
| Tiivistelmä (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. |
| Tiivistelmä (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. |
| ED: | 2010-02-01 |
INSSI tietueen numero: 38836
+ lisää koriin
« edellinen | seuraava »
INSSI