Characteristics of gas-liquid mass transfer and interfacial area were investigated in a bubble column of diameter and height of 0.102 m and 2.5 m, respectively. Effects of gas and liquid velocities on the volumetric gas-liquid mass transfer coefficient ($k_La$), interfacial area (a) and liquid side true mass transfer coefficient ($k_L$) were examined. The interfacial area and volumetric gas-liquid mass transfer coefficient were determined directly by adopting the simultaneous physical desorption of $O_2$ and chemical absorption of $CO_2$ in the column. The values of $k_La$ and a increased with increasing gas velocity but decreased with increasing liquid velocity in the bubble column which was operated in the churn turbulent flow regime. The value of $k_L$ increased with increasing gas velocity but did not change considerably with increasing liquid velocity. The liquid side mass transfer was found to be related closely to the liquid circulation as well as the effective contacting frequency between the bubbles and liquid phases.
Gas-liquid bubble column reactors are extensively used in industrial processes. A detailed knowledge of bubble size distribution is needed for determining the mass transfer in gas-liquid film. Experimental data on bubble size distribution and liquid-side mass transfer coefficient($k_L$) were used to calculate the estimated time to saturation in bubble column reactor. Also, the gas flux was evaluated to the liquid-side mass transfer coefficient($k_L$) and solubility data for hydrogen sulfide($H_2S$) and chlorine($Cl_2$) absorption into water. Simulation results show that $H_2S$ absorption time to 50 % of saturation concentrations are 611 sec and 1,329 sec when bubble diameters are 0.5 mm and 4.5 mm, while absorbing 1 % $H_2S$ gas. In case of $Cl_2$, absorption time range 657 to 1,400 sec when bubble size range 0.5 mm to 4.5 mm, while absorbing 1 % $Cl_2$ gas. Calculated simulation results can be used in the design of emergency relief bubble reactors.
Sastaravet, Prajak;Chuenchaem, Chomthisa;Thaphet, Nawaporn;Chawaloesphonsiya, Nattawin;Painmanakul, Pisut
Environmental Engineering Research
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v.19
no.4
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pp.345-354
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2014
In this paper, effects of physical configurations and operating conditions on bubble column performance were analyzed in terms of bubble hydrodynamic and mass transfer parameters. Bubble column with 3 different dimensions and 7 gas diffusers (single / multiple orifice and rigid / flexible orifice) were applied. High speed camera and image analysis program were used for analyzing the bubble hydrodynamic parameters. The local liquid-side mass transfer coefficient ($k_L$) was estimated from the volumetric mass transfer coefficient ($k_La$) and the interfacial area (a), which was deduced from the bubble diameter ($D_B$) and the terminal bubble rising velocity ($U_B$). The result showed that the values of kLa and a increased with the superficial gas velocity (Vg) and the size of bubble column. Influences of gas diffuser physical property (orifice size, thickness and orifice number) can be proven on the generated bubble size and the mass transfer performance in bubble column. Concerning the variation of $k_L$ coefficients with bubble size, 3 zones (Zone A, B and C) can be observed. For Zone A and Zone C, a good agreement between the experimental and the predicted $K_L$ coefficients was obtained (average difference of ${\pm}15%$), whereas the inaccuracy result (of ${\pm}40%$) was found in Zone B. To enhance the high $k_La$ coefficient and absorption efficiency in bubble column, it was unnecessary to generate numerous fine bubbles at high superficial gas velocity since it causes high power consumption with the great decrease of $k_L$ coefficients.
Hongprasith, Narapong;Dolkittikul, Natchanok;Apiboonsuwan, Kamolnapach;Pungrasmi, Wiboonluk;Painmanakul, Pisut
Environmental Engineering Research
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v.21
no.3
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pp.233-240
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2016
The research aims to study the different flexible rubber tube diffusers used in urban wastewater treatment processes and aquaculture systems. The experiment was conducted in small-scale aeration tank with different physical properties of the tubes that were used as aerators. The volumetric mass transfer coefficient ($k_La$), oxygen transfer efficiency (OTE) and aeration efficiency (AE) were measured and determined to compare the diffusers. Moreover, the bubble hydrodynamic parameters were analyzed in terms of bubble diameter ($d_B$) and rising velocity ($U_B$) by a high speed camera (2,000 frames/s). Then the interfacial area (a) and liquid-side mass transfer coefficient ($k_L$) can be calculated. The physical properties (tube wall thickness, tensile strength, orifice size, hardness and elongation) have been proven to be the key factor that controls the performance (kLa and OTE). The effects of hardness and elongation on bubble formation, orifice size and a-area were clearly proved. It is not necessary to generate too much fine bubbles to increase the a-area: this relates to high power consumption and the decrease of the kL. Finally, the wall thickness, elongation and hardness associated of the flexible tube diffuser (tube No. 12) were concluded, to be the suitable properties for practically producing, in this research.
Park, Hyun-Hee;Jo, Hang-Dae;Kim, In-Won;Lee, Hyung-Keun
Korean Chemical Engineering Research
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v.46
no.3
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pp.521-528
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2008
The micro-porous asymmetric PVDF hollow fiber membranes for gas-liquid contactor were prepared by the dry-jet wet phase inversion process and the characteristics of hollow fiber membranes were evaluated by the gas permeation method and scanning electron microscope. The chemical absorbent for removal of $SO_2$ gas was sodium hydroxide at bench scale hollow fiber membrane contactor. The experiments were performed in a counter-current mode of operation with gas in the shell side and liquid in the fiber lumen of the module to examine the effect of various operating variables such as concentration of absorbent, gas flow rate, L/G ratio and concentration of inlet $SO_2$ gas on the $SO_2$ removal efficiency using PVDF hollow fiber membrane contactor. Membrane mass transfer coefficient($k_m$) was calculated by mathematical modeling. The volumetric overall mass transfer coefficient increased with increasing the concentration of absorbent and L/G ratio. The increase of the absorbent concentration and L/G ratio not only provides more sufficient alkalinity but also decreases liquid phase resistance. The volumetric overall mass transfer coefficient increased with increasing gas flow rate due to decreasing the gas phase resistance.
Park, Sang-Wook;Choi, Byoung-Sik;Song, Ki-Won;Lee, Jae-Wook
Korea-Australia Rheology Journal
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v.20
no.1
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pp.1-6
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2008
Absorption rate of carbon dioxide was measured in the aqueous xanthan gum (XG) solution in the range of 0-0.15 wt% containing 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) of $0-2\;kmol/m^3$ in a flat-stirred vessel with an impeller of 0.05m and agitation speed of 50rpm at $25^{\circ}C$ and 0.101 MPa. The volumetric liquid-side mass transfer coefficient ($k_La$) of $CO_2$, which was correlated with the viscosity and the elastic behavior of XG solution containing Deborah number as an empirical formula, was used to estimate the chemical absorption rate of $CO_2\;(R_A)$. $R_A$, which was estimated by mass transfer mechanism based on the film theory using the physicochemical properties and the kinetics of reaction between $CO_2$ and AMP, was compared with the measured rate. The aqueous XG solution with elastic property of non-Newtonian liquid made $R_A$ increased compared with Newtonian liquid based on the same viscosity of the solution.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.20
no.3
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pp.91-100
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1996
Experimental results for forced convection condensation of non-azeotropic refrigerant mixtures inside a horizontal smooth tube are presented. The mixtures of R-22+R-134a and pure refrigerants R-22 and R-134a are used as the test fluids and a double pipe heat exchanger of 7.5mm ID and 4800mm long inside tube is used. The range of parameters are 100-300kg/h of mass flow rate, 0-1.0 of quality, and 0, 33, 50, 67, and 100 weight percent of R-22 mass fraction in the mixtures. The heat flux, vapor pressure, vapor temperature and tube wall temperature were measured. Using the data, the local and average heat transfer coefficients for the condensation have been obtained. In the same given experimental conditions, the liquid heat transfer coefficients for NARMs were considerally lower than that of the pure refrigerant of R-22 and R-134a. Local heat transfer characteristics for NARMs were different from pure refrigerant R-22 and R-134a. In some regions, local heat transfer coefficients for NARMs were increased in the following order ; Bottom$\rightarrow$Top$\rightarrow$Side. The condensation heat transfer coefficients for NARMs increased with mass velocity, heat flux, and quality, but were considerably lower than that of pure refigerant R-22 and R-134a.
In summer electrical energy is consumed in very high rate. It is used to operate conventional air conditioning system. Hot and humid air can germinate mould spores, encourage ill health, and create physiological stress (discomfort). Dehumidifier solar cooling effect is the one alternative solution saving electrical energy. We use surplus heat energy in the summer, to get cooling effect and then to get human reach to comfort condition. These devices have two system, dehumidifier and regeneration system. This paper will be focus in dehumidifier system. Dehumidifier system use for absorbing moisture in the air and decreasing air temperature. When the liquid desiccant as strong solution contact with the vapor air in the packed tower, it works. The heat and mass transfer performances of flow pattern in the packed tower of dehumidifier are analyzed and compared in detail. In this experiment was introduced, the flow patterns are parallel flow and counter flow. The performance of these flow patterns will calculate from air side. Which is the best flow pattern that gave huge mass transfer rate? The proposed dehumidifier flow pattern will be helpful in the design and optimization of the dehumidifier solar cooling system.
Park, Sang-Wook;Kim, Tae-Young;Park, Byoung-Sik;Lee, Jae-Wook
Korea-Australia Rheology Journal
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v.16
no.1
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pp.35-45
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2004
Rates of chemical absorption of $CO_2$ in water-in-oil (w/o) emulsion were measured in a flat-stirred vessel at $25^{\circ}C$. The w/o emulsion was composed of aqueous monoethanolamine (MEA) droplets as a dispersed phase and non-Newtonian viscoelastic benzene solutions of polybutene (PB) and polyisobutylene (PIB) as a continuous phase. The liquid-side-mass transfer coefficient ($k_L$) was obtained from the dimensionless empirical equation containing Deborah number expressed as the properties of pseudoplasticity of the non-Newtonian liquid. $k_L$ was used to estimate the enhancement factor due to chemical reaction between $CO_2$ and MEA in the aqueous phase. PIB with elastic property of non-Newtonian liquid made the rate of chemical absorption of $CO_2$ accelerate compared with Newtonian liquid.
Carbon dioxide was absorbed into aqueous polyethylene oxide (PEO) solution containing AMP in a flat-stirred vessel to investigate the effect of non-Newtonian rheological behavior of PEO on the rate of chemical absorption of $CO_2$, where the reaction between $CO_2$ and AMP was assumed to be a first-order reaction with respect to the molar concentration of $CO_2$ and AMP respectively. The liquid-side mass transfer coefficient, which was obtained from the dimensionless empirical equation containing the properties of viscoelasticity of the non-Newtonian liquid, was used to estimate the enhancement factor due to chemical reaction. PEO with elastic property of non-Newtonian liquid made the rate of chemical absorption of $CO_2$ accelerate compared with Newtonian liquid based on the same viscosity of the solution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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