한국막학회 2004년도 Proceedings of the second conference of aseanian membrane society
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pp.3-6
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2004
Industrial gas separation by membranes began in 1980 with the introduction of hollow-fiber polysulfone membrane systems by Permea, at that time a division of Monsanto. This first application was the recovery of hydrogen from ammonia reactor purge gas and was soon followed by the generation of nitrogen from air. Today, membrane gas separation ranks second behind cryogenic distillation in terms of nitrogen production, and this application has drawn the industrial gas companies into the membrane field.(omitted)
Membrane-based gas separation systems are now widely accepted and employed as unit operation in industrial gas, chemical, and allied industries. Following their successful commercialization in the late seventies to recover hydrogen from ammonia purge gas streams, membrane-based systems have gained acceptance in a wide variety of applications. Numerous systems are in operation today to: recover hydrogen from other purge gas and hydrocarbon streams; adjust the $H_{2}/CO$ ratio in syngas; remove $CO_{2}$ from natural gas; recover helium; dry gas streams; and separate air. Lower cost, ease of operation, operational flexibility and portability are a few of the reasons membrane-based systems are chosen over absorption and cryogenic-based separations in certain applications.
Characteristics of heat and water transfer in gas-to-gas membrane humidifiers have been experimentally investigated for various humidity rod flow rates of gas and for different thickness of Nafion membrane. The results emphasizes the importance of flow velocity for both water and heat transfer. Also, the effect of membrane thickness has been revealed to be significant to water transfer especially for unsaturated flows, while the significance of membrane thickness is minimal to heat transfer.
Gas separation membrane technology is useful for a variety of applications [1, 2]. such as hydrogen recovery from reactor purge gas, nitrogen and oxygen enrichment, water vapor removal from air, stripping of carbon dioxide from natural gas. etc. Although membrane separations are attractive because of low energy costs and simple operation, low permeabilities and/or selectivity often limit membrane applications [3, 4].(omitted)
The theoretical membrane gas absorption module treatments in a hollow fiber gas-liquid membrane contactor using Happel's free surface model were obtained under countercurrent-flow operations. The analytical solutions were obtained using the separated variable method with an orthogonal expansion technique extended in power series. The $CO_2$ concentration in the liquid absorbent, total absorption rate and absorption efficiency were calculated theoretically and experimentally with the liquid absorbent flow rate, gas feed flow rate and initial $CO_2$ concentration in the gas feed as parameters. The improvements in device performance under countercurrent-flow operations to increase the absorption efficiency in a carbon dioxide and nitrogen gas feed mixture using a pure water liquid absorbent were achieved and compared with those in the concurrent-flow operation. Both good qualitative and quantitative agreements were achieved between the experimental results and theoretical predictions for countercurrent flow in a hollow fiber gas-liquid membrane contactor with accuracy of $6.62{\times}10^{-2}{\leq}E{\leq}8.98{\times}10^{-2}$.
한국막학회 2004년도 Proceedings of the second conference of aseanian membrane society
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pp.90-93
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2004
In this study, we have reported an organic-inorganic hybrid membrane, which exhibits an asymmetric structure consisted of a carbonized skin layer and a polyimide porous substructure, to synthesize a novel gas separation membrane combining high gas permeability and selectivity. Both the gas permeability and selectivity of the carbonized layer significantly enhanced when compared with those determined in the control polyimide.
본 연구에서는 기공의 크기가 $0.4{\mu}m$의 소수성 막인 폴리에틸렌 100가닥으로 모듈을 제작하여 직접접촉식과 동반기체식 막증류 과정에서 막의 양단의 온도차, 공급수의 염분농도, 그리고 냉각수/동반기체의 유량에 대해서 투과수의 플럭스를 측정하였다. 이론적으로는, 동반기체식 막증류는 직접접촉식 막증류 공정의 막의 투과측 표면과 냉각수 사이에 동반 기체층이 추가된 것으로 간주하였다. 이 동반기체층은 새로운 저항층과과 동반기체의 이동중 상변화된 수증기가 손실되는 것이 투과유속을 30% 정도 감소시키게 된다. 물질수지식을 이용하여, 기존의 식과는 다르게 보정계수(${\omega}$)를 넣어 직접접촉식 막증류와 동반기체식 막증류의 이론값을 실험값과 비교 분석하였다.
초산발효 중 에탄올 농도를 On-line으로 측정하기 위해 막가스 센서를 개발하였다. 에탄올이 함유된 발효액은 실리콘막을 통해 투과되고 Carrier gas로 사용된 Synthetic air에 의해 운반되어 반도체형 가 스센서에 감지되도록 설계하였다. 이 때 실리콘막의 두께가 O.5mm이고 Carrier gas의 유속이 20ml/mim이었을 때 막가스 센서의 감도가 가장 높았다. 막가스센셔의 저항치는 측정하고자 하는 에탄올 농 도에 따라 변하였고 이 저항치는 전위차로 변환되어 출력되었다. 제작된 막가스센서의 Calibration CUf ve를 작성하였고 실제로 조업 중인 초산 발효조의 발효액 중 에단올 농도의 On-line 측정이 가능하였 으며 이를 Gas chromatography에 의한 분석치와 비교한 결과 에단올 농도가 $0∼70g/\ell$의 범위에서 서로 상관관계를 나타내어 이러한 막가스센서가 초산발효와 같은 여러 생물공정의 모니터링과 제어에 이용이 가능함을 확인하였다.
The objective of this study is to develop a gas pro-treatment system for DME synthesis, wherein this system separates $CO_2$ from Flaring gas as Membrane, in order to save raw material ($CH_4$) cost of DME. In this study, hollow fiber membrane is developed, which is able to separate high-pressure gas, supported by polysulfone and coated with amorphous fluorinated polymer. Throughout the evaluation of the membrane's separation characteristics, the membrane is applied to this system. The membrane is designed by 2 stages for over 90% removal rate of $CO_2$ and over 90% recovery rate of $CH_4$. The bench scale of pro-treatment system is developed as $25Nm^3/hr$.
멤브레인 기반의 MBRWG (Membrane Bioreactor for Waste Gas) 처리기술은 폐가스 흐름에 대한 높은 선택성을 바탕으로 효과적인 생물학적 제거를 수행할 수 있다. MBRWG에는 몇 가지 잠재적 이점이 있는데, 이 중 가장 두드러진 점은 기상과 액상이 멤브레인 양쪽으로 명확히 분리되어 액상 내 생물막의 최적제어가 용이하고 이를 통해 효과적인 생분해와 생물막의 활성화를 도모할 수 있다는 것이다. MBRWG 처리기술은 특히 xylene 같은 소수성 독성 기체 성분 제거에 유리한데 이는 소수성 기체의 물질전달속도, 독성 및 제거율이 생물막 인근의 액상흐름 및 수분제어에 민감하게 변화하기 때문이다. MBRWG 처리에 쓰이는 다양한 멤브레인 중에서 PDMS-중공사막(hollow fiber)이 가장 높은 기체 물질 전달을 제공한다고 보고되었다. Capillary 형태도 중공사막형태에 비해 비표면적은 낮지만 비교적 활발한 연구가 진행되고 있다. 소수성 기체성분 제거 외에도 기존 생물학적 폐가스 처리 장치에서 배출된 잔류 기체 혼합물이나 먼지를 제거하기 위한 후단 공정에서 멤브레인 활용을 고려할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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