A fundamental mathematical model for mass transfer processes has been used to understand the air pollution control process in biotrickling filtration and to evaluate the mass transfer coefficients of gas/liquid (trickling liquid), gas/solid (biomass) and liquid/solid based upon experimental results and mathematical model calculations for selected operating conditions. The mass transfer models for the utilization of the steady-state mass balance for gas/liquid, and dynamic mass balance model for gas/solid & liquid/solid in biotrickling filters were established and discussed. The mass transfer model considered the reactor to comprise finite sections, for each of which dynamic mass balances for gas/solid and liquid/solid system were solved by numerical analysis code (numerical iteration). To determine the mass transfer coefficients ($K_La$) of gas/liquid, gas/solid & liquid/solid in a biotrickling filter, the calculation results based upon mass balance equation was optimized to coincide with the experimental results for the selected operating conditions. Finally, this study contributed the development of experimental methods and discussed the mathematical model to determine the mass transfer coefficients in a biotrickling filtration for air pollution control.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.22
no.5
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pp.701-711
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2006
Sewage treatment plants located near to large cities emit extremely higher concentration of odorous materials. This study evaluated flux profiles of ammonia emitted from the water surface of sewage treatment plants using a dynamic flux chamber. Also, an ammonia overall mass transfer coefficient and a mass transfer model was developed in order to estimate fluxes of ammonia using environment parameters and the flux from the sewage treatment plants. The developed mass transfer model was evaluated through a fitness analysis. Comparison modeled flux applying empirical overall mass transfer coefficients of ammonia and measured ammonia flux show a high linearity with 0.977. The flux ratio of 1.282 demonstrated highly statistical fitness, also. Modeled flux using the mass transfer model was compared with measured flux. In result, it indicated that empirical overall mass transfer coefficients were similar to measured flux. The mass transfer model using the empirical overall mass transfer coefficient developed in this study was proved to be an easy and effective method to make accurate and precise predictions for ammonia flux discharged from sewage treatment plants.
Ahn, Sang Hyeok;Hong, Sang Woo;Kwon, Oh Kyung;Chung, Jae Dong
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.25
no.12
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pp.660-667
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2013
This study presents a numerical investigation of the heat and mass transfer kinetics of a fin-tube-type adsorption bed using a two-dimensional numerical model with silica-gel and water as the adsorbent and refrigerant pair. The performance is strongly affected by the heat and mass transfer in the adsorption bed, but the details of the mass transfer kinetics remain unclear. The validity of inter-particle models used to simulate mass-transfer kinetics were examined, such as a constant pressure model and non-constant pressure model, and the valid ranges of the diffusion ratio for each model are proposed. The COP and SCP have been numerically calculated as the performance indexes according to the diffusion ratio. The constant pressure model, which is commonly used in previous research, was found to be valid only in a limited range of diffusion ratio.
PURPOSES : A finite difference model considering snow melting process on porous asphalt pavement was derived on the basis of heat transfer and mass transfer theories. The derived model can be applied to predict the region where black-ice develops, as well as to predict temperature profile of pavement systems where a de-icing system is installed. In addition, the model can be used to determined the minimum energy required to melt the ice formed on the pavement. METHODS : The snow on the porous asphalt pavement, whose porosity must be considered in thermal analysis, is divided into several layers such as dry snow layer, saturated snow layer, water+pavement surface, pavement surface, and sublayer. The mass balance and heat balance equations are derived to describe conductive, convective, radiative, and latent transfer of heat and mass in each layer. The finite differential method is used to implement the derived equations, boundary conditions, and the testing method to determine the thermal properties are suggested for each layer. RESULTS: The finite differential equations that describe the icing and deicing on pavements are derived, and we have presented them in our work. The framework to develop a temperature-forecasting model is successfully created. CONCLUSIONS : We conclude by successfully creating framework for the finite difference model based on the heat and mass transfer theories. To complete implementation, laboratory tests required to be performed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.10
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pp.2624-2633
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1993
Mass transfer experiment by naphthalene sublimation method has great advantages in measurement of local transfer coefficients in the region of a three dimensional flow or for a model of complex geometry, which is considered to be very difficult with conventional heat transfer measurements. Mass transfer data obtained by naphthalene sublimation technique are converted to the heat transfer data through heat/mass transfer analogy. This analogy is valid for a simple or laminar flow, but new insight is needed when applying to a turbulent flow or complex flow such as separation, reattachment and recirculation, The purpose of this research is to investigate how geometries and flow conditions incorporate heat/mass transfer analogy. Mass transfer experiments are performed using naphthalene sublimation technique for a flat plate, a circular cylinder, and rectangular cylinders. And mass transfer data are compared with earlier heat transfer measurements for the same geometries. Usefulness of analogy relation between heat and mass transfer is examined with these results.
Among various mass transfer models to express adsorption rates for any adsorption processes, the linear driving force (LDF) model is used most. The present investigation aims at finding whether this model may be applied to real adsorption process for separation and removal of benzene. Comparison of numerical simulation results calculated by the LDF model with experimental data allowed us to find the mass transfer coefficients that are most appropriate for a specific adsorption process. Various breakthrough curves were obtained from experiments performed at many different temperatures and pressures, which in turn produced suitable mass transfer coefficients. These dependencies of mass transfer coefficient on temperature and pressure were represented by an Arrhenius type- and a power law type empirical equation, respectively.
A new ionic mass transfer correlation is derived for the fluid-saturated, horizontal porous layer. Darcy-Forchheimer model is used to explain characteristics of fluid motion. Based on the microscales of turbulence a backbone mass transfer relation is derived as a function of the Darcy-Rayleigh number, $Ra_D$ and the porous medium Schmidt number, $Sc_p$. For the Darcy's limit of $Sc_p{\gg}Ra_D$, the Sherwood number, Sh is a function of $Ra_D$ only. However, for the region of high $Ra_D$, Sh can be related with $Ra_DSc_p$. Based on the present backbone equation and the electrochemical mass transfer experiments which are electro plating or electroless plating, the new ionic mass transfer correlation is suggested in the porous media.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.21
no.5
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pp.547-555
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2005
In this study, an analytical expression for aerosol mass transfer at spherical collector in the low Knudsen number region was obtained. Happel's zero shear stress cell model was extended in the low Knudsen number region and the result was compared with numerical solution results. The zero vorticity model based on the Kuwabara's cell model was also extended in the low Knudsen number region and compared with Happel's results. The results showed that both analytic and numerical solution agree very well with each other in low Knudsen number region. Happel's zero shear stress model also agrees with Kuwabara's zero vorticity model without significant loss of accuracy. The obtained solution converges to the original solution of Lee et al. (1999) when Knudsen number approaches to zero. Subsequently, this study derived most general type of analytic solution for aerosol mass transfer of spherical collector including the finite Knudsen number region.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.28
no.4
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pp.593-602
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2004
This paper is a study on the model of simultaneous heat and mass transfer process in the absorption of refrigerant vapor into a lithium bromide solution of water-cooled vertical plate absorber. The model can predict temperature and concentration profiles as well as the effect of Reynolds number on them. Also. the variations of the absorption heat and mass fluxes. and the heat and mass transfer coefficients have been investigated. The numerical result shows that the interface temperature and concentration decrease as film Reynolds number does. The absorption heat and mass fluxes, and the heat and mass transfer coefficients get their maximum values adjacent to the inlet solution. Analyses on a constant wall temperature condition have been also carried out to exam the reliability of the present numerical method by comparing to previous investigations.
The air gap membrane distillation (AGMD) process was applied for water desalination. The main objective of the present work was to study the heat and mass transfer mechanism of the process. The experiments were performed on a flat sheet module using aqueous NaCl solutions as a feed. The membrane employed was hydrophobic PTFE of pore size 0.22 ${\mu}m$. A mathematical model is proposed to evaluate the membrane mass transfer coefficient, thermal boundary layers' heat transfer coefficients, membrane / liquid interface temperatures and the temperature polarization coefficients. The mass transfer model was validated by the experimentally and fitted well with the combined Knudsen and molecular diffusion mechanism. The mass transfer coefficient increased with an increase in feed bulk temperature. The experimental parameters such as, feed temperature, 313 to 333 K, feed velocity, 0.8 to 1.8 m/s (turbulent flow region) were analyzed. The permeation fluxes increased with feed temperature and velocity. The effect of feed bulk temperature on the boundary layers' heat transfer coefficients was shown and fairly discussed. The temperature polarization coefficient increased with feed velocity and decreased with temperature. The values obtained were 0.56 to 0.82, indicating the effective heat transfer of the system. The fouling was observed during the 90 h experimental run in the application of natural ground water and seawater. The time dependent fouling resistance can be added in the total transport resistance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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