رطوبت‌زدایی از جریان گاز با استفاده از غشای نانوساختار الیاف توخالی پلی‌اتر ایمید در تماس‌دهنده غشایی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

بابل، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، دانشکده مهندسی شیمی، صندوق پستی 484

10.22063/jipst.2020.1690

چکیده

فرضیه: هدف این پژوهش، رطوبت‌زدایی جریان گاز با یکی از جدیدترین روش‌های جداسازی است. فرایندهای مختلفی برای رطوبت‌زدایی پیشنهاد شده است که از آن جمله می‌توان به استفاده از مایع جاذب و فرایند جذب سطحی اشاره کرد که فرایند اول به‌دلیل هزینه‌های سرمایه‌گذاری و عملیاتی کمتر، بیشتر مورد توجه قرار گرفته است.
روش‌ها: دو عدد ماژول تماس‌دهنده غشایی الیاف توخالی برای رطوبت‌زنی و رطوبت‌زدایی جریان گاز با استفاده از غشاهای الیاف توخالی پلی‌اتر ایمید ساخته شد. ابتدا گاز خشک ورودی، در ماژول تماس‌دهنده اول مرطوب شده و سپس فرایند رطوبت‌زدایی در ماژول دوم انجام شد. در فرایند رطوبت‌زدایی، جاذب مونواتیلن گلیکول، خارج از الیاف و گاز مرطوب داخل الیاف جریان داشتند و اثر عوامل مختلف عملیاتی مانند سرعت جریان و فشار گاز مرطوب ورودی بر عملکرد سامانه رطوبت‌زدا بررسی شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد، با افزایش سرعت جریان گاز مرطوب از SLPM (standard liter per minute) برابر 1 به 3، شار جذب بخار آب %133 افزایش یافت که بیانگر غلبه اثر کاهش مقاومت انتقال جرم فاز گاز در فرایند رطوبت‌زدایی بر کاهش مقدار رطوبت گاز ورودی به سامانه رطوبت‌زداست. همچنین، با افزایش فشار گاز مرطوب از 1bar به 5bar، شار جذب بخار آب %55 کاهش یافت که نشان داد، کاهش مقدار رطوبت گاز ورودی به سامانه رطوبت‌زدا به‌دلیل افزایش فشار گاز بر فرایند جذب بخار آب اثر گذاشته است. بنابراین شرایط عملیاتی در فرایند رطوبت‌زدا باید براساس پارامترهای مؤثر انتخاب شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Dehumidification of Gas Stream Using Nanostructured Polyetherimide Hollow Fiber Membrane in Membrane Contactor

نویسندگان [English]

  • Abolghasem Mohamadpour Gorgi
  • Gholamreza Bakeri Jafarkolaei
Faculty of Chemical Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, P.O. Box 484, Babol, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Dehumidification of a gas stream was carried out by one of the newest separation techniques. Different processes have been proposed for gas humidification such as absorption process using an absorbent and adsorption process with higher capital and operating costs than the former. The former process is more common.
Methods: For humidification/dehumidification process two hollow fiber membrane contactor modules were made using polyetherimide hollow fiber membranes. At first, the dry inlet gas was humidified in the first contactor module and then, the dehumidification process was performed by the second module. In dehumidification process, monoethylene glycol (as the absorbent) was allowed to flow through the shell side of the contactor while the wet gas flowed through the fibers. The different operating parameters such as the pressure and flow rate of the wet gas were studied in relation to the performance of dehumidification system.
Findings: The results showed that by increasing the wet gas flow rate from 1 SLPM (standard liter per minute) to 3 SLPM, the water vapor absorption flux increased by 133%, indicating that the effect of decrease in gas phase mass transfer resistance in dehumidification process overcomes the effect of reduction in humidity content of the inlet gas to the dehumidification system. Furthermore, by increasing the gas pressure from 1 bar to 5 bar, the water vapor absorption flux decreased by 55% which showed that drop in humidity content of the inlet gas to dehumidification system (due to the pressure enhancement) affects the water vapor absorption process. Therefore, the operating conditions of the dehumidification process should be selected based on the effective parameters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hollow fiber membrane contactor
  • nano-structured polyetherimide membrane
  • contactor module
  • dehumidification
  • monoethylene glycol

1.Mosadegh-Sedghi S., Rodrigue D., Brisson J., and Lliuta M.C., Wetting Phenomenon in Membrane Contactors-Causes and Prevention, J. Membr. Sci., 452, 332-353, 2014.
2.Gabelman A. and Hwang S.T., Hollow Fiber Membrane Contactors, J. Membr. Sci., 159, 61-106, 1999. 3.Zhang L.Z., Huang S.M., and Pei L.X., Conjugate Heat and Mass Transfer in a Cross-Flow Hollow Fiber Membrane Contactor for Liquid Desiccant Air Dehumidification, Int. J. Heat Mass Transfer, 55, 8061-8072, 2012. 4.Huang S.M. and Yang M., Heat and Mass Transfer Enhancement in a Cross-Flow Elliptical Hollow Fiber Membrane Contactor Used for Liquid Desiccant Air Dehumidification, J. Membr. Sci., 449, 184-192, 2014. 5.Huang S.M., Zhang L.Z., and Pei L.X., Transport Phenomena in a Cross-Flow Hollow Fiber Membrane Bundle Used for Liquid Desiccant Air Dehumidification, Indoor Built Environ., 22, 559-574, 2013.
6.Zhang L.Z., Huang S.M., Chi J.H., and Pei L.X., Conjugate Heat and Mass Transfer in a Hollow Fiber Membrane Module for Liquid Desiccant Air Dehumidification: A Free Surface Model Approach, Int. J. Heat Mass Transfer, 55, 3789-3799, 2012. 7.Zhang L.Z., An Analytical Solution to Heat and Mass Transfer in Hollow Fiber Membrane Contactors for Liquid Desiccant Air Dehumidification, J. Heat Transfer, 133, 1-8, 2011. 8.http://www.meglobal.biz, One of the World's Largest Producers of Ethylene Glycol, Available 2020. 9.Esato K. and Eiseman B., Experimental Evaluation of Gore-Tex Membrane Oxygenator, J. Thoracic Cardiovasc. Surg., 69, 690-697, 1975. 10.Isetti C., Nannei E., and Magrini A., On the Application of a Membrane Air–Liquid Contactor for Air Dehumidification, Energy Build., 25, 185-193, 1997. 11.Bergero S. and Chiari A., Experimental and Theoretical Analysis of Air Humidification/Dehumidification Processes Using Hydrophobic Capillary Contactors, Appl. Therm. Eng., 21, 1119-1135, 2001.
12.Kneifel K., Nowak S., Albrecht W., Hilke R., Just R., and Peinemann K.V., Hollow Fiber Membrane Contactor for Air Humidity Control: Modules and Membranes, J. Membr. Sci., 276, 241-251, 2006. 13.Usachov V., Laguntsov N., Okunev A., Teplyakov V., and Glukhov S., Experimental Study of the Membrane Contactor Systems for Gas Dehumidification, ARS Separatoria Acta, 2, 36-46, 2003. 14.Albrecht W., Hilke R., Kneifel K., Weigel T., and Peinemann K.V., Selection of Microporous Hydrophobic Membranes for Use in Gas/Liquid Contactors: An Experimental Approach, J. Membr. Sci., 263, 66-76, 2005. 15. Zhang L.Z. and Zhang N., A Heat Pump Driven and Hollow Fiber Membrane-based Liquid Desiccant Air Dehumidification System: Modeling and Experimental Validation, Energy, 65, 441-451, 2014.