DAILY PAPER REVIEW

0514_Modeling the impacts of feed spacer geometry on reverse osmosis and nanofiltration processes

 

 

1. Title & Journal
Journal: Chemical Engineering Journal, 149 (2009), IF: 2.813)
Title: Modeling the impacts of feed spacer geometry on reverse osmosis and nanofiltration processes
Author: Greg Guillen and Eric M.V. Hoek

2. Background of authors
Corresponding author: M.V. Hoek
Affiliation: UCLA, US
Background information:
-    UCLA의 Civil and Environmental Engineering의 조교수로 Yale대학교에서 박사학위를 받음
-    Colloid science와 nanotechnology에 대한 관심이 높으며 membrane에 관한 연구도 간간히 진행하고 있음

3. Summary
FEM을 이용한 미세 규모의 모델링을 통해 얻은 정보를 공정 모델로 연결하면 보다 나은 예측이 가능하다는 전제하에서 시작하는 이 논문은 역삼투 및 나노필트레이션 공정에서 스페이서 형상이 공정에 미치는 영향을 시나리오 기반으로 모사하고 있다.
 
<그림>

위 그림은 Microscopic model을 Macroscopic model로 링크하는 알고리즘을 나타내고 있다. 다양한 feed spacer의 형태의 조건에서 Microscopic modeling을 수행하고 이로부터 도출된 값들을 이용하여 Sherwood number( )와 friction factor( )를 fitting하고 이 값들을 macroscopic model에 대입하여 공정이 가지는 성능을 모사하였다. 다양한 feed spacer의 모양은 아래의 그림과 같다.
 
<그림>

<그림>

위 그림에서는 FEM 시뮬레이션 결과와 기존에 발간된 문헌의 값들을 통해 Reynolds Number와 Sherwood Number의 상관관계를 plotting하였다. 저자는 기존의 문헌값과 FEM의 시뮬레이션 값이 편차가 발생하지만 동그라미쳐진 부분(Reynolds Number가 200?400)에서는 비교적 잘 맞고 이는 실제 공정이 운전하는 조건과 비슷하다는 것을 통해 논리를 전개하고 있다. 하지만 이는 2D 시뮬레이션이 가지는 한계에서 오는 것으로 예상되어진다.

간단히 시뮬레이션 결과를 요약하면 아래와 같다.
1) Friction factor는 spacer형태에 의해 크게 영향을 받음
2) 생산수의 수질은 spacer형태와 연관이 거의 없음
3) spacer의 형태를 통해 최적화된 디자인을 도출할 수 있음

4. Originality & Creativity
이 논문이 가장 큰 독창성은 기존의 각각 독립적으로 존재하던 CFD 시뮬레이션과 Process 모델링의 연결점을 찾았다는데 있다. 설령 모델링의 기반이 시나리오에 근거하고 현실성과 큰 차이가 나는 2D 시뮬레이션에으로부터 시작되지만 mass transfer coefficient와 friction factor의 주요 두 인자를 통해 각각 다른 스케일(microscopic-scale과 macroscopic-scale)의 연결점을 찾고 시뮬레이션을 할 수 있다는 concept를 제공했다는 것에 의의가 있다.

5. Further applications
이 논문은 실제로 2D 시뮬레이션이라는 큰 한계를 가지고 있으므로 실험값과 비교하였을 때 큰 오차가 발생한다. 이를 극복하기 위해 3D 시뮬레이션을 도입하여 이러한 연구를 진행하고 있으며 현재 3D 시뮬레이션은 2D process 모델로 연결하는 방법론 개발이 진행중이다.

6. Contact (to reviewer)
minkyupark@gist.ac.kr

첨부 (1)
35.20100514_박민규_변환.pdf
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