DAILY PAPER REVIEW

0915_IECR_Comparative Study of Direct-Contact and Air-Gap Membrane Distillation Processes

 

 

1.Title & Authors
?Title 
: Comparative Study of Direct-Contact and Air-Gap Membrane Distillation Processes
?Authors
: A. M. Alklaibi*,† and Noam Lior‡

2.Background of authors
: 주 저자는 A. M. Alklaibi로서 사우디아라비아 Jeddah 기술대학의 기계공학부에 속해 있으며, 교신저자인 미국 펜실베니아 대학의 기계공학 교수 Noam Lior와 함께 MD 모델링 관련 연구를 하고 있는 것으로 알려져 있습니다.

3.Summary
?- 이 논문은 DCMD와 AGMD의 시뮬레이션을 비교한 것으로서, 이 두 공정 모두 2차원의 문제로서 momentum, energy, diffusion의 식을 적용하였습니다. 이 numerical study는 실제 실험데이터로 비교함으로서 유효성을 확인하였고, DCMD와 AGMD 두 공정의 senstivity와 mass transfer resistance를 비교하였습니다. 
?- DCMD의 기본조건은 general 2-D, incompressible, viscous dissipation 무시, 변수들은 일정하다고 가정하였습니다. femlab을 이용하여 grid-dependence 분석을 하였으며, 계산된 결과는 문헌의 실험 데이터와 비교하여 거의 오차범위가 약 5%안의 거의 일치된 결과를 보였습니다. 반면 AGMD는 앞서 주저자의 Transport analysis of air-gap membrane distillation. JMS. 2005, 255-239.에서 시험데이터와 시뮬레이션 결과가 거의 일치함을 보였습니다.

?- 원수 가열 온도 변화에 따른 플럭스, 열효율 영향 : 두 공정 모두 온도에 따라 투과수량과 열효율이 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 열효율 측면에서는 AGMD, 투과수량 측면에서는 DCMD가 더 높은 효율을 나타내는 것을 볼 수 있습니다.이는 투과수량이 높은 수치만큼 멤브레인의 working area를 줄일 수 있으며, capital cost 감소를 의미합니다. (그림 4 참조)
?- 찬 용액의 온도 변화에 따른 플럭스, 열효율 영향 : 낮아지는 온도는 두 공정 모두 투과수량을 증가시키지만 열효율은 감소하는 것을 확인할 수 있습니다. 열효율측면에서 감소되는 차가운 영역의 온도에 따라 열효율의 감소가 DCMD가 AGMD보다 큰 것을 확인할 수 있으며 이는 차가운 영역의 유입온도가 DCMD에서 더 영향을 미치는 것을 의미하며, 전도열전달이 더 큰 것을 알 수 있습니다. (그림 5 참조)
?- 뜨거운 용액의 농도 변화에 따른 영향 : 유입수 농도를 20000ppm에서 30000ppm으로 변화를 주었을시, 플럭스 감소는 AGMD(16%)가 DCMD(3%)보다 더 크게 나타났습니다.이는 AGMD는 구동력 측면에서 뜨거운 막의 영역의 증기압 감소가 큰 부분을 차지하기 때문으로 볼 수 있습니다. 열효율에서는 농도가 증가함에 따라 DCMD는 거의 영향을 받지않으며, AGMD는 2%감소됨을 보였습니다. (그림 6참조)
?- 뜨거운 영역과 찬 영역의 유입속도의 영향 : 먼저 뜨거운 영역을 보면, 유입속도가 증가할수록 투과수량은 AGMD가 11%정도 증가, DCMD가 AGMD의 증가량의 약 2배정도 증가함을 보였습니다. 반면 두공정모두 열효율면에서는 별다는 영향을 받지 않습니다. 다음 차가운 영역에서 보면, 유입속도 증가시 DCMD는 7%, AGMD는 4%의 플럭스 증가를 보였는데, 이처럼 작은 영향은 차가운 용액이 총 질량전달저향력에서 작은 비율을 차지하기 때문입니다. 반면 이 낮은 질량 전달력은 전도 열전달을 증가시킵니다. 여기서 우리는 유입 유속의 영향이 원수쪽에서 더 큼을 알 수 있는데 이는 원수는 질량 전달력이 큰 비율을 차지, 유속이 증가할수록, 질량전달저항력이 감소하기 때문에 투과수량이 증가하게 되는 것입니다. (그림 7,8참조)


4.Originality & Creativity
두 공정 비교시 열효율측면에서는 AGMD가 약 6% 높음을 보였고, 투과수량 측면에서는 JDCMD/JAGMD : 4.8의 수치를 보였습니다. 또한 차가운용액의 온도감소시 10℃이하는 전도열전달의 증가가 투과수량의 증가보다 더 큰 증가를 나타내므로 항상 차가운 영역의 온도는 10℃이상을 유지해야 함을 알 수 있었습니다. 직접적으로 두 영역에서의 온도, 유속, 농도를 비교함으로써 두 공정의 장단점을 직접적으로 확인할 수 있었습니다.

5.Application
이 각각의 수치를 바탕으로 두 영역의 최적의 온도, 유속, 농도의 값을 이용하여 최대 투과수량의 값을 얻어 내어 투과수량의 변화가 어느 정도 향상될지 시도해 보고 싶습니다.

6. Reviewer Contact : 한진미(jmhan@gist.ac.kr)

첨부 (1)
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