| รายละเอียดวิทยานิพนธ์ | |
| ชื่อวิทยานิพนธ์ | แบบจำลองการถ่ายเทความร้อนและมวล สำหรับกระบวนการกลั่นผ่านเยื่อแผ่นแบบสัมผัสตรงที่มีค่าฟลักซ์สูง Heat and Mass Transfer Models for High Flux Direct Contact Membrane Distillation Process |
| ชื่อนิสิต | จิรโชติ ภัทรนาวิก Jirachote Phattaranawik |
| ชื่ออาจารย์ที่ปรึกษา | ศ ดร รัตนา จิระรัตนานนท์ ศ A G Fane Prof Ratana Jiraratananon Prof A G Fane |
| ชื่อสถาบัน | มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. บัณฑิตวิทยาลัย King Mongkuts University of Technology Thonburi. Bangkok (Thailand). Graduate School. |
| ระดับปริญญาและรายละเอียดสาขาวิชา | วิทยานิพนธ์ดุษฎีบัณฑิต. วิศวกรรมศาสตร์ (วิศวกรรมเคมี) Ph.D. Engineering (Chemical Engineering) |
| ปีที่จบการศึกษา | 2545 |
| บทคัดย่อ(ไทย) | วิทยานิพนธ์นี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการถ่ายเทความร้อนและมวล ในกระบวนการกลั่นผ่านเยื่อแผ่นแบบสัมผัสตรง และศึกษาการเพิ่มขึ้นของการถ่ายเท ความร้อนและมวล รวมถึงลักษณะการไหลภายในโมดูลที่มีการใส่ spacer แบบตาข่าย ได้มีการพัฒนาแบบจำลองการถ่ายเทความร้อนที่สามารถบ่งชี้ผลกระทบของการ ถ่ายเทมวลที่มีต่อการถ่ายเทความร้อนตลอดจนความสำคัญของแต่ละกลไกการถ่ายเท ความร้อน สำหรับการวิเคราะห์การถ่ายเทมวลนั้น แบบจำลองการถ่ายเทมวลที่ถูกพัฒนา ขึ้นสามารถบอกผลกระทบของการกระจายตัวของขนาดรูพรุนของเยื่อแผ่นและฟลักซ์ ของอากาศที่มีต่อฟลักซ์ของไอน้ำ การทดลองทั้งหมดใช้น้ำบริสุทธิ์เป็นสารป้อนและเพอมิเอต ในการทดลอง ส่วนแรกใช้แผ่นอลูมินัมแทนเยื่อแผ่นเพื่อให้มีเฉพาะการถ่ายเทความร้อนแล้วนำผล การทดลองมาหา heat transfer correlation ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการวิเคราะห์ ผลการทดลองในขั้นต่อ ๆ ไปการทดลองต่อมาใช้เยื่อแผ่นรูพรุนแบบที่ไม่มีชั้น รองรับ 3 ชนิด ได้แก่ GVHP 0.22 (+,m)m, HVHP 0.45 (+,m)m และ PTFE 0.2 (+,m)m โดยทำการทดลองที่อุณหภูมิ และอัตราการไหลของสารป้อนต่าง ๆ กัน โดยให้อุณหภูมิของ เพอมิเอตคงที่ โดยการทดลองครอบคลุมการไหลทั้งแบบราบเรียบ และแบบปั่นป่วน จากนั้นศึกษาการเพิ่มขึ้นของค่าฟลักซ์ด้วยการใช้ spacer แบบตาข่าย 20 ตัว ที่มีสัดส่วนช่องว่างและ hydrodynamic angle ต่างกัน นอกจากนี้ได้ศึกษา การกระจายตัวของขนาดรูพรุนในเยื่อแผ่นโดยใช้ Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM) แบบจำลองการถ่ายเทมวลที่เสนอขึ้นสามารถใช้หาผลของการกระจาย ตัวของขนาดรูพรุนและฟลักซ์ของอากาศที่มีต่อฟลักซ์ไอน้ำ ผลการวิเคราะห์การถ่ายเทมวลมีผลต่อการถ่ายเทความร้อนในกระแสป้อน (q(m)(,f)) มากกว่าในกระแสเพอมิเอต (q(m)(,p)) โดยมีค่า q(m)(,f) และ q(m)(,p) สูงสุดเท่ากับร้อยละ 7.2 และ 3.2 ตามลำดับ การถ่ายเทความร้อนที่เกิด จากการเคลื่อนที่ของไอน้ำผ่านเยื่อแผ่นมีค่าใกล้เคียงกับการนำความร้อน แต่จะมาก กว่าการนำความร้อนเมื่อเพิ่มอุณหภูมิ และเมื่ออุณหภูมิของสารป้อนมากกว่า 323 K (50(+,ฐ)C) ความร้อนที่ผ่านเยื่อแผ่นจะถ่ายเทไปกับการเคลื่อนที่ของไอน้ำ มากกว่าการนำความร้อนซึ่งถือว่าเป็นความร้อนสูญเสียอิทธิพลของการถ่ายเทมวล ที่มีต่อค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนมีน้อยมาก และพบว่าการกระจายตัวของ อุณหภูมิภายในเยื่อแผ่นมีลักษณะเป็นเส้นตรง สัมประสิทธิ์การกลั่นผ่านเยื่อแผ่นสำหรับแต่ละเยื่อแผ่น มีค่าคงที่ตลอด ช่วงการไหลและอุณหภูมิที่ศึกษา โดยมีค่าเท่ากับ 3.459(+,ด)10(-7)kg. m(-2).s(-1).Pa(-1) สำหรับ GVHP, 4.169(+,ด)10(-7)kg.m(-2).s(-1).Pa(-1) สำหรับ HVHP และ 6.245(+,ด)10(-7)kg.m(-2).s(-1).Pa(-1) สำหรับ PTFE การวิเคราะห์การถ่ายเทมวลในเยื่อแผ่น พบว่าเกิดการแพร่ในช่วง Knudsen และในช่วง Transition โดยจะเกิดในช่วง Transition มากกว่า แบบจำลองการถ่ายเทมวลที่รวมผล ของการกระจายตัวของขนาดรูพรุน และฟลักซ์ของอากาศสามารถทำนายค่าฟลักซ์ของไอน้ำ โดยมีความคลาดเคลื่อนเฉลี่ยร้อยละ 5 และยังพบว่าอิทธิพลของทั้งการกระจายตัว ของขนาดรูพรุนและฟลักซ์ของอากาศมีผลต่อฟลักซ์น้อยมาก Spacer ที่มีสัดส่วนของช่องว่างเท่ากับ 0.6 และมี hydrodynamic angle เท่ากับ 90(+,ฐ) สามารถเพิ่มค่าฟลักซ์ ได้สูงสุดถึงร้อยละ 60 และเพิ่มสัมประสิทธิ์ การถ่ายเทความร้อนได้ 2เท่า งานวิจัยนี้ยังได้เสนอ heat transfer correlation สำหรับโมดูลที่มีการใส่ spacer การที่ระบบมีอัตราการถ่ายมวลสูงมีผลต่อสัมประสิทธิ์ การถ่ายเทความร้อนมากสำหรับกระบวนการกลั่นผ่านเยื่อแผ่น |
| บทคัดย่อ(English) | This thesis aimed to study heat and mass transfer in direct contact membrane distillation system and investigate heat and mass transfer enhancements together with flow characteristics when the spacers were employed in the flow channels. Heat transfer model identifying the effect of mass transfer on heat transfer rate and on film heat transfer coefficients was proposed. The significance of each heat transfer mechanism was also determined. For mass transfer analysis, mass transfer model was developed to determine the effect of pore size distribution and air fluxes on water vapor fluxes. RO-deionized water was used as feed and permeate solutions of all experiments. The first set of experiments were performed using an aluminum foil to replace the membrane so that there was only heat transfer in the process and the most suitable heat transfer correlations can be selected for subsequent analysis. The experiments with three types of the membranes were then carried out at different feed temperatures and flow rates but with constant permeate temperatures. The experimental conditions employed covered the range of laminar and turbulent flow. Heat and mass transfer enhancement by spacers was also investigated for 20 spacers different in void ages and hydrodynamic angles. The membrane pore size distributions were also determined by field emission scanning microscopy. The effects of pore size distribution and air fluxes on water vapor fluxed were determined by the proposed mass transfer model. The heat transfer analysis showed that the effect of mass transfer on heat transfer rates in the feed stream (q(m)(,f)) was larger than that in the permeate stream (q(m)(,p), and the maximum values of q(m)(,f) and q(m)(,p) were 7.2 and 3.2 percent, respectively. The heat transfer due to the vapor flow (q(,v)) in the membrane was equal to or greater than the heat conduction (q(,c)) for the membranes studied and it increased with feed temperature but was independent of film heat transfer coefficient. When the feed temperature was lower than 323 K, the heat loss due to heat conduction across the membrane was the major contribution of the total heat transfer in the membrane. The influence of mass transfer on film heat transfer coefficients can be neglected. In addition, the temperature distributions in the membranes were closely linear. The membrane distillation coefficients for each membrane were constant over the flow rates and temperatures studied. Mass transfer analysis showed that Knudsen and transition regions were found in the membranes studied, while the transition region was the major contribution in mass transport. The mass transfer model including the effect of pore size distribution and air fluxes predicted water fluxes with the average discrepancy of 5 percent from the experimental results and the influence of pore size distribution and air fluxes on water vapor fluxes was insignificant. Spacers enhanced mass fluxes up to 60 percent and increased heat transfer coefficients by approximately 2 times over the empty channels. The optimum spacer geometry was found at void age of 0.6 and hydrodynamic angle of 90(+,ฐ). The new heat transfer correlation for spacer-filled channel was obtained. The effect of high mass transfer rates on the transfer coefficients was insignificant in membrane distillation and probably caused the unusually high transfer coefficients in ultra filtration process. |
| ภาษาที่ใช้เขียนวิทยานิพนธ์ | |
| จำนวนหน้าของวิทยานิพนธ์ | |
| ISBN | |
| สถานที่จัดเก็บวิทยานิพนธ์ | |
| คำสำคัญ | Membrane Distillation, Spacers, Effect of Mass Transfer, High Mass Transfer Rate Convection, Pore Size Distribution, การกลั่นผ่านเยื่อแผ่น, spacer, ผลของการถ่ายเทมวล, การพาแบบที่มีอัตราการถ่ายเทมวลสูง, การกระจายตัวของขนาดรูพรุน |
| วิทยานิพนธ์ที่เกี่ยวข้อง |
|
