Please use this identifier to cite or link to this item:
https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/3948
| Title: | การจำลองเชิงตัวเลขของเพอร์แวปเพอเรชันสถานะไม่คงตัวของน้ำ |
| Other Titles: | Numerical simulation of unsteady-state water pervaporation |
| Authors: | ธัชพงศ์ ชูศรี |
| Advisors: | ขันทอง สุนทราภา |
| Other author: | จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิทยาศาสตร์ |
| Advisor's Email: | khantong@sc.chula.ac.th |
| Subjects: | เพอร์เวเพอเรชัน การถ่ายเทมวล โพลิอะคริลิกแอซิค |
| Issue Date: | 2542 |
| Publisher: | จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย |
| Abstract: | กลไกการถ่ายโอนมวลของกระบวนการเพอร์แวปเพอเรชันสำหรับระบบน้ำ-พอลิอะคริลิกแอซิด อธิบายได้ด้วยกลไกการละลาย-การแพร่ ซึ่งการแพร่ขององค์ประกอบผ่านเยื่อแผ่น เป็นไปตามกฎของฟิกส์ การเปลี่ยนเฟสของเพอร์มิเอทเป็นขั้นตอนหนึ่งที่เกิดขึ้นในกระบวนการเพอร์แวปเพอเรชัน เนื่องจากสารป้อนในเฟสของเหลวจะสัมผัสกับเยื่อแผ่นและด้านขาออกของเยื่อแผ่นจะถูกทำให้เป็นสุญญากาศ ทำให้เกิดเป็นชั้นของเยื่อแผ่นที่พองตัวและชั้นเยื่อแผ่นแห้งอยู่ทางด้านป้อนและด้านขาออกตามลำดับ สัมประสิทธิ์การแพร่ในเยื่อแผ่นส่วนที่พองตัวขึ้นกับความเข้มข้น โดยใช้ความสัมพันธ์เชิงเอกซ์โพเนนเชียลกับความเข้มข้นซึ่งพิจารณาผลจากการเกิดอันตรกิริยาระหว่างน้ำกับเยื่อแผ่น แสดงได้ดังนี้ Di 1 = 2.4 x 10 -11 exp[0.58 x ci 1/c0] ตร.ม./วินาที ที่อุณหภูมิ 25 ํซ Di 1 = 4.3 x 10 -11 exp[0.6 x ci 1/c0] ตร.ม./วินาที ที่อุณหภูมิ 40 ํซ Di 1 = 4.8 x 10 -11 exp[0.61 x ci 1/c0] ตร.ม./วินาที ที่อุณหภูมิ 50 ํซ เมื่อมีการเปลี่ยนเฟสเกิดขึ้นภายในเยื่อแผ่นสัมประสิทธิ์การแพร่ในส่วนเยื่อแผ่นแห้งซึ่งมีค่าคงที่เป็นดังนี้คือ Di v = 4 x 10 -13, Di v = 4.13 x 10 -13 ตร.ม./วินาที ที่สภาวะอุณหภูมิดำเนินการ 25, 40 และ 50 องศาเซลเซียส ตามลำดับ ความหนาของชั้นเยื่อแผ่นแห้งมีการเปลี่ยนแปลงจากสถานะไม่คงตัว (unsteady state) จนถึงสถานะคงตัวแบ่งเป็น 3 ช่วง คือ (1) ช่วงสถานะไม่คงตัว มีการเปลี่ยนแปลงของระยะชั้น เยื่อแผ่นแห้งตามเวลาสามารถอธิบายได้ด้วยสมการ y = kt1/2 (2) ช่วงการเปลี่ยนแปลงจากสถานะไม่คงตัวสู่ สถานะคงตัว และ (3) ช่วงสถานะคงตัวซึ่งระยะของชั้นเยื่อแผ่นแห้งมีค่าคงที่เท่ากับ 1.07 x 10 -10, 2.65 x 10 -10 และ 1.17 x 10 -10 เมตร ที่อุณหภูมิดำเนินการ 25, 40 และ 50 องศาเซลเซียส ตามลำดับสำหรับระบบน้ำ-พอลิอะคริลิกแอซิด พลังงานความร้อนเพื่อการเปลี่ยนเฟสของงานศึกษานี้ได้จากของเหลวป้อน แต่อุณหภูมิลดคร่อมเยื่อแผ่นจากการคำนวณน้อยมากจนสามารถสมมุติว่ามีค่าคงที่ แสดงว่ามีการละลายและการแพร่กระจายขององค์ประกอบในส่วนของเยื่อแผ่นที่พองตัวอย่างรวดเร็วกว่าการแพร่กระจายขององค์ประกอบในส่วนของเยื่อแผ่นแห้งจนสามารถชดเชยอุณหภูมิได้ ผลการศึกษาพบว่าเมื่อใช้เยื่อแผ่นที่อิ่มตัวด้วยสารป้อนในกระบวนการเพอร์แวปเพอเรชัน สามารถสมมุติได้ว่าเกิดการเปลี่ยนเฟสขึ้นที่ผิวด้านขาออกของเยื่อแผ่น แต่ถ้าใช้เยื่อแผ่นแห้งในการดำเนินกระบวนการเพอร์แวปเพอเรชันควารพิจารณาว่าเกิดการเปลี่ยนเฟสขึ้นภายในเยื่อแผ่น |
| Other Abstract: | Mass transfer in pervaporation process of water through polyacrylic acid membrane can be described by solution-diffusion mechanism. The diffusion of component through membrane follows Fick's law of diffusion. Phase change of permeate occurs in pervaporation process because liquid feed is touched with membrane on upstream side and the downstream side of membrane is under vacuum. So, the membrane is consisted of swollen part and dry path in series from upstream to downstream. Diffusion coefficient of component in swollen part is cocentration dependent. Exponential dependent diffusion coefficient is chosen to consider the interaction between permeate component and membrane as follows. Di 1 = 2.4 x 10 -11 exp[0.58 x ci 1/c0] m2/s 25 ํC Di 1 = 4.3 x 10 -11 exp[0.6 x ci 1/c0] m2/s 40 ํC Di 1 = 4.8 x 10 -11 exp[0.61 x ci 1/c0] m2/s 50 ํC In case of considering phase change within membrane, the diffusion coefficient in dry part is considered constant as follows, Di v = 4 x 10 -13 and Di v = 4.13 x 10 -13 m2/s at25, 40 and 50 ํC, respectively. The thickness change of dry part can be divided into 3 zone that is i) changing with time following equation y = kt1/2, in unsteady state region ii) The transition zone iii) steady state zone with constant dry layer 4.07 x 10 -10, 2.65 x 10 -10 and 1.17 x 10 -10 m. at 25, 40 and 50 ํC, respectively for water-polyacrylic acid system. Heat for phase change of this study is supplied from liquid feed but calculated temperature drop is very small. It is reasonable to assume isothermal condition. It is also meant that the dissolution of permeate component into membrane and diffusion through swollen part is much faster than the diffusion in dry path to compensate the temperature drop in membrane. We can assume that the phase change is occurred on the downstream side of membrane if the equilibrated saturated membrane with feed solution is used for pervaporation. However, the phase change inside the membrane must be considered in case of using dry membrane for operation. |
| Description: | วิทยานิพนธ์ (วท.ม.)--จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2542 |
| Degree Name: | วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต |
| Degree Level: | ปริญญาโท |
| Degree Discipline: | เคมีเทคนิค |
| URI: | http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/3948 |
| ISBN: | 9743334963 |
| Type: | Thesis |
| Appears in Collections: | Sci - Theses |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| touchpong.pdf | 4 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.