การดูดซึมก๊าซด้วยเมมเบรนคอนแทคเตอร์แบบเส้นใยกลวงในด้านสมบัติทางกายภาพและตัวแปรการถ่ายเทมวลสาร

Abstract

งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาประสิทธิภาพการถ่ายเทมวลสารจากเฟสก๊าซไปยังเฟสของเหลวในระบบเมมเบรนคอนแทคเตอร์แบบเส้นใยกลวง เฟสของเหลวคือน้ำประปาในการดูดซึมก๊าซออกซิเจนและน้ำปราศจากไอออนในการดูดซึมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยศึกษาสภาวะการเดินระบบที่เหมาะสม เช่น ขนาดรูพรุนเฉลี่ย อัตราการไหลของเฟสก๊าซ อัตราการไหลของเฟสของเหลว จำนวนเส้นเมมเบรน ความเข้มข้นของเฟสก๊าซ และผลกระทบของเฟสของเหลวจากการปนเปื้อนความขุ่นและสารลดแรงตึงผิวที่มีประจุบวก ประจุลบ และไม่มีประจุ เพื่อนำมาสร้างโมเดลอธิบายปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้นในการเดินระบบทั้งการดูดซึมก๊าซออกซิเจนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

ในการศึกษาลักษณะสัณฐานของเมมเบรน พบว่า เมมเบรนที่มีขนาดรูพรุนอยู่ในช่วง Microfiltration (0.1 ถึง 3 ไมครอน) จะให้ประสิทธิภาพการดูดซึมก๊าซดีกว่าเมมเบรนที่มีขนาดรูพรุนอยู่ในช่วง Ultrafiltration (0.01 ถึง 0.1 ไมครอน) ในการศึกษาค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทมวลรวม (kLa) พบว่า การดูดซึมก๊าซออกซิเจน ค่า kLa จะเพิ่มขึ้นเมื่ออัตราการไหลของเฟสของเหลวและจำนวนเส้นเมมเบรนในระบบเพิ่มขึ้น แต่ค่า kLa จะลดลงเมื่อมีสารลดแรงตึงผิวและความขุ่นปนเปื้อนในเฟสของเหลว ในการดูดซึมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ค่า kLa เพิ่มขึ้นเมื่ออัตราการไหลของเฟสของเหลวและความเข้มข้นเริ่มต้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ถ้าเฟสของเหลวคือสารละลายโซเดียมคาร์บอเนตจะส่งผลให้ค่า kLa เพิ่มสูงขึ้นถึง 120 เปอร์เซนต์

ในการเปรียบเทียบประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนมวลสารระหว่างระบบเมมเบรนคอนแทคเตอร์และหอดูดซึมแบบฟองอากาศ พบว่า ระบบเมมเบรนคอนแทคเตอร์มีประสิทธิภาพที่สูงกว่าหอดูดซึมแบบฟองอากาศ เนื่องจากมีพื้นที่ในการถ่ายเทมวลสารมากกว่าในขนาดการติดตั้งระบบที่เท่ากัน ทำให้ระบบเมมเบรนคอนแทคเตอร์มีความน่าสนใจที่จะนำมาทดแทนอุปกรณ์ในการดูดซึมแบบดั้งเดิมและหอดูดซึมแบบฟองอากาศ