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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김영득
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 한양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수4
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본 연구에서는 다단 직접접촉식 막증류(multi?stage direct contact membrane distillation) 공정 하류에서의 투과유속(permeate flux)을 개선하기 위해 새로운 미세기포 발생기(microbubble generator, MBG)를 개발하였으며, 이를 적용한 DCMD 공정의 성능을 다양한 작동조건(유입수의 온도, 공기 유량, 디퓨저 각도, 노즐 목 직경, 선회유동기 적용 유무)에 대하여 실험적으로 평가하였다. 이때, 평균투과유속(mean permeate flux)과 MBG의 적용 유무에 따른 투과유속 향상율(permeate flux enhancement)을 DCMD 공정의 성능 지수로 사용하였다.
DCMD 공정에 MBG를 적용함에 따라 평균투과유속은 전반적으로 향상되었으며, 이는 직경이 100 μm 이하인 미세기포의 분포에 크게 기인하였다. 투과유속 향상율은 유입수의 온도가 감소함에 따라 증가하였으며, 유입수 온도가 감소함에 따라 유체의 점성이 증가하고, 이로 인해 노즐 내 기포의 미립화를 촉진시키는 전단응력이 증가하였기 때문이다. 한편, 투과유속 향상율은 공기 유량이 20 cc/min에서 50 cc/min으로 증가함에 따라 선형적으로 증가한 반면, 그 이상의 공기 유량에서는 다시 감소하였다. 이때, 공기 유량이 20, 50, 그리고 80 cc/min으로 증가함에 따라 MBG를 통해 발생된 미세기포(100 μm 미만)의 수는 각각 600, 935, 531개로 확인되었다. 그리고 앞선 실험을 통해 DCMD 공정의 최대 투과유속 향상율을 달성한 작동조건(유입수 온도: 40℃, 공기 유량: 50 cc/min)에서 디퓨저 각도(15°, 30°, 45°, 90°)와 노즐 목 직경(2 mm, 3 mm, 4 mm)이 DCMD 성능에 미치는 영향을 추가적으로 평가하였다. 이를 통해, 디퓨저 각도가 30° 그리고 노즐 목 직경이 2 mm일 때 투과유속 향상율이 가장 높음을 알 수 있었다.
이와 같이, 본 연구에서 고려한 작동조건 하에서 MBG를 적용한 DCMD 공정의 평균투과유속은 유입수 온도가 40℃, 공기 유량이 50 cc/min, 디퓨저 각도가 30°, 그리고 노즐 목 직경이 2 mm일 때 약 6.52 kg/m2h로 가장 높았으며, 이때 투과유속 향상율은 약 20%이었다.
DCMD 공정에 MBG를 적용함에 따라 평균투과유속은 전반적으로 향상되었으며, 이는 직경이 100 μm 이하인 미세기포의 분포에 크게 기인하였다. 투과유속 향상율은 유입수의 온도가 감소함에 따라 증가하였으며, 유입수 온도가 감소함에 따라 유체의 점성이 증가하고, 이로 인해 노즐 내 기포의 미립화를 촉진시키는 전단응력이 증가하였기 때문이다. 한편, 투과유속 향상율은 공기 유량이 20 cc/min에서 50 cc/min으로 증가함에 따라 선형적으로 증가한 반면, 그 이상의 공기 유량에서는 다시 감소하였다. 이때, 공기 유량이 20, 50, 그리고 80 cc/min으로 증가함에 따라 MBG를 통해 발생된 미세기포(100 μm 미만)의 수는 각각 600, 935, 531개로 확인되었다. 그리고 앞선 실험을 통해 DCMD 공정의 최대 투과유속 향상율을 달성한 작동조건(유입수 온도: 40℃, 공기 유량: 50 cc/min)에서 디퓨저 각도(15°, 30°, 45°, 90°)와 노즐 목 직경(2 mm, 3 mm, 4 mm)이 DCMD 성능에 미치는 영향을 추가적으로 평가하였다. 이를 통해, 디퓨저 각도가 30° 그리고 노즐 목 직경이 2 mm일 때 투과유속 향상율이 가장 높음을 알 수 있었다.
이와 같이, 본 연구에서 고려한 작동조건 하에서 MBG를 적용한 DCMD 공정의 평균투과유속은 유입수 온도가 40℃, 공기 유량이 50 cc/min, 디퓨저 각도가 30°, 그리고 노즐 목 직경이 2 mm일 때 약 6.52 kg/m2h로 가장 높았으며, 이때 투과유속 향상율은 약 20%이었다.
목차
1. 서론 11.1 연구배경 11.1.1 물부족 현상 11.1.2 막증류 공정 41.1.3 미세기포 91.2 연구 동향 101.2 연구 목표 및 내용 122. 실험 132.1 미세기포 발생기 132.2 직접접촉식 막증류 모듈 162.3 직접접촉식 막증류 실험장치 192.4 미세기포 특성 분석 212.5 실험방법 243. 결과 및 고찰 263.1 직접접촉식 막증류 공정의 성능 평가 263.2 미세기포 발생기 적용 직접접촉식 막증류 공정의 성능 평가 293.2.1 유입수 온도의 영향 323.2.2 공기 유량의 영향 343.2.3 디퓨저 각도의 영향 393.2.4 노즐 목 직경의 영향 413.2.5 선회유동기 적용 유무의 영향 434. 결론 455. 참고문헌 476. ABSTRACT 50
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