logo móvil
Contáctanos

Modelado de Dinámica de Fluidos Computacional de la Filtración de Materiales 2D Usando Membranas de Fibra Hueca

Autores: Elahi, Arash; Chaudhuri, Santanu

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

Descargar PDF

Acceso abierto

Artículo científico
2023

Modelado de Dinámica de Fluidos Computacional de la Filtración de Materiales 2D Usando Membranas de Fibra Hueca


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Química

Palabras clave

Dinámica de fluidos computacional
Microfiltración
Materiales 2D
Membranas de fibra hueca
Ensuciamiento
Presión transmembrana

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 25

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El estudio actual presenta un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFDs) diseñado para simular la microfiltración de materiales 2D utilizando membranas de fibra hueca a partir de su dispersión. La microfiltración se ha propuesto recientemente como una estrategia rentable para la producción de materiales 2D, que involucra una dispersión que contiene un soluto permeante (grafeno), un material de ensuciamiento (grafito no exfoliado) y el disolvente. El objetivo del modelo es investigar los efectos del ensuciamiento del material de estructura plana en capas (grafito) sobre la presión transmembrana (TMP) del sistema y la filtración del soluto permeante. Se utilizó el software COMSOL Multiphysics para resolver numéricamente las ecuaciones acopladas de Navier-Stokes y conservación de masa para simular el flujo y la transferencia de masa en el dominio bidimensional. Para los cálculos de TMP, utilizamos el enfoque de resistencia en serie para vincular el ensuciamiento de los contaminantes al comportamiento de TMP. Se asumió que las partículas contaminantes forman una capa de polarización y un pastel en la superficie de la membrana, lo que lleva al incremento de la TMP del sistema. También asumimos que la humectabilidad de la pared interna de la membrana polimérica aumenta al ensuciarse debido a la estructura plana en capas del contaminante, lo que resulta en la reducción de la TMP. Este enfoque reprodujo con precisión el comportamiento experimental de TMP con un error absoluto medio (MAE) de 0.007 psi. Además, se calculó la permeación del soluto permeante incorporando un coeficiente de partición de membrana dependiente del ensuciamiento para estas partículas. Los efectos de la polarización de concentración y las etapas de formación de pastel de ensuciamiento se encapsularon en nuestros parámetros de modelo definidos, denotados como y, respectivamente. Esta formulación del coeficiente de partición produjo perfiles de concentración de permeado, que están en excelente acuerdo con los experimentos. Para tres concentraciones de alimentación de 0.05, 0.1 y 0.3 g/L, nuestro modelo reprodujo los perfiles de concentración de permeado experimental con MAEs de 0.0002, 0.0003 y 0.0022 g/L, respectivamente. La flexibilidad de este modelo permite a los usuarios utilizar los parámetros dependientes del tamaño y la concentración y optimizar sus configuraciones experimentales de microfiltración de manera efectiva.

Otros recursos que podrían interesarte

Temas Virtualpro