Investigation of flux dependence on viscosity in ultrafiltration
(2023) KETM05 20231Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
- Abstract
- This project aims to compare the effect of viscosity on flux for high viscosity liquids. The performance of two different viscous solutions was studied in a plate-and-frame membrane module. The solutions used were based on molasses, which is a liquid containing mainly low-molar mass components and konjac glucomannan (KGM) which is a substance with high molar mass. The change of the mass transport through the membrane (flux) during ultrafiltration of molasses and KGM as concentration (dry matter) was increased was investigated. The Alfa Laval RC70PP membrane and the Alfa Laval LabStak M39 equipment were used in the experiments.
Additionally, this study also aims to model and simulate the concentration and viscosity gradient in proximity... (More) - This project aims to compare the effect of viscosity on flux for high viscosity liquids. The performance of two different viscous solutions was studied in a plate-and-frame membrane module. The solutions used were based on molasses, which is a liquid containing mainly low-molar mass components and konjac glucomannan (KGM) which is a substance with high molar mass. The change of the mass transport through the membrane (flux) during ultrafiltration of molasses and KGM as concentration (dry matter) was increased was investigated. The Alfa Laval RC70PP membrane and the Alfa Laval LabStak M39 equipment were used in the experiments.
Additionally, this study also aims to model and simulate the concentration and viscosity gradient in proximity to the membrane and its effect on the flux by using COMSOL Multiphysics. Simulation of the concentration at the membrane surface is to be used to study different operational parameters effect on the flux at varying viscosities.
In this case, a clear dependence of flux on viscosity was established. For the molasses, there was little retention and the flux was mainly influenced by permeate viscosity. The KGM experiments resulted in permeate viscosity values independent of feed viscosity, the flux was however greatly influenced by increasing hydraulic membrane resistance with higher feed viscosity.
The viscosity effect on flux for molasses was successfully modelled in COMSOL. In the simulation, the concentration gradient in this case was found to have little effect on the flux. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Jordbruksgrödor används huvudsakligen som livsmedel, men som en konsekvens av en strävan efter ett mer fossilfritt samhälle sker ett ständigt sökande efter andra användningsområden, i synnerhet för biprodukter inom livsmedelssektorn. En sådan biprodukt från sockerindustrin är melass. Melass består mestadels av socker men också av bl.a. andra organiska föreningar och salter, och har traditionellt använts som djurfoder eller för fermentering med mikroorganismer. Ett fortsatt utvecklande av melass som råvara för dessa eller andra syften förutsätter ofta någon som av upprening eller separation av melassen. En metod som då kan användas är ultrafiltrering. Ultrafiltrering är en form av membranfiltrering och som alla tekniska separationsprocesser... (More)
- Jordbruksgrödor används huvudsakligen som livsmedel, men som en konsekvens av en strävan efter ett mer fossilfritt samhälle sker ett ständigt sökande efter andra användningsområden, i synnerhet för biprodukter inom livsmedelssektorn. En sådan biprodukt från sockerindustrin är melass. Melass består mestadels av socker men också av bl.a. andra organiska föreningar och salter, och har traditionellt använts som djurfoder eller för fermentering med mikroorganismer. Ett fortsatt utvecklande av melass som råvara för dessa eller andra syften förutsätter ofta någon som av upprening eller separation av melassen. En metod som då kan användas är ultrafiltrering. Ultrafiltrering är en form av membranfiltrering och som alla tekniska separationsprocesser syftar den till att dela upp ett material i dess olika beståndsdelar. Vid ultrafiltrering sker detta genom att en lösning som innehåller olika lösta ämnen eller partiklar under tryck strömmar längs med eller mot ett speciellt mycket finporigt membran. De partiklar som är tillräckligt små eller har därför lämplig geometri kommer då kunna ta sig igenom membranet medan övrigt material avskiljs. Två aspekter av särskilt stor betydelse när det gäller ultrafiltrering är viskositet, och koncentrationspolarisering. Viskositet är ett mått på hur trögflytande en vätska är och melass med sin tjocka sirapslika karaktär är således ett bra exempel på en vätska med hög viskositet. Koncentrationspolarisering innebär i det aktuella fallet att ett ämne koncentreras i en del av processen, i synnerhet vid membranets yta. Både en hög viskositet och en tydlig koncentrationspolarisering innebär vanligtvis att flödet genom membranet hämmas. Denna studie syftar till att undersöka detta samband vid ultrafiltrering av melass. Melass är ett ämne som består av många förhållandevis små partiklar. Partikelstorleken har stor betydelse vid membranfiltrering. Som jämförelse i denna studie utförs därför även vissa experiment med konjak-glukomannan, som är ett ämne bestående av långa grenade partiklar, inte olik cellulosa. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9134373
- author
- Bourghardt, Peter LU
- supervisor
- organization
- course
- KETM05 20231
- year
- 2023
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- ultrafiltration, viscosity, molasess, konjac glucomannan, comsol, LabStak M39, membrane, filtration, chemical engineering
- language
- English
- id
- 9134373
- date added to LUP
- 2023-08-17 08:58:51
- date last changed
- 2023-08-17 08:58:51
@misc{9134373,
abstract = {{This project aims to compare the effect of viscosity on flux for high viscosity liquids. The performance of two different viscous solutions was studied in a plate-and-frame membrane module. The solutions used were based on molasses, which is a liquid containing mainly low-molar mass components and konjac glucomannan (KGM) which is a substance with high molar mass. The change of the mass transport through the membrane (flux) during ultrafiltration of molasses and KGM as concentration (dry matter) was increased was investigated. The Alfa Laval RC70PP membrane and the Alfa Laval LabStak M39 equipment were used in the experiments.
Additionally, this study also aims to model and simulate the concentration and viscosity gradient in proximity to the membrane and its effect on the flux by using COMSOL Multiphysics. Simulation of the concentration at the membrane surface is to be used to study different operational parameters effect on the flux at varying viscosities.
In this case, a clear dependence of flux on viscosity was established. For the molasses, there was little retention and the flux was mainly influenced by permeate viscosity. The KGM experiments resulted in permeate viscosity values independent of feed viscosity, the flux was however greatly influenced by increasing hydraulic membrane resistance with higher feed viscosity.
The viscosity effect on flux for molasses was successfully modelled in COMSOL. In the simulation, the concentration gradient in this case was found to have little effect on the flux.}},
author = {{Bourghardt, Peter}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Investigation of flux dependence on viscosity in ultrafiltration}},
year = {{2023}},
}