KR101635452B1 - Hollow fiber membrane module and apparatus for gas-liquid mass transfer comprising the same - Google Patents

Hollow fiber membrane module and apparatus for gas-liquid mass transfer comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR101635452B1
KR101635452B1 KR1020140108882A KR20140108882A KR101635452B1 KR 101635452 B1 KR101635452 B1 KR 101635452B1 KR 1020140108882 A KR1020140108882 A KR 1020140108882A KR 20140108882 A KR20140108882 A KR 20140108882A KR 101635452 B1 KR101635452 B1 KR 101635452B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hollow fiber
gas
fiber membranes
fiber membrane
cap
Prior art date
Application number
KR1020140108882A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20160023082A (en
Inventor
장인섭
모하매드 야신
박신영
정예슬
Original Assignee
광주과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광주과학기술원 filed Critical 광주과학기술원
Priority to KR1020140108882A priority Critical patent/KR101635452B1/en
Publication of KR20160023082A publication Critical patent/KR20160023082A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101635452B1 publication Critical patent/KR101635452B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08Hollow fibre membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02Hollow fibre modules
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02Hollow fibre modules
    • B01D63/021Manufacturing thereof
    • B01D63/022Encapsulating hollow fibres

Abstract

본 발명에 따르면, 종래 기술의 가동설비 부분과 배양액 순환장치 부분을 생략함으로써, 에너지 필요량을 낮추면서도 특히 일산화탄소 발효에서 높은 기액 물질 전달을 보일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 기액 물질 전달 장치를 사용하는 경우, PVDF 막을 사용한 종래 기술에 비해 비생물적(abiotic) 조건에서 일산화 물질 전달율이 현저하게 향상될 수 있다.According to the present invention, by omitting the prior art movable facility part and the culture fluid circulating part, high gas-liquid mass transfer can be seen, especially in carbon monoxide fermentation, while lowering the energy requirement. In addition, when the gas-liquid mass transfer device according to the present invention is used, the mono-acid mass transfer rate under abiotic conditions can be remarkably improved as compared with the prior art using PVDF membranes.

Description

중공사막 모듈 및 이를 포함하는 기액 물질 전달 장치{Hollow fiber membrane module and apparatus for gas-liquid mass transfer comprising the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a hollow fiber membrane module and a gas-

본 발명은 중공사막 모듈 및 이를 포함하는 기액 물질 전달 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hollow fiber membrane module and a gas-liquid mass transfer device including the hollow fiber membrane module.

일반적으로 기액 물질 전달율을 향상시키기 위해 채택되는 다양한 전략에는 기액 계면의 면적을 높이는 방법, 다양하게 반응기 구조를 변화시키는 방법(Munasinghe and Khanal 2010), 독창적인 임펠러 디자인(Ungerman and Heindel 2007), 유체 흐름 패턴의 개선(Kumaresan and Joshi 2006), 교반 시간과 속도를 변화시키는 방법(Birch and Ahmed 1996), 그리고 마이크로 버블 분산기(dispersers)를 사용하는 방법(Kaster, Michelsen et al. 1990; Bredwell and Worden 1998; Worden and Bredwell 1998; Bredwell, Srivastava et al. 1999) 등이 있다.In general, various strategies adopted to improve the gas-liquid mass transfer rate include increasing the area of the gas-liquid interface, changing the reactor structure in various ways (Munasinghe and Khanal 2010), original impeller design (Ungerman and Heindel 2007) (Kumares and Joshi 2006), a method of changing agitation time and velocity (Birch and Ahmed 1996), and a method using microbubble dispersers (Kaster, Michelsen et al. 1990; Bredwell and Worden 1998; Worden and Bredwell 1998; Bredwell, Srivastava et al. 1999).

이와 같은 방법 중 대부분은 물질 전달을 위한 계면 표면적을 높이고, 부피 대비 교반기의 파워를 높여 버블 쪼개짐을 더욱 증가시키게 된다. Most of these methods increase the interface surface area for mass transfer and increase the power of the volume-to-volume agitator to further increase the bubble cleavage.

그러나, 이러한 방법은 높은 에너지 비용으로 인해 상업적 스케일로는 채택될 수 없는 문제가 있다. 더욱이 배양기 내의 높은 압력 때문에 미생물이 손상될 수 있다는 우려가 있다(Bredwell, Srivastava et al. 1999).However, there is a problem that such a method can not be adopted on a commercial scale due to high energy costs. Furthermore, there is concern that microbes may be damaged due to the high pressure in the incubator (Bredwell, Srivastava et al. 1999).

에너지 효율적인 물질 전달을 달성하기 위해서, 대안적인 바이오반응기 구조가 합성가스 발효(syngas fermentation)에 대해 연구되어 왔다(Bredwell, Srivastava et al. 1999; Munasinghe and Khanal 2010; Munasinghe and Khanal 2010). 이들 조사에서는 기액 부피 물질 전달 지수(volumetric mass transfer coefficient)를 예측함으로써 이러한 반응기 내부의 물질 전달 효율이 반응기 내 유체역학적 조건을 통해 관찰되었다(k L a).In order to achieve energy efficient mass transfer, alternative bioreactor structures have been studied for syngas fermentation (Bredwell, Srivastava et al. 1999; Munasinghe and Khanal 2010; Munasinghe and Khanal 2010). In these investigations, the mass transfer efficiency within the reactor was observed through hydrodynamic conditions in the reactor ( k L a ) by predicting the volumetric mass transfer coefficient.

이러한 반응기 중에는, 연속 교반 탱크 반응기(continuous stirred tank reactors, CSTR)가 높은 k L a 값을 보여주었으나, 높은 임펠러 회전 속도를 필요로 하여 많은 양의 에너지가 소모되게 된다(Bredwell, Srivastava et al. 1999). 높은 임펠러 속도는 큰 버블을 더욱 유리한 표면/부피 비율을 가지는 작은 버블로 효율적으로 쪼갤 수 있다. 작은 버블은 추가로 더욱 낮은 부양 속도(rise velocities)를 갖게 되므로, 액체와 접촉하는 시간이 더욱 길어진다.Among these reactors, continuous stirred tank reactors (CSTR) showed high k L a values, but they required high impeller rotation rates and consumed large amounts of energy (Bredwell, Srivastava et al. 1999). Higher impeller speeds can efficiently break large bubbles into small bubbles with more favorable surface / volume ratios. Small bubbles additionally have lower rise velocities, so that the contact time with the liquid becomes longer.

이와 같이, 마이크로버블 분산에서는, 극도로 작고 계면활성제에 의해 안정화된 버블이 높은 전단 영역에서 생성되어, k L a 값을 높일 수 있는 더욱 에너지 효율적인 방법을 제공하게 된다(Bredwell, Srivastava et al. 1999). 다만 비록 CSTR은 현재 널리 사용되는 반응기이지만 기본적으로 미생물(microobial)에 적용하기에는 적당하지 않은 한계를 지닌다.Thus, in microbubble dispersion, bubbles that are extremely small and stabilized by surfactants are generated in high shear zones, providing a more energy-efficient way to increase k L a (Bredwell, Srivastava et al. 1999 ). Although CSTR is currently a widely used reactor, it is basically unsuitable for microbial applications.

이는 합성가스 발효를 상업적으로 수행함에 있어 기질과 미생물 사이의 물질 전달을 높여야 하지만, 대형 반응기의 경우에는 교반기의 파워-부피 비율과 임펠러의 회전 속도를 높이는 데 과도한 동력 비용이 요구되므로 경제적으로 타당하지 않다(Bredwell, Srivastava et al. 1999).It is economically feasible to commercialize syngas fermentation to increase mass transfer between the substrate and the microorganism, but in the case of large reactors, the power-volume ratio of the agitator and the excessive power cost to increase the impeller rotation rate (Bredwell, Srivastava et al. 1999).

또한 미생물 생장을 위해서 필요한 기액 물질 전달을 제공하기 위해 요구되는 교반의 정도는 전단력에 민감한 미생물(shear sensitive microorganisms)에 손상을 줄 수도 있다(Chisti 1989).Also, the degree of agitation required to provide the necessary gas-liquid mass transfer for microbial growth may damage shear sensitive microorganisms (Chisti 1989).

CSTR은 또한, 짧은 수력학적 체류 시간에서 낮은 바이오매스 농도와 바이오매스의 배양 도중 세포가 계속 배양계 밖으로 유출되어 시간이 경과되면서 배양기 안의 세포 농도가 낮아지는 현상(wash out 현상)으로 인하여 성능에 제한이 있으며, 탱크의 직경이 증가함에 따라서 교반 탱크는 종종 저조한 교반 성능을 보이게 되는데, 이는 혼합과 물질 전달에서 보이는 불균일성이 반응 속도와 선택도에 심각한 차이를 유발 할 수 있는 다중상(multiphase reaction) 반응에 대해서 더욱 그러하다.The CSTR is also limited in performance due to the low biomass concentration at short hydrodynamic residence times and the cell concentration in the incubator being lowered over time as the cells continue to flow out of the culture system during biomass culture As the diameter of the tank increases, the stirring tank often exhibits poor agitation performance because of the multiphase reaction which can cause a significant difference in the reaction rate and selectivity .

현재까지 기액 물질 전달의 용도로 PVDF 막을 사용한 것은 Zhao 등이 유일하며(Zhao, Haddad et al. 2013), 이들은 1.36 h-1k L a 값을 보고하고 있으나, 이러한 값은 본 발명과 비교하여 현저히 낮은 수준에 불과하여, 이에 대한 큰 폭의 개선의 필요하다.To date, Zhao et al. Have used PVDF membranes for gas-phase mass transfer (Zhao, Haddad et al. 2013), which reported k L a values of 1.36 h -1 , It is only at a remarkably low level, and a large improvement is required.

Birch, D. and N. Ahmed (1996). "Gas sparging in vessels agitated by mixed flow impellers." Powder Technology 88: 3-38.Birch, D. and N. Ahmed (1996). "Gas sparging in vessels agitated by mixed flow impellers." Powder Technology 88: 3-38. Bredwell, M. D., P. Srivastava, et al. (1999). "Reactor design issues for synthesis-gas fermentations." Biotechnology Progress 15(5): 834-844.Bredwell, M. D., P. Srivastava, et al. (1999). "Reactor design issues for synthesis-gas fermentations." Biotechnology Progress 15 (5): 834-844. Bredwell, M. D. and R. M. Worden (1998). "Mass-Transfer Properties of Microbubbles. 1. Experimental Studies." Biotechnol. Prog.14: 31-38.Bredwell, M. D. and R. M. Worden (1998). "Mass-Transfer Properties of Microbubbles: 1. Experimental Studies." Biotechnol. Prog. 14: 31-38. Chisti, M. Y. (1989). AirliftBioreactors,Elsevier Science Publishing Co., Inc.Chisti, M. Y. (1989). Airlift Bioreactors, Elsevier Science Publishing Co., Inc. Kaster, J. A., D. L. Michelsen, et al. (1990). "Increased Oxygen Transfer in a yeast fermentation Using a Microbubble Dispersion." Applied Biochemistry and Biotechnology24(25): 169-484.Kaster, J. A., D. L. Michelsen, et al. (1990). "Increased Oxygen Transfer in a Yeast Fermentation Using a Microbubble Dispersion." Applied Biochemistry and Biotechnology 24 (25): 169-484. Kumaresan, T. and J. B. Joshi (2006). "Effect of impeller design on the flow pattern and mixing in stirred tanks." Chemical Engineering Journal 115(3): 173-193.Kumaresan, T. and J. B. Joshi (2006). "Effect of impeller design on the flow pattern and mixing in stirred tanks." Chemical Engineering Journal 115 (3): 173-193. Munasinghe, P. C. and S. K. Khanal (2010). "Biomass-derived syngas fermentation into biofuels: Opportunities and challenges." Bioresource Technology101(13): 5013-5022.Munasinghe, P. C. and S. K. Khanal (2010). "Biomass-derived syngas fermentation into biofuels: Opportunities and challenges." Bioresource Technology 101 (13): 5013-5022. Munasinghe, P. C. and S. K. Khanal (2010). "Syngas fermentation to biofuel: Evaluation of carbon monoxide mass transfer coefficient (kLa) in different reactor configurations." Biotechnology Progress26(6): 1616-1621.Munasinghe, P. C. and S. K. Khanal (2010). "Syngas fermentation to biofuel: Evaluation of carbon monoxide mass transfer coefficient (kLa) in different reactor configurations." Biotechnology Progress 26 (6): 1616-1621. Ungerman, A. J. and T. J. Heindel (2007). "Carbon monoxide mass transfer for syngas fermentation in a stirred tank reactor with dual impeller configurations." Biotechnol. Prog.23: 613-620.Ungerman, A. J. and T. J. Heindel (2007). "Carbon monoxide mass transfer for syngas fermentation in a stirred tank reactor with dual impeller configurations." Biotechnol. Prog. 23: 613-620. Wang, J. and W. Wan (2009). "Factors influencing fermentative hydrogen production: A review." International Journal of Hydrogen Energy34(2): 799-811.Wang, J. and W. Wan (2009). "Factors influencing fermentative hydrogen production: A review." International Journal of Hydrogen Energy 34 (2): 799-811. Worden, R. M. and M. D. Bredwell (1998). "Mass-Transfer Properties of Microbubbles. 2. Analysis Using a Dynamic Model" Biotechnol .Prog.14: 39-46.Worden, R. M. and M. D. Bredwell (1998). &Quot; Mass-Transfer Properties of Microbubbles. 2. Analysis Using a Dynamic Model "Biotechnol. Prog. 14: 39-46. Zhao, Y., M. Haddad, et al. (2013). "Performance of a Carboxydothermus hydrogenoformans-immobilizing membrane reactor for syngas upgrading into hydrogen." InternationalJournal of Hydrogen Energy38(5): 2167-2175.Zhao, Y., M. Haddad, et al. (2013). "Performance of a Carboxydothermus hydrogenoformans-immobilized membrane reactor for syngas upgrading into hydrogen." International Journal of Hydrogen Energy 38 (5): 2167-2175.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 종래 기술의 가동설비부분과 배양액 순환장치 부분을 생략함으로써, 에너지 필요량을 낮추면서도 특히 일산화탄소 발효에서 높은 기액 물질 전달을 보일 수 있는 기액 물질 전달 장치가 제공하고자 한다.DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a gas-liquid mass transfer device capable of exhibiting high gas-liquid mass transfer particularly in carbon monoxide fermentation, .

또한, 본 발명은 PVDF 막을 사용한 종래 기술에서 가동부(moving part)를 생략하면서도 일산화탄소 물질 전달율이 현저하게 향상될 수 있는 기액 물질 전달 장치를 제공함과 동시에 미생물의 생장과 산물 생산이 가능한 단순 구조(독립형 단일 구조)의 중공사막 생물 반응기를 제공한다. It is another object of the present invention to provide a gas-liquid mass transfer device capable of remarkably improving the carbon monoxide mass transfer rate while omitting a moving part in the prior art using a PVDF membrane, and to provide a simple structure capable of producing microorganisms and producing products Structure hollow fiber bioreactor.

또한, 본 발명은 가압을 위한 추가적인 가동장치 없이 반응기 내의 상층 공간부분(headspace)의 압력을 증가시켜 낮은 공급 압력에서도 높은 포화 용존 일산화탄소 값을 확보할 수 있는 기액 물질 전달 장치를 제공한다.The present invention also provides a gas-liquid mass transfer device capable of increasing the pressure of the headspace in the reactor without any additional moving device for pressurization, thereby ensuring a high saturated dissolved carbon monoxide value even at a low supply pressure.

본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 관통구가 있는 마개, (b) 상기 관통구를 관통하는 복수 개 중공사막을 포함하는 중공사막 모듈로서, 상기 복수 개 중공사막의 제1 끝단은 실링되어 있고, 상기 마개의 하단에서 상기 복수 개 중공사막의 제2 끝단까지의 부분은 외부 면이 실링되어 있으며, 상기 복수 개 중공사막의 상기 제2 끝단은 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a hollow fiber membrane module comprising: (a) a cap having a through-hole; and (b) a plurality of hollow fiber membranes penetrating the through-hole, wherein the first ends of the plurality of hollow fiber membranes are sealed Wherein the hollow fiber membrane module includes a plurality of hollow fiber membranes and a plurality of hollow fiber membranes. The hollow fiber membrane module according to claim 1, do.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 중공사막 모듈 및 기액 반응기를 포함하는 기액 물질 전달 장치로서, 상기 기액 반응기는 기체 투입구 및 기체 배출구를 포함하고, 상기 기체 투입구는 상기 마개가 끼워져 있고, 상기 마개의 상단에서 상기 제1 끝단까지 부분은 상기 기액 반응기 내부에 위치하고 상기 기체 배출구의 상기 매개 상단에는 배출관이 끼워져 있으며, 상기 마개의 하단에서 상기 제2 끝단까지 부분은 상기 기액 반응기 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 기액 물질 전달 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a gas-liquid mass transfer device including the hollow fiber membrane module and the gas-liquid reactor, wherein the gas-liquid reactor includes a gas inlet and a gas outlet, the gas inlet being fitted with the plug, Wherein a portion from the upper end to the first end is located inside the gas-liquid reactor, a discharge pipe is fitted to the intermediate upper end of the gas discharge port, and a portion from the lower end to the second end of the stopper is located outside the gas- Liquid-medium transferring device.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, (a) 복수 개 중공사막의 제1 끝단을 실링하는 단계, (b) 상기 복수 개 중공사막을 관통구가 있는 마개의 상기 관통구에 통과시키는 단계, (c) 상기 복수 개 중공사막의 다른 한쪽 끝 부분에 양쪽 개방된 튜브를 씌워 상기 마개의 아래 부분과 닿도록 한 후 상기 튜브 내에 실링제로 충진하여 경화시키는 단계, (d) 상기 복수 개 중공사막의 상기 다른 한쪽 끝 부분을 길이 방향과 수직으로 절단하여 상기 복수 개 중공사막에 개방단을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a hollow fiber membrane, comprising: (a) sealing a first end of a plurality of hollow fiber membranes; (b) passing the plurality of hollow fiber membranes through the through- (C) filling the tube with a sealing agent to cover the other end of the plurality of hollow fiber membranes with both opened tubes so as to come into contact with a lower portion of the cap, and (d) And forming an open end in the plurality of hollow fiber membranes by cutting one end portion in a direction perpendicular to the longitudinal direction.

본 발명의 여러 구현예에 따르면, 본 발명에 따르면, 종래 기술의 가동설비 부분과 배양액 순환장치 부분을 생략함으로써, 에너지 필요량을 낮추면서도 특히 일산화탄소 발효에서 높은 기액 물질 전달을 보일 수 있다.According to various embodiments of the present invention, by omitting the prior art movable facility portion and the culture fluid circulation portion, high gas-liquid mass transfer can be seen, especially in carbon monoxide fermentation, while lowering energy requirements.

본 발명에 따른 기액 물질 전달 장치를 사용하는 경우, PVDF 막을 사용한 종래 기술에 비해 비생물적(abiotic) 조건에서 일산화 물질 전달율이 현저하게 향상될 수 있으며 미생물의 생장과 산물 생산이 가능한 단순 구조의 증공사막 생물 반응기로도 활용될 수 있다.When the gas-liquid mass transfer device according to the present invention is used, the monodisperse mass transfer rate can be remarkably improved in the abiotic condition compared with the conventional technology using the PVDF membrane, It can also be used as a membrane bioreactor.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면 추가적인 가동장치 없이 작은 직경의 배출관을 이용해 배출량/유입량의 비율을 높임으로써 반응기 내부에서 가압 환경을 보이면서 낮은 공급 압력에서도 높은 포화 용존 일산화탄소 값을 보일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, by increasing the ratio of the amount of exhaust / inflow using a small-diameter discharge pipe without an additional moving device, the saturated saturated dissolved carbon monoxide value can be shown even at a low supply pressure while showing a pressurized environment inside the reactor.

본 발명은 특히 합성가스 처리시설, 기액 반응기, 바이오매스(non-food)의 기체화 처리 시설(예: 당분 발효를 통한 연료 및 화합물 생산 시설) 등에 활용될 수 있다.The present invention is particularly applicable to syngas processing facilities, gas-liquid reactors, non-food gasification treatment facilities (e.g., fuel and compound production facilities through sugar fermentation).

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 모듈이 제조과정을 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 기액 물질 전달 장치에 대한 개략도이다. 여기서 GR은 기체 레귤레이터, DPG는 디지털 압력 게이지, OVC는 상부(overhead) 증기 포집부를 나타낸다.
1 is a photograph showing a manufacturing process of a hollow fiber membrane module according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of a gas-liquid mass transfer device according to an embodiment of the present invention. Where GR is the gas regulator, DPG is the digital pressure gauge, and OVC is the overhead vapor trap.

본 발명의 일 측면은 (a) 관통구가 있는 마개, (b) 상기 관통구를 관통하는 복수 개 중공사막을 포함하는 중공사막 모듈에 관한 것이다.One aspect of the present invention relates to a hollow fiber membrane module including (a) a cap having a through-hole, and (b) a plurality of hollow fiber membranes penetrating the through-hole.

이때, 상기 복수 개 중공사막의 제1 끝단은 실링되어 있고, 상기 마개의 하단에서 상기 복수 개 중공사막의 제2 끝단까지의 부분은 외부 면이 실링되어 있으며, 상기 복수 개 중공사막의 상기 제2 끝단은 개방되어 있게 된다.At this time, the first end of the plurality of hollow fiber membranes is sealed, the outer surface of the portion from the lower end of the plug to the second end of the plurality of hollow fiber membranes is sealed, and the second end of the plurality of hollow fiber membranes is sealed, The end is open.

일반적으로 중공사막은 내강(lumen)을 포함하는 다공성 막으로서 내부에 길이 방향으로 비어 있는 터널을 포함하는 구조를 가진다. 한쪽 끝단이 실링되어 있다는 의미는 내강을 통해 막을 관통하여 기체가 투과될 수는 있도록 막 외부 면은 전혀 실링되지 않고, 다만 길이 방향의 내부 터널을 통해서 기체가 빠져나가는 것을 차단할 수 있도록 내부 터널 끝 부분만 막혀있도록 실링되어 있다는 의미이다.Generally, a hollow fiber membrane is a porous membrane including a lumen, and has a structure including a longitudinally empty tunnel inside. The term "sealed" at one end means that the outer surface of the membrane is not sealed at all, so that the gas can penetrate through the membrane through the lumen. However, in order to prevent the gas from escaping through the inner tunnel in the longitudinal direction, It means that only the seal is sealed.

일 구현에에 따르면, 상기 중공사막 모듈은 튜브를 추가로 포함하고, 상기 튜브는 상기 마개의 하단에서 상기 제2 끝단까지 부분을 둘러싸고 있으며, 상기 마개의 하단에서 상기 제2 끝단까지 부분은 상기 복수 개 중공사막 사이의 공간 및 상기 중공사막과 상기 튜브 사이의 공간이 실링되어 있다.According to one embodiment, the hollow fiber membrane module further comprises a tube, which surrounds the portion from the lower end to the second end of the plug, and the portion from the lower end to the second end of the plug has the plurality A space between the hollow fiber membranes and a space between the hollow fiber membranes and the tubes are sealed.

즉, 상기 마개를 중심으로 그 관통구를 통과한 중공사막의 윗 부분과 아랫 부분으로 나누어볼 때 윗 부분의 끝단은 위와 같이 내부 터널이 막히도록 실링되어 있고, 아랫 부분은 상기 마개의 하단에서 중공사막의 끝단까지의 부분은 기체가 내부 터널을 통해서만 이동할 수 있고 내강을 통해 막을 관통해서 밖으로 투과되지는 않도록 막의 외부면이 막혀있도록 실링되어 있게 된다.That is, when dividing the upper part of the hollow fiber membrane and the lower part of the hollow fiber membrane passing through the through-hole, the upper end of the upper part is sealed so that the inner tunnel is closed as described above, and the lower part is sealed in the hollow The portion up to the end of the desert is sealed so that the gas can only move through the inner tunnel and the outer surface of the membrane is clogged so that it is not permeated through the membrane through the lumen.

다른 구현예에 따르면, 상기 중공사막의 재질의 예에는 폴리피닐덴디플루오라이드(PVDF), 폴리스타이렌(PS), 폴리에테르술폰(PES), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리프로필렌(PP), 복합 중공사(CHF)가 포함되나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 마개의 재질의 예에는 실리콘 고무, 부틸 고무, 네오프렌 고무, 고니트릴 고무가 포함되며 이에 한정되지 않으나 가스투과성이 낮은 재료로 한정된다. 또한, 상기 튜브의 재질의 예에는 폴리우레탄(PU), 테프론(PTFE), 실리콘(silicone)이 포함되나, 이에 한정되지 않는다.According to another embodiment, examples of the material of the hollow fiber membrane include polyvinylidene difluoride (PVDF), polystyrene (PS), polyethersulfone (PES), polydimethylsiloxane (PDMS), polypropylene (PP) (CHF). ≪ / RTI > Examples of the material of the stopper include silicone rubber, butyl rubber, neoprene rubber, and high nitrile rubber, but are not limited thereto and are limited to materials having low gas permeability. Examples of the material of the tube include, but are not limited to, polyurethane (PU), polytetrafluoroethylene (PTFE), and silicone.

또 다른 구현예에 따르면, (상기 마개의 상단에서 상기 제1 끝단까지의 길이) / (상기 마개의 하단에서 상기 제2 끝단까지의 길이)의 비율은 1 내지 20일 수 있다.According to another embodiment, the ratio of (the length from the top end of the plug to the first end) / (the length from the bottom end of the plug to the second end) may be from 1 to 20.

상기 비율이 1 미만인 경우에는 좁은 기체 배출 영역으로 인해 배출 기체가 액체 내에서 다시 뭉쳐지고 결과적으로 기액 물질 전달율이 크게 저하될 수 있어 바람직하지 않고, 상기 비율이 20을 초과하는 경우에는 상단과 하단에서 배출되는 기체의 물질율이 달라져 기액 물질 전달 없이 배출되는 기체의 양이 급증하여 원료 기체 사용량이 크게 증가할 수 있어 바람직하지 않다.If the ratio is less than 1, it is not preferable because the narrow gas exhaustion region may cause the exhaust gas to aggregate again in the liquid and consequently the vapor-liquid mass transfer rate may be greatly deteriorated. If the ratio exceeds 20, The amount of gas discharged without gas-liquid mass transfer is increased due to a change in the material rate of the discharged gas, which may increase the amount of raw gas to be used.

본 발명의 다른 측면은 중공사막 모듈 및 기액 반응기를 포함하는 기액 물질 전달 장치에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a gas-liquid mass transfer device including a hollow fiber membrane module and a gas-liquid reactor.

상기 중공사막 모듈은 (a) 관통구가 있는 마개, (b) 상기 관통구를 관통하는 복수 개 중공사막을 포함하고, 상기 복수 개 중공사막의 제1 끝단은 실링되어 있고, 상기 마개의 하단에서 상기 복수 개 중공사막의 제2 끝단까지의 부분은 외부 면이 실링되어 있으며, 상기 복수 개 중공사막의 상기 제2 끝단은 개방되어 있으며, 그 외에도 본 발명의 여러 구현예에 따른 중공사막 모듈일 수 있다.Wherein the hollow fiber membrane module comprises: (a) a cap having a through-hole; (b) a plurality of hollow fiber membranes penetrating the through-hole, wherein a first end of the plurality of hollow fiber membranes is sealed, The hollow fiber membrane module according to any one of the embodiments of the present invention may further include a hollow fiber membrane module according to various embodiments of the present invention. have.

또한, 상기 기액 반응기는 기체 투입구 및 기체 배출구를 포함하는데, 상기 기체 투입구는 상기 마개가 끼워져 있어, 상기 마개의 상단에서 상기 제1 끝단까지 부분은 상기 기액 반응기 내부에 위치하고, 상기 마개의 하단에서 상기 제2 끝단까지 부분은 상기 기액 반응기 외부에 위치하게 된다.In addition, the gas-liquid reactor includes a gas inlet and a gas outlet, wherein the gas inlet is fitted with the stopper, the portion from the upper end to the first end of the stopper is located inside the gas-liquid reactor, And a portion up to the second end is located outside the gas-liquid reactor.

본 발명에서 기액 반응기란 기체와 액체 간 물질 전달 또는 그에 수반되는 물리적 또는 화학적 현상이 내부에서 발생할 수 있는 반응기를 의미하고, 반드시 화학반응이 일어나는 반응기만을 의미하는 것은 아니다.In the present invention, a gas-liquid reactor refers to a reactor in which a physical or chemical phenomenon involving mass transfer between a gas and a liquid or accompanying physical phenomenon can occur therein, and does not necessarily mean a reactor in which a chemical reaction occurs.

상기 제2 끝단은 기체 공급기와 연결되어 있어, 공급된 기체는 제2 끝단을 통해 중공사막의 내부 터널을 거쳐 기액 반응기 내로 이동하고, 내강을 거쳐 막의 공극을 통해 투과되어 나와 기액 반응기 내에 채워져 있는 액체와 만나게 된다.And the second end is connected to the gas supply unit so that the supplied gas moves through the inner end of the hollow fiber membrane into the gas-liquid reactor through the second end, passes through the cavity of the membrane through the inner lumen, .

일 구현예에 따르면, 상기 기액 반응기는 1개 이상의 액체 투입구 및 1개 이상의 액체 배출구를 추가로 포함할 수 있다.According to one embodiment, the gas-liquid reactor may further comprise at least one liquid inlet and at least one liquid outlet.

즉, 기체가 투입되고 배출되는 중간에 연속적으로 또는 간헐적으로 액체를 투입하고 배출시킬 수 있도록, 상기 기액 반응기는 액체의 투입구와 배출구를 각각 1개 이상 포함할 수도 있다.That is, the gas-liquid reactor may include at least one inlet and outlet of the liquid, respectively, so that the gas can be introduced and discharged continuously or intermittently in the middle of the gas being introduced and discharged.

본 발명의 또 다른 측면은 (a) 복수 개 중공사막의 제1 끝단을 실링하는 단계, (b) 상기 복수 개 중공사막을 관통구가 있는 마개의 상기 관통구에 통과시키는 단계, (c) 상기 복수 개 중공사막의 다른 한쪽 끝 부분에 양쪽 개방된 튜브를 씌워 상기 마개의 아래 부분과 닿도록 한 후 상기 튜브 내에 실링제로 충진하여 경화시키는 단계, (d) 상기 복수 개 중공사막의 상기 다른 한쪽 끝 부분을 길이 방향과 수직으로 절단하여 상기 복수 개 중공사막에 개방단을 형성시키는 단계를 포함하는 중공사막 모듈 제조방법에 관한 것이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a hollow fiber membrane, comprising the steps of: (a) sealing a first end of a plurality of hollow fiber membranes; (b) passing the plurality of hollow fiber membranes through the through- (B) filling the tube with a sealant so as to cover the other end of the plurality of hollow fiber membranes with the open tube so as to contact the lower portion of the cap, (d) And forming an open end in the plurality of hollow fiber membranes by cutting a portion of the hollow fiber membrane module in a direction perpendicular to the longitudinal direction.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면 상기 기액 반응기 내부에 위치한 상기 마개의 상단에서 기체 배출구는 둥근 형태의 작은 직경(10-4 내지 10-2 mm, 바람직하게는 5ㅧ10-4 내지 5ㅧ10-3 mm, 가장 바람직하게는 10-3 mm)을 가진 배출관을 이용하여 추가적인 가동 장치 없이 배출량/유입량의 비율을 높임으로써 반응기 내부에 가압 환경을 제공하여 높은 포화 용존 일산화탄소 값을 확보할 수 있다.
In accordance with another aspect of the invention the gas outlet from the top of the cap is located inside the gas-liquid reactor is a diameter of a round (10 -4 to 10 -2 mm, preferably 5 10-4 to 5 ㅧ ㅧ 10- 3 mm, most preferably 10 -3 mm) can be used to provide a pressurized environment inside the reactor by increasing the ratio of emissions / inflow without additional moving devices, thereby ensuring a high saturated dissolved carbon monoxide value.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 도면을 참조하여 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

우선, 본 발명은 중공사막 다발을 포함하는 기액 물질 전달용 모듈 및 이를 포함하는 기액 물질 전달 장치에 관한 것으로서, 기액 반응 장치, 특히 합성가스 또는 메탄 기체를 상온 상압에서 알코올 등으로 전환하기 위한 반응 장치로 사용될 수 있다.The present invention relates to a vapor-liquid mass transfer module including a hollow fiber membrane bundle and a gas-liquid mass transfer device including the vapor-liquid mass transfer module. More particularly, the present invention relates to a vapor-liquid mass transfer device, .

본 발명에 따른 기액 물질 전달 장치는 비한정적으로 도 2와 같은 구조를 가질 수 있고, 특히 기체 주입부 역할을 하는 중공사막 다발 포함 모듈은 비한정적으로 도 1과 같은 구조를 가질 수 있다.The gas-liquid mass transfer device according to the present invention may have a structure as shown in FIG. 2 without limitation, and in particular, the module including the hollow fiber membrane bundle serving as a gas injecting part may have a structure as shown in FIG.

도 1의 구조를 구체적으로 살펴보면, 한 다발을 형성하는 여러 개의 중공사막을 고무 스토퍼(stopper)를 관통하도록 구성시키고, 고무 스토퍼 아래 부분의 중공사막은 개방단으로 그대로 두는 한편, 고무 스토퍼 상부를 관통해서 나온 부분의 끝은 실링된 폐쇄단으로 구성한다.1, a plurality of hollow fiber membranes forming a bundle are configured to penetrate through a rubber stopper, the hollow fiber membrane at the lower portion of the rubber stopper is left as an open end, The end of the exposed part is composed of a sealed closed end.

이를 통해서, 고무 스토퍼 아래 부분의 개방단을 통해 중공사막으로 들어간 기체가 중공사막의 실링된 폐쇄단이 아닌 중공사막 표면의 공극(내강, lumen)을 통해서 배출되므로, 매우 균일하게 액상으로 기체를 배출시킬 수 있다는 장점이 있다.
As a result, the gas entering the hollow fiber membrane through the open end of the lower portion of the rubber stopper is discharged through the air gap (lumen) of the hollow fiber membrane surface rather than the sealed closed end of the hollow fiber membrane, .

이하에서는 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples and the like, but the scope and content of the present invention can not be construed to be limited or limited by the following examples. In addition, it is apparent that, based on the teachings of the present invention including the following examples, those skilled in the art can easily carry out the present invention in which experimental results are not presented specifically.

실시예Example

실시예 1a: 중공사 모듈 제조Example 1a: Fabrication of hollow fiber module

15개의 마이크로포러스 PVDF 중공사막(0.1 ㅅm 포어 사이즈, 1.2 mm OD, 0.7 mm ID, ECONITY사 제품)을 사용하였다. 모듈 제조는 도 1에 제시한 방법으로 진행되었으며, 필요한 수의 중공사막을 원하는 길이로 자르고, 한 쪽 끝을 에폭시와 경화제 혼합액(M, ITW, Devcon)으로 실링하였다(도 1의 1번). 에폭시와 경화제는 사용 직전 동일한 양으로 완전히 혼합하였다. 다른 쪽에는 중공사막을 서로 합하고 나서, 길이 방향이 아닌 두께 방향으로 기체가 막을 관통할 수 없도록 중공사막 다발의 외부에 M을 적용하여 외부 공극을 완전하게 밀폐시켰다(도 1의 2번). 위 상단과 하단의 에폭시 처리된 영역 사이에는 기체 투과 작용을 위해 남겨두었다. 실리콘 고무 스토퍼(도 1의 3번)를 중공사막 다발의 홀더로 사용하였다. 실리콘 고무 스토퍼를 통과한 중공사막 다발을 모아주는 potting의 역할(도 1의 4번)을 위해 투명한 폴리우레탄 튜브(16 mm OD, 12 mm ID, KPC, Korea Pneumatic, South Korea)를 사용하였다. 바닥의 폴리우레탄 튜브를 다시 M으로 충진시켜서(도 1의 5번), 기체가 중공사막 내강(lumen)을 통해서만 통과되도록 하였다. M을 완전하게 충진시키고 나서 충분한 시간을 두고 폴리우레탄 튜브 내 M이 완전히 경화될 수 있도록 하였다(도 1의 6번). 폴리우레탄 튜브와 중공사막 다발을 날카로운 커터로 절단하여 중공사막의 하단부가 개방단이 되도록 하였다(도 1의 7번). 개방단의 모습(도 1의 8번)과 최종 중공사 모듈의 모습(도 1의 9번)도 제공되었다.15 microporous PVDF hollow fiber membranes (0.1 mm, pore size, 1.2 mm OD, 0.7 mm ID, manufactured by ECONITY) were used. The module was manufactured by the method shown in FIG. 1, and the required number of hollow fiber membranes was cut to a desired length, and one end was sealed with a mixed solution of epoxy and hardener (M, ITW, Devcon) (No.1 in FIG. The epoxy and curing agent were thoroughly mixed in equal amounts just prior to use. After joining the hollow fiber membranes to the other side, M was applied to the outside of the hollow fiber membrane bundle so that the gas could not pass through the membrane in the thickness direction, not in the longitudinal direction, thereby completely sealing the outer pores (FIG. Between the upper and lower epoxy treated areas was left for gas permeation. A silicone rubber stopper (No. 3 in Fig. 1) was used as a holder for the hollow fiber membrane bundle. A transparent polyurethane tube (16 mm OD, 12 mm ID, KPC, Korea Pneumatic, South Korea) was used for the role of potting (No. 4 in FIG. 1) to collect the bundle of hollow fiber membranes through the silicone rubber stopper. The bottom polyurethane tube was again filled with M (FIG. 1, No. 5), allowing gas to pass through the lumen of the hollow fiber membrane only. After the M was completely filled, the M in the polyurethane tube was allowed to fully cure for a sufficient time (No. 6 in FIG. 1). The polyurethane tube and the bundle of hollow fiber membranes were cut with a sharp cutter so that the lower end of the hollow fiber membrane was an open end (No. 7 in FIG. 1). The appearance of the open end (No. 8 in FIG. 1) and the appearance of the final hollow fiber module (No. 9 in FIG. 1) were also provided.

이때, 상단의 실링된 부분과 실리콘 고무 스토퍼 상단 사이에 위치한 중공사막 부분(외부 면이 실링 처리되지 않은 부분)의 길이는 195 mm이었고(유효 면적은 As), 절단 후 폴리우레탄 내부에 모여진 중공사막의 길이는 50 mm이었다.At this time, the length of the hollow fiber membrane portion (the portion where the outer surface was not sealed) located between the upper sealed portion and the upper end of the silicon rubber stopper was 195 mm (effective area is As), and the hollow fiber membrane collected inside the polyurethane Was 50 mm in length.

실시예 1b: 전체 장치 구성Example 1b: Overall Device Configuration

전체 반응기 구조는 도 2에 제시한 바와 같다. 중공사막 바이오 반응기(hollow fiber membrane bioreactor, HFMBR)는 0.5 L (VL) 반응기 내 400 mL 탈이온수에 침지시켰다. 물 순환 탱크(Jeio Tech., VTRC-620)를 사용하여 자켓화된 글래스 쉘을 통해 물을 계속해서 순환시킴으로써 반응기 내부를 원하는 온도로 유지하였다(37 ℃). 부틸 러버 스토퍼(Bellco Glass, Inc.)를 사용하여 반응기 포트를 실링하여 반응기 내부로 산소가 통과되지 않도록 하였다. 반응기 내부에 단단하게 클램프로 고정된 실리콘 스토퍼를 이용하여 반응기의 상부와 하부를 차단시켰다. 디지털 압력 게이지(Cole-Palmer instrument Co., WZ-68935-18)를 이용하여 기체 흐름을 조절하고 정확한 CO 압력을 조절하였다. 한 방향 흐름을 유지하기 위하여 질소 라인에 체크 밸브를 설치하였다. 실린더에서 반응기로 기체 공급을 위해 Marprene tubing(Watson-Marlow Pumps Group)을 사용하였다. 상부 증기(overhead vapours)를 반응기 밖에 설치된 250 mL 파이렉스 유리병에 포집하였다. 폐가스는 반응기 상부의 실리콘 스토퍼를 관통하는 스테인리스 강관을 통해 배출되게 설치하였으며 폐가스 배출구는 fume hood의 배출 배관과 직접 연결하였다.The overall reactor structure is as shown in FIG. The hollow fiber membrane bioreactor (HFMBR) was immersed in 400 mL deionized water in a 0.5 L (VL) reactor. The inside of the reactor was maintained at the desired temperature (37 DEG C) by continuously circulating water through a jacketed glass shell using a water circulation tank (Jeio Tech., VTRC-620). The reactor port was sealed using a butyl rubber stopper (Bellco Glass, Inc.) to prevent oxygen from passing through the reactor. The top and bottom of the reactor were shut off using a silicon stopper tightly clamped inside the reactor. The gas flow was adjusted using a digital pressure gauge (Cole-Palmer instrument Co., WZ-68935-18) and the correct CO pressure was adjusted. A check valve was installed on the nitrogen line to maintain the flow in one direction. Marprene tubing (Watson-Marlow Pumps Group) was used for gas supply from the cylinder to the reactor. The overhead vapors were collected in a 250 mL Pyrex glass bottle installed outside the reactor. The waste gas was discharged through a stainless steel pipe through the silicon stopper at the top of the reactor, and the waste gas outlet was directly connected to the discharge pipe of the fume hood.

이렇게 제조된 장치의 A s /V L 은 27.5 m-1이었고, 막 투과 부분과 내강 통과 부분의 길이의 비율(Lu/Ld)은 3.9(=195/50)이었으며, 내강 관통 압력은 37.23 kPa로 조절하였다. 그 결과 k L a는 63.72 h-1로 측정되었다.This was the A s / V L of the prepared devices was 27.5 m -1, membrane permeation rate of the length of the lumen and pass portion (Lu / Ld) is 3.9 (= 195/50), the lumen through the pressure to 37.23 kPa Respectively. As a result, k L a was measured as 63.72 h -1 .

실시예 2 내지 6Examples 2 to 6

실시예 2 내지 6에서는 내강 관통 압력만 37.23, 68.94, 93.76 kPa로 각각 바꾸는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실험을 진행하였다. 그 결과 k L a는 각각 63.72, 88.56, 135.72 h-1로 측정되었다.In Examples 2 to 6, experiments were carried out in the same manner as in Example 1, except that only the luminal penetration pressure was changed to 37.23, 68.94, and 93.76 kPa, respectively. As a result, k L a was measured as 63.72, 88.56, and 135.72 h -1 , respectively.

실시예 7 내지 11Examples 7 to 11

실시예 7 내지 11에서는 A s /V L 의 값을 27.5, 45.9, 62.5 m-1로 각각 변화시키는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실험을 진행하였다. 그 결과 k L a는 각각 63.72, 102.96, 155.16 h-1로 측정되었다.Examples 7 to 11 In an experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that for each change in the value of A s / V L to 27.5, 45.9, 62.5 m -1. As a result, k L a was measured as 63.72, 102.96, and 155.16 h -1 , respectively.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1과 같이 진행을 하되, 폴리우레탄 튜브를 두지 않고, 중공사막을 합하여 외면 실링한 후 길이 방향에 수직하게 절단하여 개방단을 형성하여 실험을 진행하였다.The procedure of Example 1 was followed except that the polyurethane tubing was not added and the hollow fiber membranes were combined and outer sealed, and then cut perpendicularly to the longitudinal direction to form an open end.

그 결과, 초기 k L a 값은 67.2 h-1로 높게 유지되었으나, 상기 실시예 1 내지 11의 kLa 값이 최소 72 시간 동안 3% 범위 내로 유지되는 반면, 비교예 1에서는 72 시간 후 34% 가량 k L a 값이 떨어지는 내구성 문제를 확인하였다.As a result, the initial k L a remained high at 67.2 h -1 , but the kLa values of Examples 1 to 11 remained within the range of 3% for at least 72 hours, whereas in Comparative Example 1, the k L a remained at about 34% and the durability problem in which the k L a value is decreased is confirmed.

Claims (10)

(a) 관통구가 있는 마개, (b) 상기 관통구를 관통하는 복수 개 중공사막을 포함하는 중공사막 모듈로서,
상기 복수 개 중공사막의 제1 끝단은 실링되어 있고,
상기 마개의 하단에서 상기 복수 개 중공사막의 제2 끝단까지의 부분은 외부 면이 실링되어 있으며,
상기 복수 개 중공사막의 상기 제2 끝단은 개방되어 있고,
상기 중공사막 모듈은 튜브를 추가로 포함하며,
상기 튜브는 상기 마개의 하단에서 상기 제2 끝단까지 부분을 둘러싸고 있고
상기 마개의 하단에서 상기 제2 끝단까지 부분은 상기 복수 개 중공사막 사이의 공간 및 상기 중공사막과 상기 튜브 사이의 공간이 실링되어 있는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
A hollow fiber membrane module comprising: (a) a cap having a through-hole; (b) a plurality of hollow fiber membranes penetrating the through-
Wherein a first end of the plurality of hollow fiber membranes is sealed,
The outer surface of the portion from the lower end of the cap to the second end of the plurality of hollow fiber membranes is sealed,
Wherein the second ends of the plurality of hollow fiber membranes are open,
Wherein the hollow fiber membrane module further comprises a tube,
The tube surrounds the portion from the lower end to the second end of the stopper
Wherein a portion between the lower end of the cap and the second end portion is sealed between a space between the plurality of hollow fiber membranes and a space between the hollow fiber membrane and the tube.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 중공사막의 재질은 폴리피닐덴디플루오라이드(PVDF), 폴리스타이렌(PS), 폴리에테르술폰(PES), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리프로필렌(PP), 복합 중공사(CHF) 중에서 선택되고;
상기 마개의 제질은 실리콘 고무, 실리콘 고무, 부틸 고무, 네오프렌 고무, 고니트릴 고무 중에서 선택되며;
상기 튜브의 재질은 폴리우레탄(PU), 테프론(PTFE), 실리콘(silicone) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
The method of claim 1, wherein the material of the hollow fiber membrane is selected from the group consisting of polyvinylidene difluoride (PVDF), polystyrene (PS), polyethersulfone (PES), polydimethylsiloxane (PDMS), polypropylene (PP) CHF);
The material of the plug is selected from silicone rubber, silicone rubber, butyl rubber, neoprene rubber, and high nitrile rubber;
Wherein the material of the tube is selected from the group consisting of polyurethane (PU), polytetrafluoroethylene (PTFE), and silicone.
제1항에 있어서, (상기 마개의 상단에서 상기 제1 끝단까지의 길이) / (상기 마개의 하단에서 상기 제2 끝단까지의 길이)의 비율은 1 내지 20인 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.The hollow fiber membrane module according to claim 1, wherein the ratio of the length from the upper end of the plug to the first end / (the length from the lower end of the plug to the second end) is 1 to 20. 중공사막 모듈 및 기액 반응기를 포함하는 기액 물질 전달 장치로서,
상기 중공사막 모듈은 (a) 관통구가 있는 마개, (b) 상기 관통구를 관통하는 복수 개 중공사막을 포함하고,
상기 복수 개 중공사막의 제1 끝단은 실링되어 있고,
상기 마개의 하단에서 상기 복수 개 중공사막의 제2 끝단까지의 부분은 외부 면이 실링되어 있으며,
상기 복수 개 중공사막의 상기 제2 끝단은 개방되어 있으며,
상기 기액 반응기는 기체 투입구 및 기체 배출구를 포함하고,
상기 기체 투입구는 상기 마개가 끼워져 있고,
상기 기체 배출구의 상기 마개 상단에는 배출관이 끼워져 있고,
상기 마개의 상단에서 상기 제1 끝단까지 부분은 상기 기액 반응기 내부에 위치하고,
상기 마개의 하단에서 상기 제2 끝단까지 부분은 상기 기액 반응기 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 기액 물질 전달 장치.
A vapor-liquid mass transfer device comprising a hollow fiber membrane module and a gas-liquid reactor,
The hollow fiber membrane module includes (a) a cap having a through-hole, (b) a plurality of hollow fiber membranes penetrating the through-hole,
Wherein a first end of the plurality of hollow fiber membranes is sealed,
The outer surface of the portion from the lower end of the cap to the second end of the plurality of hollow fiber membranes is sealed,
The second end of the plurality of hollow fiber membranes is open,
The gas-liquid reactor includes a gas inlet and a gas outlet,
Wherein the gas inlet is fitted with the plug,
A discharge pipe is fitted in the upper end of the cap of the gas discharge port,
Wherein a portion from an upper end of the cap to the first end is located inside the gas-liquid reactor,
Wherein a portion from the lower end to the second end of the cap is located outside the gas-liquid reactor.
제5항에 있어서, 상기 기액 반응기는 1개 이상의 액체 투입구 및 1개 이상의 액체 배출구를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기액 물질 전달 장치.6. The gas-liquid mass transfer apparatus according to claim 5, wherein the gas-liquid reactor further comprises at least one liquid inlet and at least one liquid outlet. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 중공사막 모듈은 튜브를 추가로 포함하고,
상기 튜브는 상기 마개의 하단에서 상기 제2 끝단까지 부분을 둘러싸고 있으며,
상기 마개의 하단에서 상기 제2 끝단까지 부분은 상기 복수 개 중공사막 사이의 공간 및 상기 중공사막과 상기 튜브 사이의 공간이 실링되어 있는 것을 특징으로 하는 기액 물질 전달 장치.
7. The hollow fiber membrane module of claim 5 or 6, wherein the hollow fiber membrane module further comprises a tube,
The tube surrounding a portion of the plug from the lower end to the second end,
Wherein a portion between the lower end of the cap and the second end is sealed between the hollow fiber membranes and a space between the hollow fiber membrane and the tube.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 중공사막의 재질은 폴리피닐덴디플루오라이드(PVDF), 폴리스타이렌(PS), 폴리에테르술폰(PES), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리프로필렌(PP), 복합 중공사(CHF) 중에서 선택되고;
상기 마개의 제질은 실리콘 고무, 실리콘 고무, 부틸 고무, 네오프렌 고무, 고니트릴 고무 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 기액 물질 전달 장치.
The method of claim 5 or 6, wherein the material of the hollow fiber membrane is selected from the group consisting of polyvinylidene difluoride (PVDF), polystyrene (PS), polyethersulfone (PES), polydimethylsiloxane (PDMS) Mixed hollow fibers (CHF);
Wherein the material of the cap is selected from silicone rubber, silicone rubber, butyl rubber, neoprene rubber, and high nitrile rubber.
제5항 또는 제6항에 있어서, (상기 마개의 상단에서 상기 제1 끝단까지의 길이) / (상기 마개의 하단에서 상기 제2 끝단까지의 길이)의 비율은 1 내지 20인 것을 특징으로 하는 기액 물질 전달 장치.The method of claim 5 or 6, wherein the ratio of the length from the upper end of the plug to the first end / (the length from the lower end of the plug to the second end) is 1 to 20 Gas-liquid mass transfer device. (a) 복수 개 중공사막의 제1 끝단을 실링하는 단계,
(b) 상기 복수 개 중공사막을 관통구가 있는 마개의 상기 관통구에 통과시키는 단계,
(c) 상기 복수 개 중공사막의 다른 한쪽 끝 부분에 양쪽 개방된 튜브를 씌워 상기 마개의 아래 부분과 닿도록 한 후 상기 튜브 내에 실링제로 충진하여 경화시키는 단계,
(d) 상기 복수 개 중공사막의 상기 다른 한쪽 끝 부분을 길이 방향과 수직으로 절단하여 상기 복수 개 중공사막에 개방단을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈 제조방법.
(a) sealing a first end of a plurality of hollow fiber membranes,
(b) passing the plurality of hollow fiber membranes through the through-hole of a cap having a through-hole,
(c) placing both open tubes on the other end of the plurality of hollow fiber membranes so as to come into contact with the lower portion of the plug, filling the tube with a sealing agent and curing the same,
(d) cutting the other end of the plurality of hollow fiber membranes perpendicularly to the longitudinal direction to form open ends in the plurality of hollow fiber membranes.
KR1020140108882A 2014-08-21 2014-08-21 Hollow fiber membrane module and apparatus for gas-liquid mass transfer comprising the same KR101635452B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140108882A KR101635452B1 (en) 2014-08-21 2014-08-21 Hollow fiber membrane module and apparatus for gas-liquid mass transfer comprising the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140108882A KR101635452B1 (en) 2014-08-21 2014-08-21 Hollow fiber membrane module and apparatus for gas-liquid mass transfer comprising the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160023082A KR20160023082A (en) 2016-03-03
KR101635452B1 true KR101635452B1 (en) 2016-07-01

Family

ID=55535153

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140108882A KR101635452B1 (en) 2014-08-21 2014-08-21 Hollow fiber membrane module and apparatus for gas-liquid mass transfer comprising the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101635452B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112191106A (en) * 2020-09-10 2021-01-08 华东师范大学 Hydrophobic and breathable composite membrane and preparation method and application thereof
KR102448521B1 (en) * 2020-11-26 2022-09-28 고등기술연구원연구조합 Fiber membrane module of membrane contactor and manufacturing method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000084375A (en) 1998-09-08 2000-03-28 Toray Ind Inc Hollow fiber membrane module and treatment of water
JP2011235205A (en) * 2010-05-06 2011-11-24 Clear System Co Ltd Hollow fiber membrane module and method for removing filtration residue of the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130044558A (en) * 2011-10-24 2013-05-03 삼성물산 주식회사 Membrane bio-reactor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000084375A (en) 1998-09-08 2000-03-28 Toray Ind Inc Hollow fiber membrane module and treatment of water
JP2011235205A (en) * 2010-05-06 2011-11-24 Clear System Co Ltd Hollow fiber membrane module and method for removing filtration residue of the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160023082A (en) 2016-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Orgill et al. A comparison of mass transfer coefficients between trickle-bed, hollow fiber membrane and stirred tank reactors
US8198055B2 (en) Process for converting syngas to liquid products with microorganisms on two-layer membrane
Trad et al. Development of a submerged anaerobic membrane bioreactor for concurrent extraction of volatile fatty acids and biohydrogen production
Yasin et al. Effect of internal pressure and gas/liquid interface area on the CO mass transfer coefficient using hollow fibre membranes as a high mass transfer gas diffusing system for microbial syngas fermentation
US20090286296A1 (en) Submerged membrane supported bioreactor for conversion of syngas components to liquid products
US9499290B2 (en) Stationary bubble reactors
BRPI1007417B1 (en) apparatus and method for continuously producing hydrogen or hydrogen and methane from organic waste
EP3555258B1 (en) Membrane bioreactor for biological upgrading of biogas and conversion of co2 to methane
Ylitervo et al. Membrane bioreactors’ potential for ethanol and biogas production: a review
CA2941910C (en) An aerated biofilm reactor fibre membrane
KR101635452B1 (en) Hollow fiber membrane module and apparatus for gas-liquid mass transfer comprising the same
Jaibiba et al. Working principle of typical bioreactors
Elisiário et al. Membrane bioreactors for syngas permeation and fermentation
Ghoreyshi et al. Enhanced bioethanol production in batch fermentation by pervaporation using a PDMS membrane bioreactor
CN109321444B (en) Method for preparing hydrogen alkane gas by down-flow two-step anaerobic fermentation and biofilm reactor
CN201272805Y (en) Novel fermentation tank
Gumery et al. Characteristics of local flow dynamics and macro-mixing in airlift column reactors for reliable design and scale-up
Xu et al. Long-Term Continuous Extraction of Medium-Chain Carboxylates by Pertraction With Submerged Hollow-Fiber Membranes
Yang et al. Pulse shear stress for anaerobic membrane bioreactor fouling control
Lebranchu et al. Pilot-scale biomethanation of cattle manure using dense membranes
WO2019167956A1 (en) Hydrogen gas production method, hydrogen gas production system, and hydrogen gas and methane production system
KR102179144B1 (en) Apparatus for removing foam produced during microbial culture and method of using the same to remove foam
Gryta Effect of flow-rate on ethanol separation in membrane distillation process
CN107473383B (en) Device and method for treating ammonia nitrogen wastewater
JP2009082029A (en) Membrane bioreactor for continuously producing valuable resources through fermentation

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190401

Year of fee payment: 4