Abstract
Membranes are used to separate pure gas from gas mixtures. In this study, three different types of mass transport through a membrane were developed in order to investigate the gas separation capabilities of a membrane. The three different models typically used are a lumped model, a multi-cell model, and a discretization model. Despite the multi-cell model producing similar results to a discretization model, the discretization model was selected for this investigation, due to the cell number dependence of a multi-cell model. The mass transport model was then used to investigate the effects of pressure difference, flow rate, total exposed area, and permeability. The results showed that the pressure difference increased with the stage cut, but the selectivity was a trade-off for the increasing pressure difference. Additionally, even though permeability is an important parameter, the selectivity and stage cut of the membrane converged as permeability increased.
분리막을 이용한 탄화수소계 가스의 종 분리는 화학적 방법에 비해 공정 구성이 용이하고, 유지 보수가 쉬우며 또 경제성이 우수하다. 분리막 기술의 발전과 함께 다양한 응용이 가능하지만, 이를 위한 체계적인 공정 연구를 위한 해석 방법은 다양하지 않다. 본 연구에서는 상용 프로그램에서 제공하는 유저 루틴을 이용해 분리막의 공정 해석을 하기 위한 분리막 물질 전달 모델을 개발하였다. 모델 개발에서는 집중용량법, 다중 셀 기법, 그리고 차분형 모델링 기법을 비교하여 각각의 특징을 분석하였으며, 확장성과 정밀도가 우수한 차분형 모델링 기법을 최종 모델로 선정하였다. 선정모델을 이용해 분리막의 가스 투과율에 영향을 주는 인자인 투과율, 투과면적, 양단 압력차, 투과 유량 등에 대한 기초 해석을 수행하였다. 이를 통해 압력비가 높아지게 되면 투과율은 점진적으로 향상되지만, 실제 선택도는 압력비 상승에 대해 최적점이 존재함을 알 수 있으며, 투과율도 최적점이 존재하였다.
