| 초록 |
흡착과 탈착을 이용해 기체 혼합 물질을 분리하거나 특정 성분을 회수하는 공정인 Pressure Swing Adsorption(PSA)은 빠른 압력변화가 가능하므로 사이클시간이 보통 분단위 또는 초단위로 짧고, 낮은 에너지 소비와 낮은 전체 투자비용등 여러 가지 잇점 때문에 공기건조, 수소정제, 산소농축 등의 여러 분야에서 실제로 응용되어지고 있다. 흡착과정 중에서 흡착제 내부로의 물질 이동 속도를 측정하는 여러 가지 방법이 연구되고 사용되어져 왔다. 그 대표적인 예로 1)batch 시스템 상에서 흡착 전후의 농도와 압력을 측정하여 적절한 P-V-T 관계식을 사용하여 흡착량과 조성을 측정하는 방법인 uptake rate mesurement method와 2)평형흡착에 도달하기 전후의 무게를 측정하여 총흡착량을 구하여 이로 부터 물질전달계수를 구하는 gravimetric method와 그리고 3)혼합기체를 탑내부에 강흡착질이 전혀 없는 상태에서 흡착탑 내부로 강흡착질이 포함 된 유체를 step input 시킨 후 탑출구에서 얻어지는 파과곡선으로부터 물질전달영향을 측정하는 방법이있다. 이와 같이 지금까지는 압력과 속도가 고정되어 있는 상태에서 물질전달계수를 측정하여왔다. 그러나 PSA공정과 같이 흡착성분이 높은분율로 포함되어있는 기체혼합물이 원료로 사용되는 경우에는 조업과정에서 기체의 속도가 변해지기도 한다. 본 연구에서는 흡착과 탈착을 주기적으로 반복하는 PSA공정의 여러 스텝 중에서 압력과 속도가 변하는 단계에서 물질전달계수가 출구에서의 농도, 속도 및 압력등에 미치는 영향을 조사하였다. 이러한 스텝에 대하여 일정한 압력과 속도에서 구한 물질전달계수의 상관관계식인 k=aP-b를 이용해 전산모사한 결과와 압력과 속도가 변하는 경우의 실험값들과 비교하였다. 그리고 고압에서 저압으로 압력이 떨어지는 속도가 밸브의 개폐 조작에 의해 얼마나 영향을 받는지를 살펴보고 감압속도를 결정하였다.
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