비대칭구조의 중공사 분리막을 이용한 기체분리에 대한 모델링 = Modelling of gas separation with asymmetric hollow fiber membrane

국문 초록 (Abstract)

근래 기후변화에 대한 국제적 이슈에 대응하기 위한 노력으로 화석에너지와 같은 전통적인 에너지원세어 친환경적인 재생에너지원에 대한 관심이 높아지고 있다. 지구온난화는 산업 활동에서 발생하는 온실가스가 주원인으로 지목되고 있으며 이를 해결하기 위해 국제적으로 저급에너지 활용기술을 확대하기 위한 노력을 하고 있다. 분리막 공정에서 기체분리 성능을 성공적으로 모사하여 평가하는 것은 실증 분리막 설계를 개선하는 데 중요한 부분을 차지하고 있다. 이러한 이유로 분리막 공정에서 기체 분리를 위한 분리성능 전산모사에 필요한 수학적 모델링에 많은 연구가 진행되고 있다. 기체 분리막에 대한 수학적 모델링은 Weller와 Steiner에 의해 2성 분계의 기체분리 모델이 처음으로 제안되었으며, Huckins와 Kammermeyer에 의해 다성분계 혼합기제 분리모델로 확장되었다. 이후 기체 분리막 구동방식에 대한 다양한 수학적 모델과 접근방법들이 제안되었다. 대칭 분리막에 대한 많은 연구가 발표되었지만, 비대칭 분리막에 대한 모델링 연구결과는 상대적으로 적은 실정이다. 본 연구에서는 바이오가스 고질화를 목적으로 비대칭 구조의 CA 중공사형 기체분리막 모듈에 대하여 분리 실험을 수행하고, 전산 모사를 통해 메탄과 이산화탄소의 분리거동을 실험데이터와 비교하였다. 메탄 고질화 분리막 공정의 전산모사를 위하여 유한차분법(Finite Difference Method)으로 향류 흐름에 대한 비대칭 분리막 모듈 내에서 메탄과 이산화탄소의 분리 거동 및 공정 변수에 따른 분리특성을 분석하는 연구를 수행하였다.