0. 아래 1~4까지의 문항은 제가 상세설계를 위해 찾아본 자료 및 과정과 저의 생각을 나타내고 있습니다. 시간이 부족하시거나 글이 너무 난잡하다 싶으신 분들은 맨 아래 있는 5번 문항으로 내려가시면 됩니다. 감사합니다.

1. Heuristic design of pressure swing adsorption a preliminary(Elsevier 출판)이라는 서적에서 para 3.1에 Selection of adsorbent을 확인해보면 Langmuir isotherm and a linear isotherm인 Henry’s constants와 kinetically controlled process의 factor를 이용한 separation factor(α)를 통해 adsorbent를 선택할 수 있다고 나와있습니다.

하지만 이 방법은 특정 순간에 따라 α의 값이 달라질 뿐만 아니라, 어떤 adsorbent가 어느 상황에서 어떤 α값을 가지고 있는지 나타나 있지 않기 때문에 실질적으로 상세설계(어떤 Desiccant를 몇kg이나 사용해야 하는지)를 하기에는 무리가 있습니다.

2. 흡착 등온식은 특정 압력, 특정 온도, 흡착제 자체의 물성치 등의 상수들을 실험을 통해 뽑아내어 공식을 완성하고, 흡착제가 흡착할 수 있는 물질의 양을 예측할 수 있는 편리한 공식입니다.(각 흡착 등온식마다 제한조건이나 어떤 상황에 더 적합한지에 대한 내용은 제쳐두겠습니다.) 하지만 그 어떤 흡착제 제조 회사들은 흡착등온식에 사용 될 수 있는 상수들을 알려주지 않습니다. 예를들면 BASF의 F-200 Data Sheet를 확인해 보면 Surface Area, Total Pore Volume, Packed Bulk Density, Crush Strength, Adrasion Loss, Composition정도만 나와있는걸 알 수 있습니다.

이 Data를 통해 무게나 제한 압력, 그리고 Pressure Swing Adsorption cycle Time등을 예상할 수는 있지만 마찬가지로 어떤 흡착제를 얼마나 사용해야 하는지에 대한 상세설계를 위한 자료로 사용하기에는 부적합합니다.

3. 개인적으로 생각한 방법은 경험, 즉 trial and error입니다. 현재 대중화 되어 있는 Pressure Swing Adsorption 공정의 Pilot Plant를 운행하여 어떤 흡착제의 흡착등온식을 완성시키는 것입니다. 하나의 흡착제에 수백 수천번의 테스트를 거친다면 제조사에서 알려주지 않는 상세한 Data를 뽑아내고, 실제 상세 설계를 위한 데이터로 사용할 수 있을 것 같습니다. 하지만 여러가지 현실적인 이유로 불가능한 방안이기도 하고, 이미 대중화 되어 있는 PSA 공정이기에 의미도 부족할 것 같습니다.

4. 우연히 입수한 Desiccant 설계 계산 엑셀 시트가 있습니다. 이 시트에서는 위에서 설명한 Activated alumina와 Molecular sieves를 이용한 자료입니다. 이 계산 시트를 통해 실질적인 Desiccant 양을 구할 수 있습니다.
하지만 이 엑셀 시트에도 문제점이 있습니다.
Activated alumina 와 Molecular sieves의 비율선택을 위한 가이드가 없다는 점(보통 Operating Temp. 가 40℃ 기준으로 높아질수록 Molecular sieves가 높게 사용된다라고 하는데, 뒷받침 할만한 자료는 찾지 못하였습니다.), 그리고 PSA 공정에서 필요한 Recovery 단계에 사용될 Required Purge Volume를 특정할 방법이 없다는 것입니다. 물론 Required Purge Volume를 계산하는 방법이 이 엑셀 시트에 있지만, 가장 중요한 Purge Flow Factor라고 불리는 상수를 알 수 있는 방법이 없습니다.(아마 각 흡착제마다 Dew Point, Pressure, Temperature 등의 사용조건에 따라 달라지는 인수라고 예상하고 있습니다.)
그래서 현재는 이전에 사용하고, 실제로 적용하여 설계 및 시공 하였던 여러 자료들을과 이 엑셀 시트를 비교 대조하여 두 흡착제 비율과 Purge Flow Factor 를 예측하고 마진을 주어 상세설계를 하고 있는 실정입니다.

5. 이렇게 여러가지 방법을 찾아보고 궁구하였지만 뒷받침 될만한 근거, 연구 논문, 설계 자료 등을 통한 상세설계 방법을 찾지 못한 실정입니다. 그래서 혹여 Pressure Swing Adsorption 공정을 이용한 흡착제의 종류(여기서는 압축공기에서 H2O 제거를 위한 흡착제 입니다.) 및 사용되는 양(kg)을 설계할 수 있는 방법을 구하고자 질문 드립니다.

긴글 읽어주셔서 감사합니다.