실험실에서 일해 본 사람이라면 누구나 건조 용매가 얼마나 중요한지 배웠을 텐데, 바닥에 신비로운 분자 체가 들어 있는 용기는 항상 가득 차 있고, 그 용기가 재생된 적이 있다는 사실을 기억하는 사람은 아무도 없죠, 그렇죠? 이제 그 펠릿을 보충할 때가 된 것 같네요!

체(sieve)는 정말 훌륭한 발명품입니다. 3A 분자체 아세톤을 제외한 모든 일반적인 용매를 효과적으로 건조시킬 뿐만 아니라, 10-20% w/v 농도의 용매와 동등하거나 그 이상의 건조 효과를 발휘합니다. 또한 체와 용매가 들어 있는 용기는 발화 가능성이 현저히 낮으며, 정상적인 작동 상태를 유지하는 데 드는 비용도 훨씬 저렴합니다.

분자 체를 활성화하는 전체 과정은 다소 복잡해 보일 수 있습니다. 그래서 이번 글에서는 그 과정을 하나하나 자세히 설명해 드리겠습니다. 그럼 시작해 볼까요! 

분자 체란 무엇인가요?

분자체는 일정한 크기의 기공을 가진 투과성 물질입니다. 이 기공의 직경은 매우 작은 입자의 직경과 비슷합니다. 그 결과, 큰 분자는 이 기공을 통과할 수 없어 흡착되지만, 더 작은 입자는 통과할 수 있습니다.

입자 혼합물이 다공성 및 반고체 물질(체)로 채워진 고정층을 통과할 때, 질량이 가장 큰 입자가 먼저 빠져나가고, 그 뒤를 이어 분자량이 더 낮은 입자들이 따라나오는 경향이 있다. 이에 따라 이러한 분자체는 크로마토그래피에 유용하게 활용될 수 있다. 특정 종류의 분자체는 건조기 제조에 사용될 수 있다.

분자 체 물질의 용도에 따라 석유 산업 분야에서 가스 흐름을 건조하는 데 사용할 수 있습니다. 이 화학 물질을 이용해 다른 용매는 물론 강력한 건조제도 건조할 수 있습니다. 촉매 응용 분야에서는 이성질화, 알킬화, 에폭시화 반응을 촉매할 수 있습니다. 또한 스쿠버 다이버나 호흡 장비를 착용한 소방관들도 분자 체를 이용해 공급되는 공기를 여과할 수 있습니다.

분자 체를 활성화해야 하는 이유는 무엇일까요?

분자 체를 사용하기 전에 활성화(건조) 과정을 거쳐야 합니다. 손바닥에 분자 체를 소량 올려놓고 물 한 방울을 떨어뜨려 건조 상태인지 확인하십시오. 상당한 양의 열이 발생하면 건조된 것입니다. 활성화의 주된 목적은 기능을 강화하다 그리고 제품을 건조하고 안정된 상태로 유지하기 위해.

분자 체를 활성화하려면 무엇이 필요할까요?

소액 결제용

소량의 분자 체를 활성화할 때는 유량 제어 어댑터를 사용하고, 고진공 상태의 오일 배스에서 분자 체를 120 °C로 가열한 후 하룻밤 동안 방치하십시오(교반할 필요 없음). 아르곤을 다시 주입한 후 필요에 따라 사용하십시오. 분자 체에서 열이 발생하는지 정기적으로 확인하고, 필요 시 건조시키십시오.

산업용/대량

산업용으로 분자체(molecular sieve)를 활성화하려면, 고진공 상태에서 175 °C~315 °C의 온도로 가열해야 합니다.

분자 체의 활성화 과정

기존의 사이클 시스템에서 재생 과정은 분자 체 시트에서 흡착물을 제거하기 위해 가열 및 운반 가스를 이용한 퍼징을 수반합니다. 유체를 증발시키고 분자 체 외부의 침투열을 상쇄하기 위해서는 흡착물, 흡착제 및 용기의 온도를 높이기 위해 충분한 열을 공급해야 합니다. 

재생 과정에서는 베드 온도가 매우 중요합니다. 3A형의 경우, 일반적으로 175~260° 범위의 베드 온도가 사용됩니다. 가스 내에 올레핀이 많이 포함되어 있을 때, 이 낮은 온도 범위는 분자 체 기질에서의 중합을 제한합니다. 대부분의 올레핀 화합물은 저온에서 제거되므로, 적당한 가열을 권장합니다. 4A, 5A 및 13X 분자체에는 200~315 °C 범위의 온도가 필요합니다.

재생 후, 분자 체는 처리 대상 유체의 온도와 15° 이내의 온도까지 냉각되어야 합니다. 가장 이루어내는 간단한 방법 이는 가열에 사용되는 것과 동일한 가스 흐름을 사용하되, 열을 공급하지 않는 방식입니다. 가열 루프 동안 가스 흐름은 흡착으로 이어지는 일련의 과정을 거쳐야 하며, 냉각 사이클 전반에 걸쳐서는 (절차 흐름에 따라) 동시에 이루어져야 합니다. 퍼지 가스가 없는 경우, 소량의 분자체는 데시케이터와 같이 밀폐된 환경에서 서서히 냉각되는 오븐에서 건조할 수 있습니다.

활성화 절차

• 재생 주기에는 종종 감압 단계가 포함됩니다. 재생이 흡착 단계보다 낮은 압력에서 수행되는 경우, 감압이 필요합니다. 재생 가스는 생성 가스가 아니거나, N2, H2, CH4, 연료 가스 등 더 낮은 압력에서 공급 가능한 다른 가스일 수 있으므로, 이러한 감압은 다양한 이유로 발생할 수 있습니다. 또한 낮은 압력을 활용하면 재생에 필요한 에너지량을 줄일 수 있습니다.
• 배액은 분자 활성화의 두 번째 단계입니다. 가열 가스를 주입하기 전에, 배액 단계에서 흡착기 내의 모든 액체를 배액해야 합니다. 액체를 배출하는 데는 일반적으로 중력 유동을 이용합니다. 분자 체에 걸러지거나 흡착기 용기 외부에 남아 있는 소량을 제외하면, 배출 단계가 끝날 때쯤에는 사실상 모든 액체가 배출됩니다. 이 액체는 퍼징 단계에서 제거되는데, 이 단계에서는 1~2시간 동안 차가운 재생 가스를 주입하여 잔류 액체를 모두 제거합니다.
• 가열 공정은 용기에 뜨거운 재생 가스를 주입하는 것으로 시작됩니다. 열압력을 방지하기 위해 온도를 가열 온도까지 서서히 올립니다.
• 재생에 필요한 가열 에너지는 지정된 유량, 온도 및 유동 지속 시간을 갖는 고온 가스에 의해 공급됩니다.
• 온도가 상승함에 따라 분자체에 흡착된 오염 물질의 양은 감소합니다. 고온의 기체 흐름을 통과시키면 두 가지 효과가 나타납니다. 첫째, 온도가 상승함에 따라 오염 물질이 탈착되고, 둘째, 탈착된 오염 물질이 분자체 밖으로 배출됩니다. 오염 물질을 탈착시키기 위해서는 저온 상태에서 흡착기에 일정량의 열을 공급해야 합니다.
• 또한, 활성화 가스의 유량(또는 주기)이 너무 낮으면 재흡수 에너지가 부족하여 분자체 상층부에 침전물이 형성될 수 있습니다. 유동의 우세 방향 때문에 가스는 층류 상태에서 시트 전체를 통과하지 않고, 시트의 일부만을 통해 이동하게 됩니다. 이로 인해 침상 내부에 국부적인 침전물 축적이 발생할 수 있습니다.
• 가열 단계가 끝날 무렵 분자체는 활성화됩니다. 하지만 불순물은 완전히 제거되지는 않습니다. 그 균형 조건 가열이 끝날 무렵, 분자 체에서 관찰되는 열적 양상으로는 분자 체 내에 필연적으로 잔류 오염 물질이 남게 된다.
• 예를 들어, 생산 공정의 막바지에 새로운 분별기가 500°C~600°C에서 활성화되며, 이때 잔류 수분 함량은 매우 낮습니다(0.5% 미만). 이 잔류 불순물 함량은 재생 조건(온도, 시간, 유량 및 기타 공정 요인)과 분자체 사용 기간에 따라 결정됩니다. 그 결과, 다음 흡착 주기의 흡착 시간이 단축됩니다.

주의해야 할 사항

분자 체의 활성화 과정은 간단하지만, 가스와 열을 다룰 때는 각별히 주의해야 합니다. 사고를 일으키는 일은 절대 있어서는 안 됩니다. 

결론

분자체는 시중에서 가장 우수한 건조제입니다. 최상의 품질을 원하신다면, Jalon 바로 여러분에게 가장 적합한 선택입니다. 저희에게 연락해 주세요 또한 저희는 기꺼이 전문 지식을 제공해 드리겠습니다.