Nitrogen-Oxygen Separation Characteristics by Polyimide Membrane System for Controlled Atmosphere Storage

CA저장을 위한 폴리이미드 막 시스템의 질소-산소 분리특성

Polyimide membrane system was designed for manufacturing nitrogen-enriched gas, and basic technical data was suggested for appling this system to controlled atmosphere storage. The permeability characteristics of pure oxygen and nitrogen could be explained by dual-mode sorption model. There was substantial decrease in the permeation rates of oxygen, which is the more permeable gas, through the polyimide membrane due to the presence of nitrogen in comparison with pure oxygen. However, the permeation rates of nitrogen was increased by the presence of oxygen. The ideal separation factor was in the range of 5 to 6 in the range of temperature and pressure difference studied, and the separation factor of air was lower than the ideal separation factor. The increase of ideal separation factor with increasing temperature is due to the fact that the activation energy for oxygen is larger than that for nitrogen. Nitrogen concentration decreased rapidly with increasing product recovery, and it was found that this is a major operating factor to obtain nitrogen concentration required for controlled atmosphere storage. A relation equation, by which nitrogen concentration in storehouse can be predicted, was suggested under the establishment of a hypothetical model for controlled atmosphere storage process using polyimide membrane system.

폴리이미드 고분자막을 사용한 질소부하 장치를 설계하고, 이를 CA 저장에 활용하기 위한 기술적 기본 데이터를 제시하였다. 순수 산소 및 질소의 투과특성은 dual-mode sorption 모델로서 설명될 수 있었으며, 공기 중의 산소의 투과율은 공기 중에 존재하는 질소의 영향으로 순수 산소의 투과율에 비해 크게 감소하나, 공기 중의 질소의 투과율은 산소의 영향으로 순수 질소의 투과율에 비해 증가하였다. 수행한 압력 및 온도 범위 내에서 이상분리인자는 5에서 6 사이의 값을 나타내었으며, 공기의 분리인자는 이상분리인자보다 작은 값을 나타내었다. 산소의 투과활성화에너지가 질소의 투과 활성화에너지보다 커서 이상분리인자는 온도가 증가함에 따라 증가하였다. 제품회수율이 증가함에 따라 농축부의 질소농도는 급격히 감소하였으며, 이로부터 제품회수율은 CA 저장고에서 요구되는 질소농도를 얻기 위한 주요 조업인자임을 알 수 있었다. Polyimide 막 시스템을 이용한 CA 저장 공정의 가상적인 모형을 설정하고, 시스템의 조업시간에 따른 저장고의 질소농도를 예측할 수 있는 관계식을 제시하였다.