본 연구에서는 불과 함께 에스테르화 반응물 및 생성물 일부가 친수성 막을 투과하는 비완전 분리를 고려한 투과증발-촉진 에스테르화 반응모델을 확립하였으며, 이 모사모델에 막 분리 효율 및 물 제거능력을 설명하는 항들을 포함시킴으로써 막 투과분리가 에스테르화 반응에 어떻게 영향을 끼치는가를 공정모사를 통해서 체계적으로 살펴보았다. 모사결과 막을 통한 비완전 분리 즉, 분리막을 통한 반응물의 투과는 역반응을 유발시켜 전체 반응을 지연시키며 그 결과 반응 전 환율은 투과증발 공정을 사용하지 않은 반응보다는 높으나 물에 대한 완전한 투과선택도를 갖는 투과증발 공정을 사용하는 반응시스템보다는 낮음을 알 수가 있었다. 반응 시스템 내에서 장착된 막을 통한 투과로 인한 반응부피의 변화가 반응 속도에 끼치는 영향을 살펴보았는데 반응 초기에는 반응물 농축효과가 지배적이어서 반응을 촉진시키며, 반응이 진행되어 생성물이 형성됨에 따라 생성물 농축효과가 점점 중요해지고 이 효과가 반응의 속도를 감소시킴을 알 수가 있었다. 에스테르화 반응공정 중에 투과증발공정을 적용하는 시점에 따라 반응속도, 반응 전화율이 달라짐을 공정모사를 통해 관찰하였다. 반응 모델 식으로부터 분리막의 성능과 반응 인자들 간의 상관관계는 확립하고 이 상관관계를 주어진 막 분리능력 하에서 반응 인자 조건 설정, 혹은 주어진 반응조건 하에서 막 분리능력을 설계하는 도구로 사용할 수 있다.

유기용매의 탈수화 공정의 거동을 예측할 수 있는 투과증발 판틀형 모듈에 대한 전산모사 모델을 확립하였는데 이는 공정의 분석 및 최적화의 도구로 사용할 수 있다. 확립한 모델은 물질, 열 및 농도 수지식으로 이루어졌으며 유한요소법의 수치해석을 사용하여 각 투과 특성들은 계산하였다. 본 전산모사에서는 모듈내 각 두개의 막 사이에 있는 단일 공급유로를 기본 미분단위부피로 사용함으로써 계산과정을 단순화하초 계산시간을 단축할 수가 있었다. 또한 모델식에 각 파라메타들을 실제 공정에서 직접 구하여 사용함으로써 공정모사의 정확성을 얻을 수가 있었다. 모사모델의 타당성을 화인하기 위해서 에탄올/물 혼합물을 모델 혼합물로 선정하여 상업 투과막인 AzeoSepTM-2002를 통한 투과실험을 행하여 각 투과 특성들을 얻었으며 얻은 이들 값들과 모사 모델식으로부터 계산된 값들과 비교한 결과 서로 잘 일치함을 보여 본 모사모델의 타당성을 입증하였다. 또한 모사모델을 사용하여 연속식 및 회분식 투과공정에서의 에탄을 탈수 공정을 모사하였는데 모사 결과들은 공정 분석 및 최적화를 위한 기본자료로 활용할 수 있다. 본 연구에서는 모사결과를 토대로 회분식 공정과 연속식 공정을 비교 분석하였다.

비다공성막을 통한 기체 투광성분의 투과 transient와 투과 조성을 on-line 방식으로 측정할 수 있는 기체 투과장치를 개발하였다. 측정은 연속흐름방식으로 이루어지며 측정한 투과 transien로부터 여러 가지의 투과특성, 즉, 투과계수, 확산계수, 용해계수 등을 동시에 평가할 수 있다. 잘 알려진 유리상 고분자인 두 가지 폴리이드막과 고무상의 고분자인 실리콘막을 선택하여 여러 가지의 기체투과 특성들을 측정하여 문헌치와 비교함으로써 투과장치 및 측정방법에 대한 신뢰성, 정확성을 확인하였다. 또한 측정한 투과 transient를 분석함으로써 막을 통한 기체 투과거동을 좀더 자세하게 다양하게 분석할 수가 있다.

일반적으로 투과증발 막분리 공정에서 막상부 압력은 상압 부근에서 설정되며 막하부 압력은 투과성분의 포화증기압 보다 낮게 유지하므로써 막을 통한 물질 투과가 일어난다. 이중에 하부압력은 막공정의 추진력과 밀접한 관련이 있다. 즉, 막하부의 조건에 따라 막공정의 추진력이 결정되며 또한 막내부의 상구배가 달라진다. 그러므로 막하부의 공정조건은 막의 투과 분리특성을 결정하는 매우 중요한 제어대상이 된다. 많은 연구자들이 막하부 압력에 따른 투과속도 및 선택도 변화에 대한 연구를 진행해왔는데 이들 대부분은 막하부 압력을 투과공정의 추진력과 관련을 지어 투과 분리거동을 설명하였으며 1980년 후반 이후부터 유체역학 관점에서 막하부 압력이 투과특성에 끼치는 영향을 검토하기 시작하였다. 본 장에서는 막하부 압력이 막투과 분리 특성에 끼치는 영향에 대한 이해를 돕고자 발표된 연구 내용을 토대로 하여 투과증발 막분리 공정에서 막하부 압력의 중요성을 간략하게 정리해 보았다.

비다공성막을 통한 투과성분의 투과속도와 투과 조성을 on-line방식으로 측정할수 있는 장치를 개발하였다. 가교폴리비닐알콜막을 통한 물의 투과증발실험을 행하여 이 장치의 효용성을 확인하였다. 투과증발실험에서 투과가 정상상태에 도달하는데 15분미만의 시간이 걸렸으며 측정을 20분이내에 마칠 수가 있었다. 또한 측정된 투과속도 정확성과 신뢰도를 확인하기 위해서 종래의 방법대로 액체질소에 의해 투과물을 일정시간 응축시켜 투과속도를 동시에 측정하여 이를 장치의 record에 표시된 투과속도와 비교한 결과 그 오차가 pm2% 이내로 일치하였다. 측정된 시간에 따른 투과속도 곡선으로 부터 3가지 종류의 확산계수 Dslope, D1/2, Dt를 구하였고 이들이 문헌치와 비교한 결과 비교적 일치함을 보였다. 또한 on-line 방식으로 모든 측정이 이루어지므로 종래 방법, 즉 투과물 응축, 가열, 무게측정과정 등에서 발생할 수 있는 실험오차를 줄일수 있기 때문에 정확한 투과특성을 얻을 수가 있다. 본 연구에서 개발한 투과 장치를 사용하여 액체상태의 feed 투과를 효과적으로 분석할 수 있음을 확인하였다.