흡착층 충전 밀도가 흡착 성능에 미치는 영향
흡착 시스템의 흡착 및 탈착 속도는 기하학적 특성, 열 및 물질 전달 특성, 그리고 반응 속도론에 따라 크게 달라진다. 이러한 흡착 속도가 최적화되지 않으면 흡착제 및 금속 케이싱 증가로 인해 열 질량이 크게 늘어나 시스템 성능 저하를 초래할 수 있다. 본 연구는 염화칼슘-팽창 흑연 복합 흡착제와 암모니아 흡착질을 사용하여 흡착제 충전 밀도가 시스템 성능에 미치는 영향을 실험적으로 조사했다. 다양한 충전 밀도에서 흡착 및 탈착 속도를 측정하고 비교하여 열 질량을 최소화하고 흡착 속도를 최대화하는 최적의 충전 밀도를 결정했다. 또한, 2D 열 및 물질 전달 모델을 개발하고 예측 결과를 실험 결과와 비교 검증했다. 실험 결과는 향후 흡착 시스템 설계 및 최적화에 활용될 수 있도록 기존 문헌의 상관관계에 맞춰 분석되었다. 조사된 충전 밀도 중 265 ± 13 kg∙m−3 에서 가장 빠른 흡착(6 bar, 30 °C) 및 탈착(6 bar, 120 °C) 속도를 보였으며, 최소 반응 전환 시간은 약 200초였다. 반면, 694 ± 32 kg∙m−3 에서는 가장 느린 속도와 750초의 최소 반응 전환 시간을 나타냈다. 2D 열 및 물질 전달 모델은 700 kg∙m−3 을 제외한 모든 충전 밀도에서 흡착량을 5% 이내의 정확도로 예측했다. 이 결과는 흡착 및 탈착 속도 예측을 위한 기존 모델의 피팅 파라미터를 도출하는 데 사용되었다. 본 연구 결과를 바탕으로 추가 실험 및 연계 열 및 물질 전달 모델링에 대한 권장 사항을 제시한다.