프리필터를 통한 필터 수명 최적화

지난 글(Part 2)에서는 연속 사용 응용에서 필터의 수명을 최대화하기 위한 필터 선택 전략을 다뤘습니다. 이번 3편에서는 프리필터(prefilter)의 활용을 통해 최종 필터의 수명을 연장하는 방법에 대해 살펴보겠습니다.

부유 고형물이 많은 액체를 여과하는 것은 특히 서브미크론(submicron) 수준의 여과가 필요한 응용에서 매우 까다로운 작업입니다. 이러한 조건에서 필터의 수명이 지나치게 짧아 불편을 겪는 사용자라면, 프리필터 사용을 고려할 필요가 있습니다. 적절한 프리필터는 최종 필터의 입자 막힘(particle fouling)을 줄여주어, 단독 사용 대비 총 처리량(total throughput)을 크게 향상시킬 수 있습니다.

기공 크기와 입자 포집 능력

필터가 막히기 전까지 수용할 수 있는 입자의 양은 **기공 크기(pore size)**와 밀접하게 관련됩니다.

• 기공 크기가 작아질수록 → 공극 부피(void volume)가 줄어들고, 입자 수용 능력(dirt holding capacity)도 감소

• 기공 크기가 커질수록 → 공극 부피가 커지고, 더 많은 입자를 포집 가능

따라서 멤브레인 필터의 미세한 기공 구조는 상대적으로 입자 수용 능력이 낮은 반면, 부직포(nonwoven) 매체 필터는 더 큰 기공 구조로 인해 훨씬 높은 입자 포집 능력을 보입니다. 이 점에서 부직포 필터는 멤브레인 필터 앞단에 두는 프리필터로 이상적 선택지가 됩니다.

프리필터 선택 가이드

프리필터는 일반적으로 최종 필터보다 큰 기공 크기를 갖도록 선택합니다. 이는 큰 기공이 가지는 높은 dirt holding capacity를 활용하기 위함입니다.

• 멤브레인 디스크 필터 응용에서는 보통 바인더 없는 유리섬유(binderless glass fiber) 매체 필터가 프리필터로 사용됩니다.

• 입자 포집 능력이 우수

• 멤브레인 필터보다 저렴

• 넓은 화학적 저항성 제공

• 멤브레인 필터가 1μm 미만인 경우 → Sterlitech Grade B 유리섬유 필터 적합

• 멤브레인 필터가 1μm 이상인 경우 → Sterlitech Grade D 유리섬유 필터 권장

• 유리섬유 매체 사용이 어려운 경우 → 폴리프로필렌 부직포(prefilters) 고려 가능

프리필터 설치 시 고려사항

• 디스크 필터 홀더(압력·진공 타입)에 부직포 프리필터를 사용할 경우 → 홀더의 O-링 씰보다 조금 작은 직경을 선택해야 합니다. 이는 누수나 바이패스를 방지하기 위함입니다.

• 예시: Sterlitech KG47 47mm 진공 필터 홀더의 경우, 적절한 프리필터 직경은 35mm로, 제품 페이지의 Application/Specification 탭에서 확인할 수 있습니다.

주사기 필터(Syringe Filter) 응용

편의성을 선호하는 사용자를 위해 일부 비멸균 멤브레인 주사기 필터에는 유리섬유 프리필터가 내장되어 있습니다.

• 옵션: Cellulose Acetate(CA), Nylon, Polypropylene, PTFE 등

• 대안: 독립형 유리섬유 주사기 필터를 프리필터로 사용 → 다른 주사기 필터나 디스크 필터 홀더와 조합 가능

• 추가적으로 Sterlitech은 맞춤형(custom) 주사기 필터 제작 서비스도 제공 → 다양한 프리필터 내장 가능

멤브레인 프리필터 활용

일부 응용에서는 입자 크기 분포가 너무 작아 부직포 프리필터만으로는 효과가 부족할 수 있습니다. 이 경우 멤브레인 프리필터를 고려할 수 있습니다.

• 대칭 기공 구조 멤브레인(Nylon, CA 등)

→ 최종 필터보다 2~3단계 큰 기공 크기 선택

→ 예: 0.2μm Nylon 최종 필터 → 0.65μm 또는 0.8μm Nylon 프리필터 사용

• 비대칭 기공 구조 멤브레인(PES 등)

→ 최종 필터보다 3~4단계 큰 기공 크기 선택

→ 예: 0.45μm PES 최종 필터 → 1.2μm 또는 5.0μm PES 프리필터 사용

적절한 프리필터 기공 크기는 응용에 따라 달라질 수 있으므로, 실험적 검증이 필수적입니다.

멤브레인 프리필터 설치 시 주의사항

• 디스크 필터 홀더(압력·진공 타입)에 사용할 경우 → 최종 필터와 동일한 직경 선택

• Polycarbonate Track-Etch(PCTE) 또는 Polyester Track-Etch(PETE) 멤브레인 디스크 필터를 적층할 경우 → 폴리에스터 드레인 디스크를 사이에 두어 흐름 유지 및 기공 막힘 방지

• 권장 사항: 필터 홀더에 동시에 2개 이상의 디스크 필터 사용은 지양 (압력 강하 및 씰링 문제 방지 차원)

결론: 프리필터의 가치

부유 고형물이 많은 연속 사용 응용에서 큰 기공 크기의 프리필터를 최종 필터 앞단에 배치하면, 단독 사용 대비 훨씬 경제적이고 효율적인 여과 조합을 구축할 수 있습니다.

• 최종 필터의 입자 부하 감소

• 수명 연장

• 교체 주기 최적화

• 전체 여과 비용 절감

하지만 비용, 성능, 수명을 종합적으로 고려했을 때 최적의 필터 조합을 선택하는 것은 쉽지 않습니다. 따라서 실험과 데이터 분석을 통한 검증 과정이 필요합니다.

Sterlitech와 코랩샵은 사용자가 응용 조건에 맞는 최적의 필터를 선택할 수 있도록 기술적 지원과 제품을 제공하고 있습니다. 이 시리즈가 여러분의 프로젝트에 도움이 되었기를 바랍니다. 추가적인 기술 지원이 필요하다면 언제든지 문의해 주시기 바랍니다.

감사합니다.