✔ 스페이서(Spacer) 선택 가이드

막여과 테스트셀에서 왜 스페이서와 심(Shim)이 필요할까?

막여과(Membrane) 테스트셀을 사용할 때, “스페이서나 심을 꼭 써야 하나?” 하는 질문을 많이 받습니다.

이 두 가지는 여과 효율·막오염(파울링)·농도분극 발생 여부에 직접적인 영향을 주기 때문에 매우 중요한 부품입니다.

* Crossflow Velocity(CFV)란?

CFV는 막 표면을 따라 흐르는 유체의 속도를 의미하며, 초당 m 또는 ft 단위로 측정합니다.

테스트셀에서 공급수(feed)는

• 일부는 **막을 통과해 투과수(permeate)**가 되고

• 나머지는 **막 표면을 따라 흐르며 농축수(concentrate)**가 됩니다.

이때 CFV가 너무 낮으면 막 표면에 농도 구배가 생기는 *농도분극(concentration polarization)*과 파울링이 쉽게 발생합니다.

CFV 계산식은 다음과 같습니다:

CFV = 공급수 유량 ÷ 흐름 채널의 단면적

✔ 왜 스페이서와 심(Shim)을 사용하는가?

1) 스페이서는 흐름 채널 높이를 결정

스페이서(Feed Spacer)를 넣으면 흐름 통로의 깊이(단면적)가 줄어듭니다.

단면적이 줄면 같은 유량에서도 CFV는 높아집니다.

스페이서는 두께와 개방율(오픈율)이 다양하기 때문에

➡ 단면적은 스페이서 두께 + 개방율에 의해 결정됩니다.

2) 심(Shim)은 실제 막 모듈 조건을 재현

테스트셀 내에서 실제 대형 막 모듈의 유동환경을 흉내 내기 위해 스페이서와 함께 심을 사용합니다.

심 두께는 선택한 스페이서 두께에 맞춰 조정하며,

막을 설치한 뒤 테스트셀 내부에는 **아주 약간의 헤드스페이스(빈 공간)**이 남아야 정상적으로 크로스플로우가 발생합니다.

✔ 스페이서 선택 시 고려해야 할 점

스페이서 선택의 핵심은 두 가지입니다.

1) 스페이서 두께에 따른 막막힘(Clogging) 차이

• 두꺼운 스페이서 → 먼지·입자가 많아도 덜 막힘

• 얇은 스페이서 → 작은 입자에서도 막힐 가능성이 높음

즉, 입자량이 많을수록 두꺼운 스페이서를 사용하는 것이 유리합니다.

2) 스페이서 두께에 따른 CFV 변화

스페이서 두께는 **크로스플로우 속도(CFV)**에도 영향을 줍니다.

• 얇은 스페이서 → 흐름 통로가 넓어져 CFV가 낮아짐

• 두꺼운 스페이서 → 통로가 좁아져 CFV가 높아짐

하지만 여기에는 한 가지 변수가 더 있어요.

➡ 유동 형태(난류·층류)와 스페이서 구조에 따라 막의 오염 경향이 달라질 수 있습니다.

난류가 형성되면 입자가 막 표면에 쌓이지 않고 흘려보내는 효과가 있어 스케일·오염을 줄일 수 있음.

* 어떤 스페이서를 골라야 할까? 

✔ 입자량이 많거나 중간~높은 농도라면

➡ 두꺼운 스페이서 권장

• 막막힘 방지

• 안정적인 농축 흐름 확보

✔ 입자량이 적은 깨끗한 공급수라면

➡ 얇은 스페이서 권장

• CFV가 낮아도 문제 없음

• 에너지 효율적