필터 수명(Filter Longevity)

디스크, 주사기(syringe), 캡슐 필터를 사용하는 소비자들이 가장 자주 묻는 질문 중 하나는 “내 필터는 얼마나 오래 쓸 수 있을까?”라는 것입니다. 다시 말해, “필터가 막히기 전까지 얼마나 많은 액체를 통과시킬 수 있을까?”라는 질문입니다. 이는 필터 사용자 입장에서 단순하고 합리적인 질문으로 보입니다. 수명을 알지 못한 채 제품을 구매하는 경우가 과연 있을까요?

그러나 이 단순해 보이는 질문은 실제로는 매우 복잡합니다. 필터의 수명은 다양한 요인에 의해 좌우되기 때문입니다. 필터 수명은 보통 정상적인 유속 조건에서 필터가 막힐 때까지 통과된 액체의 총량으로 정의되며, 이를 **총 처리량(total throughput)**이라고 부릅니다. 그러나 응용을 충분히 이해하고 있더라도 총 처리량을 사전에 정확히 예측하는 것은 거의 불가능합니다. 그렇다면 필터 제조업체로서 우리는 이 문제를 어떻게 접근할 수 있을까요?

실험실 여과 응용의 경우

대부분의 실험실 여과 응용은 제한된 양의 액체를 배치(batch) 방식으로 여과합니다. 이러한 경우 필터는 막힐 때까지 운전되지 않습니다. 적절한 경험, 기술 지원, 혹은 합리적인 추측만으로도 사용자는 자신 있게 알맞은 크기의 필터를 선택할 수 있으며, 막힘에 대해 크게 걱정하지 않아도 됩니다.

막힘까지 사용하는 응용의 경우

필터를 실제로 막힐 때까지 사용하는 응용에서는 총 처리량을 예측하기는 어렵지만, 실험을 통해 추정하는 것은 가능합니다.

실험은 단순히 필터를 시험 운전하면서 얼마나 빨리 막히는지를 직접 관찰하는 것만으로도 될 수 있습니다. 막힘은 차압(differential pressure)의 변화를 측정하거나 유량(flow)의 변화를 측정함으로써 정량화할 수 있습니다.

이러한 결과는 필터 교체 전략을 수립하거나, 성능이 불만족스러울 경우 더 적절한 크기의 필터를 선택하는 데 활용될 수 있습니다. Sterlitech은 이러한 실험을 돕기 위해 다양한 샘플 필터를 제공합니다.

대량 유량이 필요한 응용의 경우

더 높은 유량이 요구되는 응용에서는 소면적(small-area) 필터를 사용하여 수명 연구를 수행할 수 있습니다. 이렇게 얻은 결과는 대규모 유량을 처리하기 위해 필요한 **대형 필터(보통 캡슐이나 카트리지)**의 크기를 추정하는 데 사용됩니다. 이를 통해 적절한 교체 주기를 보장할 수 있습니다.

소규모 필터를 사용하는 것은 실험 비용을 줄이고, 필요한 유체의 양을 최소화할 수 있다는 장점이 있습니다. 그러나 공급액(feed stream)의 입자 부하량은 일반적으로 변동성이 크다는 점을 유념해야 합니다. 따라서 스케일업 시에는 **안전 계수(safety factor)**를 고려하여 공급액 변동성을 완화하는 것이 바람직합니다.

총 처리량을 극대화하기 위한 전략

연속 사용 응용에서 총 처리량을 극대화하기 위해 소비자가 사용할 수 있는 추가 전략도 있습니다.

• 필터 선정 기준의 최적화

• 프리필터(prefilter)의 사용

• 유체 흐름 조건(flow dynamics)의 조정

최적의 필터 수명을 확보하고 운용하는 것은 쉽지 않은 과제일 수 있습니다. 앞으로 3편에 걸쳐 필터 수명의 최적화에 관해 연재 예정이니 많은 관심 부탁드립니다.