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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 위에서 언급한 취약점을 보완할 수 있는 건조기를 설계 제작하고, 성능실험 을 통해 적 용기업 (키 토산소금 제 조기 업 )에 적용한 후 보급을 촉진하고자 하는 것이다.
- 본 연구는 혼합과 건조가 동시에 이루어지는 건조기에 대한 개발 연구로서 (주)바이오테크의 키토산 소금에 대해 성능실험을 수행하였으며 지금까지의 주요 연구결과를 종합하면 다음과 같다.
제안 방법
- 결정하였다. 건조기를 제작한 후에는 모래에 대한 예비실험을 통해 성능을 확인한 후 적용업체의 생산품인 키토산 소금에 대한 성능시험을 수행하였다.
- 건조시스템에서 혼합기로 유입되는 열풍은 혼합기 양쪽 측면 열풍유입구(가이드패널과 혼합기벽사이) 로부터 혼합기의 밑에서 위로 유동하는 형태로 설계되었다. 혼합기로 유입되는 열풍은 가급적 유입구 전영역에서 균일한 속도와 온도분포가 요구되며 이것은 건조성능에 중요한 변수⑸ 이기 때문에 열풍유입구 폭(Fig.
- 그러나 실험을 통해 혼합기 내부 전 영역에서 속도 및 온도분포를 확인한다는 것은 실질적으로 불가능하기 때문에 기초 실험조건을 근거로 상용 프로그램인 Star-CD를 이용하여 혼합기 내부에서 속도와 온도분포에 대한 전반적인 경향을 알아보고 기초실험결과와 비교하여 열풍 유입 구 폭을 결정하였다.
- 따라서 본 연구에서는 열풍유입구 폭을 결정하기 위해 열풍유입구 폭이 30, 40, 50mm로 변할 때 혼합기 내부에서의 속도 및 온도분포에 대한 수치해석을 수행하고, 기초실험 및 수치해석 결과를 비교하여 열풍유입구 최적 폭을 결정하였다. 건조기를 제작한 후에는 모래에 대한 예비실험을 통해 성능을 확인한 후 적용업체의 생산품인 키토산 소금에 대한 성능시험을 수행하였다.
- 따라서 열풍 속도변화를 대비하여 최대 3000 m'/h까지 가능한 원심식 송풍기로 정하고 적용업체의 생산공정에 적합하도록 컨트롤패널 내부에 인버터를 설치하여 주파수 변화에 의한 유량조절이 가능하도록 설계하였다.
- 본 연구를 통해 최종적으로 개발하고자 하는 건조기는 혼합과 건조가 동시에 이루어지는 작업용량이 500 kg인 건조기 로서 적 용기업 의 생산라인을 고려하여 건조기의 기본구조에 키토산액 공급 장치, 천일염 공급장치, 서브호퍼(키토산 소금 완제품 선별 및 보관장치) 등을 추가하였다.
- 즉정하였다. 실험은 피건조물의 특성을 고려하여 밀폐시스템으로 수행하였다.
- 열풍유입구 폭 결정 및 혼합기 내부 온도분포를 측정하기 위해 혼합기 안쪽 상 하부에 5개의 열전대(T형)를 부착하여 데이터로거(HP 3852A) 에 연결하였으며, 혼합기의 입출구에는 습도계를 부착하였고, 피건조물의 함수율 측정은 건조 기내에서 건조되는 과정중 일정시간 간격으로 샘플을 채취하여 모이스쳐 발란스(SARTORIUS, MA30) 로 즉정하였다. 실험은 피건조물의 특성을 고려하여 밀폐시스템으로 수행하였다.
- 열풍유입구 폭 결정을 위해 혼합기 내부에서의 열풍 흐름과 온도분포에 대한 기초실험을 수행하였다. 그러나 실험을 통해 혼합기 내부 전 영역에서 속도 및 온도분포를 확인한다는 것은 실질적으로 불가능하기 때문에 기초 실험조건을 근거로 상용 프로그램인 Star-CD를 이용하여 혼합기 내부에서 속도와 온도분포에 대한 전반적인 경향을 알아보고 기초실험결과와 비교하여 열풍 유입 구 폭을 결정하였다.
- 원료는 혼합기의 윗부분에서 투입되도록 되어있으며, 혼합기 하부의 최대 경사면에 배출구를 설계하였고, 이것은 실린더에 의해 작동되며 컨트롤패널에서 조정된다. 혼합기의 양쪽 측면에는 열풍을 혼합기의 입구로부터 밑부분으로 유동 시키 기 위한 가이드패널(1, 160 * 300mm)이 설치되어 있는데, 이 패널은 열풍의 속도와 혼합 기내의 온도분포를 결정하는 중요한 요소가 될 수 있기 때문에 기초실험을 위해 가변되도록 제작하였다.
- 이상과 같은 수치계산결과 열풍유입구 폭이 50 mm일 때가 30 mm일 때 보다 혼합기 내부에서 의 온도분포가 비교적 균일한 것으로 판명되었기 때문에 예비실험결과를 토대로 열풍유입구 폭을 50 mm로 결정하였다.
- 작업부피는 500kg으로서 크기는 1, 360x 1, 160 X 1, 180mm, 재질은 스테인레스 304(51')이며 단열을 위해 이중구조로 되어있고 그 사이에는 단열을 위해 유리섬유(두께 50mm)를 넣었다.
- 지금까지의 예비실험결과를 분석한 결과 혼합기 및 건조제어부의 작동상태는 안정적이었고 건조성능 역시 만족할만한 수준으로 나타났기 때문에 적용기업체의 생산품인 키토산소금을 대상으로 성능평가를 수행하였다. 최종 시제품으로 제작한 건조기의 성능평가를 위한 실험조건은 Table 2 와 같다.
- 특히 건조후에도 키토산향이 유지될 수 있도록 밀폐시스템을 채택하여 열풍은 밀폐된 시스템내에서 순환하게 되어있으며 피건조물의 종류에 따라 개방시스템을 겸용할 수 있도록 설계하였다.
- 혼합기의 기본구조는 배치(batch)식으로 혼합 실내 두 개의 회전축이 있으며 한 개의 회전축에 14 개의 패들이 상호 중첩되도록 설계되었고 이 패들에 일정한 선단속도를 부여함으로서 혼합 실내에 유동층영역이 형성된다. 이때 피건조물의 표면적은 큭대화된다고 볼 수 있으며 그 상태에서 열풍과 접촉하여 건조가 되기 때문에 피 건조물이 전체적으로 일정한 함수율을 갖게 되고 건조 시간도 단축시킬 수 있다.
- 조정된다. 혼합기의 양쪽 측면에는 열풍을 혼합기의 입구로부터 밑부분으로 유동 시키 기 위한 가이드패널(1, 160 * 300mm)이 설치되어 있는데, 이 패널은 열풍의 속도와 혼합 기내의 온도분포를 결정하는 중요한 요소가 될 수 있기 때문에 기초실험을 위해 가변되도록 제작하였다.
대상 데이터
- 유로체계가 밀폐시스템인 경우 분진이 완벽하게포집되지 않는다면 히터 및 전체유로에 영향을 줄 수 있기 때문에 파일럿 건조기에서 채택한 Woven Fiberglass와 유사한 독일 BWF사의 Nomex(NO 601) 필터를 선정하였다.
성능/효과
- (1) 저함수율(0.3% 이화) 건조는 물론 균일한 건조가 가능하기 때문에 상품화 가치가 높을 것으로 예상된다.
- (2) 밀폐시스템에서 운전할 경우 환경오염물질의 건조가 가능하다.
- (3) 상용화 보급할 건조기의 경제성을 평가하기 위해 적용기업인 바이오테크(주)의 기존 건조시스템(통기식 건조기)과 비교 분석한 결과 일일 생산량이 약 440kg일 때 건조시간은 약 1/2로 줄어들고 전기료는 약 55,000원/일 정도 절감할 수 있다.
- 따라서 본 연구에서는 기초실험의 결과를 토대로 축의 회전속도를 85rpm으로 설정하였다.
- 따라서 키토산 소금의 함수율이 약 5% 이하가 될 때에는 열풍유속을 2m/s로 가변하는 것이 필요할 것으로 판단된다. 목표함수율에 도달되었을 때 키토산 소금의 상태(뭉치거나 작은 입자로 깨지는 현상)는 기존 사용하던 건조시스템에 비해 매우 양호하였으며, 특히 기존시스템에 비해 추가 작업(작업자가 키토산 소금을 여러 개의 채반에 나누어 담거나, 완료된 덩어리 형태의 키토산 소금을 분쇄기에 넣고 일정한 크기로 분쇄하는 작업)이 필요하지 않기 때문에 생산성 향상은 물론 원가절감이 가능할 것으로 판단된다.
- 것으로 판단된다. 목표함수율에 도달되었을 때 키토산 소금의 상태(뭉치거나 작은 입자로 깨지는 현상)는 기존 사용하던 건조시스템에 비해 매우 양호하였으며, 특히 기존시스템에 비해 추가 작업(작업자가 키토산 소금을 여러 개의 채반에 나누어 담거나, 완료된 덩어리 형태의 키토산 소금을 분쇄기에 넣고 일정한 크기로 분쇄하는 작업)이 필요하지 않기 때문에 생산성 향상은 물론 원가절감이 가능할 것으로 판단된다.
후속연구
- (4) 성능평가를 위해 적용업체의 생산품인 키토산 소금을 시료로 실험을 하였는데 상품화를 위해서는 보다 많은 시료에 대한 실험을 수행해야 할 것으로 생각되며 이에 대한 데이터구축이 필요하다고 판단된다.
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