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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 쌀 가공시 정전기를 이용한 쌀겨 제거 특성을 구명하여 물을 사용하지 않고 무세미의 제조가 가능한 건식 무세미제조 시스템 개발에 필요한 설계자료를 얻고자 한다
- 본 연구는 건식무세미조제시스템 개발를 위한 설계요인을 찾고자 정전기 특성을 이용한 미세쌀겨 제거 시험을 수행한 것으로 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- (1) 백도측정 : 광전백도계(Kett-300, 일본)를 사용하여 시료당 10회 측정 평균값을 사용하였으며, 착색립과 분상 질립 등을 제거한 완전립을 측정하였다.
- (2) 탁도측정 : 용출액을 만들기 위해 완전립시료 20g과 증류수 200㎖를 정확히 비이커에 넣은 후 진탕기(S-31, 일본)를 이용 10분 동안 교반한 다음 용출액를 채취 10배로 희석하여 탁도계(TR-705, 일본)로 측정하였다.
- (3) 천립중 : 완전립만을 골라 정밀 저울을 이용 측정하였다.
- (4) 쌀품위 : 곡물입자측정기(Kett RN-500, 일본)를 이용 3반복 측정하였다.
- (5) 정전기 측정 : 정전기 대전 전위 측정기(SSD-M2)를 이용하여 측정하였다.
- (6) 입자 크기 : 입자측정기(Mal.,ern Instruments SB.22, 독일)를 이용하여 측정하였다.
- 일반적으로 정미 및 연미공정은 고속으로 회전하는 로터와 금망 사이로 쌀이 통과하면서 가공이 이루어지기 때문에 정전기가 발생되어 쌀의 표면에 미세 쌀겨 및 이물질의 부착력이 강해지므로 싸이클론과 같은 방법으로는 제거에 한계가 있다. 따라서 시험장치의 구성은 가공과정에서 정전기를 띤 쌀이 원료 투입구에 공급되면 일정하게 통기공이 형성된 컨베이어 벨트상에 떨어지고 분배판에 의해 쌀을 균일하게 펴준 후 제전기에 의해 정전기를 중화시켜 쌀겨의 부착력을 약화시킨 다음 흡인 팬과 필터에 의해 제거할 수 있는 구조로 제작하였다 이때 사용한 제전기는 송풍형 코로나방전식(AC 7kV, 3mA)이며, 송풍은 콤푸레셔를 이용하였다(그림 1).
- 싸이클론 집진 방식은 가공공정에 직접 접목이 쉬운 장점이 있는 반면 미세쌀겨 제거가 곤란하고, 정전기 제전 집진의 경우에는 가공공정에 직접 접목은 어려우나 미세쌀겨 제거에 유용한 특성을 갖고 있기 때문에 1차적으로 연미 가공시에는 싸이클론으로 집진을 하여 거친 쌀겨를 제거한 다음 컨베이어벨트상에서 정전기를 제전하여 미세쌀겨를 제거하여 쌀을 가공하였다. 그 결과 쌀의 청결도 판정의 기준이 되는 탁도가 싸이클론만을 이용했을 시보다 4.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 공시재료는 2000년 농업기계화연구소 답작포장에서 생산된 화동벼이며, 작물시험장 RPC에서 정미공정까지 가공한 후 본 시험에 사용하였다. 공시재료의 물성은 표 2에서 보는 바와 같다.
성능/효과
- 가. 16.3㎛ 이하의 미세쌀겨제거율이 싸이클론에서 4.0%였으나 정전기 제전 집진시 20.0%로 높게 나타나 미세쌀겨 제거에 효과적이었다. 하지만 정전기 제전 집진 방식은 가공과정에는 직접투입이 곤란하기 때문에 별도의 공정으로 설계되어야 할 것으로 판단된다.
- 국내에는 무세미에 관한 기준이 없기 때문에 기존의 무세미가 어느 정도의 품위를 갖는지를 알아보기 위해 이 분야의 선진국인 일본의 무세미 5개 제품을 수집하여 품위를 조사한 결과, 표 3에서 보는 바와 같이 백도가 47.4, 탁도가 46ppm으로 일본정미공업협회 무세미 기준에 만족하였으며, 국내에서 청결미라 유통되고 있는 연미기에서 가공된 쌀과 비교할 때 일본산 무세미가 백도는 4.3이 높았고, 탁도는 18ppm이 낮은 것으로 나타났다.
- 싸이클론 집진 방식은 가공공정에 직접 접목이 쉬운 장점이 있는 반면 미세쌀겨 제거가 곤란하고, 정전기 제전 집진의 경우에는 가공공정에 직접 접목은 어려우나 미세쌀겨 제거에 유용한 특성을 갖고 있기 때문에 1차적으로 연미 가공시에는 싸이클론으로 집진을 하여 거친 쌀겨를 제거한 다음 컨베이어벨트상에서 정전기를 제전하여 미세쌀겨를 제거하여 쌀을 가공하였다. 그 결과 쌀의 청결도 판정의 기준이 되는 탁도가 싸이클론만을 이용했을 시보다 4.0ppm이 더 감소되는 것으로 나타났다.
- 그 과정을 살펴보면 그림 2에서 보는 바와 같이 가공 전에는 전하가 안정된 상태를 유지하나 가공이 시작되면 +, -가 분리되면서 전위차가 발생되기 시작하고, 일정 시간이 경과하면 전위차가 더욱 크게 되어 이중층으로 분리된 후 배줄구를 통해 쌀이 배줄되게 되는데 이때 정전기를 제거하지 않으면 먼지의 재흡착이 용이하게 되고, 또한 미세쌀겨를 제거하기 위해 송풍을 하여도 부착되어 있기 때문에 제거가 쉽지않다. 따라서 쌀의 가공공정중 어느 정도의 정전기가 발생되는지를 조사한 결과, 그림 3에서 보는 바와 같이 정전기 발생량은 기계가 가동되기 시작하면 서서히 증가하여 약 8분 후 -1,000V 전후가 발생되었으며, 이때 쌀은 음전하를 띠는 것으로 나타났다.
- 가공과정에서 쌀에 발생된 정전기를 제거함에 있어 컨베이어벨트상의 쌀 표면으로부터 제전기의 간격이 매우 중요하다. 따라서 적정 설치 간격을 구명하고자 간격별로 제전특성을 조사한 결과, 그림 4에서 보는 바와 같이 간격 30mm 이상에서는 제전효과가 떨어졌으며, 간격 20mm 미만에서는 모두 제전되는 것으로 나타나 최소한 설치 간격을 20mm 이내로 제한하되 쌀의 흐름에 방해가 되지 않는 한 가깝게 설치하는 것이 좋을 것으로 판단되었다.
- 또한 정전기 제전 집진시에는 쌀의 물리적 가공이 이루어지지 않기 때문에, 백도 향상은 없는 것으로 나타났지만 천립중이 감소하지 않고, 쇄립율이 증가하지 않는 효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 앞으로 미세쌀겨제거 효율을 높이기 위하여 장치를 보완하고 확대 시험을 실시한 후 건식무세미 조제 시스템 개발에 적용할 계획이다.
- 무세미 가공의 전단계라 할 수 있는 연미부에서 기존의 싸이클론 방식으로 제거한 쌀겨와 정전기의 제전을 통해 제거한 쌀겨의 입도 분포를 분석한 결과, 그림 5에서 보는 바와 같이 16.3㎛이하의 미세쌀겨 제거율이 싸이클론에서 4.1%로 낮게 나타났으나 정전기 크리닝부에서는 20.0%로 높게 나타나 미세쌀겨 제거에 효과적이었다.
- 나. 정전기 제전 집진시 탁도는 4.0ppm이 감소되는 효과가 있는 것으로 나타났으며, 물리적 가공이 이루어지지 않기 때문에 백도 향상은 없지만 천립중 및, 쇄립율이 증가하지 않는 장점이 있는 것으로 나타났다.
후속연구
- 따라서 앞으로 무세미 조제시스템을 개발함에 있어 백도의 향상과 탁도의 감소방안을 모색하여야 할 것으로 판단되었다.
- 다. 따라서 앞으로 미세쌀겨제거 효율을 높이고자 장치를 보완제작하고 확대 시험을 실시한 후 건식무세미 조제시스템 개발에 적용할 계획이다.
- 또한 정전기 제전 집진시에는 쌀의 물리적 가공이 이루어지지 않기 때문에, 백도 향상은 없는 것으로 나타났지만 천립중이 감소하지 않고, 쇄립율이 증가하지 않는 효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 앞으로 미세쌀겨제거 효율을 높이기 위하여 장치를 보완하고 확대 시험을 실시한 후 건식무세미 조제 시스템 개발에 적용할 계획이다.
- 이는 미세입자 제거에 정전 집진장치가 효율성이 높다는 양현모(1994) 등이 주장한 내용과 유사한 결과로 앞으로 무세미조제시스템 개발과 같은 청결한 쌀가공에 접목시 효과가 있을 것으로 기대된다.
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