- 에너지연, 정밀화학 제품 고부가가치화를 위한 고점도 물질용 복합 건조장치 개발

- 복합 전열 방식을 통해 건조효율과 건조시간을 동시에 향상

- 제품의 변성과 변색을 현저히 저감시키는 높은 건조품질

■ 한국에너지기술연구원(원장 김종남) EMS연구실 김성일 박사 연구진은 화학원료, 의약품, 계면활성제, 화장품 등 정밀화학 제품생산에 필수공정인 건조기술에 적용 가능한 고효율, 고품질의 ‘고점도 물질용 복합 건조장치‘를 개발했다고 밝혔다.

◯ 건조기술은 피 건조물에 존재하는 수분을 증발 또는 승화시켜 제거하는 공정기술로, 대부분의 산업용 건조기술은 열원(열풍, 스팀, 가스 및 전자기파 등의 직·간접 에너지)을 이용해 수분을 증발시킨다. 건조기술은 화학, 섬유, 식품, 의약 분체, 목재, 제지, 전자 및 폐기물 처리 등 전 산업 영역의 최종제품, 중간가공품, 후처리, 저장 및 수송과정에 필수적인 공정기술이다.

□ 고점도 물질*은 산업 영역 전반에 활용되는 제품의 원료물질의 성상으로, 정밀화학 원료, 식품, 의약품 등 점착성이 강한 상태로 존재한다. 기존에는 고점도 물질 건조를 위해서 다량의 수분 또는 용제를 투입해 피 건조물을 슬러리** 상태로 만들어 분무 건조장치를 사용하거나 단속식 통기 건조장치를 사용했다. 이러한 방식은 건조효율과 건조품질이 낮은 단점뿐 아니라 건조수율이 낮다는 한계가 있다.

* 고점도 물질 (Highly viscous materials): 물질의 유동성이 낮은 10,000cPs 이상의 점착성이 강한 상태의 물질. 일반적으로 벌꿀(10,000~50,000cPs), 소스류(10,000cPs)

** 슬러리: 불용성의 고체 미립자가 액체에 완전히 용해되지 않아 섞여있는 상태로 함유한, 유동성을 지닌 고체와 액체의 혼합물.

□ 특히 단속식 통기 건조장치의 경우 점착성 및 응집성이 높은 고점도 물질의 특성상 건조 과정에서 피 건조물의 표면이 딱딱해지는 현상이 발생한다. 이로 인해 제품의 변성 또는 변색을 유발하고, 과도한 에너지 사용으로 인해 장치의 효율을 떨어뜨린다.

■ 연구진은 이를 극복하기 위해 고점도 물질의 점착특성에 적합한 새로운 형태의 연속식 복합 건조 장치를 국내 최초로 개발했다. 이번에 개발된 장치는 열풍이 전도와 대류의 순차적 전열을 통해 피 건조물을 건조시키는 하이브리드 방식의 회전 전열 실린더 방식을 적용했다.

□ 복합 건조장치에 적용된 실린더 건조 방식은 열매체로 공기(열풍)를 사용하며, 회전 전열 실린더 내부로 유입되어 전도가열 방식에 사용된 열풍을 피 건조물의 건조에 대류가열에 순차적으로 사용함으로써, 기존의 단속식 통기 건조장치 대비 높은 에너지 효율을 확보했다.

□ 또한 피 건조물의 균일한 품질 확보를 위해 고점도 물질에도 균질하게 도포 가능한 슬롯다이 방식을 적용한 시료 공급장치를 적용했다. 그리고 실린더 전면의 온도 균일화를 위해 내부를 통과하는 열매체를 양쪽에서 번갈아 공급하는 기술을 적용함으로써 고점도 물질에 온도편차가 적은 열풍 공급으로 균일한 품질의 결과물 확보가 가능하다.

■ 개발된 고점도 물질용 건조장치는 열풍 교번속도 30s, 열풍투입온도 약 150℃, 열매체 질량유량 115.2Nm3/hr, 시료 투입량 5,430g/hr등의 실험조건에서 실험을 수행했으며, 건조효율은 55.5%로 기존 단속식 통기 건조장치 30~40%보다 15%이상 향상된 성능을 보였다.

■ 연구책임자인 김성일 책임연구원은 “이번에 개발한 건조기술은 정밀화학을 포함한 식품, 바이오 등 원료 제품의 고부가가치화에 활용 가능한 공정기술이며, 건조효율 및 건조수율에 근거해 경제성을 확보하였으므로 즉시 상용화가 가능한 기술”이라며, “향후, 정밀화학 제품생산에 이용할 수 있는 상용화 규모(400kg/day)의 장치로 현장실증도 할 계획” 이라고 밝혔다.

□ 한편, 이번 연구는 한국에너지기술연구원 주요사업 및 한국에너지기술평가원 에너지기술개발사업 지원을 받아 수행 중에 있다. 해당 기술은 대덕연구개발특구 우수 추천기술로 선정된 바 있으며 다수의 등록특허(국외-3건, 국내-4건)를 보유하고 있다.