제습(수분제거)
제습이란 공기 또는 각종 가스(GAS)의 기체에 함유되어 있는 수분을 제거하여 공기 또는 가스등을 건조한 상태로 변환시키는 작업을 총칭하는 것으로서 일반적으로 냉각제습, 압축제습과 화학제습이 있다.
냉각제습은 공기를 노점(이슬점)온도 이하로 냉각하여 공기중의 습기를 응축시켜 수분화 하고 응축되는 수분을 제거한 후 재가열하여 낮은 습도의 공기를 얻는 방법으로 공기의 냉각원으로 냉동기의 냉매, 냉수, 브라인등이 이용되며 다음과 같은 특징이 있다.
1) 냉각코일(COOLING COIL)의 표면온도를 0℃이하로 하면 응축된 수분이 코일 표면에 결빙되어 냉각 효율이 떨어지므로 일정상태의 습도를 얻기가 곤란하다.
2) 장마철등 상대습도가 높을 때에는 냉각 효율이 떨어진다
3) 제습의 한계는 일반적인 사용방법에서는 노점 온도가 0℃이상이다
4) 설비가 대형화되고 소비전력량이 증대하여 설비운전비가 높다.
압축제습은 공기를 압축, 체적을 줄여 냉각하면 공기중의 습기가 응축되어 수분이 되고 이 수분을 제거한 후 공기를 재가열하여 낮은 습도의 공기를 얻는 방법으로 다음과 같은 특징이 있다.
1) 적은 풍량 낮은 습도의 제습에 적용된다.
2) 압축동력비가 많이 소요된다
3) 계장용등 고압 제습공기를 필요로 하는 경우에 적용된다.
압축공기를 사용하는 설비에서의 압축공기 제습방법으로 냉동사이클을 이용하여 압력로점 0℃ 이상으로 공기를 냉각하여 제습을 하는 방법이다.
화학제습은 흡착제 BATCH TYPE과 흡수제 액체 TYPE이 있으며 각각의 특징은 다음과 같다.
흡착제 BATCH TYPE은 고체 흡착제(실리카켈, 활성알루미나, 제오라이트등)를 원통형의 탑에 충진하며 2개 이상의 탑을 사용한다. 탑이 2개일 경우 하나의 탑을 제습공기 흡착에 사용하고 일정기간 경과 후에 다른 탑으로 절환하여 재생을 행한다. 흡착제의 표면에 모세관 작용으로흡착되어 제습이 이루어진다.
특징으로는
1) 고체흡착제의 선정에 따라 낮은 노점의 제습공기를 얻을 수 있다.
2) 제습과 재생이 일정시간에 절환 되기 때문에 연속적이고 일정한 제습공기를 얻을 수 없다.
3) 정기적으로 흡착제의 교환을 필요로 한다.
4) 장치 압력손실이 크다.
5) 재생온도가 고온이다.
흡수제 액체 TYPE은 흡수제로서 염화리튬 용액이 쓰여지고 제습부와 재생부로 나누어진 장치로 구성되며 제습부 내부로 분무된 흡수액과 제습을 요하는 공기가 접촉할 때 습수제 용액과 공기와의 수증기 분압차에 의해 공기중의 수분이 용액에 습수되어 제습이 이루어진다. 흡수작용으로 발생되는 응축열과 흡수열은 냉각코일로서 제거한다. 수분을 흡수한 용액은 액순환 폄프로 재생부로 보내어져 강열 코일에 의해 가열된 공기와 접촉되고 이때에 흡수용액중의 수분이 증발되어 대기로 방출된다. 재생되어 농도가 높아진 용액은 다시 제습부 내부로 보내어져 순환된다. 특징으로는
1) 제습, 재생이 연속적으로 이루어지기 때문에 일정한 제습공기를 얻을 수 있다.
2) 용액의 캐리오버(CARRY - OVER : 재생부에서 대기로 방출되는 습공기 중에 용액이 함유되어 배출되는 현상)를 방지하지 않으면 안 된다.
3) 용액농도와 온도에 따라 염화리튬의 석출(析出)이 생기므로 용액농도 관리가 필요 하다.
4) 정기적인 용액보충, 용액교체가 필요하다
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| 압축공기 중의 수분은 배관라인과 기계장치에 부식을 발생시켜 심각한 고장을 초래하게 만드는 가장 중요한 오염원으로서 압축공기 중의 수분 함유량을 노점(Dew Point, ℃)으로 표현합니다. 압축공기의 노점을 낮추기 위해서 사용되는 에어 드라이어는 수분 제거 유형에 따라 냉동식과 흡착식으로 분류됩니다. |
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| 분 류 |
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노 점 (℃) |
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수분제거방식 |
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| 냉동식 드라이어 |
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4 ~10 ℃ |
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냉각은축 수분제거 |
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| 흡착식 드라이어 (히트레스) |
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-40 ℃ |
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화학흡착제이용 수분제거 |
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| 흡착식 드라이어 (히터외장/내장형) |
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-70 ℃ |
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화학흡착제이용 수분제거 |
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- 대량생산을 통한 파격적인 가격대
전세계 공급을 위한 대량생산으로 국내에서는 저렴한 가격으로 선보임 높은 비용부담으로 인해 드라이어
설치를 망설였던 소형 에어콤프레샤(15H이하)를 위한 절호의 찬스
- 쿨링팬이 없는 스테틱 콘덴서 적용
소음이 거의 없어 병원, 실험실 등 실내설치에 최적이다.
팬 모터를 제거하여 전력비 감소(타제품보다 약20% 가량의 운전비용 절감효과)
팬 모터가 없어, 콘덴서 오염에 의해 냉동 콤프레샤의 소손과 같은 하자 발생이 없다.
하자 발생이 거의 없어 정비가 필요 없으므로 비용절감의 효과가 있다.
- 세련되고 실용적인 디자인
- 압축공기-냉매 리히팅 시스템
스테틱 콘덴서에서 1차 응축된 냉매는 증발기를 지난 저온의 압축공기와 리히터에서
열교환을 한다. 이때 압축공기는 가열되어 토출되며, 냉매는 2차 응축을 하게 된다.
폐열 이용을 통한 에너지 효율 극대화
- 전자식 오토 드레인 밸브 적용
전 모델에 전자식 오토 드레인 밸브를 적용하여 에어 드라이어의 잦은 고장을 일으키는
드레인 막힘을 획기적으로 개선하였다
- 전천후 사용조건
겨울철 동파없고, 여름철 과부하에 강한 시스템
- 냉매누설 방지형 냉동배관
전 냉매배관이 블레이징으로 연결되어 있어 냉매 누설이 없다.
- 순동관 열 교환기
녹물이 발생되는 타사의 카본 스틸 열 교환기와 달리 부식의 폐단이 없는 순 동관
열교환기를 채택하여 양질의 청정한 압축공기 공급이 가능하다
- 환경 친화 냉매인 R-134a 적용 |
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| NO |
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모 델 |
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처리용량(㎥/min) |
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외형치수 (W * D* H) |
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인아웃 |
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중 량(Kg) |
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| 1 |
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MGRD - 15 |
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0.53 |
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320 * 320 * 382 |
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15A |
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19 |
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| 2 |
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MGRD - 25 |
|
0.96 |
|
368 * 394 * 568 |
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20A |
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28 |
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| 3 |
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MGRD - 35 |
|
1.47 |
|
368 * 394 * 568 |
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20A |
|
30 |
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| 4 |
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MGRD - 50 |
|
2.17 |
|
500 * 500 * 568 |
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20A |
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41 |
|
| 5 |
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MGRD - 75 |
|
3.33 |
|
469 * 687 * 751 |
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20A |
|
56 |
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| 6 |
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MGRD - 102 |
|
4.23 |
|
320 * 750 * 690 |
|
25A |
|
70 |
|
| 7 |
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MGRD - 152 |
|
6.67 |
|
400 * 1000 * 890 |
|
40A |
|
94 |
|
| 8 |
|
MGRD - 201 |
|
8.26 |
|
400 * 1000 * 890 |
|
50A |
|
119 |
|
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| 9 |
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MGRD - 251 |
|
10.05 |
|
400 * 1000 * 890 |
|
50A |
|
125 |
|
| 10 |
|
MGRD - 351 |
|
14.05 |
|
450 * 1180 * 990 |
|
65A |
|
170 |
|
| 11 |
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MGRD - 426 |
|
17.24 |
|
450 * 1180 * 990 |
|
65A |
|
180 |
|
| 12 |
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MGRD - 600 |
|
25.13 |
|
450 * 1180 * 990 |
|
65A |
|
195 |
|
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| 13 |
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MGRD - 800 |
|
34.28 |
|
550 * 1750 * 1140 |
|
80F |
|
345 |
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| 14 |
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MGRD - 1050 |
|
43.43 |
|
550 * 1750 *1140 |
|
100F |
|
365 |
|
| 15 |
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MGRD - 1250 |
|
52.09 |
|
550 * 1750 * 1140 |
|
100F |
|
370 |
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| *처리유량은 입구압력 7 ㎏/㎠ 기준임. 최대사용압력은 9.9 ㎏/㎠ 기준임. |
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2. 수분제거공정
수분 제거 : 농축과 건조
농축 : 증발농축, 동결농축, 막농축
증발 : 용액을 끓는점까지 가열하여 기화에 의해 용액으로부터 수분을 제거하는 조작
동결농축 : 수용액과 얼음사이의 평형을 이용하여 수분 제거
결정기 (얼음결정의 형성)와 분리기로 구성
막농축 : 막을 이용한 용매와 용질의 분리, 또는 용액중의 용질을 분활하는 과정
ultrafiltration
RO
건조 : 일정조건하에서 가열하여 식품내에 존재하는 수분을 증발 또는 승화시켜 제거하는 과정
$$. 식품의 경우 가열에 의해 식품중의 영양성분이 파괴되고, 향기, 색깔, 조직등의 품질 변화가 나타나므로
어던 다른 공업보다 열처리에 세심한 주의가 필요하다.
건조의 이유 : 식품내 수분함량이 10% 이하이면 미생물의 생육이 억제되며, 영양성분과 풍미를 보존
할 수 있다 (풍미의 경우 5% 이하로 건조)
식품건조 메커니즘은 현재가지 잘 아려져 있지 않으며, 특히 식품의 경우 복원성이
중요한 고려인자이다.
건조방법 : 열풍건조 – 식품을 가열공기의 흐름과 접촉시켜 건조 (증발에 필요한 열을 대류로 공급)
가열면과 직접 접촉에 의한 건조 : 물체를 가열 표면에 직접 접촉시켜 수분을 증발 (전도열)
복사 및 유전가열에 의한 건조 : 복사열이나 초단파, 고주파의 발열작용을 이용하여
재료 내부에 열을 발생시켜 건조
$$$. 열의 전달 메카니즘
1. 전도 (conduction): 하나의 분자 (또는 원자)에서 옆에 있는 다른 분자(또는 원자)로 열에너지가
이동하는 현상
열 이동속도는 면적과 온도차에 비례하고 열이 이동하는 거리에 반비례 (fourier’s law) .
Q= - kA (dT/dx)
Where, Q : 열이동 속도 (kcal /h). A: 전도면적 (m2), T; 온도 (C), x : 열 이동거리 (m)
K : 열 전도도 (상수), -: 열이 고온에서 저온으로 흐르므로 음의 방향
보통 기체는 금속에 비해 열전도도 상수가 1/1000 정도이다. (단열재….원리)
2. 대류 (convection) : 유체의 더운 부분과 찬부분이 혼합되면서 열이 전달되는 현상
자연대류 : 찬 유체와 더운 유체사이의 밀도차에 의해 유체가 움직임
강제대류 : 인위적으로 유체를 이동시켜 열전달 속도를 증가
실제 고체와 유체사이의 열전달의 경우 유체,유체사이는 대류에 의해, 유체와 액체사이
에는 전도에 의해 열이동 (벽면과 접촉한 유체는 정지상태이므로)
열이동속도는 고체와 유체의 온도차에 비례하고, 그 접촉면적에 비례한다 (뉴우턴의 냉각법칙)
Q = h A (deltaT) Q; 전열속도 (kcal/h), A. 전열면적 delta T: 온도차
h : 표면 열전달계수 (유체속도에 의존)
(강제대류에서는 자연대류보다 유체이동속도가 증가되어 h가 커진다)
1. 복사전열 (radiation) : 열에너지가 전자파의 형태로 한 물체에서 방출되어 공간을 통해 다른 물체로
흡수되는 것
단위시간당 단위면적에서 방출하는 복사에너지(E)는 그 물체의 절대온도의 4제곱에 비례한다
(Stefan-Boltzman 법칙)
Eb = sT4
단, 이경우 그 물체를 흑체라고 가정 (복사파를 100% 흡수하는 이상적인 물체)
e = E/Eb (흑체 복사력에 대한 실제 물체의 복사력의 비)
e : 복사능
E = e sT4
건조공정
1. 수분이동 이론
수분 제거 목적 : 가공식품의 제조 또는 장기저장을 위해
식품의 질적, 관능적 성질, 수송등에 이점을 주기 위해
일반적인 식품의 건조방법: 가열공기를 직접, 또는 간접으로 식품에 접촉(조직, 구조, 성분조성의 변화 유발)
가공재료내의 물 : 결합수와 자유수 (건조 대상은 바로 자유수)
표면건조와, 모세관 현상과 확산에 의한 내부 수분의 표면이동으로 건조 진행.
건조 이론 :
$$ 습도 : 공기중에 포함되어 있는 수분의 양
절대습도 : 건조공기 1kg이 포함하는 수증기의 kg수
포화습도 : 주어진 온도, 압력,하에서 건조공기 1kg이 가질 수 있는 최대수증기량
공기중의 포화수증기압은 그 온도에서 물의 포화 수증기압과 같다.
상대습도 : 공기중의 수증기압의 분압과 동일온도에서 물의 포화 수증기압의 비
이슬점 : 일정습도의 건조공기와 수증기의 혼합물을 냉각시켜 응축이 일어날 때의 온도
(얼음물 컵을 따뜻한 공기에 둘 때 맺히는 이슬)
$$, 수분함량 : 물체에 함유된 수분
습량기준 : 습한 물체 단위무게당 수분 무게
건량기준 : 건조 고체 단위무게당 수분 무게 (예: kg 수분/ kg 건조고체)
$. 평형 상대습도 : 식품의 수분함량과 평형상태(즉, 더 이상 건조되지 않는 상태)에 있는 공기의 상대습도.
( equilibrium relative humidity)
$. 수분활성 (Aw): 주어진 온도에서, 식품중의 수분의 분압과 순수한 물의 포화수증기압의 비
보통 평형 상대습도를 100 으로 나눈 값
Aw = ERH /100 = P /Pw (Pw: 물의 포화증기압, P: 식품중 수분의 분압)
$. 등온흡착곡선 : 일정온도에서 수분 활성과 수분 함량과의 관계
수분이 재료에 어느정도 강하게 결합되어 있는가를 나타내는 척도.
자 이제 식품을 건조시켜 볼까요? (p134 ~136)
1. 예비건조기간 (예열기간): 식품 표면과 열풍이 평형을 이루는 예비기간 (일반적으로 무시)
2. 정률건조기간 : 식품내부의 수분이 표면으로 이동하는 속도가 증발속도보다 빠른 기간
즉, 이때 수분 증발속도는 표면에서 수분이 증발하는 속도에 의존
** 임계함수율 (식품 표면에 더 이상 자유수가 존재하지 않을 때의 식품함수율)
3. 감률건조기간 : 식품내부의 수분이 표면으로 이동하는 속도가 증발속도보다 느린 기간
이 경우 식품 내부의 수분 보유상태, 수분과의 재료의 친화성등에 영향 받음.
식품 건조의 특징 (식품은 복잡한 불균일계이므로 건조이론이 완벽하게 적용되지는 않는다)
1. 수용성 물질의 이동 : 내부 à 표면, 표면 à 내부
2. 수축 : 건조 표면적의 변화, 수분 확산계수의 변화, 식품 내부의 압력구배 형성등 건조속도에 영향 미침
3. 표면경화 : 식품 표면으로의 수용성 물질의 이동과 건조말기의 고온에 의한 표면층의 변화
주요 건조기술 (p138, 그림 III-2-7. 식품의 건조방법)
1) 자연건조 : 천일건조, 자연동결건조 – 경제적이나, 날씨 영향이 많으며,
장시간 처리에 따른 품질 저하의 문제점
천일건조 : 주로 어패류나 해조류 건조에 이용
직사광선을 피하고 바람이 잘 통하는 그늘 (표면경화 방지)
자연동결건조 : 야간 –5도, 주간 0도 이상의 지역 (스폰지형 다공질 조직 형성)
2) 인공건조 : (분무, 포말, 드럼, 동결진공, 진공, 열풍, 냉풍, 적외선, 고주파, 초음파, 팽화)건조
분무건조 : 분유, 아이스크림 믹서, 버터, 치즈, 커피, 차, 계란분말 등등에 이용
열에 민감한 물질의 건조
속이 빈 구형입자들의 생성에 유리
장치 : 공기가열부, 농축액 분무장치, 건조장치, 제품회수장치
p140, p141,
동결진공건조 : 동결후 얼음을 승화시켜 수분 제거
복원성이 우수하며, 색, 맛, 조직, 형태의 변화가 적다.
향기성분의 파괴가 적어 향기 유지율이 높다.
열풍건조 : 열풍으로 수분을 제거하는 장치
냉풍건조 : 냉각 (15도 내외), 제습하여 수증기압이 낮은 냉풍과, 식품의 수증기압의 차에 의해
수분 제거.
높은 설비비와 운영비
진공건조 : 30~100 torr정도로 감압하고 가열하면 (50도내외) 수분을 효율적으로 제거가능
살균효과도 우수한 편 (p 144)
원적외선과 고주파 건조 : 복사에너지와 유전가열을 이용하여 열전도가 나쁜 식품의 건조에 이용
열풍과 병행하여 사용
초음파 건조 : 열변성에 약한 식품 건조에 이용 (6~10 kHz의 초음파를 조사하여 건조)
포말건조 : 식품을 농축한 후, 기포제를 첨가하여 거품을 만들어 표면적을 증대시킨 다음
열풍건조하는 방법
기포제 : monoglyceride, egg albumin등을 0.5~2% 정도 첨가
주로 각종 주스분말, 커피, 분유, 엑기스 제조에 이용
드럼건조 : 전분, 스프, 분말유아식품등의 제조 (rotary drum evaporator)
p145 그림 III–2-15
팽화건조 : 식품을 고압, 가열한 후, 갑자기 상온 상압으로 노출하여 순간적으로 수분 증발시켜
다공성 제품을 생산 (수분 함량이 15~40% 정도의 식품)
수분 함량이 너무 높으면 반드시 건조하여야 한다.
농축공정 (건조와 동일한 이론이나 최종산물이 고체가 아닌 액체인 경우)
농축의 필요성 : 분리와 정제를 위해
건조 예비공정으로 건조 에너지를 절감하고, 건조 효율을 높이기 위해
결정 생성을 유도하기 위해
포장, 수송, 저장성을 증가시키기 위해
1. 농축의 원리 :
농축 : 비(등)점을 이용하여 식품중의 일부 수분을 제거하여 용액농도를 증가시키는 조작
비등 : 액체 내부에서 일어나는 기화현상
비등점 (끊는 점): 비등이 일어나는 온도.
비등점에 영향인자
1. 압력: 비점은 압력이 증가할수록 증가되고, 감압하에서는 감소된다.
(외부압력과 용액의 깊이에 따른 압력에도 비례한다)
2. 용액의 농도 : 비점은 동일압력에서 순수용매보다 농축액에서 증가된다.
(농축될수록 비점은 증가된다 – 끊는점 상승 : 뒤이링 법칙).
2. 주요 농축공정의 종류
1) 증발농축 : 가장 일반적인 방법 – 캔디, 젤리, 연유등의 제조에 이용
열교환기, 분리기, 응축기로 구성
아로마 로스를 방지하기 위해 향기성분을 분획증류하여 회수할 필요가 있다.
농축저해인자 :
ㅁ. 점도 : 농축과정중 점도가 증가하여 비뉴우토니안 유체로 변화
점도증가에 따른 열전달 및 물질 전달이 감소하게 되고, 관석(scaling)이 형성
ㅁ. 관석
ㅁ. 거품 : 안티포옴, 소포제, 감압사용
2) 동결 농축 : 식품내의 수분을 얼음으로 석출시킨 후, 기화시켜 수분 제거
장치 설비비, 유지비, 조작비가 많이 들지만, 우수한 제품을 생산할 수 있다.
(조직, 구조의 변형이나 향기성분의 loss등을 최소화, 에너지면에서도 유리)
3) 막분리 : 치즈 whey의 초여과, 제과공장 폐수에서 설탕회수를 위한 역삼투,
식품주우스, 커피, 홍차폐수에서 유기물의 회수등 다양한 용도로 이용
UF: 용액중의 큰 용질분자를 선택적으로 투과시키지 않는 막(초여과막)을 이용 (크기 10~100A)
RO : 용질은 투과하지 않고, 비슷한 크기의 용매분자는 투과할수 있는 막 (반투과막)을 이용
(3~10 A 정도의 pore size)
확산, 삼투, 그리고 역삼투 |
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