분무 건조는 액체를 가루로 만드는 공정으로, 식품 공장에서 열을 특히 많이 쓰는 공정 가운데 하나입니다. 왜 이렇게 에너지를 많이 쓰고, 어떻게 줄일 수 있을까요? 핵심은 물을 증발시키는 열 자체가 크다는 점이고, 그래서 건조기에 들어가기 전부터 줄이는 것이 가장 효과적입니다.
분무 건조기의 원리
농축한 액체를 아주 작은 방울로 뿌려, 뜨거운 공기 속에서 순식간에 말리는 설비입니다. 유제품이나 단백질 분말 같은 가루 원료를 만드는 데 널리 쓰입니다.
분무 건조가 열을 많이 쓰는 이유
가루를 만들려면 액체 속의 물을 빼야 하는데, 같은 양의 물을 빼도 분무 건조는 증발기보다 열이 10~20배나 듭니다. 그래도 증발기로는 액체를 진하게 만들 수 있을 뿐 가루로 만들 수는 없어서, 공장들은 증발기로 최대한 농축한 뒤 마지막 단계에서만 분무 건조를 씁니다.
게다가 물기를 머금은 공기가 90°C 안팎으로 아직 뜨거운 채 빠져나가면서 열의 일부를 함께 가지고 나갑니다.
분무 건조 에너지를 줄이는 방법
| 방법 | 하는 일 | 절감 효과 |
|---|---|---|
| 최대한 농축하기 | 건조기에 넣기 전에 증발기로 물을 더 뺀다 | 고형분 30%→40%면 약 3분의 1 |
| 공기 제습하기 | 들어가는 공기의 습도를 1년 내내 일정하게 맞춘다 | 연간 대략 14% |
| 온도 차이 넓히기 | 나오는 공기의 온도를 조금 낮춘다 | 출구 90°C→80°C면 약 9% |
| 원료 미리 데우기 | 원료를 건조기 밖에서 미리 데운다 | 대략 2~5% |
| 세척 줄이기 | 같은 품목을 묶어 생산해 품목 교체 세척을 줄인다 | 세척·재가동에 드는 에너지 |
가장 효과가 큰 것은 건조기에 들어가기 전에 물을 줄이는 것입니다. 온도는 제품이 눌어붙지 않는 범위에서, 세척은 위생 기준을 지키는 범위에서 조정해야 합니다.
건조기 열원의 변화
건조기에 넣는 뜨거운 공기는 지금 대부분 가스로 만들지만, 전기로 데우는 방식이 빠르게 늘고 있습니다. 전기는 시간대마다 값이 다르기 때문에, 전기가 싸거나 폐열이 남는 시간에 열을 미리 만들어 담아 두었다가 건조기가 돌 때 꺼내 쓰는 방식도 함께 검토되고 있습니다.
결론
분무 건조 에너지는 건조기 안에서만이 아니라 건조기에 들어가기 전부터 줄여야 합니다. 원료의 물을 먼저 빼고 공기 조건을 일정하게 맞추는 데서 절감이 시작됩니다.
GIGAette의 IsoTES®는 폐열이나 재생에너지 전기로 만든 열을 담아 두었다가, 필요할 때 같은 온도로 내보내는 정온 열에너지 저장 시스템입니다.
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출처
- Ways to reduce energy for spray drying — IP&D experts, 네덜란드 기업청(RVO) 제출 보고서 (2022-05-29) — 분무 건조 원리와 용도, 증발기 대비 분무 건조 열량(6단 증발기 약 430kJ, 분무 건조 최대 6,000kJ), 출구 공기 90~95°C, 농축·제습·온도 차이·원료 예열·세척 절감 효과, 가스 가열과 전기 히터 사례
- More efficient milk powder production through evaporation to very high solids content — 스웨덴 찰머스공대, 스웨덴 에너지청 지원 연구 과제 (2013~2014) — 분무 건조는 증발보다 10~20배 에너지를 많이 씀
- 대표 이미지: Elevate / Unsplash (색 보정)