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펠렛 품질 (입자의 결착)
IP : 211.221.211.157  글쓴이 : 관리자   조회 : 1550   작성일 : 12-11-30 10:53:15 |

입자의 결착

mash 사료는 종종 일반적인 사료제조에서 과립(펠렛)을 거친다.
펠렛팅 가공에서 이어지는 단계는 meal 콘디셔닝, 펠렛팅 및 건조/쿨링이다. meal 콘디셔닝은 meal 의 펠렛으로의 실질적인 압축에서 필수적인 것이며 온도, 시간, 수분수치와 같은 가공 변수등에 의해서 조절될 수 있다.
따라서 적절한 콘디셔닝은 meal 입자표면에 점착성을 가져오고 이에 의해 추가적인 관리동안에 펠렛에서 발생되는 가루의 감소나 더 단단해진 펠렛에 의해 펠렛 품질을 개선시킨다.

다양한 전제들이 펠렛의 구조적 완전성을 실험하는 요소를 구체화하기 위해 주장되어진다. 대체적으로 펠렛 품질에 영향을 주는 원인요소는 diet 원료조성 및 특성, 가공기술 및 특정 펠렛바인더 등이다.

좀더 본질적으로 펠렛의 완전성은 diet 원료입자간의 고형-고형(solid-solid)을 통해 이뤄지는 입자 결착력, 액상(당밀등)의 사용이나 특정 펠렛바인더 사용을 조사함으로써 검토되었다.
오늘에 이르러 가장 알려진 전제는 Rumpf의 이론으로, 사료입자도가 다양한 메커니즘에 의해 함께 평가되어야 한다는 원인요소를 설명한 Friedrich에 의해 이론이 널리 확장되었다.

사료입자결착에 대한 일반적 메커니즘은 입자도 및 미립자와 바인더 사이의 소위 ‘liquid necking’, 점착력 및 응집성이라고 불리는 수분, 공기 및 고형원료의 3부시스템에서 모세관힘 사이의 ‘solid-solid’ 상호작용과 접힘과 겹침으로 인한 입자간 상호작용으로 나눠질수 있다.

‘고형-고형’ 상호작용은 소결시킴, 몇몇 원료들의 재결정화나 결정발달, 화학적 반응, 가열가소성원료의 용해 및 결정상태로 한 후에 고형화하는 것을 포함한다. Rhgud-고형상호작용 type의 입자사이의 결착은 적용조건에 따른 건조/쿨링가공동안 주로 형성된다.

펠렛과 같은 침투성 있는 덩어리에서는3가지 다른 형태로 분류될 수 있다. 그것은 입자로부터 나온 수분, air와 고형 물질이다. 이들 입자는 liquid necking 에 의해서 평가될 수 있다.
결착력은 결착액상의 표면장력 및 이웃 입자의 반경(radius)에 의해 좌우된다. 결착시의 결착압력은 이웃 입자의 반경이 동일하다는 전제하에 laplace 방정식에 의해서 얻어진다. 펠렛사료에서 이것은 일반적인 사례가 아닌데, 이는 milling이 diet 원료의 (입자가 좀더 커지거나 작아지게) 입자분포를 일으키기 때문이다.
위에서의 방정식(equation)으로부터 입자 반경이 줄어들면서 결착력이 높아진다는 것을 쉽게 유추할 수 있다. 이는 가늘게 분쇄할수록 더 나은 펠렛을 생산할 수 있다는 일반적인 원칙과 함께 받아들여지고 있다.

다른 입자간의 결착인자(물)는 기정의 결착의 loss(손실)없이 입자 주위에 재분배되기도 한다. 온도상승은 증발과 응결을 통해 수분의 재분포를 일으키고 이는 입자간 수분의 유동성을 증가시킬수 있다.
펠렛 수분수치가 감소하는 경우에, 수분 결합(교상결합 bridge)은 줄어들고(수축), 줄어든 수분 결합으로 인해서 총결착력 또한 감소할것이다. 하지만 더 넓어진 모세혈관(capillary)에서 수분이 먼저 증발되어지므로 매 결합(bond)당 결착력은 증가할것이다.
이어서, 남겨진 수분은 적어진 입자사이에 결합을 형성하게 될 것이다. 주어진 방정식으로부터, 이웃 입자간 결착력이 줄어든 반경과 맞물려 증가한다는 것을 이끌어낼 수 있다. 많은 물이 모든 기공속에 채워지는 경우, 펠렛 구조를 유지를 위해서 어떤 모세혈관 힘(force)도 주어지지 않는 가운데, 물과 입자의 두가지 양상 시스템을 이룰 것이다. 이는 최적의 상태는 첨가된 수분의 양과 표면장력에 따라 반죽덩어리(clay agglomerates)의 결착력으로 나타난다는 Knacke와 Pohl의 논문에서 보여진다.

고점성의 특징을 가진 원료는 입자간 서로 ‘달라붙을’ 것이다.
따라서 상호작용하는 입자가 증가하는 동시에 입자간 거리는 감소할 것이다. 각각의 입자간 고형-고형 상호작용은 펠렛팅 동안의 압력을 받았을 때와 같이 입자간 거리가 충분히 줄어들었을 때 영향을 받을 수 있다. 이와 같은 조건하에, 결착제는 입자주위에 재분포될 수 없다. 이러한 결합은 사료에서 아주 널리 또 많이 나타나고 있다. 시간이 흐름에 따라 입자간 결착력에 영향을 주기도 하고, 펠렛의 구조적 완전성 또한 보관시간에 따라 변화하기도 한다.

‘Van der Waals’ force는 입자가 충분이 작아졌을 때 펠렛에서 구조적 완전성을 이루는 역할을 한다고 하였다. 대개, 사료에서 이러한 입자 부분(fraction)은 펠렛에서 결착력을 충분히 증가시키기엔 무시해도 좋을 정도로 작다. 입자사이즈가 증가하면 ‘Van der Waals’ 영향력의 효과는 줄어들고 여타 결착 메커니즘(모세혈관 force 및 결착원료)는 좀 더 우세해질 것이다.

정전력은 원료간 반발력에 의해 입자 사이에서는 무시할만큼 미약하다. 이론적 근거에서 입자간 결착력의 크기는 ‘Van der Waals’ force 만큼 0.2905로 적어진다.

마지막으로, 입자와 섬유질은 펠렛팅 가공으로 인해 접혀지고 따라서 서로 겹쳐지기도 한다. 이런 현상은 또한 펠렛에서 구조를 형성하는 데 한 몫을 하기도 한다. 하지만, 여태까지 이러한 유형의 결착을 정량화시킨 어떤 이론적 체계도 개발되지 못했다.
Thomas et al에 따르면, 전분, 단백질 및 섬유질과 같은 원료성분의 몇 가지 효과가 물리적 펠렛 품질에 대한 각각의 영향을 준다는 것에 대해 주장하기도 했다.

위에서 제안된 메커니즘은 펠렛의 구조적 완성성을 이해하는 데 유용하다. 상기에 언급된 각기다른 영향들은 펠렛 완전성에 대한 가장 강력한 원인 요소이며, 사용된 원료의 조합 및 펠렛팅, 쿨링 및 보관동안의 여타 작업/가공 변수들에 따라 변하기도 한다. 이러한 변수들은 펠렛 완전성, 구성요소와 함께 사료 생산 타입에 따라 변하는 다른 결착 메커니즘의 크기 및 물리적 특성에 의해 영향을 받는다.

품질 관리 근거를 위해, 펠렛품질 장치가 펠렛의 완전성을 측정하기 위해 개발이 되었고, 또한 이 장치들은 diet 조성 및 펠렛사료 품질에 대한 진행작업조건의 효과를 측정하는데도 널리 사용될 수 있다.

<논문참조>