DDGS 전 증류 폐액 탈수를 위한 에탄올 공정

식물성 당분과 전분의 발효에 의해 생성되는 바이오에탄올은 휘발유 대체재입니다. 가장 흔하게 사용되는 원료는 옥수수와 사탕수수입니다.

옥수수나 밀과 같은 전분 기반 원료에서 에탄올을 생산하면 막대한 양의 증류 잔여물이 발생하는데, 이는 동물 사료, 특히 건조 증류 곡물 부산물(DDGS) 형태로 사용될 수 있습니다. 데칸터 원심분리기는 증류 잔여물을 단백질과 미세 섬유를 포함하는 "저온 증류 잔여물"이라는 원심분리액과 곡물 섬유의 굵은 성분을 포함하는 "습식 케이크"라는 고형층으로 분리합니다.

단백질, 효모 및 미세섬유가 포함된 농축액(묽은 증류액)을 증발시켜 시럽 형태의 "진한 증류액"을 생산합니다. 옥수수를 원료로 사용하는 경우, 진한 증류액에는 옥수수유도 포함되어 있는데, 원심분리기를 사용하여 이를 추출함으로써 원료와 공정을 최대한 활용할 수 있습니다. 탈유 후, 진한 증류액은 데칸터에서 나온 습식 케이크와 혼합하여 건조시키면 DDGS(건조 증류 고형분)가 됩니다.

사탕수수나 당밀과 같은 당류 기반 원료로 에탄올을 생산하는 과정에서 증류 단계에서 비나세(vinasse)가 생성됩니다. 비나세 농축액은 증발을 통해 추가 농축된 후 데칸터를 거쳐 처리됩니다. 최종적으로 얻어진 비나세 제품은 동물 사료 첨가제 및 비료로 사용됩니다.

특징 및 장점

높은 g-볼륨을 갖춘 깊은 연못 설계, 자동 차동 속도 조절 및 항상 최대 토크를 통해 최고의 분리 효율과 더 건조한 케이크를 제공합니다.

에너지 효율적인 설계: 작은 고형물 배출 직경과 에너지 제트를 사용하여 에너지 소비를 줄였습니다.

견고하고 안정적인 작동: 고온 노출을 최소화하는 외부 기어, 모든 주요 베어링에 오일 및 공기 윤활 방식 적용

향상된 마모 방지 기능: 타일 및 텅스텐 카바이드 보호로 가동 시간 연장

생산 중 볼 회전 속도 변화에 따른 높은 유연성을 위해 VFD 드라이브가 필요합니다.

콤팩트한 디자인: 공간을 적게 차지하며, 모든 서비스 관련 부품에 쉽게 접근할 수 있습니다.

DDGS 산업 인사이트

수익원을 확대하기 위해 많은 에탄올 생산업체들은 바이오 연료, 플라스틱, 비료, 이산화탄소, 소독제, 동물 사료 등 다양한 분야로 제품군을 확장해 왔습니다.

증류 건조 곡물 부산물(DDGS)은 맥주 양조 산업의 주요 부산물로, 약 98%는 에탄올 생산 공장에서, 나머지 2%는 주류 산업에서 발생합니다.

주로 옥수수에서, 그리고 소량은 밀과 쌀에서 추출되는 DDGS 생산량은 이후 상당한 성장을 보였습니다.

2000년에 시작된 DDGS 생산량은 2011년에 약 3,500만 톤에 달했으며, 수출량 또한 크게 증가했습니다. 미국에서는 DDGS의 상당 부분이 유제품 및 육우 사료로 사용되며, 약 20%는 돼지 및 가금류 사료로 사용됩니다.

에탄올과 DDGS는 생산 공정의 최종 산물로 얻어지며, 에탄올 증류 후 잔류물 탈수를 위해 데칸터 원심분리기가 사용됩니다. 또한, 필요에 따라 바이오가스 플랜트를 설치하여 액상에서 에너지를 활용할 수 있습니다.

주요 단계

발효에 앞서 슬러리는 32°C까지 냉각해야 합니다. 최적 온도에 도달하면 발효가 시작됩니다. 발효조 안에서 슬러리는 물과 활성 효모와 결합하여 곡물의 당을 에탄올과 이산화탄소로 전환하는 반응을 촉진합니다. 원하는 알코올 농도에 따라 발효는 일반적으로 약 이틀 정도 소요됩니다.

발효된 혼합물은 증류탑에서 분리 과정을 거치며, 이 과정에서 알코올이 물과 기타 불순물로부터 분리되어 거의 95% 순도의 에탄올이 얻어집니다.

동시에 발효 과정에서 생성된 고체-액체 혼합물은 탈수를 위해 데칸터 원심분리기로 이동합니다. 고체상은 건조 단계로 넘어가기 전에 데칸터 원심분리기 내에서 탈수 과정을 거칩니다.

건조 과정에서 액상 부분은 증발을 통해 걸쭉한 펄프로 변하고, 이후 튜브 번들 건조기로 보내져 수분 함량이 약 10~14%가 되는 습식 케이크에 다시 혼합됩니다.

탈수 과정은 곡물 연소 위험을 줄이고, 색상을 변화시키며, 영양소의 완전성을 유지하고, 분해 속도를 조절하는 데 중요한 역할을 합니다.

소 사료의 경우, 침전조에서 나온 고형분은 건조 과정 없이 바로 사용할 수 있습니다. 그러나 양과 어류 사료의 경우, 최적의 품질과 섭취 적합성을 보장하기 위해서는 건조가 필수적입니다.

DDGS 관련 처리 단계

데칸터 원심분리기의 구조 및 작동 원리 (DDGS 생산을 예로 들어 설명)

구조

데칸터 원심분리기는 세 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다.

드럼 부분: 이 부분은 원통과 원뿔로 구성되며, 분리 대상 물질을 담는 용기 역할을 합니다. 드럼이 회전함에 따라 원심력이 발생하여 고체와 액체가 분리됩니다.

스크류 컨베이어: 드럼 내부에 위치합니다. 드럼이 회전함에 따라 스크류 컨베이어는 고형물을 지속적으로 제거하여 효율적인 분리를 보장합니다.

구동 메커니즘: 모터와 기어박스로 구성된 구동 장치는 드럼과 스크류 컨베이어의 회전을 제어합니다. 기어박스를 통해 이 구성 요소들 간의 속도 차이를 조절함으로써, 작업자는 특정 요구 사항에 따라 분리 공정을 미세 조정하여 효율성과 성능을 최적화할 수 있습니다.

작동 원리:

DDGS 생산 과정에서 데칸터 원심분리기는 다음과 같이 작동합니다.

투입 과정: 발효 과정에서 얻은 발효 고형물과 액체의 혼합물을 데칸터 원심분리기에 투입합니다.

원심 분리: 드럼에 투입되면 드럼이 빠르게 회전하면서 원심력이 발생합니다. 이 힘으로 인해 밀도가 높은 고체 입자는 드럼의 바깥쪽으로 이동하고, 밀도가 낮은 액체는 중심부에 남게 됩니다.

스크류 컨베이어: 드럼의 둘레를 따라 고형 입자가 축적됨에 따라 스크류 컨베이어는 고형 입자를 배출구 쪽으로 지속적으로 이동시킵니다. 이는 액상에서 고형물을 효율적으로 분리하는 데 도움이 됩니다.

액체 배출: 동시에, 정화된 액체상은 드럼 중앙으로 이동하여 별도의 배출구를 통해 배출됩니다.

미세 조정: 드럼과 스크류 컨베이어 사이의 속도 차이는 기어박스를 통해 조정할 수 있으므로 작업자는 입자 크기, 밀도 및 원하는 제품 품질과 같은 요소를 기반으로 분리 효율을 최적화할 수 있습니다.