식품 응용 분야에 적합한 진공 펌프의 이해
2021년 5월 27일
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진공 펌프의 메커니즘
습식 펌프는 펌핑 챔버 안에 두 가지 목적을 수행하는 오일을 가집니다. 첫 번째는 움직이는 부품의 윤활이며 두 번째는 펌프 내부의 간극을 채워 진공을 더 깊게 만드는 것입니다. 건식 펌프에는 윤활을 위한 베어링과 기어에 오일이 있지만 펌프 챔버 자체에는 오일이 없습니다. 깊은 진공이 설계되어 있습니다.
식품 및 음료 생산 분야에서 펌프가 직면하는 가장 큰 적은 수증기, 당분, 지방산과 같은 기타 오염 물질입니다. 습식 펌프는 수증기와 오염 물질을 흡입합니다. 습식 펌프는 100°C/212°F보다 낮은 온도에서 작동하기 때문에 수증기가 펌프 내부에서 응축되어 오일과 유화되는 액체 물을 생성합니다. 다른 오염 물질은 항상 오일에 포집되어 오일을 교환할 때까지 남아있게 됩니다.
"모든 지방산은 펌프를 부식시킬 것"이라고 Ligman은 말합니다."당분은 다른 문제를 일으킬 수 있습니다. 수증기가 펌프에 응축되어 펌프의 용량이 전부는 아니더라도 일정 부분 손실되는 상황이 발생할 수 있습니다."
수증기의 오염 물질로 인해 자주 오일을 교환해야 하기 때문에 유지보수가 더 많이 필요합니다. 오일 비용, 인건비, 무엇보다도 진공 펌프를 정비하기 위한 생산 라인의 가동 중단 비용을 고려하면 이러한 오일 교체 비용은 빠르게 증가합니다. 건식 공정보다 수증기가 더 많이 발생하는 동결 건조와 같은 응용 분야에서는 오일 교환이 훨씬 더 자주 필요하므로 비용이 더 많이 듭니다.
건식 진공 펌프에는 오일이 들어 있지 않으며 수증기를 응축할 수 있을 정도로 뜨겁게 작동합니다. 당분과 지방산과 같은 오염 물질은 펌프 내부의 오일에 달라붙지 않고 배기를 통해 빠져나갑니다. 건식 진공 펌프에서 염두에 두어야 할 한 가지 고려 사항은 특정 펌프가 당분과 지방산이 펌프 구성품에 연소될 정도로 충분히 뜨거워지는지에 대한 여부입니다.
건식 기술의 에너지 효율은 습식 기술에 비해 30% 정도 차이가 날 수 있지만 운영 비용이 적게 듭니다. 따라서 건식 펌프가 에너지 사용 측면에서 유리할 수 있지만, 실제 효율성은 건식 펌프가 잦은 가동 중단으로 이어질 수 있는 잦은 서비스나 유지보수가 필요하지 않다는 점이 작용합니다. 펌프 유지보수를 위해 라인을 중단할 필요가 없으므로 같은 기간 동안 더 많은 생산량을 확보할 수 있습니다.
특정 응용 분야
진공 펌프의 구체적인 요구 사항은 사용 분야에 따라 다릅니다. 포장에는 더 빠른 주기로 낮은 압력이 필요합니다. 텀블링이나 혼합과 같은 가공은 포장보다 높은 압력으로 사이클 시간이 더 길지만, 높은 압력보다는 중간 정도의 압력이 필요합니다. 동결 건조의 경우 사이클 시간은 다양하지만 여기에 언급된 다른 두 가지 응용 분야보다 요구되는 압력은 낮습니다.
Leybold의 Product Sales Development Manager인 Jim Hupp는 "각 응용 분야를 개별적으로 살펴보면 펌프 요구 사항의 차이가 상당히 커집니다."라고 말합니다. 그는 이러한 세 가지 특정 영역에서 건식 진공 펌프의 응용 분야에 대해 설명합니다.
포장
포장은 가공 또는 동결 건조에 비해 오염이 거의 없지만 생산 공정에서 이물질이 발생할 수 있습니다. 가동 시간이 매우 중요하며 사이클 시간이 더 빨라집니다.
Hupp은 "저는 생산 현장에서 사용할 수 있는 컴팩트한 사이즈의 건식 기술을 찾고 있습니다. 세척 구역에서 사용할 수 있고, 수증기나 소량의 액체를 처리할 수 있어야 합니다. 그리고 어느 정도의 건조 미립자 오염도 처리할 수 있어야 합니다."라고 말합니다.
처리
수증기와 제품 잔류물이 존재하기 때문에 오염은 큰 문제입니다. 오염의 가능성은 서비스나 수리를 위해 펌프를 반복적으로 오프라인 상태로 전환해야 하는 경우 가동 시간이 위험에 처할 수 있다는 것을 의미합니다.
Hupp은 "제가 원하는 것 중 하나는 현장에서 펌프를 정비하고 청소할 수 있는 기능입니다. 이러한 영역에서는 제품 잔류물의 위험이 훨씬 높기 때문에 펌프에 다량의 액체 또는 제품 슬러리가 유입되어 펌프가 멈추고 생산을 다시 가동하기 전에 펌프를 교체해야 하는 경우가 많습니다."라고 말합니다.
동결 건조
수증기의 양을 고려할 때 오염은 중요한 문제입니다. 동결 건조 딸기와 같은 일상적인 제품에는 습식 펌프의 오일을 오염시킬 수 있는 당분이 포함되어 있습니다. 사이클 시간은 다양하며 필요한 압력은 이 세 가지 응용 분야 중 가장 낮습니다.
Hupp은 "저는 필요한 경우 펌프를 열고 수동으로 청소한 후 다시 온라인 상태로 전환할 수 있는 기능을 갖추고 싶습니다. 일반적으로 한 시간 이내에 이렇게 할 수 있습니다. 펌프 전체를 교체하거나 교체 펌프를 구할 때까지 라인이 중단되는 것보다 한 시간 내에 수동으로 펌프를 다시 가동할 수 있다면 큰 이점이 됩니다."라고 말합니다.
적용 분야, 환경 및 관련 제품의 특성에 따라 진공 펌프 요구 사항이 크게 변경될 수 있습니다. 펌프를 최대한 활용하고자 하는 프로세서는 관련된 모든 요소를 이해하고 이를 결합하여 펌프를 위한 가혹한 조건을 만들어야 합니다.
성능 기능, 초기 비용 및 총 비용은 생산 라인의 다른 부분과 마찬가지로 모두 계산의 일부입니다. 구매 결정을 내리기 전에 이러한 모든 사항을 명확하게 정의해야 하며, 사용 가능한 최상의 정보를 기반으로 해야 합니다. 한 가지 예로, 동결 건조 환경에서 습식 펌프에 필요한 오일 교환 빈도를 정확하게 예측할 수 있다면 총 비용에 큰 차이를 가져올 수 있습니다.
Ligman은 "일단 결정이 내려지면 현재 펌프가 생산 수요를 충족하고 있는지, 그렇지 않다면 어떤 변화가 필요한지가 문제입니다. 이는 특정 응용 분야에 더 적합한 모델로 펌프를 교체하기 위해 생산 라인을 중단해야 한다는 것을 의미할 가능성이 높습니다. 쉬운 결정은 아니지만 생산 효율성을 극대화하기 위해서는 반드시 필요한 결정입니다."라고 말합니다.
Ligman은 "회사에서 가장 어려운 일 중 하나는 변경 후 더 나은 결과를 얻을 수 있다는 것을 알면서도 생산 라인을 중단하고 변경하는 것입니다. 생산 라인을 중단하는 것이 어려운 이유는 그 시간 동안 생산이 뒤처지기 때문입니다. 손실이 발생하고, 생산이 늦어지고, 백로그가 쌓이고, 모든 사람에게 압박이 가해집니다. 이는 어려운 결정입니다."라고 덧붙입니다.