소개
2017년 세계 인구는 75억 명으로 추산됩니다. 2030년에는 85억에서 89억 명에 이를 것으로 예상됩니다(출처: UNO 인구 통계 데이터베이스). 우리는 거대한 변화에 직면해 있습니다. 앞으로 과학자들과 농부들에게 가장 큰 도전은 많은 사람들에게 식량을 공급할 방법을 찾는 것입니다. 세계 농업 생산량을 늘리는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 경작지의 양을 늘리는 것도 그 중 하나이며 이는 이미 대중의 주요 논의 주제입니다. 비료를 사용하거나 농작물을 보호하여 농업 생산성을 향상시키는 것도 마찬가지로 중요한 방법입니다.
이 기사에서는 마지막 요점인 식물 보호제의 생산, 특히 생산 공정에서 중요한 단계인 제분 공정에 대해 집중적으로 다룰 것입니다.
최첨단 기술
제조 프로세스
살충제 생산자는 작물을 보호해야 하는 적절한 순간에 활성 분자가 적절한 대상(곤충, 잡초 또는 곰팡이 등)에 적절한 강도로 영향을 미치는 방식으로 특정 조성물 또는 제형을 개발합니다. 따라서 식물 보호제는 다양한 성분이 혼합되어 있습니다. 기본적으로 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다:
- 활성 성분은 동일한 포뮬러에 하나 또는 여러 개가 포함될 수 있습니다.
- 활성 물질을 희석하기 위한 점토, 활석, 카올린 또는 실리카 등의 건조 필러.
- 특정 특성을 부여하는 보조제 및 첨가제(안정제, 습윤제, 발수제, 거품 방지제...)
이러한 측면에서 살충제 생산 공정은 성분을 투여하고 집중적으로 혼합하는 것으로 시작됩니다. 다음 단계에서는 아래에 제시된 다양한 분쇄기가 필요합니다. 목표는 다양한 성분에서 나오는 모든 다른 입자의 균일한 크기를 얻고 최종 용도에 적합한 최종 입도를 얻는 것입니다. 밀링 후 안전 체질을 통해 크기가 큰 입자를 제거하고, 두 번째 혼합 단계에서 제품을 다시 균질화하고 분쇄할 필요가 없는 추가 성분을 혼합합니다.
생산 라인의 마지막 단계에서 최종 제품을 얻습니다: 포장 준비가 완료된 웨터블 파우더(WP)가 생산됩니다. 펠렛 또는 과립의 추가 단계가 추가되면 최종 제품은 수분 분산성 과립(WG)이라고 합니다.
입자 크기 분포의 날카로운 상단 절단으로 농약을 미세하게 분쇄하는 이유
미세한 분말은 살충제가 표적에 더 효율적으로 작용하는 데 기여합니다. 따라서 처리 후 동일한 결과를 얻으려면 포뮬러에 더 적은 수의 활성 성분을 사용할 수 있습니다.
이는 안전, 환경 및 경제적인 이유로 유익합니다.
- 살포 지역의 농부와 이웃에게 독성이 적은 제품.
- 처리 후 환경 오염의 양이 적습니다.
- 활성 분자가 가장 비싼 성분이므로 농약 생산자의 수익이 증가합니다.
입자가 크지 않은 농약 분말은 농부가 작물에 최종 살포하는 과정을 간소화합니다:
- 작물에 살포하기 전에 분말을 물에 분산시킵니다. 입자가 미세할수록 현탁액이 더 안정적이고 작동 중에 침전이 발생하지 않습니다.
- 작물에 살포하는 것은 일련의 노즐이 있는 분무 시스템으로 수행됩니다. 크기가 큰 입자로 인해 노즐이 막히면 정기적으로 살포할 수 없으며 심지어 불가능할 수도 있습니다.
NETZSCH의 솔루션
식물 보호제 생산업체가 요구하는 미세도와 사양에 따라 NETZSCH는 다양한 건식 밀링 기술을 개발하여 제공하고 있습니다. 올바른 밀을 선택하는 것은 신중하게 이루어져야 합니다.
Condux® 기계식 임팩트 밀
이 회전식 임팩트 밀은 연질 및 중간 경질 재료를 미세하게 분쇄하는 데 사용됩니다. 중간 입자 크기의 일반적인 미세도 범위는 20~500µm입니다. 원주 속도는 25~150m/s입니다. 최대 250m/s의 역회전 작동 버전도 제공됩니다. 로터 유형에 따라 달라지는 공기 흐름은 온도에서 안정적인 연삭을 보장합니다. 로터는 수평 플라이 샤프트 배열에 장착됩니다. 샤프트의 실링은 비접촉식 래버린스가 있는 샤프트의 높은 원주 속도를 기반으로 합니다.
기계식 임팩트 밀에는 다양한 연삭 공구를 장착할 수 있습니다. 이를 통해 플랜트 보호재에 대해 두 가지 다른 작업을 수행할 수 있습니다:
블로스트 로터와 고정자(스크린 또는 연삭 트랙)가 결합된 Condux® 밀은 프리밀링을 진행합니다. 이 연삭 도구는 높은 공기 흐름과 가능한 가장 낮은 온도 상승으로 블로잉 효과를 생성합니다. 따라서 열에 민감한 활성 성분의 효율이 유지됩니다. 이 조합으로 도달할 수 있는 가장 낮은 입도는 100 µm 미만입니다.
연삭 디스크와 통합 동적 공기 분류기를 갖춘 Condux® 분쇄기는 농약에 요구되는 표준 입도인 약 30µm 미만을 생산합니다. 이 경우 연삭 디스크와 분류기 휠을 위한 드라이브가 하나만 있어 기계의 설계가 단순하게 유지됩니다. 분류기 휠의 높이를 조절하여 상단 컷을 정의할 수 있으며, 분쇄 챔버에 대한 접근성이 매우 용이하여 서로 다른 두 제품을 더 빠르게 세척할 수 있습니다.
기계식 충격 분류기 밀스 타입 CSM
소위 분류기 밀은 밀링과 분류 효과를 하나의 시스템에서 구현할 수 있는 가능성을 제공합니다. CSM 분류기 밀은 미세 임팩트 밀과 디플렉터 휠 분류기가 결합된 제품입니다. 연삭 디스크용 드라이브와 분류 휠용 드라이브의 두 가지 독립적인 드라이브를 통해 CSM은 정밀하게 조정할 수 있으며, 최종 제품의 미세도를 d97 = 9µm에서 200µm까지 폭넓게 제공합니다(표 1 참조). 분류 휠의 기하학적 구조와 회전식 분류 휠과 고정식 밀 커버 사이의 에어 퍼지 간격은 밀링된 제품에 큰 입자가 없는 고정밀 탑컷을 제공합니다.
표 1: 분류기 밀에 대한 참조 데이터
| 제품 | 기계 | 미세도 [µm] | 용량 [kg/h] |
| 살균제 및 살충제 | CSM 360 | d99 = 45 | 약 400 |
| 황 | CSM 165 | d99.9 = 63 | 약 200 |
유동층 제트 밀 유형 CGS
이 에어 제트 밀은 유동층에서 부드러운 재료부터 매우 단단한 재료까지 초미세 연삭하는 데 사용됩니다. 도구 없이 에어 제트에서 연삭이 이루어지며, 동적 분류기가 최대 입자 크기를 제한합니다. 입자의 미세 분쇄는 연삭 챔버 내부의 노즐 출구에서 500~600m/s의 빠른 속도로 분사되는 에어 제트로 인해 이루어집니다. 높은 수준의 가용 에너지와 유동층 내 입자 간 충격 속도로 인해 1~5µm의 d50 미세도를 달성할 수 있습니다(표 2 참조).
표 2: 유동층 제트 밀 CGS에 대한 참조 데이터:
| 제품 | 기계 | 미세도 d50 [µm] | 섬도 d99 [µm] | 용량 [kg/h] |
| 농약 | CGS 71 | 5.5 | 23 | 약 620 |
| 제초제 | CGS 50 | 2.7 | 18 | 약 248 |
| 살균제 | CGS 16 | 2.2 | 18 | 약 6.5 |
식물 보호 응용 분야에서 매우 흥미로운 점은 입자를 파쇄하기 위해 제품이 받는 에너지가 열을 발생시키지 않는다는 것입니다. 공기의 팽창은 물리적으로 온도의 감소를 유도합니다. 따라서 입자가 서로 충돌하여 부서질 때 열이 발생하더라도 두 현상은 균형을 이루고 온도는 일정하게 유지됩니다. 이런 식으로 활성 분자는 손상되지 않습니다.
분류는 밀링 구역과 잘 분리된 조용한 구역에서 CGS 밀의 상단부에서 이루어집니다. Convor 휠의 특수 설계 덕분에 수 미크론에서도 날카로운 상단 절단이 가능합니다. 주파수 변환기로 회전 속도를 쉽게 제어할 수 있기 때문에 밀링 타입 CGS는 광범위한 미세도를 구현할 수 있습니다(그림 5 참조).
선택한 밀링 기술이 무엇이든, 전체 연삭 플랜트의 설계에도 주의를 기울여야 합니다. 아래에서는 반드시 고려해야 할 두 가지 중요한 측면에 대해 설명합니다: 먼지 폭발 위험에 대한 안전과 오염 제한을 위한 세척입니다.
밀링 공장의 방진 방폭 솔루션
대부분의 경우 살충제에는 분진 폭발 위험이 있는 유기 성분이 포함되어 있습니다. 인증된 실험실에서 전체 공식을 특성화하면 분진 폭발에 대한 적용 가능한 값이 정의됩니다. 여기에는 주로 최소 점화 에너지, 점화 온도 및 KSt 값이 포함됩니다. 이 데이터에 따라 그리고 한계를 초과하는 경우 밀링 설비에 적절한 보호 장치를 장착해야 합니다. 폭발 밸브 및 파열 디스크와 같은 특정 요소를 포함한 플랜트의 압력 충격 설계 솔루션은 생산 비용을 제한하고 운영을 단순하게 유지한다는 장점이 있습니다. 두 번째 솔루션은 플랜트 내 산소 함량을 제어하여 불활성 가스 하에서 연삭하는 것입니다. 세 번째 솔루션은 설비에 분사되는 소화 분말을 사용하는 폭발 억제 시스템입니다.
기계 및 전체 플랜트의 손쉬운 청소 설계
종종 동일한 식물이 완전히 다른 포뮬러와 길항제 활성 성분을 가진 여러 제품에 사용되는 경우가 많습니다. 이러한 경우 살충제 생산업체는 두 캠페인 사이에 제분 공장을 청소할 때 특히 주의를 기울여야 합니다.
기계 제조업체인 네츠쉬는 연삭 플랜트의 설계에 집중적으로 노력해 왔습니다. 분류기 휠을 포함하여 완전히 열리는 커버와 회전식 밀 하우징, 그리고 잘 배치된 도어를 통해 내부 부품에 대한 사용자 친화적인 접근성을 구현했습니다. 분쇄기의 스테인리스 스틸 구조, 미세 연마 및 하단 배출 밸브 덕분에 물 세척이 가능하고 간편합니다.
요약
현재 식물 보호제의 생산은 전략적으로 중요해지고 있습니다. 화학 공정에서의 생산과 농작물에 살포할 때 농업에서 환경 제한에 더 중점을 두도록 재평가되어야 합니다. 그러나 전 세계 인구를 먹여 살리는 문제는 여전히 해결해야 할 과제입니다. 화학 산업의 역할은 최선의 방법으로 식물 보호제를 생산하는 것입니다. 가장 적합한 밀링 기술을 선택하는 것이 이에 기여합니다.
Condux® 기계식 임팩트 밀은 비교적 거친 밀링과 사전 연삭에 적합합니다. 분류기가 장착된 이 기계는 여전히 단순하게 설계되어 최종 제품의 표준 사양을 충족합니다. 입자가 너무 크지 않은 최적의 탑컷을 위해서는 분류기 밀 타입 CSM을 권장합니다. 고품질 농약 생산의 경우 유동층 제트 밀 유형 CGS는 더 높은 입도, 대형 입자가 없는 최종 제품 및 활성 성분의 최상의 보존과 같은 주요 이점을 제공합니다. 어떤 기술을 선택하든 공장의 설계는 주로 분진 폭발 위험과 오염과 같은 적용 분야의 특정 제한 사항을 충족해야 합니다.