Effect of Process Variables on System Parameters in Extrusion Cooking of Corn Grit by Twin Screw Extruder

옥분 압출가공시 이축압출성형기의 운전조건에 따른 System Parameters의 변화

To examine the effect of the individual operational variables on extrusion process, test trials of the fractional factorial design of the three process variables at three levels, including feed rate, screw speed and die openings, were carried out by using a laboratory scale twin-screw extruder with three different screw configuration for corn grit with the water addition fixed at 15% of the powder feed rate. As the increase of feed rate, while extrusion temperature(ET), specific mechanical energy input (SME), and residence time(RT) were showed the tendency to decrease, extrusion pressure(EP) was increased and as the increase of screw speed, ET, SME and EP were showed the tendency to increase, but RT was decreased. However, as increase the number of die hole, all system parameters were showed the tendency to decrease. The influence of the change in each process parameters was increased as the increase of the number of reverse element in screw configuration. In case of using the screw configuration with increasing number of reverse element at the condition of same process parameters, ET, SME and RT was increased, but EP was decreased. The functional relationships of the system parameters to the process parameters can be quantified by using multiple regression equations(mostly R-sq>0.90) and maped on suface response diagrams to expedite evaluation.

15% 비율로 가수한 corn grit 원료를 reverse element 수를 달리한 스크류 조합을 사용한 실험실용 동방향 회전 이축 압출성형기로 extrusion cooking할 때, 각 스크류 조합에서 원료 투입량($30{\sim}60\;kg/hr$), 스크류 회전속도($200{\sim}400\;rpm$) 및 die hole 수($2{\sim}4$개) 등의 process parameters 변화에 대한 system parameters(압출온도 및 압력, 기계적 에너지 소모율 및 평균체류시간)의 변화 양상을 다중회기분산 분석을 통하여 분석하였다. 원료 투입량이 증가할 수록, 압출온도, 기계적 에너지 소모율 및 평균체류시간이 감소하는 경향을 보인 반면에 알출압력은 증가하였다. 그리고, 스크류 회전속도가 증가할 수록, 압출온도, 기계적 에너지 소모율 및 압출압력이 증가하는 경향을 보였으나, 평균체류시간은 감소하였다. 그러나 die hole 수가 증가할 수록, 측정한 4가지 system parameters는 모두 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 경향은 reverse element의 수를 증가시킨 스크류 조합을 사용한 경우에 더욱 뚜렸이 나타나는 결과를 보여 주었다. 이상의 결과를 각 스크류 조합에서 각각의 system parameters와 process parameters를 독립변수로 하는 함수식으로 나타낼 수 있었고, 이 때 각 함수식의 상관관계는 0.90 이상 이었다.