시뮬레이션을 통한 TMR 플랜트의 부산물 발효 저장시스템 용량설계

축산농가의 사료비 절감방안으로 식품부산물이나 농산부산물 활용에 대한 관심이 증대되고 있고 영양학적 측면에서 연구가 활발히 진행되고 있다. 대부분의 부산물사료는 수분 함량이 60~80%의 고수분 상태이고 단백질 등의 높은 영양소를 함유한 유기물로서 원료의 저장 과정중 산패나변질, 부패 등의 우려가 있다. 이에 부산물사료의 가치와 저장성을 높이기 위하여 몇 일간의 혐기발효 공정을 거쳐 사료로 제조하지만 노동력이 많이 소요되고, 계절별 온도제어 발효기간 및 발효상태가 불규칙하여 품질이 일정하지 않은 문제점이 있다. 따라서 부산물사료가 안전하고 균일한상태로 유지되고 노동력을 절감하기 위해서는 기존 TMR플랜트에 적용하여 사용이 가능한 대규모 부산물 발효저장 시스템의 개발이 필요로 하다. 본 연구는 부산물 사료 발효저장 시스템 개발을 위한 선행 단계의 연구로서 시뮬레이션을 통하여 TMR 플랜트에서 부산물 발효저장 단위기계의 최적화된 기계용량을 산정하였다. 개발 시스템은 1일 100톤 규모의 TMR 공장의 부산물 사료 발효저장시스템을 기준으로 설계하였으며, 시스템 모델의 공정은 크게 건식 및 습식 저장 탱크, 스팀살균, 압착수분조절, 프리믹스, 발효저장, 벌크 및 차량운반으로 구분하여 설계하였다. 최적화를 위한 개발 모델의 시뮬레이션은 ARENA V12.0(Rockwell Automation Inc., Pittsburgh, USA)을 이용하였다. 모델 개발에 사용된 기본적인 가정은 50 ton 규모의 발효 저장부의 발효기간이 3일인 것을 감안하여 전처리 공정인살균 및 수분조절 압착공정과 발효 후 포장 공정의 기계 가동율 점검을 위하여 총 4일의 시뮬레이션 플레이 시간인 96시간을 기준으로 100회 반복 수행하였다. 단위시간은 분으로 가정하였으며. 기계의 고장 및 기타의 지연 요인은 없다고 가정하였다. 사용되는 분포함수는 일괄적으로 정규분포인 NORM 함수를 사용하고 표준편차는 평균값의 5%로 가정하였다. 최적실험계획법을 바탕으로 변수 범위를 좁혀가며 반복 시뮬레이션한 결과 습식부산물 저장빈의 경우 기계용량 12 ton/h, 건식부산물저장빈의 경우 0.75 ton/h 스팀살균, 압착수분조절, 프리믹스공정의 경우 5 ton/h 의 기계용량에서 가동률이 90% 이상으로 나타나 효율이 우수한 것으로 분석되었다.