Примена и развој опреме за сушење распршивањем у производњи млека

У производњи млека у мојој земљи, млеко у праху чини око 80% укупне производње због лакоће складиштења и транспорта. Процес сушења је један од најважнијих корака у производњи млека у праху; само количина воде која испари током сушења је скоро еквивалентна квалитету произведеног млека у праху. Генерално, производни процес одређује производну опрему и контролни систем, али примена напредне опреме и контролних система такође може да промени процес производње. Примена опреме за сушење распршивањем у производњи млека у праху је типичан пример.

Процес сушења распршивањем укључује пумпање материјала у распршивач за сушење, где га распршивач распршује у мале капљице. Загрејани ваздух се затим уводи у комору за сушење ради мешања и контакта са капљицама материјала. Након сушења, осушени производ се одваја и складишти или користи директно. Млеко у праху произведено сушењем распршивањем је униформан прашкасти производ, који елиминише потребу за даљим процесима сушења, хлађења и уситњавања. Може се директно паковати као готов производ, што омогућава механизовану, континуирану и -производњу великих размера. Штавише, нижа површинска температура материјала побољшава квалитет производа од млека у праху. Стога опрема за сушење распршивањем игра значајну улогу у производњи млека у праху, а постоји и тренд сушења производа са све већим садржајем влаге. Међутим, сушење распршивањем је процес који захтева велику{8}}енергетску-обуку. Због високих захтева за квалитетом након сушења и потребе за минималним флуктуацијама у садржају влаге, неопходна је строга контрола радних параметара као што је температура сушења. Због тога је правилан избор опреме за сушење распршивањем и рационалан дизајн њеног рада и система управљања кључни за обезбеђивање квалитета производа и уштеду енергије. Ово не само да доприноси технолошком напретку и развоју млечне индустрије моје земље, већ и покреће технолошки напредак и развој у другим индустријама, дајући већи допринос економском успону земље-.

1. Развој опреме за сушење распршивањем у производњи млекарске индустрије

Опрема за сушење распршивањем је први пут коришћена у индустрији млека у праху 1901. године, али њена практична примена у производњи млека у праху није почела све до 1920-их, а тек касних 1940-их почела је да се користи у мојој земљи. Најранија структура је била типа кутије под притиском (хоризонтална), са атомизацијом материјала помоћу методе са две-течности, што је резултирало великом потрошњом енергије. Године 1958. Министарство лаке индустрије промовисало је сушење распршивањем под притиском на -мали погон{8}} за производњу млека у праху у провинцији Хеилонгјианг. 1955. године, фабрика млека реке Харбин Сонгхуа је први пут користила центрифугално сушење распршивањем за производњу млека у праху. Обе ове врсте опреме за сушење распршивањем су у то време имале структуру са равним-дном, а излаз праха је био испрекидан, што је захтевало ручну производњу једном у смени.

Средином -1960-их, конусна структура дна са спиралним уређајем за избацивање праха (пужом) појавила се у опреми за сушење под притиском у облику кутије -. Прва вертикална сушара са више млазница са више млазница развијена је раних 1970-их. Његово појављивање смањило је ефективну запремину сушача за распршивање за скоро половину и елиминисало потребу за пужем, омогућавајући континуирани излаз праха. Осамдесетих година прошлог века произведена је вертикална сушара под притиском са једном млазницом. Његова примена у индустрији млека у праху била је кључни фактор у промовисању технолошког напретка у индустрији млека у праху у мојој земљи, постављајући основу за њен брзи развој.

2. Карактеристике опреме за сушење распршивањем

Опрема за сушење распршивањем углавном долази у три типа: под притиском, центрифугалном и ваздушном струјом. Сушачи са распршивачем под притиском нуде висок интензитет сушења, мању величину, ниже инвестиције у опрему и грађевинарство, мање честице производа и већу насипну густину. За млеко у праху са запреминском густином од приближно 0,165, време сушења је посебно кратко, само 10-30 секунди, што га чини погодним за производњу материјала осетљивих на топлоту{11}}. Због тога су у индустрији млека у праху и другим индустријама многе центрифугалне сушаре за распршивање претворене у сушаре за распршивање под притиском. Сушачи са распршивачем под притиском такође троше мање енергије. Центрифугални распршивачи углавном имају већи пречник и мању висину, што резултира нижим интензитетом сушења у поређењу са сушарама под притиском. Они производе веће величине честица и прилагодљиви су ширем спектру материјала; генерално, материјали погодни за сушаре са распршивањем под притиском су такође погодни за центрифугалне распршиваче. Центрифугални распршивачи су погодни за материјале већег вискозитета. Прскање протоком ваздуха, познато и као распршивање са две течности, користи кретање велике брзине паре или компримованог ваздуха (обично 200–300 м/с) да би се створила велика релативна брзина између гаса и течности. Течни филм се увлачи у филаменте, а затим се разбија на ситне капљице. Нагло повећање површине омогућава брзу размену топлоте и масе са врућим ваздухом, испаравајући влагу и стварајући прашкасти осушени материјал. Погодан је за посебно широк спектар материјала, али троши веома велику количину енергије. Генерално, овај метод се избегава кад год се могу користити друге методе прскања. За атомизацију протока ваздуха, материјал треба загрејати на одговарајућу температуру да би се минимизирао његов вискозитет; стога је прскање ваздушним струјањем погодно за материјале већег вискозитета.

3. Трендови развоја опреме за сушење распршивањем

Из перспективе велике-индустријске производње, уштеде енергије и смањења потрошње, опрема за сушење распршивањем треба да буде вертикална, великих-, континуирана и аутоматизована. Ова врста операције је најразумнија. Континуирани рад значи да је прскање континуирано, односно да су и довод и пражњење континуирани. У погледу обима, одговарајућа опрема је усвојена према различитим типовима производње. Генерално, у прехрамбеној индустрији, тренд је ка великим-системима са више-млазница, док је у фармацеутској индустрији обим углавном мањи. Као и друга опрема, избор опреме за сушење распршивањем и усклађивање њених унутрашњих компоненти морају бити прилагођени материјалима који се обрађују. Интензитет сушења опреме треба да буде максимизиран, односно количина осушене влаге по јединици запремине у јединици времена, чиме се минимизира величина опреме за сушење распршивањем и минимизирају улагања у опрему и грађевинарство.

311. Метода дистрибуције топлог ваздуха

Дистрибуција топлог ваздуха у опреми за сушење распршивањем је кључни аспект. Начин увођења топлог ваздуха значајно утиче на укупне перформансе опреме за сушење. Правилна метода увођења топлог ваздуха не само да обезбеђује темељније и ефикасније мешање капљица и врућег ваздуха, чиме се побољшава ефикасност размене топлоте, већ и ефикасно решава сушење одређених специјалних материјала, спречавајући лепљење материјала за зидове и плафон. Традиционални распршивачи под притиском су често користили структуру за регулацију ваздуха у облику рукава{3}}. Врући ваздух се регулише кроз рукав, а затим дистрибуира у унутрашњи цилиндар распршивача. Ова врста опреме је била релативно велика. Сада се чешће користи вишеслојна сита плоча за дистрибуцију ваздуха, јер је мања и стога се више примењује. У распршивачима под притиском који раде у -проточном току, брзина ваздуха топлог ваздуха који улази у канал је приближно 9 м/с. Код против{12}}или горњег{13} сушача са распршивањем издувних гасова, брзина ваздуха који улази у канал треба да буде на одговарајући начин већа. Центрифугални распршивачи углавном користе дистрибутере топлог ваздуха. Врући ваздух улази у главно тело распршивача кроз спирални разводник ваздуха и водећу плочу, при чему се врућ ваздух врти у истом смеру као и центрифугални распршивач. Главне функције дистрибутера топлог ваздуха у центрифугалним распршивачима су троструке: да уведе медијум за сушење (врући ваздух) у торањ за сушење тако да дође у контакт са материјалом који се суши, завршавајући задатак сушења; одабрати идеалну структуру која ће обезбедити темељно мешање унешеног врућег медијума и материјала који се суши, чиме се постиже висока ефикасност размене топлоте; и да се смањи или избегне појава лепљења одређених материјала за зидове или врх. Са развојем технологије сушења распршивањем, дистрибутери топлог ваздуха се стално побољшавају.

312. Форма издувног торња

У -сушарама са распршивањем, обично се користи доњи издув. У распршивачима под притиском, пречник опреме се повећава на врху конусног дела торња, а четири издувна канала су равномерно распоређена у прстенастој зони, а затим конвергирају на колектор праха. Алтернативно, четири врећаста филтера се могу директно уградити у горњи део прстенасте зоне, а затим се издувни канали конвергирају на улазу издувног вентилатора. Тренутно, распршивачи под притиском обично користе{4}}издувне системе на врху. Врући ваздух улази у торањ са врха, а материјал се такође распршује у торањ са врха. Четири издувне цеви су равномерно распоређене око кружног дела торња, а издувни гас се затим сакупља и испушта кроз колектор прашине. Овај тип сушара за распршивање има релативно високу температуру загревања топлог ваздуха, висок интензитет сушења, мању запремину торња и ниже трошкове опреме и нискоградње.

Центрифугалне сушаре са распршивањем обично имају издувне цеви које излазе из конусног дела торња, а затим у сакупљач прашине. Ово максимизира ефективну запремину торња распршивача без утицаја на нормалан излаз праха, минимизирајући укупну запремину.

313. Чишћење опреме

Увезени распршивачи углавном немају овај уређај и уместо тога користе методе чишћења. Домаће машине за сушење распршивањем углавном разматрају ово питање. Зидови торња сушара са распршивачем под притиском се обично чисте помоћу колектора за прашину типа висеће плоче-, који је сигуран, поуздан и обезбеђује темељно чишћење. Међутим, конусни део торња треба да има врата за чишћење за спољашње чишћење. Торањ центрифугалне сушаре са распршивачем се обично чисти помоћу машине за чишћење прашине-типа за подизање, која обезбеђује темељно чишћење. Након чишћења, чистач прашине се може померити ван торња кроз врата торња.

Торањ сушаре са распршивачем је генерално опремљен вибрирајућим уређајем торња како би се спречило да се осушени материјал залепи за зид торња. Ово обично користи неколико ваздушних{1}}или електричних чекића, програмираних са одређеним низом вибрација. Ваздушни{3}}чекићи су бољи од електричних чекића, али захтевају компримовани ваздух.

314. Уклањање прашине са опреме

Сушачи за распршивање обично користе двостепени-процес уклањања прашине. Прва фаза користи циклонско одвајање за уклањање прашине, а друга фаза користи врећасти филтер. У производњи млека у праху, филтерска тканина врећастог филтера је углавном 130 месх, док је у производњи протеинског праха генерално потребно 200-240 месх. Једностепено-уклањање прашине се такође понекад користи у производњи млека у праху. У производњи сојиног протеина и изолованог протеина сушењем распршивањем, врућ ваздух се углавном шаље у торањ за сушење са врха, а материјал се такође распршује са врха. И издувни и издувни ваздух улазе у сакупљач праха-циклонски сепаратор-из излаза праха. Након што се материјал испусти из циклонског сепаратора, Роотс дуваљком се транспортује до силоса праха. Издувни гас улази у врећасти филтер за сакупљање праха пре него што се испусти у атмосферу. Фини прах се шаље у силос за прах заједно са прахом који се испушта из циклона. Притисак ваздуха на улазним и издувним вентилаторима у опреми за сушење распршивањем која се користи за производњу протеинског праха је генерално већи од притиска на улазним и издувним вентилаторима у опреми за сушење распршивањем која се користи за производњу млека у праху. Усклађивање запремине ваздуха је исто као код опреме за сушење распршивањем која се користи за производњу млека у праху, при чему је запремина ваздуха издувног вентилатора 30% већа од запремине ваздуха улазног вентилатора. Постоје три разлога за то: Прво, улазни вентилатор дува ваздух собне температуре, док издувни вентилатор испушта врући ваздух, што доводи до веће запремине ваздуха. Друго, током сушења распршивањем, у торњу за сушење се користи вакуум од 0,1147 кПа, што олакшава глатко спуштање материјала и смањује прскање. Треће, влага испарава током сушења распршивањем, што такође заузима одређену запремину.

Фини прах из циклонског сепаратора и коморе врећастог филтера се шаље назад у торањ помоћу Роотсове дуваљке за агломерацију финог праха, повећавајући величину честица и растворљивост.

Вреће филтера у врећастом филтеру генерално вибрирају помоћу методе пулсног повратног испирања, која је скупља и троши више компримованог ваздуха. Тренутно се генерално користи механизам клипних вибрација који користи цилиндар, при чему су вибрације повезане са затварањем лептир вентила који регулише ваздух. Ово омогућава тренутну вибрацију филтер врећице без издувних гасова, што резултира ниским трошковима и добрим перформансама.

315. Испуштање праха из опреме

Испуштање праха из опреме за сушење распршивањем је континуирано, повезано са вибрирајућим флуидизованим слојем на излазу из торња за сушење. Ово омогућава секундарно сушење прашкастог материјала, након чега следи наношење лецитина или других арома. Ово проширује капацитет опреме за сушење распршивањем, побољшава квалитет производа и омогућава благовремено хлађење материјала након секундарног сушења, доводећи производ у стање спремности за директно паковање, чиме се значајно смањује ризик од контаминације пре паковања.

4. Систем контроле процеса сушења

Брза природа процеса сушења распршивањем је кључна за ефикасну контролу. Тренутно, истраживања теорије и праксе контроле сушења, како у земљи тако и у иностранству, су још увек у раној фази, недостају свеобухватне и систематске студије. На основу анализе процеса производње, сврха примене аутоматизоване технологије управљања у процесу сушења млека у праху је:

(1) Избегавајте нестабилност рада опреме узроковану ручним испрекиданим радом, чиме се постиже континуирана производња и стабилизује мултиваријабилни и високо нелинеарни систем рада процеса сушења распршивањем;

(2) Увођењем аутоматизованог система управљања, уз обезбеђивање квалитета производа и излаза, минимизирати број онлајн тачака аквизиције сигнала контролног система и смањити непотребан утицај између варијабли;

(3) Уштедите радну снагу, смањите застоје узроковане људским факторима и скратите радни циклус;

(4) Кроз тачан унапред постављен параметар сваке варијабле у аутоматизованом систему управљања, омогућити рад целог система у оптималном стању, максимизирати ефикасност саме опреме и постићи сврху уштеде енергије и смањења потрошње;

(5) Побољшати квалитет производа и минимизирати трошкове рада и управљања.

Главни индикатори за процену успешности примене опреме за сушење у специфичним процесним условима су излаз и квалитет осушеног производа, као и дистрибуција величине честица, изглед и коначни садржај влаге у производу. Излаз производа је одређен економским перформансама производног оптерећења, топлотом коју обезбеђује генератор топлог ваздуха, интензитетом сушења сушара, брзином протока топлог ваздуха и садржајем чврсте материје у суспензији. Многи фактори утичу на квалитет производа: величина и изглед честица су одређени процесним перформансама опреме за сушење и параметрима припреме суспензије, док је коначни садржај влаге директно повезан са избором параметара као што су улазна температура топлог ваздуха, излазна температура издувних гасова и негативни притисак унутар торња за сушење.

Опрема за сушење распршивањем је револуционирала производњу млека у праху. Међутим, опрема за сушење распршивањем није универзално решење. Његова структура и облик атомизације, структура торња, дистрибуција ваздуха, издувни гас, премазивање прахом, метода пражњења праха, комбинација са другом процесном опремом и дизајн система аутоматског управљања морају бити прикладни за материјале који се обрађују. Само на тај начин, са развојем времена и континуираним напретком науке и технологије, опрема за сушење распршивањем може се прилагодити ширем спектру захтева сушења материјала и дати све већи допринос развоју и изградњи националне привреде.