Aplicarea și dezvoltarea echipamentelor de uscare prin pulverizare în producția de lapte

În producția de lactate din țara mea, laptele praf reprezintă aproximativ 80% din producția totală datorită ușurinței sale de depozitare și transport. Procesul de uscare este unul dintre cei mai cruciali pași în producția de lapte praf; cantitatea de apă evaporată numai în timpul uscării este aproape echivalentă cu calitatea laptelui praf produs. În general, procesul de producție determină echipamentul de producție și sistemul de control, dar aplicarea echipamentelor avansate și a sistemelor de control poate modifica și procesul de producție. Aplicarea echipamentelor de uscare prin pulverizare în producția de lapte praf este un exemplu tipic.

Procesul de uscare prin pulverizare implică pomparea materialului într-un uscător cu pulverizare, unde un atomizor îl dispersează în picături mici. Aerul încălzit este apoi introdus în camera de uscare pentru a se amesteca și a intra în contact cu picăturile de material. După uscare, produsul uscat este separat și depozitat sau utilizat direct. Laptele praf produs prin uscare prin pulverizare este un produs pulbere uniform, eliminând necesitatea unor procese suplimentare de uscare, răcire și pulverizare. Poate fi ambalat direct ca produs finit, permițând producția mecanizată, continuă și-la scară largă. În plus, temperatura mai scăzută a suprafeței materialului îmbunătățește calitatea produsului din lapte praf. Prin urmare, echipamentele de uscare prin pulverizare joacă un rol semnificativ în producția de lapte praf și există o tendință spre uscarea produselor cu conținut de umiditate din ce în ce mai mare. Cu toate acestea, uscarea prin pulverizare este un proces-consumator-de energie. Din cauza cerințelor de înaltă calitate după uscare și a necesității unor fluctuații minime ale conținutului de umiditate, este esențial un control strict al parametrilor de funcționare, cum ar fi temperatura de uscare. Prin urmare, alegerea corectă a echipamentului de uscare prin pulverizare și proiectarea rațională a sistemului de funcționare și control al acestuia sunt cruciale pentru asigurarea calității produsului și conservarea energiei. Acest lucru nu numai că contribuie la progresul tehnologic și la dezvoltarea industriei produselor lactate din țara mea, ci și la dezvoltarea și progresul tehnologic în alte industrii, aducând o contribuție mai mare la decolarea-economică a țării.

1. Dezvoltarea echipamentelor de uscare prin pulverizare în producția industriei lactatelor

Echipamentul de uscare prin pulverizare a fost folosit pentru prima dată în industria laptelui praf în 1901, dar aplicarea sa practică în producția de lapte praf a început abia în anii 1920 și abia la sfârșitul anilor 1940 a început să fie folosit în țara mea. Cea mai veche structură a fost o cutie de presiune (orizontală), cu atomizarea materialului folosind o metodă cu două-fluide, rezultând un consum mare de energie. În 1958, Ministerul Industriei Ușoare a promovat uscarea prin pulverizare la scară mică-pentru producția de lapte praf în provincia Heilongjiang. În 1955, Harbin Songhua River Dairy Factory a folosit pentru prima dată uscare prin pulverizare centrifugă pentru a produce lapte praf. Ambele tipuri de echipamente de uscare prin pulverizare la acea vreme aveau structuri cu fund-plat, iar producția de pulbere era intermitentă, necesitând producție manuală o dată pe schimb.

La mijlocul-1960, în echipamentul de uscare sub presiune de tip cutie-a apărut o structură de fund conic cu un dispozitiv spiralat de evacuare a pulberii (melc). Primul uscător vertical cu pulverizare cu duze multiple a fost dezvoltat la începutul anilor 1970. Apariția sa a redus volumul efectiv al uscătoarelor cu pulverizare cu aproape jumătate și a eliminat necesitatea unui melc, permițând producția continuă de pulbere. În anii 1980, a fost produs un uscător vertical cu pulverizare sub presiune cu o singură duză. Aplicarea sa în industria laptelui praf a fost un factor cheie în promovarea progresului tehnologic în industria laptelui praf din țara mea, punând bazele dezvoltării sale rapide.

2. Caracteristicile echipamentelor de uscare prin pulverizare

Echipamentele de uscare prin pulverizare sunt în general în trei tipuri: sub presiune, centrifugă și cu flux de aer. Uscătoarele cu pulverizare sub presiune oferă intensitate mare de uscare, dimensiuni mai mici, investiții mai mici în echipamente și inginerie civilă, particule mai mici de produs și densitate în vrac mai mare. Pentru laptele praf cu o densitate în vrac de aproximativ 0,165, timpul de uscare este deosebit de scurt, de numai 10-30 de secunde, ceea ce îl face potrivit pentru producerea de materiale termosensibile-. Prin urmare, în laptele praf și în alte industrii, multe uscătoare centrifugale cu pulverizare au fost transformate în uscătoare cu pulverizare sub presiune. De asemenea, uscătorul cu pulverizare sub presiune consumă mai puțină energie. Uscătoarele centrifuge cu pulverizare au, în general, un diametru mai mare și o înălțime mai mică, rezultând o intensitate de uscare mai mică în comparație cu uscătoarele cu pulverizare sub presiune. Acestea produc particule de dimensiuni mai mari și sunt adaptabile la o gamă mai largă de materiale; în general, materialele potrivite pentru uscătoarele cu pulverizare sub presiune sunt potrivite și pentru uscătoarele cu pulverizare centrifugă. Uscatoarele centrifugale cu pulverizare sunt potrivite pentru materiale cu vâscozitate mai mare. Pulverizarea cu flux de aer, cunoscută și sub numele de pulverizare cu două-fluide, utilizează mișcarea de mare viteză a aburului sau a aerului comprimat (de obicei 200–300 m/s) pentru a crea o viteză relativă mare între gaz și lichid. Filmul lichid este tras în filamente și apoi se rupe în picături fine. Creșterea bruscă a suprafeței permite un schimb rapid de căldură și masă cu aerul fierbinte, vaporizând umiditatea și producând un material uscat sub formă de pulbere. Este potrivit pentru o gamă deosebit de largă de materiale, dar consumă o cantitate foarte mare de energie. În general, această metodă este evitată ori de câte ori pot fi utilizate alte metode de pulverizare. Pentru atomizarea fluxului de aer, materialul trebuie încălzit la o temperatură adecvată pentru a minimiza vâscozitatea acestuia; prin urmare, pulverizarea cu flux de aer este potrivită pentru materiale cu vâscozitate mai mare.

3. Tendințe de dezvoltare a echipamentelor de uscare prin pulverizare

Din perspectiva producției industriale-la scară largă, a conservării energiei și a reducerii consumului, echipamentele de uscare prin pulverizare ar trebui să fie verticale,-la scară largă, continue și automatizate. Acest tip de operație este cel mai rezonabil. Funcționarea continuă înseamnă că pulverizarea este continuă, adică atât alimentarea cât și descărcarea sunt continue. În ceea ce privește scara, echipamentele adecvate sunt adoptate în funcție de diferitele tipuri de producție. În general, în industria alimentară, tendința este către sisteme cu mai multe duze{-la scară largă, în timp ce în industria farmaceutică, scara este în general mai mică. Ca și alte echipamente, selecția echipamentelor de uscare prin pulverizare și potrivirea componentelor sale interne trebuie adaptate la materialele care sunt prelucrate. Intensitatea de uscare a echipamentului ar trebui să fie maximizată, adică cantitatea de umiditate uscată pe unitatea de volum pe unitatea de timp, reducând astfel dimensiunea echipamentului de uscare prin pulverizare și minimizând investițiile în echipamente și inginerie civilă.

311. Metoda de distribuție a aerului cald

Distribuția aerului cald în echipamentele de uscare prin pulverizare este un aspect crucial. Metoda de introducere a aerului cald are un impact semnificativ asupra performanței generale a echipamentului de uscare. O metodă adecvată de introducere a aerului cald nu numai că asigură o amestecare mai amănunțită și mai eficientă a picăturilor și a aerului fierbinte, îmbunătățind astfel eficiența schimbului de căldură, ci și abordează eficient uscarea anumitor materiale speciale, prevenind lipirea materialului de pereți și tavan. Uscătoarele tradiționale cu pulverizare sub presiune au folosit adesea o structură de reglare a aerului de tip manșon-. Aerul cald a fost reglat prin manșon și apoi distribuit în cilindrul interior al uscătorului cu pulverizare. Acest tip de echipament era relativ mare. Acum, distribuirea aerului pe plăci cu sită multistrat este mai frecvent utilizată, deoarece este mai mică și, prin urmare, este mai larg aplicată. În uscătoarele cu pulverizare sub presiune care funcționează într-un flux de curent co-, viteza aerului cu aer cald care intră în conductă este de aproximativ 9 m/s. În uscătoarele cu pulverizare în contra-curent sau-superioare, viteza aerului care intră în conductă ar trebui să fie în mod corespunzător mai mare. Uscătoarele centrifuge cu pulverizare folosesc în general distribuitoare de aer cald. Aerul cald pătrunde în corpul principal al uscătorului cu pulverizare printr-un distribuitor de aer volute și o placă de ghidare, aerul fierbinte învârtindu-se în aceeași direcție cu atomizorul centrifugal. Principalele funcții ale distribuitorului de aer cald în uscătoarele centrifuge cu pulverizare sunt triple: introducerea mediului de uscare (aerul cald) în turnul de uscare astfel încât acesta să intre în contact cu materialul care se usucă, completând sarcina de uscare; să aleagă o structură ideală pentru a asigura amestecarea temeinică a mediului fierbinte introdus și a materialului care se usucă, obținând o eficiență ridicată a schimbului de căldură; si pentru a reduce sau a evita fenomenul de lipire a anumitor materiale de pereti sau de blat. Odată cu dezvoltarea tehnologiei de uscare prin pulverizare, distribuitoarele de aer cald sunt în mod constant îmbunătățite.

312. Formă de evacuare turn

În uscătoarele cu pulverizare co-actuale, evacuarea inferioară este în general utilizată. La uscătoarele cu pulverizare sub presiune, diametrul echipamentului este mărit în partea superioară a secțiunii conice a turnului, iar patru conducte de evacuare sunt dispuse uniform în zona inelară, apoi converg către un colector de pulbere. Alternativ, patru filtre cu saci pot fi instalate direct în partea superioară a zonei inelare, iar apoi conductele de evacuare converg la admisia ventilatorului de evacuare. În prezent, uscătoarele cu pulverizare sub presiune folosesc în mod obișnuit sisteme de evacuare-superioare. Aerul cald intră în turn de sus, iar materialul este, de asemenea, pulverizat în turn de sus. Patru conducte de evacuare sunt distribuite uniform în jurul secțiunii circulare a turnului, iar gazele de evacuare sunt apoi colectate și evacuate printr-un colector de praf. Acest tip de uscător cu pulverizare are o temperatură relativ ridicată de încălzire a aerului cald, o intensitate mare de uscare, un volum mai mic al turnului și costuri mai mici de echipamente și de inginerie civilă.

Uscătoarele centrifuge cu pulverizare au de obicei conductele de evacuare conduse din secțiunea conică a turnului și apoi în colectorul de praf. Acest lucru maximizează volumul efectiv al turnului de uscător cu pulverizare fără a afecta producția normală de pulbere, minimizând volumul total.

313. Curăţarea echipamentelor

Uscătoarele cu pulverizare importate, în general, nu au acest dispozitiv și folosesc în schimb metode de curățare. Uscătoarele cu pulverizare de uz casnic iau în considerare în general această problemă. Pereții turnului de uscător cu pulverizare prin pulverizare sunt în general curățați folosind un colector de praf de tip placă suspendată-, care este sigur, fiabil și oferă o curățare minuțioasă. Cu toate acestea, secțiunea conică a turnului ar trebui să aibă o ușă de curățare pentru curățarea exterioară. Turnul unui uscător centrifugal cu pulverizare este de obicei curățat folosind o matură de praf cu ridicare de tip împingere-, care asigură o curățare temeinică. După măturare, măturatorul de praf poate fi mutat în afara turnului prin ușa turnului.

Turnul unui uscător cu pulverizare este, în general, echipat cu un dispozitiv de turn vibrant pentru a preveni aderarea materialului uscat de peretele turnului. Aceasta utilizează de obicei mai multe ciocane-acționate cu aer sau electrice, programate cu o anumită secvență de vibrații. Ciocanele acţionate cu aer-sunt mai bune decât ciocanele electrice, dar necesită aer comprimat.

314. Îndepărtarea prafului din echipament

Uscătoarele cu pulverizare utilizează, în general, un proces de îndepărtare a prafului în două-etape. Prima etapă folosește separarea cu ciclon pentru îndepărtarea prafului, iar a doua etapă folosește un filtru cu sac. În producția de lapte praf, pânza filtrantă a filtrului cu sac are în general 130 de ochiuri, în timp ce în producția de pudră de proteine, în general este necesară 200-240 de ochiuri. Îndepărtarea prafului într-o singură etapă este uneori folosită și în producția de lapte praf. În producția de uscare prin pulverizare a proteinei din soia și a proteinelor izolate, aerul fierbinte este trimis în general în turnul de uscare de sus, iar materialul este, de asemenea, pulverizat din partea de sus. Debitul de pulbere și aerul evacuat intră ambele în separatorul-ciclonului colector de pulbere - de la orificiul de evacuare a pulberii. După ce materialul este descărcat din separatorul cu ciclon, acesta este transportat la silozul de pulbere cu o suflantă Roots. Gazele de evacuare intră într-un filtru cu sac pentru colectarea pulberii înainte de a fi evacuate în atmosferă. Pulberea fină este trimisă în silozul de pulbere împreună cu pulberea evacuată din ciclon. Presiunea aerului a ventilatoarelor de admisie și evacuare în echipamentele de uscare prin pulverizare utilizate pentru producția de pulbere de proteine ​​este în general mai mare decât cea a ventilatoarelor de admisie și evacuare din echipamentele de uscare prin pulverizare utilizate pentru producția de lapte praf. Potrivirea volumului de aer este aceeași cu cea a echipamentului de uscare prin pulverizare utilizat pentru producția de lapte praf, volumul de aer al ventilatorului de evacuare fiind cu 30% mai mare decât volumul de aer al ventilatorului de admisie. Există trei motive pentru aceasta: În primul rând, ventilatorul de admisie sufla aer la temperatura camerei, în timp ce ventilatorul de evacuare evacuează aer cald, rezultând o presiune mai mare a volumului de aer. În al doilea rând, în timpul uscării prin pulverizare, în turnul de uscare este utilizat un vid de 0,1147 kPa, ceea ce facilitează coborârea lină a materialului și reduce stropirea. În al treilea rând, umiditatea se vaporizează în timpul uscării prin pulverizare, care ocupă și un anumit volum.

Pulberea fină din separatorul ciclonului și camera filtrului cu sac este trimisă înapoi în turn de o suflantă Roots pentru aglomerarea fină a pulberii, crescând dimensiunea particulelor și solubilitatea.

Pungile filtrante din filtrul cu sac sunt în general vibrate folosind o metodă de spălare inversă prin impuls, care este mai scumpă și consumă mai mult aer comprimat. În prezent, se utilizează în general un mecanism de vibrație alternativă care utilizează un cilindru, vibrația fiind interblocată cu închiderea supapei fluture de reglare a aerului. Acest lucru permite vibrația instantanee a sacului filtrant fără evacuare, rezultând un cost scăzut și o performanță bună.

315. Descărcare de pulbere din Echipament

Evacuarea pulberii din echipamentul de uscare prin pulverizare este continuă, conectată la un pat fluidizat vibrant la ieșirea turnului de uscare. Acest lucru permite uscarea secundară a materialului sub formă de pulbere, urmată de aplicarea de lecitină sau alte arome. Acest lucru mărește capacitatea echipamentului de uscare prin pulverizare, îmbunătățește calitatea produsului și permite răcirea în timp util a materialului după uscarea secundară, aducând produsul într-o stare gata pentru ambalare directă, reducând astfel semnificativ riscul de contaminare înainte de ambalare.

4. Sistem de control al procesului de uscare

Natura rapidă a procesului de uscare prin pulverizare este crucială pentru un control eficient. În prezent, cercetarea asupra teoriei și practicii controlului uscării atât pe plan intern, cât și internațional este încă în stadii incipiente, lipsind studii cuprinzătoare și sistematice. Pe baza analizei procesului de producție, scopul aplicării tehnologiei de control automatizat în procesul de uscare a laptelui praf este de a:

(1) Evitați instabilitatea funcționării echipamentului cauzată de funcționarea manuală intermitentă, realizând astfel o producție continuă și stabilizând procesul de funcționare a sistemului multivariabil și foarte neliniar de uscare prin pulverizare;

(2) Prin introducerea unui sistem de control automatizat, asigurând în același timp calitatea și producția produsului, minimizați numărul de puncte de achiziție de semnal online ale sistemului de control și reduceți influența inutilă între variabile;

(3) Economisiți forța de muncă, reduceți timpul de nefuncționare cauzat de factorii umani și scurtați ciclul de lucru;

(4) Prin presetarea corectă a parametrilor fiecărei variabile în sistemul de control automat, permiteți întregului sistem să funcționeze în stare optimă, maximizați eficiența echipamentului în sine și atinge scopul de economisire a energiei și reducere a consumului;

(5) Îmbunătățiți calitatea produsului și minimizați costurile de operare și management.

Principalii indicatori pentru evaluarea succesului aplicării echipamentului de uscare în condiții specifice de proces sunt producția și calitatea produsului uscat, precum și distribuția dimensiunii particulelor, aspectul și conținutul final de umiditate al produsului. Produsul este determinat de performanța economică a sarcinii de producție, de căldura furnizată de generatorul de aer cald, de intensitatea de uscare a uscătorului, de debitul de aer cald și de conținutul de solide din suspensie. Mulți factori influențează calitatea produsului: dimensiunea particulelor și aspectul sunt determinate de performanța procesului echipamentului de uscare și de parametrii de preparare a nămolului, în timp ce conținutul final de umiditate este direct legat de selecția parametrilor cum ar fi temperatura de intrare a aerului cald, temperatura de evacuare a gazelor de evacuare și presiunea negativă în turnul de uscare.

Echipamentul de uscare prin pulverizare a revoluționat producția de lapte praf. Cu toate acestea, echipamentul de uscare prin pulverizare nu este o soluție universală. Structura și forma sa de atomizare, structura turnului, distribuția aerului, evacuarea, acoperirea cu pulbere, metoda de descărcare a pulberii, combinația cu alte echipamente de proces și proiectarea sistemului de control automat trebuie să fie toate potrivite pentru materialele procesate. Numai în acest fel, odată cu evoluția vremurilor și progresul continuu al științei și tehnologiei, echipamentele de uscare prin pulverizare se pot adapta la o gamă mai largă de cerințe de uscare a materialelor și pot aduce o contribuție din ce în ce mai mare la dezvoltarea și construcția economiei naționale.