יישום ופיתוח של ציוד ייבוש בהתזה בייצור חלב

בייצור החלב של ארצי, אבקת החלב מהווה כ-80% מסך התפוקה בשל קלות האחסון והשינוע שלה. תהליך הייבוש הוא אחד השלבים המכריעים ביותר בייצור אבקת חלב; כמות המים שמתאדה במהלך הייבוש בלבד שווה כמעט לאיכות אבקת החלב המיוצרת. בדרך כלל, תהליך הייצור קובע את ציוד הייצור ואת מערכת הבקרה, אך יישום של ציוד ומערכות בקרה מתקדמות יכול גם לשנות את תהליך הייצור. היישום של ציוד ייבוש בהתזה בייצור אבקת חלב הוא דוגמה אופיינית.

תהליך הייבוש בהתזה כולל שאיבת חומר לתוך מייבש התזה, כאשר מרסס מפזר אותו לטיפות קטנות. לאחר מכן מוכנס אוויר מחומם לתא הייבוש כדי לערבב ולגע עם טיפות החומר. לאחר הייבוש, המוצר המיובש מופרד ומאוחסן או בשימוש ישיר. אבקת חלב המיוצרת בייבוש בהתזה היא מוצר אבקה אחיד, המבטל את הצורך בתהליכי ייבוש, קירור ופירוק נוספים. ניתן לארוז אותו ישירות כמוצר מוגמר, המאפשר ייצור ממוכן, רציף ובקנה מידה גדול-. יתר על כן, טמפרטורת פני השטח הנמוכה יותר של החומר משפרת את איכות המוצר אבקת החלב. לכן, לציוד לייבוש בהתזה תפקיד משמעותי בייצור אבקת חלב, וישנה מגמה לייבוש מוצרים בעלי תכולת לחות גבוהה יותר. עם זאת, ייבוש בהתזה הוא תהליך הדורש-אנרגיה- גבוהה. בגלל דרישות האיכות הגבוהות לאחר הייבוש והצורך בתנודות מינימליות בתכולת הלחות, חיונית בקרה קפדנית על פרמטרים תפעוליים כגון טמפרטורת הייבוש. לכן, הבחירה הנכונה של ציוד ייבוש בהתזה והתכנון הרציונלי של מערכת התפעול והבקרה שלו הם חיוניים להבטחת איכות המוצר וחיסכון באנרגיה. זה לא רק תורם להתקדמות הטכנולוגית ולפיתוח של תעשיית החלב של ארצי, אלא גם מניע את ההתקדמות הטכנולוגית ופיתוח בתעשיות אחרות, ותורם תרומה גדולה יותר להמראה הכלכלי של המדינה-.

1. פיתוח ציוד ייבוש בהתזה בייצור תעשיית החלב

ציוד ייבוש בהתזה שימש לראשונה בתעשיית אבקות החלב בשנת 1901, אך היישום המעשי שלו בייצור אבקת חלב החל רק בשנות ה-20, ורק בסוף שנות ה-40 החל להשתמש בו בארצי. המבנה המוקדם ביותר היה מסוג קופסת לחץ (אופקי), עם אטומיזציה של חומר בשיטת שני-נוזלים, וכתוצאה מכך צריכת חשמל גבוהה. בשנת 1958, משרד התעשייה הקלה קידם ייבוש בריסוס בקנה מידה קטן-מופעל על ידי בעלי חיים לייצור אבקת חלב במחוז היילונגג'יאנג. בשנת 1955, מפעל החלב של נהר חרבין סונגואה השתמש לראשונה בייבוש בהתזה צנטריפוגלי לייצור אבקת חלב. לשני הסוגים הללו של ציוד ייבוש בהתזה באותה תקופה היו מבנים שטוחים-ותפוקת האבקה הייתה לסירוגין, ודרשה פלט ידני פעם אחת בכל משמרת.

באמצע -1960, הופיע מבנה תחתון חרוטי עם התקן פלט אבקה ספירלי (מצצף) בציוד לייבוש לחץ מסוג-הקופסה. מייבש הריסוס בלחץ רב- אנכי הראשון פותח בתחילת שנות ה-70. הופעתו הפחיתה את הנפח האפקטיבי של מייבשי התזה בכמעט חצי וביטלה את הצורך במקדח, מה שמאפשר פלט אבקה רציף. בשנות ה-80 יוצר מייבש ריסוס בלחץ אנכי בעל זרבובית אחת. יישומו בתעשיית אבקות החלב היווה גורם מפתח בקידום הקידמה הטכנולוגית בתעשיית אבקות החלב בארצי, והניח את היסודות להתפתחותה המהירה.

2. מאפיינים של ציוד ייבוש בהתזה

ציוד ייבוש בהתזה מגיע בדרך כלל בשלושה סוגים: לחץ, צנטריפוגלי וזרימת אוויר. מייבשי ריסוס בלחץ מציעים עוצמת ייבוש גבוהה, גודל קטן יותר, השקעה נמוכה יותר בציוד והנדסה אזרחית, חלקיקי מוצר קטנים יותר וצפיפות צבר גבוהה יותר. עבור אבקת חלב עם צפיפות נפח של כ-0.165, זמן הייבוש קצר במיוחד, 10-30 שניות בלבד, מה שהופך אותה למתאימה לייצור של חומרים רגישים-לחום. לכן, בתעשיות אבקת החלב ובתעשיות נוספות, הוסבו מייבשי ריסוס צנטריפוגליים רבים למייבשי ריסוס בלחץ. גם מייבשי ספריי לחץ צורכים פחות חשמל. למייבשי ריסוס צנטריפוגליים יש בדרך כלל קוטר גדול יותר וגובה קטן יותר, וכתוצאה מכך עוצמת ייבוש נמוכה יותר בהשוואה למייבשי ריסוס בלחץ. הם מייצרים גדלי חלקיקים גדולים יותר וניתנים להתאמה למגוון רחב יותר של חומרים; בדרך כלל, חומרים המתאימים למייבשי ריסוס בלחץ מתאימים גם למייבשי ריסוס צנטריפוגליים. מייבשי התזה צנטריפוגליים מתאימים לחומרים בעלי צמיגות גבוהה יותר. ריסוס זרימת אוויר, המכונה גם התזת נוזלים דו--, מנצל את התנועה המהירה של קיטור או אוויר דחוס (בדרך כלל 200-300 מטר לשנייה) כדי ליצור מהירות יחסית גבוהה בין הגז לנוזל. הסרט הנוזל נמשך לחוטים ואז נשבר לטיפות דקות. הגידול הפתאומי בשטח הפנים מאפשר חילופי חום ומסה מהירים עם האוויר החם, אידוי הלחות וייצור חומר יבש אבקתי. הוא מתאים למגוון רחב במיוחד של חומרים, אך צורך כמות גדולה מאוד של חשמל. בדרך כלל, שיטה זו נמנעת בכל פעם שניתן להשתמש בשיטות ריסוס אחרות. עבור אטומיזציה של זרימת אוויר, יש לחמם את החומר לטמפרטורה מתאימה כדי למזער את צמיגותו; לכן, ריסוס זרימת אוויר מתאים לחומרים בעלי צמיגות גבוהה יותר.

3. מגמות התפתחות של ציוד ייבוש בהתזה

מנקודת המבט של ייצור תעשייתי בקנה מידה גדול, חיסכון באנרגיה והפחתת הצריכה, ציוד ייבוש בהתזה צריך להיות אנכי, בקנה מידה גדול-, רציף ואוטומטי. סוג זה של פעולה הוא הסביר ביותר. פעולה רציפה פירושה שהריסוס הוא רציף, כלומר, גם האכלה וגם פריקה הם רציפים. מבחינת קנה מידה, מאמצים ציוד מתאים לפי סוגי ייצור שונים. באופן כללי, בתעשיית המזון, המגמה היא למערכות -בקנה מידה גדול, מרובה- חרירים, בעוד שבתעשיית התרופות, הקנה מידה קטן יותר. כמו ציוד אחר, יש להתאים את בחירת הציוד לייבוש בהתזה והתאמת מרכיביו הפנימיים לחומרים המעובדים. יש למקסם את עוצמת הייבוש של הציוד, כלומר כמות הלחות המיובשת ליחידת נפח ליחידת זמן, ובכך למזער את גודל הציוד לייבוש בהתזה ולמזער את ההשקעה בציוד והנדסה אזרחית.

311. שיטת הפצת אוויר חם

פיזור אוויר חם בציוד ייבוש בהתזה הוא היבט מכריע. השיטה של ​​הכנסת אוויר חם משפיעה באופן משמעותי על הביצועים הכוללים של ציוד הייבוש. שיטת הכנסת אוויר חם לא רק מבטיחה ערבוב יסודי ואפקטיבי יותר של טיפות ואוויר חם, ובכך משפרת את יעילות חילופי החום, אלא גם מטפלת ביעילות בייבוש של חומרים מיוחדים מסוימים, ומונעת היצמדות חומרים לקירות ולתקרה. מייבשי ריסוס בלחץ מסורתיים השתמשו לעתים קרובות במבנה ויסות אוויר מסוג -. אוויר חם הוסדר דרך השרוול ולאחר מכן הופץ לתוך הגליל הפנימי של מייבש הריסוס. סוג זה של ציוד היה גדול יחסית. כעת, נעשה שימוש נפוץ יותר בחלוקת אוויר בצלחת מסננת מרובה-, מכיוון שהיא קטנה יותר ולכן מיושם באופן נרחב יותר. במייבשי ריסוס בלחץ הפועלים בזרימת שיתוף-, מהירות האוויר של האוויר החם הנכנס לתעלה היא כ-9 מ"ש לשנייה. במייבשי ריסוס פליטה נגד-זרם-עליון, מהירות האוויר הנכנסת לתעלה צריכה להיות גבוהה יותר. מייבשי ריסוס צנטריפוגליים מעסיקים בדרך כלל מפיצי אוויר חם. אוויר חם נכנס לגוף הראשי של מייבש הריסוס דרך מפיץ אוויר נחוש ולוחית מנחה, כאשר האוויר החם מסתחרר באותו כיוון של המרסס הצנטריפוגלי. הפונקציות העיקריות של מפיץ האוויר החם במייבשי ריסוס צנטריפוגליים הם משולשים: להכניס את המדיום המייבש (אוויר חם) למגדל הייבוש כך שהוא יוצר קשר עם החומר המתייבש, והשלמת משימת הייבוש; לבחור מבנה אידיאלי כדי להבטיח ערבוב יסודי של המדיום החם שהוכנס והחומר המתייבש, להשגת יעילות חילופי חום גבוהה; וכדי להפחית או למנוע את התופעה של הידבקות חומרים מסוימים לקירות או לחלק העליון. עם התפתחות טכנולוגיית הייבוש בהתזה, מפיצי אוויר חם משתפרים ללא הרף.

312. טופס אגזוז מגדל

במייבשי ריסוס משולבים-משתמשים בדרך כלל במפלט תחתון. במייבשי ריסוס לחץ, קוטר הציוד גדל בחלק העליון של החלק החרוט של המגדל, וארבע תעלות פליטה מסודרות באופן שווה באזור הטבעתי, ואז מתכנסות לאספן אבקה. לחלופין, ניתן להתקין ארבעה מסנני שקיות ישירות בחלק העליון של האזור הטבעתי, ואז צינורות הפליטה מתכנסים בכניסת מאוורר הפליטה. נכון לעכשיו, מייבשי ריסוס בלחץ משתמשים בדרך כלל במערכות פליטה- עליונות. אוויר חם נכנס למגדל מלמעלה, והחומר מרוסס למגדל גם מלמעלה. ארבעה צינורות פליטה מפוזרים באופן שווה סביב החלק העגול של המגדל, ואז גז הפליטה נאסף ונפלט דרך אספן אבק. מייבש ריסוס מסוג זה הוא בעל טמפרטורת חימום אוויר חם גבוהה יחסית, עוצמת ייבוש גבוהה, נפח מגדל קטן יותר ועלויות ציוד והנדסה אזרחית נמוכות יותר.

למייבשי ריסוס צנטריפוגליים, בדרך כלל, צינורות הפליטה שלהם מובלים החוצה מהחלק הקוני של המגדל ואז לתוך אספן האבק. זה ממקסם את הנפח האפקטיבי של מגדל מייבש הריסוס מבלי להשפיע על תפוקת האבקה הרגילה, וממזער את הנפח הכולל.

313. ניקוי ציוד

למייבשי ריסוס מיובאים אין בדרך כלל מכשיר זה ובמקום זאת משתמשים בשיטות ניקוי. מייבשי ריסוס ביתיים רואים בדרך כלל את הנושא הזה. בדרך כלל מנקים את קירות המגדלים של מייבש ריסוס בלחץ באמצעות קולט אבק מסוג צלחת-תלוי, שהוא בטוח, אמין ומספק ניקוי יסודי. עם זאת, בחלק החרוט של המגדל צריך להיות דלת ניקוי לניקוי חיצוני. את המגדל של מייבש ריסוס צנטריפוגלי מנקים בדרך כלל באמצעות מטאטא אבק הרמה- מסוג דחיפה, המספק ניקוי יסודי. לאחר הטאטוא, ניתן להעביר את מטאטא האבק אל מחוץ למגדל דרך דלת המגדל.

המגדל של מייבש ריסוס מצויד בדרך כלל בהתקן מגדל רוטט כדי למנוע מהחומר היבש להיצמד לקיר המגדל. זה בדרך כלל משתמש במספר פטישים-מופעלי אוויר או חשמליים, מתוכנתים עם רצף רטט ספציפי. פטישים המופעלים באוויר- טובים יותר מפטישים חשמליים, אך דורשים אוויר דחוס.

314. הסרת אבק מהציוד

מייבשי ריסוס משתמשים בדרך כלל בתהליך הסרת אבק בשני-שלבים. השלב הראשון משתמש בהפרדת ציקלון להסרת אבק, והשלב השני משתמש במסנן שקיות. בייצור אבקת חלב, בד המסנן של מסנן השקיות הוא בדרך כלל 130 mesh, בעוד בייצור אבקת חלבון, נדרש בדרך כלל 200-240 mesh. לעיתים נעשה שימוש בהסרת אבק- חד-שלבית בייצור אבקת חלב. בייצור בהתזה של חלבון סויה וחלבון מבודד, בדרך כלל נשלח אוויר חם אל מגדל הייבוש מלמעלה, והחומר מרוסס פנימה גם מלמעלה. פריקת האבקה ואוויר הפליטה נכנסים שניהם אל אספן האבקה-מפריד הציקלון - ממוצא האבקה. לאחר שחרור החומר ממפריד הציקלון, הוא מועבר לממגורת האבקה על ידי מפוח Roots. גז הפליטה נכנס למסנן שקיות לאיסוף אבקה לפני השחרור לאטמוספירה. האבקה העדינה נשלחת אל ממגורת האבקה יחד עם האבקה הנפלטת מהציקלון. לחץ האוויר של מאווררי הכניסה והפליטה בציוד ייבוש בהתזה המשמש לייצור אבקת חלבון גבוה בדרך כלל מזה של מאווררי הכניסה והפליטה בציוד ייבוש בהתזה המשמש לייצור אבקת חלב. התאמת נפח האוויר זהה לזו של ציוד ייבוש בהתזה המשמש לייצור אבקת חלב, כאשר נפח האוויר של מאוורר הפליטה גדול ב-30% מנפח האוויר של מאוורר הכניסה. ישנן שלוש סיבות לכך: ראשית, מאוורר הכניסה נושף אוויר בטמפרטורת החדר, בעוד מאוורר הפליטה פולט אוויר חם, וכתוצאה מכך נפח אוויר גדול יותר. שנית, במהלך ייבוש בהתזה, נעשה שימוש בוואקום של 0.1147 kPa במגדל הייבוש, מה שמקל על ירידת חומר חלקה ומפחית התזות. שלישית, לחות מתאדה במהלך ייבוש בהתזה, שגם תופסת נפח מסוים.

האבקה העדינה ממפריד הציקלון ומתא מסנן השקיות נשלחת חזרה אל המגדל על ידי מפוח Roots לאגירת אבקה עדינה, להגדלת גודל החלקיקים ומסיסות.

את שקיות המסנן במסנן השקיות רוטטות בדרך כלל בשיטת פולס חזרה, שהיא יקרה יותר וצורכת יותר אוויר דחוס. נכון לעכשיו, מנגנון רטט הדדי באמצעות צילינדר משמש בדרך כלל, כאשר הרטט משתלב עם סגירת שסתום פרפר ויסות האוויר. זה מאפשר רטט מיידי של שקית הסינון ללא פליטה, וכתוצאה מכך עלות נמוכה וביצועים טובים.

315. פריקת אבקה מהציוד

פריקת האבקה מציוד הייבוש בהתזה היא רציפה, מחוברת למצע נוזל רוטט במוצא מגדל הייבוש. זה מאפשר ייבוש משני של החומר האבקה, ולאחר מכן מריחת לציטין או חומרי טעם וריח אחרים. הדבר מרחיב את קיבולת ציוד הייבוש בהתזה, משפר את איכות המוצר ומאפשר קירור בזמן של החומר לאחר ייבוש משני, מביא את המוצר למצב מוכן לאריזה ישירה, ובכך מפחית משמעותית את הסיכון לזיהום לפני האריזה.

4. מערכת בקרת תהליך ייבוש

האופי המהיר של תהליך הייבוש בהתזה חיוני לבקרה יעילה. נכון לעכשיו, המחקר על התיאוריה והפרקטיקה של בקרת ייבוש הן מקומית והן בינלאומית עדיין בשלביו הראשונים, חסר מחקרים מקיפים ושיטתיים. בהתבסס על ניתוח תהליך הייצור, מטרת יישום טכנולוגיית בקרה אוטומטית בתהליך ייבוש אבקת חלב היא:

(1) הימנע מחוסר היציבות של פעולת הציוד הנגרמת על ידי פעולה ידנית לסירוגין, ובכך השגת ייצור מתמשך וייצוב תהליך פעולת המערכת הרב-משתנית והלא ליניארית ביותר של ייבוש בהתזה;

(2) על ידי הכנסת מערכת בקרה אוטומטית, תוך הבטחת איכות ותפוקת המוצר, למזער את מספר נקודות רכישת האותות המקוונות של מערכת הבקרה ולהפחית השפעה מיותרת בין משתנים;

(3) חסכון בכוח אדם, צמצום זמן השבתה הנגרמת על ידי גורמים אנושיים, וקיצור מחזור העבודה;

(4) באמצעות קביעה נכונה מראש של הפרמטרים של כל משתנה במערכת הבקרה האוטומטית, לאפשר לכל המערכת לפעול במצב האופטימלי, למקסם את יעילות הציוד עצמו ולהשיג את מטרת החיסכון באנרגיה והפחתת הצריכה;

(5) לשפר את איכות המוצר ולמזער את עלויות התפעול והניהול.

האינדיקטורים העיקריים להערכת הצלחת יישום ציוד ייבוש בתנאי תהליך ספציפיים הם התפוקה והאיכות של המוצר המיובש, כמו גם חלוקת גודל החלקיקים, המראה ותכולת הלחות הסופית של המוצר. תפוקת המוצר נקבעת על פי הביצועים הכלכליים של עומס הייצור, החום המסופק על ידי מחולל האוויר החם, עוצמת הייבוש של המייבש, קצב זרימת האוויר החם ותכולת המוצק בתמיסה. גורמים רבים משפיעים על איכות המוצר: גודל החלקיקים ומראהו נקבעים על ידי ביצועי התהליך של ציוד הייבוש ופרמטרי הכנת הסלסול, בעוד שתכולת הלחות הסופית קשורה ישירות לבחירת הפרמטרים כגון טמפרטורת כניסת האוויר החם, טמפרטורת יציאת גז הפליטה ולחץ שלילי בתוך מגדל הייבוש.

ציוד ייבוש בהתזה חולל מהפכה בייצור אבקת חלב. עם זאת, ציוד ייבוש בהתזה אינו פתרון אוניברסלי. מבנה וצורת האטומיזציה שלו, מבנה המגדל, חלוקת האוויר, הפליטה, ציפוי האבקה, שיטת פריקת האבקה, השילוב עם ציוד תהליך אחר ותכנון מערכת הבקרה האוטומטית חייבים כולם להיות מתאימים לחומרים המעובדים. רק כך, עם התפתחות הזמן וההתקדמות המתמשכת של המדע והטכנולוגיה, ציוד ייבוש בהתזה יכול להתאים למגוון רחב יותר של דרישות ייבוש חומרים ולתרום תרומה גדולה יותר לפיתוח ובניית הכלכלה הלאומית.