Applicazione e sviluppo di apparecchiature per l'essiccazione a spruzzo nella produzione lattiero-casearia

Nella produzione lattiero-casearia del mio paese, il latte in polvere rappresenta circa l'80% della produzione totale grazie alla sua facilità di stoccaggio e trasporto. Il processo di essiccazione è uno dei passaggi più cruciali nella produzione del latte in polvere; la quantità di acqua evaporata durante la sola essiccazione è quasi equivalente alla qualità del latte in polvere prodotto. In generale, il processo di produzione determina l'attrezzatura di produzione e il sistema di controllo, ma l'applicazione di attrezzature e sistemi di controllo avanzati può anche alterare il processo di produzione. Un tipico esempio è l'applicazione di apparecchiature di essiccazione a spruzzo nella produzione di latte in polvere.

Il processo di essiccazione a spruzzo prevede il pompaggio del materiale in un essiccatore a spruzzo, dove un atomizzatore lo disperde in piccole goccioline. L'aria riscaldata viene quindi introdotta nella camera di essiccazione per mescolarsi e entrare in contatto con le goccioline di materiale. Dopo l'essiccazione, il prodotto essiccato viene separato e immagazzinato o utilizzato direttamente. Il latte in polvere prodotto mediante essiccazione a spruzzo è un prodotto in polvere uniforme, che elimina la necessità di ulteriori processi di essiccazione, raffreddamento e polverizzazione. Può essere confezionato direttamente come prodotto finito, consentendo una produzione meccanizzata, continua e su larga scala. Inoltre, la minore temperatura superficiale del materiale migliora la qualità del prodotto a base di latte in polvere. Pertanto, le apparecchiature per l'essiccazione a spruzzo svolgono un ruolo significativo nella produzione di latte in polvere e vi è una tendenza verso l'essiccazione di prodotti con un contenuto di umidità sempre più elevato. Tuttavia, l'essiccazione a spruzzo è un processo ad alto-dispendio energetico-. A causa degli elevati requisiti di qualità dopo l'essiccazione e della necessità di fluttuazioni minime nel contenuto di umidità, è essenziale un controllo rigoroso dei parametri operativi come la temperatura di essiccazione. Pertanto, la corretta selezione delle apparecchiature di essiccazione a spruzzo e la progettazione razionale del relativo sistema di funzionamento e controllo sono cruciali per garantire la qualità del prodotto e il risparmio energetico. Ciò non solo contribuisce al progresso tecnologico e allo sviluppo dell'industria lattiero-casearia del mio Paese, ma stimola anche il progresso tecnologico e lo sviluppo in altri settori, fornendo un contributo maggiore al decollo economico del Paese-.

1. Sviluppo di attrezzature per l'essiccazione a spruzzo nella produzione dell'industria lattiero-casearia

Le attrezzature per l'essiccazione a spruzzo furono utilizzate per la prima volta nell'industria del latte in polvere nel 1901, ma la loro applicazione pratica nella produzione di latte in polvere iniziò solo negli anni '20, e solo alla fine degli anni '40 iniziò ad essere utilizzata nel mio paese. La prima struttura era del tipo a scatola a pressione (orizzontale), con atomizzazione del materiale utilizzando un metodo a due-fluidi, con conseguente elevato consumo energetico. Nel 1958, il Ministero dell'industria leggera promosse l'essiccazione a spruzzo a pressione su piccola scala-e su piccola scala{8}}per la produzione di latte in polvere nella provincia di Heilongjiang. Nel 1955, la fabbrica lattiero-casearia del fiume Harbin Songhua utilizzò per la prima volta l'essiccazione a spruzzo centrifuga per produrre latte in polvere. Entrambi questi tipi di apparecchiature per l'essiccazione a spruzzo a quel tempo avevano strutture a fondo piatto-e la produzione di polvere era intermittente e richiedeva un'erogazione manuale una volta per turno.

A metà degli-anni '60, una struttura a fondo conico con un dispositivo di uscita della polvere a spirale (coclea) apparve nelle apparecchiature di essiccazione a pressione del tipo a scatola-. Il primo essiccatore a spruzzo verticale a pressione multi-ugello è stato sviluppato all'inizio degli anni '70. La sua comparsa ha ridotto di quasi la metà il volume effettivo degli atomizzatori ed ha eliminato la necessità di una coclea, consentendo una produzione continua di polvere. Negli anni '80 è stato prodotto un nebulizzatore a pressione verticale monougello. La sua applicazione nell'industria del latte in polvere è stata un fattore chiave nel promuovere il progresso tecnologico nell'industria del latte in polvere del mio paese, gettando le basi per il suo rapido sviluppo.

2. Caratteristiche delle apparecchiature per l'essiccazione a spruzzo

Le apparecchiature per l'essiccazione a spruzzo sono generalmente di tre tipi: pressione, centrifuga e flusso d'aria. Gli essiccatori a spruzzo a pressione offrono un'elevata intensità di essiccazione, dimensioni più piccole, minori investimenti in attrezzature e ingegneria civile, particelle di prodotto più piccole e maggiore densità apparente. Per il latte in polvere con una densità apparente di circa 0,165, il tempo di essiccazione è particolarmente breve, solo 10-30 secondi, rendendolo adatto alla produzione di materiali-sensibili al calore. Pertanto, nel settore del latte in polvere e in altri settori, molti atomizzatori centrifughi sono stati convertiti in atomizzatori a pressione. Anche gli atomizzatori a pressione consumano meno energia. Gli atomizzatori centrifughi hanno generalmente un diametro maggiore e un'altezza minore, con conseguente intensità di essiccazione inferiore rispetto agli atomizzatori a pressione. Producono particelle di dimensioni maggiori e sono adattabili a una gamma più ampia di materiali; generalmente i materiali adatti per atomizzatori a pressione sono adatti anche per atomizzatori centrifughi. Gli atomizzatori centrifughi sono adatti per materiali con maggiore viscosità. La spruzzatura con flusso d'aria, nota anche come spruzzatura a due-fluidi, utilizza il movimento ad alta velocità del vapore o dell'aria compressa (tipicamente 200–300 m/s) per creare un'elevata velocità relativa tra il gas e il liquido. La pellicola liquida viene trascinata in filamenti e poi si rompe in fini goccioline. L'improvviso aumento della superficie consente un rapido scambio di calore e massa con l'aria calda, vaporizzando l'umidità e producendo un materiale essiccato in polvere. È adatto per una gamma particolarmente ampia di materiali, ma consuma una quantità di energia molto elevata. Generalmente, questo metodo viene evitato ogni volta che è possibile utilizzare altri metodi di spruzzatura. Per l'atomizzazione con flusso d'aria, il materiale deve essere riscaldato a una temperatura adeguata per minimizzarne la viscosità; pertanto, la spruzzatura con flusso d'aria è adatta per materiali con maggiore viscosità.

3. Tendenze di sviluppo delle apparecchiature per l'essiccazione a spruzzo

Dal punto di vista della produzione industriale su larga-scala, del risparmio energetico e della riduzione dei consumi, le apparecchiature per l'essiccazione a spruzzo dovrebbero essere verticali, su larga-scala, continue e automatizzate. Questo tipo di operazione è la più ragionevole. Il funzionamento continuo significa che la spruzzatura è continua, cioè sia l'alimentazione che lo scarico sono continui. In termini di scala, vengono adottate attrezzature adeguate a seconda delle diverse tipologie di produzione. In generale, nell'industria alimentare, la tendenza è verso sistemi multi-ugelli su larga scala, mentre nell'industria farmaceutica la scala è generalmente più piccola. Come per altre apparecchiature, la scelta dell'attrezzatura per l'essiccazione a spruzzo e l'abbinamento dei suoi componenti interni devono essere adattati ai materiali da lavorare. L'intensità di essiccazione dell'attrezzatura dovrebbe essere massimizzata, ovvero la quantità di umidità essiccata per unità di volume per unità di tempo, riducendo così al minimo le dimensioni dell'attrezzatura per l'essiccazione a spruzzo e gli investimenti in attrezzature e ingegneria civile.

311. Metodo di distribuzione dell'aria calda

La distribuzione dell'aria calda nelle apparecchiature di essiccazione a spruzzo è un aspetto cruciale. Il metodo di introduzione dell'aria calda influisce in modo significativo sulle prestazioni complessive dell'apparecchiatura di essiccazione. Un corretto metodo di introduzione dell'aria calda non solo garantisce una miscelazione più completa ed efficace di goccioline e aria calda, migliorando così l'efficienza dello scambio termico, ma affronta anche efficacemente l'essiccazione di alcuni materiali speciali, impedendo che il materiale si attacchi alle pareti e al soffitto. Gli essiccatori a spruzzo a pressione tradizionali spesso utilizzavano una struttura di regolazione dell'aria del tipo-a maniche. L'aria calda veniva regolata attraverso la manica e poi distribuita nel cilindro interno dell'atomizzatore. Questo tipo di attrezzatura era relativamente grande. Ora, la distribuzione dell'aria con piastre crivellanti multistrato è più comunemente utilizzata, poiché è più piccola e quindi più ampiamente utilizzata. Negli atomizzatori a pressione funzionanti con flusso di equicorrente, la velocità dell'aria calda che entra nel condotto è di circa 9 m/s. Negli atomizzatori a contro-corrente o con scarico superiore-, la velocità dell'aria che entra nel condotto dovrebbe essere opportunamente maggiore. Gli atomizzatori centrifughi utilizzano generalmente distributori di aria calda. L'aria calda entra nel corpo principale dell'atomizzatore attraverso un distributore d'aria a voluta e una piastra di guida, con l'aria calda che vortica nella stessa direzione dell'atomizzatore centrifugo. La funzione principale del distributore di aria calda negli atomizzatori centrifughi è triplice: introdurre il mezzo essiccante (aria calda) nella torre di essiccazione in modo che entri in contatto con il materiale da essiccare, completando l'operazione di essiccazione; selezionare una struttura ideale per garantire una miscelazione completa del mezzo caldo introdotto e del materiale da essiccare, ottenendo un'elevata efficienza di scambio termico; e per ridurre o evitare il fenomeno dell'adesione di alcuni materiali alle pareti o al top. Con lo sviluppo della tecnologia di essiccazione a spruzzo, i distributori di aria calda vengono costantemente migliorati.

312. Modulo di scarico della torre

Negli atomizzatori co-corrente viene generalmente utilizzato lo scarico dal basso. Negli atomizzatori a pressione, il diametro delle apparecchiature viene aumentato nella parte superiore della sezione conica della torre, e nella zona anulare sono disposti uniformemente quattro condotti di scarico, che confluiscono poi in un collettore delle polveri. In alternativa è possibile installare direttamente quattro filtri a tasche nella parte superiore della zona anulare, per poi far convergere i condotti di scarico all'ingresso dell'aspiratore. Attualmente, gli atomizzatori a pressione utilizzano comunemente sistemi di scarico-superiori. L'aria calda entra nella torre dall'alto e anche il materiale viene spruzzato nella torre dall'alto. Quattro tubi di scarico sono distribuiti uniformemente attorno alla sezione circolare della torre, quindi i gas di scarico vengono raccolti e scaricati attraverso un collettore di polveri. Questo tipo di essiccatore a spruzzo ha una temperatura di riscaldamento dell'aria calda relativamente elevata, un'elevata intensità di essiccazione, un volume della torre più piccolo e costi inferiori per attrezzature e ingegneria civile.

Gli essiccatori a spruzzo centrifughi in genere hanno i tubi di scarico condotti fuori dalla sezione conica della torre e poi nel collettore di polveri. Ciò massimizza il volume effettivo della torre dell'essiccatore a spruzzo senza influenzare la normale produzione di polvere, riducendo al minimo il volume complessivo.

313. Pulizia delle attrezzature

Gli atomizzatori importati generalmente non dispongono di questo dispositivo e utilizzano invece metodi di pulizia. Gli atomizzatori domestici generalmente tengono conto di questo problema. Le pareti delle torri degli atomizzatori a pressione vengono generalmente pulite utilizzando un collettore di polveri del tipo a piastra sospesa-, che è sicuro, affidabile e fornisce una pulizia approfondita. Tuttavia, la sezione conica della torre dovrebbe avere una porta di pulizia per la pulizia esterna. La torre di un essiccatore a spruzzo centrifugo viene generalmente pulita utilizzando uno spazzapolvere con sollevamento a spinta-, che fornisce una pulizia approfondita. Dopo aver spazzato, la spazzatrice può essere spostata all'esterno della torre attraverso la porta della torre.

La torre di un atomizzatore è generalmente dotata di un dispositivo a torre vibrante per evitare che il materiale essiccato aderisca alla parete della torre. Solitamente utilizza diversi martelli pneumatici-o elettrici, programmati con una sequenza di vibrazione specifica. I martelli pneumatici-sono migliori dei martelli elettrici, ma richiedono aria compressa.

314. Rimozione Polvere dalle Attrezzature

Gli essiccatori a spruzzo generalmente utilizzano un processo di rimozione della polvere in due-fasi. Il primo stadio utilizza la separazione a ciclone per la rimozione della polvere, mentre il secondo stadio utilizza un filtro a maniche. Nella produzione di latte in polvere, il tessuto filtrante del filtro a maniche è generalmente di 130 mesh, mentre nella produzione di proteine ​​in polvere sono generalmente necessari 200-240 mesh. La rimozione della polvere a fase singola-a volte viene utilizzata anche nella produzione di latte in polvere. Nella produzione di essiccazione a spruzzo di proteine ​​di soia e proteine ​​isolate, l'aria calda viene generalmente inviata nella torre di essiccazione dall'alto e anche il materiale viene spruzzato dall'alto. Lo scarico della polvere e l'aria di scarico entrano entrambi nel collettore della polvere-separatore a ciclone, dall'uscita della polvere. Dopo che il materiale è stato scaricato dal separatore a ciclone, viene trasportato al silo delle polveri da un soffiatore Roots. I gas di scarico entrano in un filtro a maniche per la raccolta delle polveri prima di essere scaricati in atmosfera. La polvere fine viene inviata nel silo polvere insieme alla polvere scaricata dal ciclone. La pressione dell'aria delle ventole di ingresso e di scarico nelle apparecchiature di essiccazione a spruzzo utilizzate per la produzione di proteine ​​in polvere è generalmente superiore a quella delle ventole di ingresso e di scarico nelle apparecchiature di essiccazione a spruzzo utilizzate per la produzione di latte in polvere. L'adattamento del volume d'aria è lo stesso di quello delle apparecchiature di essiccazione a spruzzo utilizzate per la produzione di latte in polvere, con il volume d'aria della ventola di scarico maggiore del 30% rispetto al volume d'aria della ventola di ingresso. Ci sono tre ragioni per questo: in primo luogo, la ventola di ingresso soffia aria a temperatura ambiente, mentre la ventola di scarico scarica aria calda, con conseguente maggiore deformazione del volume d'aria. In secondo luogo, durante l'essiccazione a spruzzo, nella torre di essiccazione viene utilizzato un vuoto di 0,1147 kPa, che facilita la discesa uniforme del materiale e riduce gli spruzzi. In terzo luogo, l'umidità evapora durante l'essiccazione a spruzzo, che occupa anche un certo volume.

La polvere fine proveniente dal separatore a ciclone e dalla camera del filtro a maniche viene rimandata nella torre da un soffiatore Roots per l'agglomerazione della polvere fine, aumentando la dimensione delle particelle e la solubilità.

I sacchetti filtranti nel filtro a maniche vengono generalmente fatti vibrare utilizzando un metodo di controlavaggio a impulsi, che è più costoso e consuma più aria compressa. Attualmente viene generalmente impiegato un meccanismo di vibrazione alternativa che utilizza un cilindro, con la vibrazione sincronizzata con la chiusura della valvola a farfalla di regolazione dell'aria. Ciò consente la vibrazione istantanea del sacco filtrante senza scarico, con conseguente basso costo e buone prestazioni.

315. Scarico di Polveri dalle Attrezzature

Lo scarico delle polveri dall'apparecchiatura di essiccazione a spruzzo è continuo, collegato ad un letto fluido vibrante all'uscita della torre di essiccazione. Ciò consente l'essiccazione secondaria del materiale in polvere, seguita dall'applicazione di lecitina o altri aromi. Ciò espande la capacità delle apparecchiature di essiccazione a spruzzo, migliora la qualità del prodotto e consente il raffreddamento tempestivo del materiale dopo l'essiccazione secondaria, portando il prodotto in uno stato pronto per il confezionamento diretto, riducendo così significativamente il rischio di contaminazione prima del confezionamento.

4. Sistema di controllo del processo di essiccazione

La natura rapida del processo di essiccazione a spruzzo è fondamentale per un controllo efficace. Attualmente, la ricerca sulla teoria e sulla pratica del controllo dell’essiccazione sia a livello nazionale che internazionale è ancora nelle sue fasi iniziali, in mancanza di studi completi e sistematici. Sulla base dell'analisi del processo di produzione, lo scopo dell'applicazione della tecnologia di controllo automatizzato nel processo di essiccazione del latte in polvere è:

(1) Evitare l'instabilità del funzionamento dell'apparecchiatura causata dal funzionamento intermittente manuale, ottenendo così una produzione continua e stabilizzando il processo di funzionamento del sistema multivariabile e altamente non lineare dell'essiccazione a spruzzo;

(2) Introducendo un sistema di controllo automatizzato, garantendo al tempo stesso la qualità e l'output del prodotto, ridurre al minimo il numero di punti di acquisizione del segnale online del sistema di controllo e ridurre l'influenza non necessaria tra le variabili;

(3) Risparmiare manodopera, ridurre i tempi di inattività causati da fattori umani e abbreviare il ciclo di lavoro;

(4) Attraverso la corretta preimpostazione dei parametri di ciascuna variabile nel sistema di controllo automatizzato, consentire all'intero sistema di funzionare nello stato ottimale, massimizzare l'efficienza dell'apparecchiatura stessa e raggiungere lo scopo di risparmio energetico e riduzione dei consumi;

(5) Migliorare la qualità del prodotto e ridurre al minimo i costi operativi e di gestione.

Gli indicatori principali per valutare il successo dell'applicazione dell'apparecchiatura di essiccazione in condizioni di processo specifiche sono la resa e la qualità del prodotto essiccato, nonché la distribuzione granulometrica, l'aspetto e il contenuto di umidità finale del prodotto. La resa del prodotto è determinata dalla prestazione economica del carico di produzione, dal calore fornito dal generatore di aria calda, dall'intensità di essiccazione dell'essiccatore, dalla portata di aria calda e dal contenuto solido nell'impasto liquido. Molti fattori influenzano la qualità del prodotto: la dimensione e l'aspetto delle particelle sono determinati dalle prestazioni del processo dell'apparecchiatura di essiccazione e dai parametri di preparazione del liquame, mentre il contenuto di umidità finale è direttamente correlato alla selezione di parametri quali la temperatura di ingresso dell'aria calda, la temperatura di uscita dei gas di scarico e la pressione negativa all'interno della torre di essiccazione.

Le apparecchiature per l'essiccazione a spruzzo hanno rivoluzionato la produzione di latte in polvere. Tuttavia, le apparecchiature di essiccazione a spruzzo non sono una soluzione universale. La struttura e la forma di atomizzazione, la struttura della torre, la distribuzione dell'aria, lo scarico, la verniciatura a polvere, il metodo di scarico della polvere, la combinazione con altre apparecchiature di processo e la progettazione del sistema di controllo automatico devono essere tutti adatti ai materiali da lavorare. Solo in questo modo, con lo sviluppo dei tempi e il continuo progresso della scienza e della tecnologia, le attrezzature per l'essiccazione a spruzzo possono adattarsi a una gamma più ampia di esigenze di essiccazione dei materiali e dare un contributo sempre maggiore allo sviluppo e alla costruzione dell'economia nazionale.