Pihustuskuivatusseadmete rakendamine ja arendamine piimatootmises

Minu kodumaa piimatootmises moodustab piimapulber selle ladustamise ja transportimise lihtsuse tõttu ligikaudu 80% kogutoodangust. Kuivatamine on piimapulbri tootmise üks olulisemaid etappe; ainuüksi kuivatamisel aurustunud vee hulk on peaaegu võrdne toodetud piimapulbri kvaliteediga. Üldiselt määrab tootmisprotsess tootmisseadmed ja juhtimissüsteemi, kuid täiustatud seadmete ja juhtimissüsteemide rakendamine võib samuti muuta tootmisprotsessi. Tüüpiline näide on pihustuskuivatusseadmete kasutamine piimapulbri tootmisel.

Pihustuskuivatusprotsess hõlmab materjali pumpamist pihustuskuivatisse, kus pihusti hajutab selle väikesteks tilkadeks. Seejärel juhitakse kuivatuskambrisse kuumutatud õhk, mis seguneb ja puutub kokku materjalipiiskadega. Pärast kuivatamist kuivatatud toode eraldatakse ja ladustatakse või kasutatakse otse. Pihustuskuivatamisel toodetud piimapulber on ühtlane pulbertoode, mis välistab vajaduse täiendavate kuivatamis-, jahutamis- ja pulbristamise protsesside järele. Seda saab otse valmistootena pakendada, võimaldades mehhaniseeritud, pidevat ja suuremahulist-tootmist. Lisaks parandab materjali madalam pinnatemperatuur piimapulbri toote kvaliteeti. Seetõttu on pihustuskuivatusseadmetel piimapulbri tootmisel oluline roll ning suundumus on üha suurema niiskussisaldusega toodete kuivatamine. Pihustuskuivatamine on aga palju-energiat-kulukas protsess. Kuna pärast kuivatamist on kõrged kvaliteedinõuded ja vajadus minimaalsete niiskusesisalduse kõikumiste järele, on tööparameetrite, näiteks kuivatustemperatuuri, range kontroll hädavajalik. Seetõttu on pihustuskuivatusseadmete õige valik ning selle töö- ja juhtimissüsteemi ratsionaalne projekteerimine toote kvaliteedi ja energiasäästu tagamiseks ülioluline. See mitte ainult ei aita kaasa minu riigi piimatööstuse tehnoloogilisele arengule ja arengule, vaid tõukab ka tehnoloogilist progressi ja arengut teistes tööstusharudes, andes suurema panuse riigi majanduse{13}}tõusu.

1. Pihustuskuivatusseadmete arendamine piimatööstuse tootmises

Pihustuskuivatusseadmeid kasutati piimapulbritööstuses esmakordselt 1901. aastal, kuid selle praktiline rakendamine piimapulbri tootmisel algas alles 1920. aastatel ja minu kodumaal hakati neid kasutama alles 1940. aastate lõpus. Varaseim struktuur oli survekasti tüüpi (horisontaalne), materjali pihustamisel kasutati kahe-vedeliku meetodit, mille tulemuseks oli suur energiatarve. 1958. aastal propageeris kergetööstuse ministeerium Heilongjiangi provintsis piimapulbri tootmiseks mõeldud väikesemahulist loomse{7}}jõul töötavat pihustuskuivatust. 1955. aastal kasutas Harbin Songhua jõe piimavabrik esmakordselt piimapulbri tootmiseks tsentrifugaalpihustuskuivatust. Mõlemal seda tüüpi pihustuskuivatusseadmetel oli sel ajal lameda{12}}põhjaga konstruktsioon ja pulbri väljastus oli katkendlik, nõudes käsitsi väljastamist üks kord vahetuses.

1960. aastate keskel ilmus kast-tüüpi survekuivatusseadmetesse kooniline põhjakonstruktsioon spiraalse pulbri väljastusseadmega (tigu). Esimene vertikaalne mitme-otsikuga survepihustuskuivati ​​töötati välja 1970. aastate alguses. Selle tekkimine vähendas pihustuskuivatite efektiivset mahtu peaaegu poole võrra ja kaotas vajaduse tigu järele, võimaldades pidevat pulbri väljastamist. 1980. aastatel toodeti ühe otsikuga vertikaalne survepihustuskuivati. Selle rakendamine piimapulbritööstuses oli võtmetegur minu kodumaa piimapulbritööstuse tehnoloogilise arengu edendamisel, pannes aluse selle kiirele arengule.

2. Pihustuskuivatusseadmete omadused

Pihustuskuivatusseadmeid on üldiselt kolme tüüpi: surve-, tsentrifugaal- ja õhuvool. Survepihustuskuivatid pakuvad suurt kuivatamise intensiivsust, väiksemat suurust, väiksemaid investeeringuid seadmetesse ja tsiviilehitusse, väiksemaid tooteosakesi ja suuremat puistetihedust. Piimapulbri puhul, mille puistetihedus on ligikaudu 0,165, on kuivamisaeg eriti lühike, vaid 10-30 sekundit, mistõttu sobib see kuumustundlike materjalide tootmiseks. Seetõttu on piimapulbris ja teistes tööstusharudes paljud tsentrifugaalpihustuskuivatid muudetud survepihustuskuivatiteks. Survepihustuskuivatid tarbivad ka vähem energiat. Tsentrifugaalpihustuskuivatitel on üldiselt suurem diameeter ja väiksem kõrgus, mille tulemuseks on väiksem kuivatamise intensiivsus võrreldes survepihustuskuivatitega. Need toodavad suuremaid osakesi ja on kohandatavad suurema hulga materjalidega; üldiselt sobivad survepihustuskuivatite jaoks sobivad materjalid ka tsentrifugaalpihustuskuivatitele. Tsentrifugaalpihustuskuivatid sobivad suurema viskoossusega materjalidele. Õhuvooluga pihustamine, tuntud ka kui kahe-vedeliku pihustamine, kasutab auru või suruõhu kiiret liikumist (tavaliselt 200–300 m/s), et luua gaasi ja vedeliku vahel suur suhteline kiirus. Vedel kile tõmmatakse filamentideks ja laguneb seejärel peeneks tilkadeks. Pindala järsk suurenemine võimaldab kiiret soojus- ja massivahetust kuuma õhuga, aurustades niiskuse ja tekitades pulbrilise kuivatatud materjali. See sobib eriti paljudele materjalidele, kuid tarbib väga palju voolu. Üldiselt välditakse seda meetodit alati, kui saab kasutada muid pihustusmeetodeid. Õhuvoolu pihustamiseks tuleks materjali kuumutada sobiva temperatuurini, et minimeerida selle viskoossust; seetõttu sobib õhuvooluga pihustamine suurema viskoossusega materjalidele.

3. Pihustuskuivatusseadmete arengusuunad

Suuremahulise-tööstusliku tootmise, energiasäästu ja tarbimise vähendamise seisukohast peaksid pihustuskuivatusseadmed olema vertikaalsed, suuremahulised, pidevad ja automatiseeritud. Seda tüüpi toiming on kõige mõistlikum. Pidev töö tähendab, et pihustamine on pidev, st nii etteandmine kui ka tühjendamine on pidev. Skaala osas võetakse sobivad seadmed vastavalt erinevatele tootmistüüpidele. Üldiselt on toiduainetööstuses suund suuremahuliste-mitme-pihustiga süsteemide poole, samas kui farmaatsiatööstuses on skaala üldiselt väiksem. Sarnaselt teiste seadmetega tuleb ka pihustuskuivatusseadmete valik ja selle sisemiste komponentide sobitamine kohandada töödeldavate materjalidega. Seadmete kuivatamise intensiivsus peaks olema maksimaalne, st kuivatatud niiskuse kogus mahuühiku kohta ajaühikus, minimeerides sellega pihustuskuivatusseadmete suurust ning minimeerides seadmetesse ja tsiviilehitusinvesteeringuid.

311. Kuuma õhu jaotamise meetod

Kuuma õhu jaotus pihustuskuivatusseadmetes on ülioluline aspekt. Kuuma õhu sisseviimise meetod mõjutab oluliselt kuivatusseadmete üldist jõudlust. Õige kuuma õhu sisseviimise meetod ei taga mitte ainult tilkade ja kuuma õhu põhjalikumat ja tõhusamat segunemist, parandades seeläbi soojusvahetuse efektiivsust, vaid tegeleb tõhusalt ka teatud erimaterjalide kuivamisega, vältides materjali seinte ja lae külge kleepumist. Traditsioonilised survepihustuskuivatid kasutasid sageli hülss-tüüpi õhku reguleerivat struktuuri. Kuuma õhku reguleeriti läbi hülsi ja seejärel jaotati pihustuskuivati ​​sisemisse silindrisse. Seda tüüpi varustus oli suhteliselt suur. Nüüd kasutatakse sagedamini mitmekihilist sõelplaadi õhujaotust, kuna see on väiksem ja seetõttu laialdasemalt kasutatav. Ühisvoolul töötavates survepihustuskuivatites on kanalisse siseneva kuuma õhu kiirus ligikaudu 9 m/s. Vastuvoolu-või ülemise-heitgaasiga pihustuskuivatites peaks kanalisse siseneva õhu kiirus olema sobivalt suurem. Tsentrifugaalpihustuskuivatites kasutatakse tavaliselt kuuma õhu jaoturiid. Kuum õhk siseneb pihustuskuivati ​​põhikorpusesse läbi spiraalse õhujaoturi ja juhtplaadi, kusjuures kuum õhk keerleb tsentrifugaalpihustiga samas suunas. Kuuma õhu jaoturi põhifunktsioonid tsentrifugaalpihustuskuivatites on kolm: viia kuivatusaine (kuum õhk) kuivatustorni nii, et see puutuks kokku kuivatatava materjaliga, täites kuivatusülesande; valida ideaalne struktuur, et tagada sisestatava kuuma keskkonna ja kuivatatava materjali põhjalik segunemine, saavutades kõrge soojusvahetuse efektiivsuse; ning teatud materjalide seinte või pealispinna külge kleepumise vähendamiseks või vältimiseks. Pihustuskuivatustehnoloogia arenedes täiustatakse kuuma õhu jaotureid pidevalt.

312. Torni väljalaskevorm

Samaaegsetes-pihustuskuivatites kasutatakse tavaliselt alumist heitgaasi. Survepihustuskuivatites suurendatakse seadmete läbimõõtu torni koonilise sektsiooni ülaosas ja neli väljatõmbekanalit on ühtlaselt paigutatud rõngakujulisse tsooni, mis seejärel koondatakse pulbrikollektorile. Teise võimalusena saab neli kottfiltrit paigaldada otse rõngakujulise tsooni ülemisse ossa ja seejärel koonduvad väljalaskekanalid väljatõmbeventilaatori sisselaskeavasse. Praegu kasutavad survepihustuskuivatid tavaliselt parimaid -väljalaskesüsteeme. Ülevalt pääseb torni sisse kuum õhk ning materjal pihustatakse torni ka ülevalt. Neli väljalasketoru on ühtlaselt jaotatud ümber torni ümmarguse osa ning seejärel kogutakse heitgaasid kokku ja juhitakse välja läbi tolmukollektori. Seda tüüpi pihustuskuivatitel on suhteliselt kõrge kuuma õhu küttetemperatuur, kõrge kuivatamise intensiivsus, väiksem torni maht ning madalamad seadmete ja tsiviilehituse kulud.

Tsentrifugaalpihustuskuivatite väljalasketorud juhitakse tavaliselt torni koonusekujulisest osast ja seejärel tolmukollektorisse. See maksimeerib pihustuskuivati ​​torni efektiivset mahtu, ilma et see mõjutaks tavalist pulbri väljundit, minimeerides kogumahu.

313. Seadmete puhastus

Imporditud pihustuskuivatitel seda seadet üldjuhul ei ole ja selle asemel kasutatakse puhastusmeetodeid. Kodused pihustuskuivatid arvestavad seda probleemi üldiselt. Survepihustuskuivati ​​torni seinu puhastatakse tavaliselt rippplaadi-tüüpi tolmukollektoriga, mis on ohutu, töökindel ja tagab põhjaliku puhastamise. Torni koonilisel osal peaks aga olema puhastusluuk väliseks puhastamiseks. Tsentrifugaalpihustuskuivati ​​torni puhastatakse tavaliselt push{5}}tüüpi tõstetava tolmupühkija abil, mis tagab põhjaliku puhastuse. Peale pühkimist saab tolmupühkijat torni ukse kaudu tornist väljapoole liigutada.

Pihustuskuivati ​​torn on üldjuhul varustatud vibreeriva torniseadmega, et vältida kuivatatud materjali kinnitumist torni seina külge. Tavaliselt kasutatakse selleks mitut õhk--või elektrilist haamrit, mis on programmeeritud kindla vibratsioonijadaga. Õhk-haamrid on paremad kui elektrivasarad, kuid vajavad suruõhku.

314. Seadmetelt tolmu eemaldamine

Pihustuskuivatid kasutavad tavaliselt kahe{0}}etapilise tolmueemaldusprotsessi. Esimeses etapis kasutatakse tolmu eemaldamiseks tsükloneraldust ja teises etapis kasutatakse kottfiltrit. Piimapulbri tootmisel on kottfiltri filterkangas tavaliselt 130 mešši, valgupulbri tootmisel aga 200{6}}240 sõela. Üheastmelist-tolmueemaldust kasutatakse mõnikord ka piimapulbri tootmisel. Sojavalgu ja isoleeritud valgu pihustuskuivatamisel suunatakse kuum õhk üldjuhul kuivatustorni ülevalt ja materjal pihustatakse ka ülevalt. Pulbri väljalaske- ja väljatõmbeõhk sisenevad mõlemad pulbri koguja{10}}tsükloni separaatorisse – pulbri väljalaskeavast. Pärast materjali väljastamist tsüklonseparaatorist transporditakse see Rootsi puhuriga pulbrisilosse. Heitgaas siseneb pulbri kogumiseks kottfiltrisse enne atmosfääri suunamist. Peenpulber saadetakse koos tsüklonist väljuva pulbriga pulbrisilosse. Valgupulbri tootmiseks kasutatavate pihustuskuivatusseadmete sisselaske- ja väljatõmbeventilaatorite õhurõhk on üldiselt kõrgem kui piimapulbri tootmiseks kasutatavate pihustuskuivatusseadmete sisselaske- ja väljatõmbeventilaatorite õhurõhk. Õhuhulga sobitamine on sama, mis piimapulbri tootmiseks kasutatavatel pihustuskuivatusseadmetel, kusjuures väljatõmbeventilaatori õhuhulk on 30% suurem kui sisselaskeventilaatori õhuhulk. Sellel on kolm põhjust: esiteks puhub sisselaskeventilaator toasooja õhku, väljatõmbeventilaator aga juhib kuuma õhu välja, mille tulemuseks on suurem õhuhulk. Teiseks kasutatakse pihustuskuivatusel kuivatustornis vaakumit 0,1147 kPa, mis hõlbustab materjali sujuvat laskumist ja vähendab pritsimist. Kolmandaks aurustub pihustuskuivatamise ajal niiskus, mis samuti hõivab teatud mahu.

Tsükloniseparaatorist ja kottfiltri kambrist pärinev peen pulber saadetakse Rootsi puhuriga torni tagasi, et see peeneks pulbriks aglomereerub, suurendades osakeste suurust ja lahustuvust.

Kottfiltris olevaid filtrikotte vibreeritakse üldjuhul impulss-tagasiloputusmeetodil, mis on kallim ja kulutab rohkem suruõhku. Praegu kasutatakse üldiselt silindrit kasutavat edasi-tagasi vibratsioonimehhanismi, mille vibratsioon on blokeeritud õhku reguleeriva liblikklapi sulgemisega. See võimaldab filtrikoti kohest vibratsiooni ilma väljalasketa, mille tulemuseks on madal hind ja hea jõudlus.

315. Pulbri väljaheide seadmest

Pulbri väljavool pihustuskuivatusseadmest on pidev, ühendatud vibreeriva keevkihiga kuivatustorni väljalaskeava juures. See võimaldab pulbrilise materjali sekundaarset kuivatamist, millele järgneb letsitiini või muude lõhna- ja maitseainete pealekandmine. See suurendab pihustuskuivatusseadmete võimsust, parandab toote kvaliteeti ja võimaldab materjali õigeaegselt jahutada pärast sekundaarset kuivatamist, viies toote otsepakendiks valmisolekusse, vähendades seeläbi oluliselt saastumise ohtu enne pakendamist.

4. Kuivatusprotsessi juhtimissüsteem

Pihustuskuivatamise protsessi kiire iseloom on tõhusa kontrolli jaoks ülioluline. Praegu on kuivatuskontrolli teooria ja praktika uurimine nii riigisiseselt kui ka rahvusvaheliselt alles algusjärgus, põhjalikud ja süstemaatilised uuringud puuduvad. Tootmisprotsessi analüüsi põhjal on piimapulbri kuivatamise protsessis automatiseeritud juhtimistehnoloogia rakendamise eesmärk:

(1) Vältige seadmete töö ebastabiilsust, mis on põhjustatud käsitsi katkendlikust tööst, saavutades seeläbi pideva tootmise ja stabiliseerides mitme muutujaga ja väga mittelineaarse pihustuskuivatussüsteemi tööprotsessi;

(2) automaatse juhtimissüsteemi kasutuselevõtuga, tagades samal ajal toote kvaliteedi ja väljundi, minimeerida juhtimissüsteemi sidussignaali saamise punktide arv ja vähendada muutujate vahelist tarbetut mõju;

(3) säästa tööjõudu, vähendada inimteguritest põhjustatud seisakuid ja lühendada töötsüklit;

(4) Automaatjuhtimissüsteemi iga muutuja parameetrite õige eelseadistus võimaldab kogu süsteemil töötada optimaalses olekus, maksimeerida seadmete enda tõhusust ning saavutada energiasäästu ja -tarbimise vähendamise eesmärk;

(5) Parandada toote kvaliteeti ning minimeerida tegevus- ja halduskulusid.

Kuivatusseadmete kasutamise edukuse hindamisel konkreetsetes protsessitingimustes on peamised näitajad kuivatatud toote väljund ja kvaliteet, samuti toote osakeste suuruse jaotus, välimus ja lõplik niiskusesisaldus. Toote väljund määratakse tootmiskoormuse majanduslike näitajate, kuumaõhugeneraatori soojuse, kuivati ​​kuivatamise intensiivsuse, kuuma õhu voolukiiruse ja tahkete ainete sisaldusega lägas. Toote kvaliteeti mõjutavad paljud tegurid: osakeste suuruse ja välimuse määravad kuivatusseadme protsessi jõudlus ja läga valmistamise parameetrid, samas kui lõplik niiskusesisaldus on otseselt seotud selliste parameetrite valikuga nagu kuuma õhu sisselasketemperatuur, heitgaasi väljalasketemperatuur ja alarõhk kuivatustornis.

Pihustuskuivatusseadmed on revolutsiooniliselt muutnud piimapulbri tootmise. Pihustuskuivatusseadmed ei ole aga universaalne lahendus. Selle pihustusstruktuur ja vorm, torni struktuur, õhujaotus, heitgaasid, pulbervärvimine, pulbri tühjendusmeetod, kombineerimine teiste protsessiseadmetega ja automaatjuhtimissüsteemi disain peavad kõik sobima töödeldavate materjalidega. Ainult nii saavad pihustuskuivatusseadmed aegade arengu ning teaduse ja tehnika pideva arenguga kohanduda laiema hulga materjalide kuivatamise nõuetega ning anda järjest suurema panuse rahvamajanduse arengusse ja ülesehitamisse.