Anwendung und Entwicklung von Sprühtrocknungsanlagen in der Milchproduktion

In der Milchproduktion meines Landes macht Milchpulver aufgrund seiner einfachen Lagerung und seines einfachen Transports etwa 80 % der Gesamtproduktion aus. Der Trocknungsprozess ist einer der wichtigsten Schritte bei der Milchpulverherstellung; Allein die beim Trocknen verdunstete Wassermenge entspricht nahezu der Qualität des hergestellten Milchpulvers. Im Allgemeinen bestimmt der Produktionsprozess die Produktionsausrüstung und das Steuerungssystem, aber auch der Einsatz fortschrittlicher Ausrüstung und Steuerungssysteme kann den Produktionsprozess verändern. Ein typisches Beispiel ist der Einsatz von Sprühtrocknungsanlagen bei der Milchpulverproduktion.

Beim Sprühtrocknungsprozess wird Material in einen Sprühtrockner gepumpt, wo ein Zerstäuber es in kleine Tröpfchen verteilt. Dann wird erhitzte Luft in die Trockenkammer eingeleitet, um die Materialtröpfchen zu vermischen und mit ihnen in Kontakt zu kommen. Nach dem Trocknen wird das getrocknete Produkt abgetrennt und gelagert oder direkt verwendet. Durch Sprühtrocknung hergestelltes Milchpulver ist ein gleichmäßiges Pulverprodukt, sodass keine weiteren Trocknungs-, Kühl- und Pulverisierungsprozesse erforderlich sind. Es kann direkt als fertiges Produkt verpackt werden, was eine mechanisierte, kontinuierliche Produktion in großem Maßstab ermöglicht. Darüber hinaus verbessert die niedrigere Oberflächentemperatur des Materials die Qualität des Milchpulverprodukts. Daher spielen Sprühtrocknungsanlagen eine bedeutende Rolle bei der Milchpulverproduktion und es besteht ein Trend zur Trocknung von Produkten mit immer höherem Feuchtigkeitsgehalt. Allerdings ist die Sprühtrocknung ein -energie-intensiver Prozess. Aufgrund der hohen Qualitätsanforderungen nach der Trocknung und der Notwendigkeit minimaler Schwankungen des Feuchtigkeitsgehalts ist eine strenge Kontrolle der Betriebsparameter wie der Trocknungstemperatur unerlässlich. Daher sind die richtige Auswahl der Sprühtrocknungsausrüstung und die rationelle Gestaltung ihres Betriebs- und Steuerungssystems von entscheidender Bedeutung für die Gewährleistung der Produktqualität und Energieeinsparung. Dies trägt nicht nur zum technologischen Fortschritt und zur Entwicklung der Milchindustrie meines Landes bei, sondern treibt auch den technologischen Fortschritt und die Entwicklung in anderen Branchen voran und leistet so einen größeren Beitrag zum wirtschaftlichen Aufschwung des Landes.

1. Entwicklung von Sprühtrocknungsanlagen in der Milchindustrie

Sprühtrocknungsgeräte wurden erstmals 1901 in der Milchpulverindustrie eingesetzt, ihre praktische Anwendung in der Milchpulverproduktion begann jedoch erst in den 1920er Jahren und erst in den späten 1940er Jahren begann sie in meinem Land eingesetzt zu werden. Die früheste Struktur war ein Druckkastentyp (horizontal) mit Materialzerstäubung mithilfe einer Zwei-Flüssigkeits-Methode, was zu einem hohen Stromverbrauch führte. Im Jahr 1958 förderte das Ministerium für Leichtindustrie die tierbetriebene kleine Drucksprühtrocknung für die Milchpulverproduktion in der Provinz Heilongjiang. Im Jahr 1955 nutzte die Harbin Songhua River Dairy Factory erstmals die Zentrifugalsprühtrocknung zur Herstellung von Milchpulver. Beide Arten von Sprühtrocknungsanlagen hatten zu dieser Zeit flache -Bodenstrukturen und die Pulverausgabe erfolgte zeitweise, so dass eine manuelle Ausgabe einmal pro Schicht erforderlich war.

Mitte-der 1960er-Jahre erschien in den kastenförmigen Drucktrocknungsgeräten eine konische Bodenstruktur mit einer spiralförmigen Pulverausgabevorrichtung (Schnecke). Der erste vertikale Mehrdüsen-Drucksprühtrockner wurde Anfang der 1970er Jahre entwickelt. Sein Aufkommen reduzierte das effektive Volumen von Sprühtrocknern um fast die Hälfte und machte eine Schnecke überflüssig, was eine kontinuierliche Pulverabgabe ermöglichte. In den 1980er Jahren wurde ein Vertikaldrucksprühtrockner mit einer Düse hergestellt. Seine Anwendung in der Milchpulverindustrie war ein Schlüsselfaktor für die Förderung des technologischen Fortschritts in der Milchpulverindustrie meines Landes und legte den Grundstein für ihre schnelle Entwicklung.

2. Eigenschaften von Sprühtrocknungsgeräten

Im Allgemeinen gibt es drei Arten von Sprühtrocknungsgeräten: Druck-, Zentrifugal- und Luftstromgeräte. Drucksprühtrockner bieten eine hohe Trocknungsintensität, eine geringere Größe, geringere Investitionen in Ausrüstung und Bautechnik, kleinere Produktpartikel und eine höhere Schüttdichte. Bei Milchpulver mit einer Schüttdichte von etwa 0,165 ist die Trocknungszeit mit nur 10{4}}30 Sekunden besonders kurz und eignet sich daher für die Herstellung hitzeempfindlicher Materialien. Daher wurden in der Milchpulver- und anderen Industrien viele Zentrifugalsprühtrockner auf Drucksprühtrockner umgestellt. Drucksprühtrockner verbrauchen außerdem weniger Strom. Zentrifugalsprühtrockner haben im Allgemeinen einen größeren Durchmesser und eine geringere Höhe, was im Vergleich zu Drucksprühtrocknern zu einer geringeren Trocknungsintensität führt. Sie produzieren größere Partikelgrößen und sind an ein breiteres Spektrum an Materialien anpassbar; Generell sind für Drucksprühtrockner geeignete Materialien auch für Zentrifugalsprühtrockner geeignet. Für Materialien mit höherer Viskosität eignen sich Zentrifugalsprühtrockner. Beim Luftstromsprühen, auch Zweistoffspritzen genannt, wird die Hochgeschwindigkeitsbewegung von Dampf oder Druckluft (typischerweise 200–300 m/s) genutzt, um eine hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Gas und Flüssigkeit zu erzeugen. Der Flüssigkeitsfilm wird in Fäden gezogen und zerfällt dann in feine Tröpfchen. Die plötzliche Vergrößerung der Oberfläche ermöglicht einen schnellen Wärme- und Stoffaustausch mit der heißen Luft, wodurch die Feuchtigkeit verdampft und ein pulverförmiges getrocknetes Material entsteht. Es ist für ein besonders breites Materialspektrum geeignet, verbraucht jedoch sehr viel Strom. Im Allgemeinen wird diese Methode vermieden, wenn andere Sprühmethoden verwendet werden können. Für die Luftstromzerstäubung sollte das Material auf eine geeignete Temperatur erhitzt werden, um seine Viskosität zu minimieren; Daher eignet sich das Luftstromspritzen für Materialien mit höherer Viskosität.

3. Entwicklungstrends von Sprühtrocknungsgeräten

Unter dem Gesichtspunkt der großtechnischen Produktion, Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung sollten Sprühtrocknungsanlagen vertikal, großtechnisch, kontinuierlich und automatisiert sein. Diese Art der Operation ist die sinnvollste. Kontinuierlicher Betrieb bedeutet, dass kontinuierlich gesprüht wird, also sowohl Zufuhr als auch Abfuhr kontinuierlich erfolgen. Im Hinblick auf den Umfang wird je nach Produktionsart die entsprechende Ausrüstung eingesetzt. Im Allgemeinen geht der Trend in der Lebensmittelindustrie zu großformatigen Mehrdüsensystemen, während in der pharmazeutischen Industrie der Maßstab im Allgemeinen kleiner ist. Wie bei anderen Geräten auch müssen die Auswahl der Sprühtrocknungsgeräte und die Abstimmung ihrer internen Komponenten auf die zu verarbeitenden Materialien abgestimmt sein. Die Trocknungsintensität der Ausrüstung sollte maximiert werden, d. h. die Menge an getrockneter Feuchtigkeit pro Volumeneinheit pro Zeiteinheit, wodurch die Größe der Sprühtrocknungsausrüstung minimiert und die Investitionen in Ausrüstung und Tiefbau minimiert werden.

311. Heißluftverteilungsmethode

Die Heißluftverteilung in Sprühtrocknungsanlagen ist ein entscheidender Aspekt. Die Art der Heißlufteinleitung hat erheblichen Einfluss auf die Gesamtleistung der Trocknungsanlage. Eine geeignete Heißlufteinleitungsmethode sorgt nicht nur für eine gründlichere und effektivere Vermischung von Tröpfchen und Heißluft und verbessert so die Effizienz des Wärmeaustauschs, sondern sorgt auch effektiv für die Trocknung bestimmter Spezialmaterialien und verhindert so das Anhaften von Material an Wänden und Decke. Herkömmliche Drucksprühtrockner verwendeten häufig eine luftregulierende Struktur vom Hülsentyp. Heiße Luft wurde durch die Hülse reguliert und dann in den Innenzylinder des Sprühtrockners verteilt. Diese Art von Ausrüstung war relativ groß. Heutzutage wird die Luftverteilung mit mehrschichtigen Siebplatten häufiger verwendet, da sie kleiner ist und daher häufiger eingesetzt wird. Bei Drucksprühtrocknern, die im Gleichstrom betrieben werden, beträgt die Luftgeschwindigkeit der in den Kanal eintretenden Heißluft etwa 9 m/s. Bei Gegenstrom- oder Obenabluft-Sprühtrocknern sollte die in den Kanal eintretende Luftgeschwindigkeit entsprechend höher sein. Zentrifugalsprühtrockner verwenden im Allgemeinen Heißluftverteiler. Heiße Luft gelangt über einen spiralförmigen Luftverteiler und eine Führungsplatte in den Hauptkörper des Sprühtrockners, wobei die heiße Luft in die gleiche Richtung wie der Zentrifugalzerstäuber wirbelt. Der Heißluftverteiler in Zentrifugalsprühtrocknern hat drei Hauptfunktionen: Er leitet das Trocknungsmedium (Heißluft) in den Trockenturm ein, so dass es mit dem zu trocknenden Material in Kontakt kommt und so die Trocknungsaufgabe abschließt. Auswahl einer idealen Struktur, um eine gründliche Durchmischung des eingeführten heißen Mediums und des zu trocknenden Materials zu gewährleisten und so eine hohe Wärmeaustauscheffizienz zu erreichen; und um das Phänomen des Anhaftens bestimmter Materialien an den Wänden oder der Oberseite zu reduzieren oder zu vermeiden. Mit der Entwicklung der Sprühtrocknungstechnologie werden Heißluftverteiler ständig verbessert.

312. Turmauspuffform

Bei Gleichstrom-Sprühtrocknern wird im Allgemeinen eine Bodenabsaugung verwendet. Bei Drucksprühtrocknern wird der Durchmesser der Ausrüstung an der Spitze des konischen Abschnitts des Turms vergrößert, und vier Abluftkanäle sind gleichmäßig in der Ringzone angeordnet und münden dann in einem Pulversammler. Alternativ können vier Beutelfilter direkt im oberen Teil der Ringzone installiert werden, und die Abluftkanäle laufen dann am Einlass des Abluftventilators zusammen. Derzeit verwenden Drucksprühtrockner üblicherweise Abluftsysteme von oben-. Heiße Luft gelangt von oben in den Turm, und das Material wird auch von oben in den Turm gesprüht. Vier Abgasrohre sind gleichmäßig um den kreisförmigen Abschnitt des Turms verteilt. Die Abgase werden anschließend gesammelt und über einen Staubabscheider abgeführt. Dieser Sprühtrocknertyp hat eine relativ hohe Heißluftheiztemperatur, eine hohe Trocknungsintensität, ein kleineres Turmvolumen und geringere Kosten für Ausrüstung und Tiefbau.

Bei Zentrifugalsprühtrocknern werden die Abgasrohre typischerweise aus dem konischen Abschnitt des Turms herausgeführt und dann in den Staubabscheider geführt. Dadurch wird das effektive Volumen des Sprühtrocknerturms maximiert, ohne die normale Pulverproduktion zu beeinträchtigen, wodurch das Gesamtvolumen minimiert wird.

313. Gerätereinigung

Importierte Sprühtrockner verfügen in der Regel nicht über dieses Gerät und verwenden stattdessen Reinigungsmethoden. Haushaltssprühtrockner berücksichtigen dieses Problem im Allgemeinen. Die Wände von Drucksprühtrocknertürmen werden im Allgemeinen mit einem hängenden Staubabscheider vom Typ - gereinigt, der sicher und zuverlässig ist und eine gründliche Reinigung ermöglicht. Der konische Teil des Turms sollte jedoch über eine Reinigungstür zur Außenreinigung verfügen. Der Turm eines Zentrifugal-Sprühtrockners wird in der Regel mit einer Staubkehrmaschine vom Schub---Typ gereinigt, die eine gründliche Reinigung ermöglicht. Nach dem Kehren kann die Staubkehrmaschine durch die Turmtür aus dem Turm gefahren werden.

Der Turm eines Sprühtrockners ist im Allgemeinen mit einer Vibrationsturmvorrichtung ausgestattet, um zu verhindern, dass das getrocknete Material an der Turmwand haftet. Dabei kommen in der Regel mehrere luftbetriebene oder elektrische Hämmer zum Einsatz, die mit einer bestimmten Vibrationssequenz programmiert sind. Luftbetriebene Hämmer sind besser als elektrische Hämmer, benötigen jedoch Druckluft.

314. Staubentfernung aus der Ausrüstung

Sprühtrockner verwenden im Allgemeinen einen zweistufigen Staubentfernungsprozess. Die erste Stufe nutzt eine Zyklonabscheidung zur Staubentfernung, die zweite Stufe nutzt einen Beutelfilter. Bei der Milchpulverproduktion beträgt das Filtertuch des Beutelfilters im Allgemeinen 130 Mesh, während bei der Proteinpulverproduktion im Allgemeinen 200 -240 Mesh erforderlich sind. Auch bei der Milchpulverherstellung kommt teilweise eine einstufige Staubentfernung zum Einsatz. Bei der Sprühtrocknung von Sojaprotein und isoliertem Protein wird im Allgemeinen heiße Luft von oben in den Trockenturm geleitet und das Material auch von oben eingesprüht. Sowohl der Pulveraustrag als auch die Abluft gelangen vom Pulverauslass in den Pulversammler -Zyklonabscheider. Nachdem das Material aus dem Zyklonabscheider ausgetragen wurde, wird es von einem Roots-Gebläse zum Pulversilo transportiert. Das Abgas gelangt zur Pulversammlung in einen Beutelfilter, bevor es in die Atmosphäre abgegeben wird. Das feine Pulver wird zusammen mit dem aus dem Zyklon ausgetragenen Pulver in das Pulversilo geleitet. Der Luftdruck der Einlass- und Abluftventilatoren in Sprühtrocknungsanlagen zur Herstellung von Proteinpulver ist im Allgemeinen höher als der Luftdruck der Einlass- und Abluftventilatoren in Sprühtrocknungsanlagen zur Milchpulverproduktion. Die Anpassung des Luftvolumens ist die gleiche wie bei Sprühtrocknungsgeräten für die Milchpulverproduktion, wobei das Luftvolumen des Abluftventilators 30 % größer ist als das Luftvolumen des Einlassventilators. Dafür gibt es drei Gründe: Erstens bläst der Einlassventilator Luft mit Raumtemperatur ein, während der Auslassventilator heiße Luft ausstößt, was zu einer größeren Luftvolumenbelastung führt. Zweitens wird während der Sprühtrocknung im Trockenturm ein Vakuum von 0,1147 kPa verwendet, was einen reibungslosen Materialabstieg erleichtert und Spritzer reduziert. Drittens verdampft bei der Sprühtrocknung Feuchtigkeit, die ebenfalls ein gewisses Volumen einnimmt.

Das feine Pulver aus dem Zyklonabscheider und der Beutelfilterkammer wird von einem Roots-Gebläse zur Feinpulveragglomeration zurück in den Turm geleitet, wodurch die Partikelgröße und Löslichkeit erhöht werden.

Die Filterschläuche im Schlauchfilter werden in der Regel durch ein Impulsrückspülverfahren in Vibration versetzt, was teurer ist und mehr Druckluft verbraucht. Derzeit wird im Allgemeinen ein hin- und hergehender Vibrationsmechanismus unter Verwendung eines Zylinders verwendet, wobei die Vibration mit dem Schließen der Luftregulierungsklappe gekoppelt ist. Dies ermöglicht eine sofortige Vibration des Filterbeutels ohne Abgase, was zu geringen Kosten und einer guten Leistung führt.

315. Pulveraustritt aus der Ausrüstung

Der Pulveraustrag aus der Sprühtrocknungsanlage erfolgt kontinuierlich und ist mit einem vibrierenden Wirbelbett am Auslass des Trockenturms verbunden. Dies ermöglicht eine sekundäre Trocknung des pulverförmigen Materials, gefolgt von der Anwendung von Lecithin oder anderen Aromastoffen. Dies erweitert die Kapazität der Sprühtrocknungsanlage, verbessert die Produktqualität und ermöglicht eine rechtzeitige Abkühlung des Materials nach der Sekundärtrocknung, wodurch das Produkt in einen Zustand gebracht wird, der für die direkte Verpackung bereit ist, wodurch das Risiko einer Kontamination vor dem Verpacken erheblich verringert wird.

4. Trocknungsprozesskontrollsystem

Die Schnelligkeit des Sprühtrocknungsprozesses ist entscheidend für eine wirksame Kontrolle. Derzeit befindet sich die Forschung zur Theorie und Praxis der Trocknungskontrolle im In- und Ausland noch in einem frühen Stadium und es fehlen umfassende und systematische Studien. Basierend auf der Analyse des Produktionsprozesses besteht der Zweck der Anwendung automatisierter Steuerungstechnologie im Milchpulvertrocknungsprozess darin:

(1) Vermeiden Sie die Instabilität des Gerätebetriebs, die durch manuellen intermittierenden Betrieb verursacht wird, wodurch eine kontinuierliche Produktion erreicht und der multivariable und stark nichtlineare Systembetriebsprozess der Sprühtrocknung stabilisiert wird.

(2) Minimieren Sie durch die Einführung eines automatisierten Steuerungssystems bei gleichzeitiger Sicherstellung der Produktqualität und -leistung die Anzahl der Online-Signalerfassungspunkte des Steuerungssystems und reduzieren Sie unnötige Einflüsse zwischen Variablen.

(3) Arbeitskräfte sparen, durch menschliche Faktoren verursachte Ausfallzeiten reduzieren und den Arbeitszyklus verkürzen;

(4) Durch die korrekte Voreinstellung der Parameter jeder Variablen im automatisierten Steuerungssystem wird sichergestellt, dass das gesamte System im optimalen Zustand arbeitet, die Effizienz der Ausrüstung selbst maximiert wird und das Ziel der Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung erreicht wird;

(5) Verbesserung der Produktqualität und Minimierung der Betriebs- und Verwaltungskosten.

Die Hauptindikatoren zur Beurteilung des Erfolgs des Einsatzes von Trocknungsgeräten unter bestimmten Prozessbedingungen sind die Leistung und Qualität des getrockneten Produkts sowie die Partikelgrößenverteilung, das Aussehen und der Endfeuchtigkeitsgehalt des Produkts. Der Produktausstoß wird durch die wirtschaftliche Leistung der Produktionslast, die vom Heißluftgenerator bereitgestellte Wärme, die Trocknungsintensität des Trockners, die Heißluftdurchflussrate und den Feststoffgehalt in der Aufschlämmung bestimmt. Viele Faktoren beeinflussen die Produktqualität: Die Partikelgröße und das Aussehen werden durch die Prozessleistung der Trocknungsausrüstung und die Parameter der Aufschlämmungsvorbereitung bestimmt, während der endgültige Feuchtigkeitsgehalt in direktem Zusammenhang mit der Auswahl von Parametern wie der Heißlufteinlasstemperatur, der Abgasauslasstemperatur und dem Unterdruck im Trockenturm steht.

Sprühtrocknungsanlagen haben die Milchpulverproduktion revolutioniert. Allerdings sind Sprühtrocknungsgeräte keine universelle Lösung. Seine Zerstäubungsstruktur und -form, Turmstruktur, Luftverteilung, Absaugung, Pulverbeschichtung, Pulveraustragsmethode, Kombination mit anderen Prozessgeräten und das Design des automatischen Steuerungssystems müssen alle für die zu verarbeitenden Materialien geeignet sein. Nur so können sich Sprühtrocknungsanlagen mit der Entwicklung der Zeit und dem kontinuierlichen Fortschritt von Wissenschaft und Technik an ein breiteres Spektrum an Anforderungen an die Materialtrocknung anpassen und einen immer größeren Beitrag zur Entwicklung und zum Aufbau der Volkswirtschaft leisten.