Technika: Instalacje suszarnicze

Suszenie jednostopniowe umożliwia otrzymanie pojedynczych cząstek o wymiarach 10-250 µm. W przypadku suszenia wielostopniowego powstają aglomeraty o wielkości 100-500 µm, a niekiedy nawet 3 mm. Dzięki aglomeracji proszek nabiera cech typu instant. Otrzymanie szybko rozpuszczalnego proszku typu instant umożliwia również zastosowanie lecytyny, sam proces zwany jest lecytynizacją. Lecytyna obniża napięcie powierzchniowe, jest emulgatorem.

Stosowanie suszenia wielostopniowego niewątpliwie poprawia strukturę i właściwości fizyczne proszku, jego cechy funkcjonalne, wywołuje mniejsze zmiany w składzie mleka, a także pozwala na obniżenie zużycia energii o 15-20% w dwustopniowym i o nawet 40% w trójstopniowym suszeniu, w porównaniu do suszenia jednostopniowego. Po procesie suszenia proszek jest chłodzony, pakowany, magazynowany i dystrybuowany. Sam proces suszenia sprowadza się do procesów wymiany ciepła i masy, odbywających się w wieży suszarniczej. Surowiec w postaci koncentratu pompowany jest do szczytu wieży, gdzie spotyka się z ogrzanym przez nagrzewnicę dopływającym powietrzem. Koncentrat który ma zostać wysuszony do postaci proszku doprowadzany jest do komory suszarniczej i tam rozprowadzany przez dyszę. W instalacji zamontowane są czujniki temperatury powietrza wlotowego i wylotowego. Wysuszone cząsteczki kierowane są do cyklonu, w którym następuje rozdział powietrza i cząsteczek. Zapylone powietrze z cyklonu przepływa z kolei przez filtr powietrza i zostaje ostatecznie oczyszczone przepływając przez aspirator. Pod cyklonem znajduje się odbieralnik w którym gromadzony jest wysuszony proszek. Podczas początkowego etapu suszenia tempo odparowywania wody jest bardzo duże, gdyż właśnie na tym etapie z suszonych cząsteczek odparowywuje większość wilgoci. Z suszonych cząsteczek koncentratu pobierane jest ciepło przemiany fazowej parującej wody. Tłumaczy to dlaczego pomimo tego, że temperatura powietrza wlotowego jest bardzo wysoka, to temperatura suszonego materiału jest dużo niższa.

Suszenie to jeden z najpopularniejszych procesów jednostkowych; wykorzystywany nie tylko w przemyśle spożywczym, ale także w pozostałych jego gałęziach jak chociażby w przemyśle farmaceutycznym. Dodatkowo zainteresowanie tym procesem nie słabnie. Jakość produktów musi być zachowana, zwłaszcza gdy rośnie poprzeczka wymogów. Przekłada się to na coraz bardziej precyzyjną kontrolę prowadzonych procesów w instalacjach przemysłowych. Kładzie się także nacisk na optymalizację całości procesu, biorąc pod uwagę zużycie energii, a także normy i przepisy prawne regulujące sprawy związane m.in. z bezpieczeństwem prowadzonych procesów w przemyśle spożywczym. Nie bez znaczenia jest także fakt wdrażania nowych rozwiązań, ulepszeń i nowoczesnych układów w miejsce dotychczasowych. Umożliwia to niejednokrotnie obniżenie energochłonności procesu lub polepszenie warunków procesu. Związane jest to z rozwojem nowych technologii, do których dostęp staje się coraz łatwiejszy.

Suszenie jest to proces usuwania wilgoci przez odparowanie wskutek doprowadzenia energii cieplnej. Potencjał suszenia, czyli zdolność powietrza suszącego do absorbowania wilgoci z materiału, który ma zostać wysuszony zależy od stanu termicznego powietrza. Na rynku dostępnych jest wiele rozwiązań inżynierskich dotyczących procesu suszenia dedykowanych mleczarstwu. Jednym z nich jest propozycja firmy Milk Hydrosan. Firma krok po kroku przeprowadza klienta przez zestaw urządzeń przystosowanych do przeprowadzenia procesu suszenia. Przed przystąpieniem do suszenia należy odpowiednio przygotować powietrze: podgrzać je i oczyścić. Firma proponuje układ instalacji powietrza wraz z nagrzewnicą parową. Gorące powietrze z nagrzewnicy kierowane jest do wieży suszarniczej przechodząc przez kanał z przepustnicą regulacyjną. W kanale znajdują się gniazda na czujniki temperatury. Możliwy jest także montaż nagrzewnicy gazowej. W celu zachowania wymaganej klasy czystości powietrza, które jest następnie kierowane do wieży suszarniczej. Aby powietrze spełniało wszelkie normy należy odpowiednio je przefiltrować. Instalacja suszarnicza budowana jest z wykorzystaniem suszarni rozpyłowej, w której zachodzi suszenie rozpyłowe współprądowe w atmosferze gorącego przefiltrowanego powietrza. Suszeniu rozpyłowemu poddaje się koncentraty produktów mleczarskich, tj. mleko pełne, mleko odtłuszczone, serwatka, maślanka lub białka serwatkowe. Sterowanie pracą takiej suszarni jest zautomatyzowane. Odpowiednio skonfigurowany system zapewnia możliwość sterowania i prowadzenia kontroli pracy napędów elektrycznych urządzeń suszarni, a także regulację parametrów technologicznych. Układ automatyki kontroluje pracę filtrów powietrza procesowego. Ponadto kontroluje i reguluje temperaturę powietrza suszącego, powietrza wylotowego z wieży suszarniczej i filtra workowego. Co więcej odpowiada za kontrolę i utrzymanie właściwego ciśnienia w całym układzie suszarniczym. Umożliwia zatem bezpieczny rozruch, a także zatrzymanie pracy suszarni na żądanie i zapewnia bezpieczeństwo produkcji. Instalacja wyposażona jest także w system bezpieczeństwa przeciwpożarowego. Instalacja zabezpieczona jest również przed nadmiernym, niekontrolowanym wzrostem temperatur. W przypadku, gdy dojdzie do przekroczenia dopuszczalnych, granicznych wartości temperatur na wylocie z wieży suszarni lub filtra workowego następuje załączenie systemu gaśniczego.

Firma proponuje także instalację w układzie technologicznym suszarni podgrzewacza skrobakowego do podgrzania koncentratu. Zabieg ten pozytywnie wpływa na rozpylenie koncentratu i odparowanie wody w wieży suszarniczej. Do głównych zespołów suszarni należą: zbiorniki buforowe wraz z instalacją do podawania koncentratu do suszenia, wieża suszarnicza z aparatem rozpyłowym, system filtracji, grzania i rozdziału powietrza, cyklon, filtr workowy w układzie oddzielania proszku od powietrza, dosuszanie/chłodzenie proszku przy wykorzystaniu wibrofluidyzatora, system transportu pneumatycznego (próżniowy, nadciśnieniowy), magazynowanie proszku luzem w silosach, pakownia proszku w opakowania typu big-bag oraz układ zasilania elektrycznego i automatyki.

Z kolei firma GEA proponuje instalacje w wielu rozmiarach, od małych pilotażowych przeznaczonych do badań i rozwoju produktu, aż po największe instalacje przemysłowe. Proponowane przez firmę GEA suszarki rozpyłowe są projektowane indywidualnie i dostosowywane do określonych wymagań klienta. Firma przygotowała kilka rozwiązań dedykowanych mleczarstwu. Jednym z nich jest suszarka rozpyłowa do nabiału i produktów spożywczych trudno suszących się rozpyłowo z powodu wysokiej zawartości węglowodanów, substancji tłuszczowych bądź protein. Stosuje się ją przy produkcji wielu produktów tj. serwatka w proszku czy protein i produktów mieszanych. Suszarka rozpyłowa (o nazwie Filtermat) proponowana w tym rozwiązaniu posiada wbudowany przenośnik taśmowy, który usytuowany jest w dolnej części komory suszenia. Wprowadzenie skoncentrowanego produktu do komory suszenia odbywa się za pomocą zestawu dysz. Specjalnie opracowane rozdzielacze powietrza generują schemat przepływu powietrza w komorze suszenia, kierując cząstki w dół, wprost na przenośnik taśmowy. Na przenośniku taśmowym odbywa się pierwszy etap suszenia. Suszony proszek zostaje na przenośniku kilka minut, więc czas suszenie i chłodzenia jest wystarczająco długi. Przez cały ten czas utrzymywana jest odpowiednia temperatura proszku. Kontrolowanie i utrzymywanie precyzyjnej temperatury powietrza na różnych odcinkach pozwala dokładnie projektować parametry proszku. Dzięki temu instalacja zyskuje elastyczność do produkcji różnych kategorii produktów. Ponadto możliwe jest także tworzenie struktur aglomerowanych. Ze względu na to, że przenośnik ma strukturę porowatą, powietrze suszące w pierwszej kolejności przepływa przez warstwę proszku, który się nagromadził i przez to działa jak filtr, po czym przepływa przez porowatą taśmę. W powietrzu suszącym pozostaje niewielka ilość cząstek z taśmy, które to zostaną zgromadzone w filtrze workowym.

Bardzo dobrze odbierana przez rynek od niemalże pierwszego wprowadzenia do sprzedaży jest suszarka rozpyłowa MSD. Producent zapewnia o jej wysokiej skuteczności i higienicznej konstrukcji. Suszarka ta wiedzie prym wśród ustanowień norm dla aglomerowanych proszków mlecznych. Suszarka ta jest wieloetapową suszarka rozpyłową. Łączy w sobie dwie technologie: technologię suszenia rozpyłowego i technologię suszenia fluidalnego w trójetapowym procesie usuwania wody z materiału suszonego. Komora suszenia suszarni jest wyposażona w zestaw dysz, które atomizują koncentrat w komorze. Dopływ powietrza suszącego do komory jest pionowy. Przepływa ono przez rozdzielacz powietrza z dużą prędkością, zapewniając tym samym optymalne mieszanie ze zatomizowanym koncentratem. Na tym etapie dochodzi do natychmiastowego parowania wody z suszonego koncentratu. Budowa komory suszenia oraz przepływ powietrza zostały tak zaprojektowane, aby zapobiegać zjawisku przywierania cząstek do ścian komory suszenia. Cząstki są bezpośrednio kierowane do wbudowanego łoża fluidalnego na dnie komory suszenia i przechodzą drugi etap suszenia. Następnie proszek jest transportowany do łoża fluidalnego, gdzie zostaje ostatecznie wysuszony i ochłodzony. Powietrze suszące opuszcza komorę suszenia poprzez jej górną część. Takie rozwiązanie umożliwia aglomerację wtórną, która ma miejsce w momencie, gdy drobne cząstki zawieszone w powietrzu suszącym zderzają się z aerozolem pochodzącym z dyszy. Powietrze wylotowe przechodzi następnie przez filtr workowy, który oddziela cząstki, które pozostały w powietrzu. Następnie drobne cząstki, które zostały usunięte z filtra workowego – w zależności od wymaganej aglomeracji – zostają zwrócone do komory suszenia bądź do statycznego łoża fluidalnego lub do dyszy. W przypadku, gdy wymagany proszek jest nieaglomerowany, wtedy drobne cząstki są kierowane bezpośrednio do łoża fluidalnego.