Penerapan dan Pengembangan Peralatan Pengeringan Semprot dalam Produksi Susu
Tinggalkan pesan
Dalam produksi susu di negara saya, susu bubuk menyumbang sekitar 80% dari total produksi karena kemudahan penyimpanan dan transportasinya. Proses pengeringan adalah salah satu langkah terpenting dalam produksi susu bubuk; jumlah air yang diuapkan selama pengeringan saja hampir setara dengan kualitas susu bubuk yang dihasilkan. Umumnya proses produksi menentukan peralatan produksi dan sistem kendali, namun penerapan peralatan dan sistem kendali yang canggih juga dapat mengubah proses produksi. Penerapan peralatan pengeringan semprot dalam produksi susu bubuk adalah contohnya.
Proses pengeringan semprot melibatkan pemompaan bahan ke dalam pengering semprot, di mana alat penyemprot menyebarkannya menjadi tetesan kecil. Udara panas kemudian dimasukkan ke dalam ruang pengering untuk bercampur dan bersentuhan dengan tetesan bahan. Setelah dikeringkan, produk yang dikeringkan dipisahkan dan disimpan atau langsung digunakan. Susu bubuk yang dihasilkan dengan pengeringan semprot merupakan produk bubuk yang seragam, sehingga tidak memerlukan proses pengeringan, pendinginan, dan penghancuran lebih lanjut. Produk ini dapat langsung dikemas sebagai produk jadi, memungkinkan produksi secara mekanis, berkesinambungan, dan-berskala besar. Selain itu, suhu permukaan bahan yang lebih rendah meningkatkan kualitas produk susu bubuk. Oleh karena itu, peralatan pengeringan semprot memainkan peran penting dalam produksi susu bubuk, dan terdapat kecenderungan untuk mengeringkan produk dengan kadar air yang semakin tinggi. Namun, pengeringan semprot adalah proses-energi-yang memakan banyak waktu. Karena persyaratan kualitas yang tinggi setelah pengeringan dan kebutuhan akan fluktuasi kadar air yang minimal, kontrol yang ketat terhadap parameter pengoperasian seperti suhu pengeringan sangat penting. Oleh karena itu, pemilihan peralatan pengering semprot yang tepat serta desain operasi dan sistem kontrol yang rasional sangat penting untuk memastikan kualitas produk dan konservasi energi. Hal ini tidak hanya berkontribusi terhadap kemajuan teknologi dan perkembangan industri susu di negara saya, namun juga mendorong kemajuan teknologi dan perkembangan di industri lainnya, sehingga memberikan kontribusi yang lebih besar terhadap peningkatan perekonomian negara tersebut.
1. Pengembangan Peralatan Spray Drying pada Produksi Industri Susu
Peralatan pengering semprot pertama kali digunakan dalam industri susu bubuk pada tahun 1901, namun penerapan praktisnya dalam produksi susu bubuk baru dimulai pada tahun 1920-an, dan baru pada akhir tahun 1940-an peralatan tersebut mulai digunakan di negara saya. Struktur paling awal adalah tipe kotak tekanan (horizontal), dengan atomisasi material menggunakan metode dua-fluida, sehingga menghasilkan konsumsi daya yang tinggi. Pada tahun 1958, Kementerian Industri Ringan mempromosikan pengeringan semprot bertekanan-bertenaga hewan skala kecil-untuk produksi susu bubuk di Provinsi Heilongjiang. Pada tahun 1955, Pabrik Susu Sungai Harbin Songhua pertama kali menggunakan pengeringan semprot sentrifugal untuk memproduksi susu bubuk. Kedua jenis peralatan pengering semprot ini pada saat itu memiliki struktur-bagian bawah yang rata, dan keluaran bubuk bersifat terputus-putus, sehingga memerlukan keluaran manual satu kali per shift.
Pada pertengahan-1960an, struktur dasar berbentuk kerucut dengan perangkat keluaran bubuk spiral (auger) muncul di peralatan pengeringan bertekanan tipe kotak. Pengering semprot bertekanan multi-nosel vertikal pertama dikembangkan pada awal tahun 1970-an. Kemunculannya mengurangi volume efektif pengering semprot hampir setengahnya dan menghilangkan kebutuhan akan auger, sehingga menghasilkan keluaran bubuk yang berkelanjutan. Pada tahun 1980-an, pengering semprot bertekanan vertikal nosel tunggal diproduksi. Penerapannya dalam industri susu bubuk merupakan faktor kunci dalam mendorong kemajuan teknologi dalam industri susu bubuk di negara saya, yang meletakkan dasar bagi perkembangan pesatnya.
2. Karakteristik Peralatan Pengeringan Semprot
Peralatan pengeringan semprot umumnya tersedia dalam tiga jenis: tekanan, sentrifugal, dan aliran udara. Pengering semprot bertekanan menawarkan intensitas pengeringan yang tinggi, ukuran yang lebih kecil, investasi peralatan dan teknik sipil yang lebih rendah, partikel produk yang lebih kecil, dan kepadatan curah yang lebih tinggi. Untuk susu bubuk dengan kepadatan curah sekitar 0,165, waktu pengeringan sangat singkat, hanya 10-30 detik, sehingga cocok untuk produksi bahan yang peka terhadap panas. Oleh karena itu, dalam industri susu bubuk dan lainnya, banyak pengering semprot sentrifugal telah diubah menjadi pengering semprot bertekanan. Pengering semprot bertekanan juga mengonsumsi lebih sedikit daya. Pengering semprot sentrifugal umumnya memiliki diameter lebih besar dan tinggi lebih kecil, sehingga intensitas pengeringan lebih rendah dibandingkan dengan pengering semprot bertekanan. Mereka menghasilkan ukuran partikel yang lebih besar dan dapat beradaptasi dengan bahan yang lebih beragam; secara umum, bahan yang cocok untuk pengering semprot bertekanan juga cocok untuk pengering semprot sentrifugal. Pengering semprot sentrifugal cocok untuk bahan dengan viskositas lebih tinggi. Penyemprotan aliran udara, juga dikenal sebagai penyemprotan dua{12}}fluida, memanfaatkan pergerakan uap atau udara bertekanan berkecepatan tinggi (biasanya 200–300 m/s) untuk menciptakan kecepatan relatif tinggi antara gas dan cairan. Film cair ditarik menjadi filamen dan kemudian dipecah menjadi tetesan halus. Peningkatan luas permukaan yang tiba-tiba memungkinkan terjadinya pertukaran panas dan massa secara cepat dengan udara panas, menguapkan kelembapan dan menghasilkan bahan kering berbentuk tepung. Cocok untuk berbagai macam material, namun mengkonsumsi daya yang sangat besar. Umumnya, metode ini dihindari apabila metode penyemprotan lain dapat digunakan. Untuk atomisasi aliran udara, material harus dipanaskan hingga suhu yang sesuai untuk meminimalkan viskositasnya; oleh karena itu, penyemprotan aliran udara cocok untuk bahan dengan viskositas lebih tinggi.
3. Tren Perkembangan Peralatan Pengeringan Semprot
Dari perspektif produksi industri{0}}skala besar, konservasi energi, dan pengurangan konsumsi, peralatan pengeringan semprot harus bersifat vertikal, berskala-besar, berkelanjutan, dan otomatis. Jenis operasi ini adalah yang paling masuk akal. Pengoperasian yang kontinyu berarti penyemprotan dilakukan secara kontinyu, yaitu pengumpanan dan pengosongan dilakukan secara kontinyu. Dalam hal skala, peralatan yang sesuai diadopsi menurut jenis produksi yang berbeda. Secara umum, dalam industri makanan, trennya mengarah ke-sistem multi-nosel-berskala besar, sedangkan di industri farmasi, skalanya umumnya lebih kecil. Seperti peralatan lainnya, pemilihan peralatan semprot kering dan pencocokan komponen internalnya harus disesuaikan dengan bahan yang diolah. Intensitas pengeringan peralatan harus dimaksimalkan, yaitu jumlah uap air yang dikeringkan per satuan volume per satuan waktu, sehingga meminimalkan ukuran peralatan pengeringan semprot dan meminimalkan investasi peralatan dan teknik sipil.
311. Metode Distribusi Udara Panas
Distribusi udara panas pada peralatan pengering semprot merupakan aspek yang krusial. Metode pemasukan udara panas berdampak signifikan terhadap kinerja peralatan pengeringan secara keseluruhan. Metode pemasukan udara panas yang tepat tidak hanya memastikan pencampuran tetesan dan udara panas yang lebih menyeluruh dan efektif, sehingga meningkatkan efisiensi pertukaran panas, namun juga secara efektif mengatasi pengeringan bahan khusus tertentu, mencegah bahan menempel pada dinding dan langit-langit. Pengering semprot bertekanan tradisional sering kali menggunakan struktur pengatur udara tipe selongsong. Udara panas diatur melalui selongsong dan kemudian didistribusikan ke dalam silinder bagian dalam pengering semprot. Peralatan jenis ini relatif besar. Sekarang, distribusi udara pelat ayakan multi-lapisan lebih umum digunakan, karena lebih kecil sehingga lebih banyak diterapkan. Dalam pengering semprot bertekanan yang beroperasi dalam aliran arus searah, kecepatan udara dari udara panas yang masuk ke saluran kira-kira 9 m/s. Pada pengering semprot buangan berlawanan arus atau atas, kecepatan udara yang masuk ke saluran harus lebih tinggi. Pengering semprot sentrifugal umumnya menggunakan distributor udara panas. Udara panas memasuki bagian utama pengering semprot melalui distributor udara volute dan pelat pemandu, dengan udara panas berputar ke arah yang sama dengan alat penyemprot sentrifugal. Fungsi utama distributor udara panas pada pengering semprot sentrifugal ada tiga: memasukkan media pengering (udara panas) ke dalam menara pengering sehingga bersentuhan dengan bahan yang dikeringkan, sehingga menyelesaikan tugas pengeringan; untuk memilih struktur yang ideal untuk memastikan pencampuran menyeluruh dari media panas yang dimasukkan dan bahan yang dikeringkan, mencapai efisiensi pertukaran panas yang tinggi; dan untuk mengurangi atau menghindari fenomena menempelnya material tertentu pada dinding atau bagian atas. Dengan berkembangnya teknologi pengeringan semprot, distributor udara panas terus ditingkatkan.
312. Bentuk Knalpot Menara
Pada pengering semprot saat ini, knalpot bawah umumnya digunakan. Dalam pengering semprot bertekanan, diameter peralatan ditingkatkan di bagian atas bagian kerucut menara, dan empat saluran pembuangan disusun secara merata di zona annular, kemudian dikonvergensi ke pengumpul bubuk. Sebagai alternatif, empat bag filter dapat dipasang langsung di bagian atas zona annular, dan kemudian saluran pembuangan berkumpul di saluran masuk kipas angin. Saat ini, pengering semprot bertekanan biasanya menggunakan-sistem pembuangan atas. Udara panas masuk ke menara dari atas, dan material juga disemprotkan ke menara dari atas. Empat pipa knalpot didistribusikan secara merata di sekitar bagian melingkar menara, dan gas buang kemudian dikumpulkan dan dibuang melalui pengumpul debu. Pengering semprot jenis ini memiliki suhu pemanasan udara panas yang relatif tinggi, intensitas pengeringan yang tinggi, volume menara yang lebih kecil, serta biaya peralatan dan teknik sipil yang lebih rendah.
Pengering semprot sentrifugal biasanya memiliki pipa knalpot yang diarahkan keluar dari bagian menara yang berbentuk kerucut dan kemudian ke pengumpul debu. Hal ini memaksimalkan volume efektif menara pengering semprot tanpa mempengaruhi keluaran bubuk normal, sehingga meminimalkan volume keseluruhan.
313. Pembersihan Peralatan
Pengering semprot impor umumnya tidak memiliki perangkat ini dan malah menggunakan metode pembersihan. Pengering semprot domestik umumnya mempertimbangkan masalah ini. Dinding menara pengering semprot bertekanan umumnya dibersihkan menggunakan pengumpul debu tipe pelat gantung, yang aman, andal, dan memberikan pembersihan menyeluruh. Namun, bagian menara yang berbentuk kerucut harus memiliki pintu pembersih untuk pembersihan eksternal. Menara pengering semprot sentrifugal biasanya dibersihkan menggunakan penyapu debu pengangkat tipe dorong, yang menghasilkan pembersihan menyeluruh. Setelah menyapu, penyapu debu dapat dipindahkan ke luar menara melalui pintu menara.
Menara pengering semprot umumnya dilengkapi dengan perangkat menara getar untuk mencegah bahan kering menempel pada dinding menara. Ini biasanya menggunakan beberapa palu-yang dioperasikan dengan udara atau listrik, yang diprogram dengan urutan getaran tertentu. Palu yang dioperasikan dengan udara-lebih baik daripada palu listrik, namun memerlukan udara bertekanan.
314. Menghilangkan Debu dari Peralatan
Pengering semprot umumnya menggunakan dua-proses penghilangan debu. Tahap pertama menggunakan pemisahan siklon untuk menghilangkan debu, dan tahap kedua menggunakan bag filter. Dalam produksi susu bubuk, kain saring dari bag filter umumnya berukuran 130 mesh, sedangkan dalam produksi bubuk protein, umumnya diperlukan 200-240 mesh. Penghilangan debu-satu tahap terkadang juga digunakan dalam produksi susu bubuk. Dalam produksi pengeringan semprot protein kedelai dan protein terisolasi, udara panas umumnya dikirim ke menara pengering dari atas, dan bahan juga disemprotkan dari atas. Pelepasan serbuk dan udara buangan masuk ke pengumpul serbuk-pemisah siklon-dari saluran keluar serbuk. Setelah material dikeluarkan dari pemisah siklon, material tersebut diangkut ke silo bubuk dengan Roots blower. Gas buang memasuki bag filter untuk pengumpulan bubuk sebelum dibuang ke atmosfer. Serbuk halus dikirim ke silo bubuk bersama dengan bubuk yang dikeluarkan dari siklon. Tekanan udara dari kipas masuk dan keluar pada peralatan pengering semprot yang digunakan untuk produksi bubuk protein umumnya lebih tinggi dibandingkan tekanan udara pada kipas masuk dan keluar pada peralatan pengering semprot yang digunakan untuk produksi susu bubuk. Pencocokan volume udara sama dengan peralatan pengeringan semprot yang digunakan untuk produksi susu bubuk, dengan volume udara kipas buang 30% lebih besar dari volume udara kipas masuk. Ada tiga alasan untuk hal ini: Pertama, kipas saluran masuk meniupkan udara bersuhu ruangan, sedangkan kipas buang mengeluarkan udara panas, sehingga menghasilkan tekanan volume udara yang lebih besar. Kedua, selama pengeringan semprot, vakum 0,1147 kPa digunakan di menara pengering, yang memfasilitasi penurunan material dengan lancar dan mengurangi percikan. Ketiga, uap air menguap selama pengeringan semprot, yang juga menempati volume tertentu.
Serbuk halus dari pemisah siklon dan ruang bag filter dikirim kembali ke menara melalui Roots blower untuk aglomerasi serbuk halus, sehingga meningkatkan ukuran partikel dan kelarutan.
Kantong penyaring pada bag filter umumnya digetarkan menggunakan metode pulse backflushing, yang lebih mahal dan mengkonsumsi lebih banyak udara bertekanan. Saat ini umumnya digunakan mekanisme getaran bolak-balik yang menggunakan silinder, dengan getaran yang saling bertautan dengan penutupan katup kupu-kupu pengatur udara. Hal ini memungkinkan terjadinya getaran seketika pada bag filter tanpa pembuangan, sehingga menghasilkan biaya rendah dan kinerja yang baik.
315. Keluarnya Serbuk dari Peralatan
Pelepasan serbuk dari peralatan pengering semprot berlangsung terus menerus, dihubungkan ke lapisan terfluidisasi yang bergetar di saluran keluar menara pengering. Hal ini memungkinkan pengeringan sekunder bahan bubuk, diikuti dengan pengaplikasian lesitin atau perasa lainnya. Hal ini memperluas kapasitas peralatan pengeringan semprot, meningkatkan kualitas produk, dan memungkinkan pendinginan bahan secara tepat waktu setelah pengeringan sekunder, sehingga produk siap untuk dikemas langsung, sehingga secara signifikan mengurangi risiko kontaminasi sebelum pengemasan.
4. Sistem Pengendalian Proses Pengeringan
Proses pengeringan semprot yang cepat sangat penting untuk pengendalian yang efektif. Saat ini penelitian mengenai teori dan praktik pengendalian pengeringan baik di dalam negeri maupun internasional masih dalam tahap awal, belum ada kajian yang komprehensif dan sistematis. Berdasarkan analisa proses produksi, tujuan penerapan teknologi kendali otomatis pada proses pengeringan susu bubuk adalah untuk:
(1) Menghindari ketidakstabilan pengoperasian peralatan yang disebabkan oleh pengoperasian manual yang terputus-putus, sehingga mencapai produksi berkelanjutan dan menstabilkan proses pengoperasian sistem pengeringan semprot yang multivariabel dan sangat nonlinier;
(2) Dengan memperkenalkan sistem kendali otomatis, sekaligus memastikan kualitas dan keluaran produk, meminimalkan jumlah titik perolehan sinyal online dari sistem kendali dan mengurangi pengaruh yang tidak perlu antar variabel;
(3) Menghemat tenaga kerja, mengurangi waktu henti yang disebabkan oleh faktor manusia, dan memperpendek siklus kerja;
(4) Melalui pengaturan yang benar dari parameter setiap variabel dalam sistem kendali otomatis, memungkinkan seluruh sistem bekerja dalam kondisi optimal, memaksimalkan efisiensi peralatan itu sendiri, dan mencapai tujuan penghematan energi dan pengurangan konsumsi;
(5) Meningkatkan kualitas produk dan meminimalkan biaya operasi dan manajemen.
Indikator utama untuk mengevaluasi keberhasilan penerapan peralatan pengeringan dalam kondisi proses tertentu adalah keluaran dan kualitas produk kering, serta distribusi ukuran partikel, kenampakan, dan kadar air akhir produk. Output produk ditentukan oleh kinerja ekonomi beban produksi, panas yang disediakan oleh generator udara panas, intensitas pengeringan pengering, laju aliran udara panas, dan kandungan padat dalam bubur. Banyak faktor yang mempengaruhi kualitas produk: ukuran dan tampilan partikel ditentukan oleh kinerja proses peralatan pengeringan dan parameter persiapan bubur, sedangkan kadar air akhir berhubungan langsung dengan pemilihan parameter seperti suhu masuk udara panas, suhu keluar gas buang, dan tekanan negatif di dalam menara pengering.
Peralatan pengeringan semprot telah merevolusi produksi susu bubuk. Namun, peralatan pengeringan semprot bukanlah solusi universal. Struktur dan bentuk atomisasi, struktur menara, distribusi udara, pembuangan, pelapisan bubuk, metode pelepasan bubuk, kombinasi dengan peralatan proses lainnya, dan desain sistem kendali otomatis semuanya harus sesuai untuk bahan yang sedang diproses. Hanya dengan cara inilah, seiring dengan perkembangan zaman dan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi yang berkelanjutan, peralatan pengering semprot dapat beradaptasi dengan kebutuhan pengeringan bahan yang lebih luas dan memberikan kontribusi yang semakin besar terhadap pembangunan dan pembangunan perekonomian nasional.
