유제품 생산에 분무 건조 장비의 적용 및 개발

우리나라 유제품 생산에서 분유는 저장 및 운송이 용이하여 전체 생산량의 약 80%를 차지합니다. 건조 공정은 분유 생산에서 가장 중요한 단계 중 하나입니다. 건조 중에 증발하는 물의 양은 생산된 분유의 품질과 거의 동일합니다. 일반적으로 생산 공정에 따라 생산 장비와 제어 시스템이 결정되지만, 첨단 장비와 제어 시스템을 적용하면 생산 공정도 바뀔 수 있습니다. 분유 생산에 분무 건조 장비를 적용하는 것이 전형적인 예입니다.

분무 건조 공정에는 물질을 분무 건조기로 펌핑하는 과정이 포함되며, 여기서 분무기는 물질을 작은 물방울로 분산시킵니다. 그런 다음 가열된 공기가 건조실로 유입되어 재료 방울과 혼합되고 접촉됩니다. 건조 후 건조된 제품을 분리하여 보관하거나 그대로 사용합니다. 분무건조를 통해 생산된 분유는 균일한 분말 제품이므로 추가 건조, 냉각, 분쇄 공정이 필요하지 않습니다. 완제품으로 직접 포장할 수 있어 기계화, 연속, 대규모-생산이 가능합니다. 또한 소재의 표면 온도가 낮아 분유 제품의 품질이 향상됩니다. 따라서 분유 건조 장비는 분유 생산에 중요한 역할을 하며, 수분 함량이 점점 더 높은 제품을 건조하는 경향이 있습니다. 그러나 분무 건조는 높은-에너지-소모 과정입니다. 건조 후 품질 요구 사항이 높고 수분 함량의 변동을 최소화해야 하기 때문에 건조 온도와 같은 작동 매개변수를 엄격하게 제어하는 ​​것이 필수적입니다. 따라서 분무 건조 장비의 올바른 선택과 작동 및 제어 시스템의 합리적인 설계는 제품 품질과 에너지 보존을 보장하는 데 매우 중요합니다. 이는 우리나라 낙농 산업의 기술 진보와 발전에 기여할 뿐만 아니라 다른 산업의 기술 진보와 발전을 촉진하여 국가의 경제적 도약에 더 큰 기여를 합니다.-

1. 유제품 산업 생산에서의 분무 건조 장비 개발

분무 건조 장비는 1901년 분유 산업에서 처음 사용되었지만 분유 생산에 실제 적용은 1920년대에야 시작되었고, 우리나라에서는 1940년대 후반에야 사용되기 시작했습니다. 최초의 구조는 압력 상자 유형(수평)이었으며 2-유체 방식을 사용하여 재료를 원자화하여 전력 소비가 높았습니다. 1958년 경공업부는 헤이룽장성 분유 생산을 위해 동물을 이용한 소규모-압력 분무 건조를 장려했습니다. 1955년 하얼빈 송화강 유제품 공장에서는 처음으로 원심 분무 건조를 사용하여 분유를 생산했습니다. 당시 이 두 종류의 분무건조 장비는 모두 바닥이 평평한- 구조였으며 분말 출력이 간헐적이어서 교대당 1회 수동 출력이 필요했습니다.

1960년대 중반-박스형 가압건조장치에는 나선형 분말 배출 장치(오거)가 있는 원추형 바닥 구조가 등장했습니다. 최초의 수직 다중-노즐 압력 분무 건조기는 1970년대 초반에 개발되었습니다. 이 제품의 출현으로 분무 건조기의 유효 부피가 거의 절반으로 줄어들고 오거가 필요 없어 지속적인 분말 출력이 가능해졌습니다. 1980년대에는 단일 노즐 수직 압력 분무 건조기가 생산되었습니다. 분유산업에의 응용은 우리나라 분유산업의 기술진보를 촉진하고 급속한 발전의 초석을 다지는 중요한 요소였습니다.

2. 분무건조설비의 특성

분무 건조 장비는 일반적으로 압력, 원심 및 기류의 세 가지 유형으로 제공됩니다. 압력 분무 건조기는 높은 건조 강도, 더 작은 크기, 더 적은 장비 및 토목 공학 투자, 더 작은 제품 입자 및 더 높은 부피 밀도를 제공합니다. 부피 밀도가 약 0.165인 분유의 경우 건조 시간이 10-30초로 특히 짧아 열에 민감한 재료 생산에 적합합니다.- 따라서 분유 및 기타 산업에서는 많은 원심분무 건조기가 압력 분무 건조기로 전환되었습니다. 또한 압력 분무 건조기는 전력을 덜 소비합니다. 원심분무 건조기는 일반적으로 직경이 크고 높이가 작아서 압력 분무 건조기에 비해 건조 강도가 낮습니다. 그들은 더 큰 입자 크기를 생성하고 더 넓은 범위의 재료에 적용할 수 있습니다. 일반적으로 압력 분무 건조기에 적합한 재료는 원심 분무 건조기에도 적합합니다. 원심분무 건조기는 점도가 높은 재료에 적합합니다. 2{12}유체 스프레이라고도 알려진 기류 스프레이는 증기 또는 압축 공기의 고속 이동(일반적으로 200~300m/s)을 활용하여 가스와 액체 사이에 높은 상대 속도를 생성합니다. 액체 필름은 필라멘트로 그려진 다음 미세한 물방울로 부서집니다. 표면적이 갑자기 증가하면 뜨거운 공기와 급속한 열 및 물질 교환이 가능해지며, 수분이 증발하고 분말 형태의 건조 물질이 생성됩니다. 특히 다양한 재료에 적합하지만 매우 많은 양의 전력을 소비합니다. 일반적으로 다른 스프레이 방법을 사용할 수 있는 경우에는 이 방법을 피합니다. 기류 분무의 경우 재료를 적절한 온도로 가열하여 점도를 최소화해야 합니다. 따라서 기류 스프레이는 점도가 높은 재료에 적합합니다.

3. 분무건조장비 개발 동향

대규모 산업 생산, 에너지 보존, 소비 감소의 관점에서 볼 때 분무 건조 장비는 수직형, 대규모-연속형, 자동화형이어야 합니다. 이러한 유형의 작업이 가장 합리적입니다. 연속 작동은 분사가 연속적이라는 것을 의미합니다. 즉, 공급과 배출이 모두 연속적입니다. 규모면에서 다양한 생산 유형에 따라 적절한 장비가 채택됩니다. 일반적으로 식품 산업에서는 대규모-다중-노즐 시스템을 지향하는 경향이 있는 반면, 제약 산업에서는 일반적으로 규모가 더 작습니다. 다른 장비와 마찬가지로 분무 건조 장비의 선택과 내부 구성 요소의 일치는 처리되는 재료에 맞게 조정되어야 합니다. 장비의 건조강도, 즉 단위 시간당 단위 부피당 건조되는 수분량을 최대화하여 분무건조 장비의 크기를 최소화하고 장비 및 토목 투자를 최소화해야 한다.

311. 열풍분배방법

분무 건조 장비의 열기 분배는 중요한 측면입니다. 열기 도입 방법은 건조 장비의 전반적인 성능에 큰 영향을 미칩니다. 적절한 온풍 도입 방법은 물방울과 뜨거운 공기의 보다 철저하고 효과적인 혼합을 보장하여 열 교환 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 특정 특수 재료의 건조를 효과적으로 해결하여 재료가 벽과 천장에 달라붙는 것을 방지합니다. 전통적인 압력 분무 건조기는 슬리브-형 공기 조절 구조를 사용하는 경우가 많습니다. 뜨거운 공기는 슬리브를 통해 조절된 다음 분무 건조기의 내부 실린더로 분배되었습니다. 이러한 유형의 장비는 비교적 컸습니다. 이제 다-층 체판 공기 분배가 더 작고 따라서 더 광범위하게 적용되기 때문에 더 일반적으로 사용됩니다. 병류 흐름으로 작동하는 압력 분무 건조기에서 덕트로 유입되는 뜨거운 공기의 풍속은 약 9m/s입니다. 역류식-또는 상부-배기 분무 건조기에서는 덕트로 유입되는 공기 속도가 적절하게 높아야 합니다. 원심분무 건조기는 일반적으로 열풍 분배기를 사용합니다. 뜨거운 공기는 볼류트 공기 분배기와 가이드 플레이트를 통해 분무 건조기 본체로 들어가고, 뜨거운 공기는 원심 분무기와 같은 방향으로 소용돌이칩니다. 원심 분무 건조기의 열풍 분배기의 주요 기능은 세 가지입니다. 건조 매체(열풍)를 건조 타워에 도입하여 건조 대상 물질과 접촉하도록 하여 건조 작업을 완료합니다. 도입된 뜨거운 매체와 건조되는 물질의 철저한 혼합을 보장하여 높은 열 교환 효율을 달성할 수 있는 이상적인 구조를 선택합니다. 벽이나 상단에 특정 재료가 달라붙는 현상을 줄이거 나 방지합니다. 분무 건조 기술의 발전으로 열풍 분배기는 지속적으로 개선되고 있습니다.

312. 타워 배기 형태

병류식 분무 건조기에서는 일반적으로 하단 배기 장치가 사용됩니다. 압력 분무 건조기에서는 장비의 직경이 타워의 원추형 부분 상단에서 증가하고 4개의 배기 덕트가 환형 구역에 균일하게 배열된 다음 분말 수집기로 수렴됩니다. 또는 4개의 백 필터를 환형 영역의 상부에 직접 설치한 다음 배기 덕트가 배기 팬 입구로 모일 수 있습니다. 현재 압력 분무 건조기는 일반적으로 상단-배기 시스템을 사용합니다. 뜨거운 공기는 상단에서 타워로 들어가고, 재료도 상단에서 타워 안으로 분사됩니다. 4개의 배기관이 타워의 원형 단면에 고르게 분포되어 있으며, 배기가스는 집진기를 통해 포집 및 배출됩니다. 이러한 유형의 분무 건조기는 상대적으로 높은 열풍 가열 온도, 높은 건조 강도, 더 작은 타워 부피, 더 낮은 장비 및 토목 비용을 가지고 있습니다.

원심 분무 건조기는 일반적으로 타워의 원추형 부분에서 집진기로 이어지는 배기 파이프를 가지고 있습니다. 이는 일반적인 분말 출력에 영향을 주지 않고 분무 건조기 타워의 유효 부피를 최대화하여 전체 부피를 최소화합니다.

313. 장비 청소

수입 분무 건조기에는 일반적으로 이 장치가 없으며 대신 청소 방법을 사용합니다. 국내 분무 건조기는 일반적으로 이 문제를 고려합니다. 압력 분무 건조기 타워 벽은 일반적으로 안전하고 신뢰할 수 있으며 철저한 청소를 제공하는 행잉 플레이트-형 집진기를 사용하여 청소됩니다. 단, 타워의 원추형 부분에는 외부 청소를 위한 청소 도어가 있어야 합니다. 원심 분무 건조기의 타워는 일반적으로 철저한 청소를 제공하는 푸시-형 리프팅 먼지 청소기를 사용하여 청소됩니다. 청소 후 먼지청소기는 타워 도어를 통해 타워 외부로 이동할 수 있습니다.

분무 건조기의 타워에는 일반적으로 건조된 물질이 타워 벽에 달라붙는 것을 방지하기 위해 진동 타워 장치가 장착되어 있습니다. 이는 일반적으로 특정 진동 시퀀스로 프로그래밍된 여러 개의 공기 작동식 또는 전기 해머를 사용합니다. 공기{3}}해머는 전기 해머보다 우수하지만 압축 공기가 필요합니다.

314. 장비의 먼지 제거

분무 건조기는 일반적으로 2단계-먼지 제거 공정을 사용합니다. 1단계에서는 먼지 제거를 위해 사이클론 분리를 사용하고, 2단계에서는 백필터를 사용합니다. 분유 생산에서는 백필터의 여과포가 일반적으로 130메쉬인 반면, 단백질 분말 생산에서는 일반적으로 200-240메시가 필요합니다. 1단계 먼지 제거는 때때로 분유 생산에도 사용됩니다. 대두 단백질 및 분리 단백질의 분무 건조 생산에서는 일반적으로 뜨거운 공기가 상단에서 건조탑으로 보내지고 재료도 상단에서 분무됩니다. 분말 배출 및 배출 공기는 모두 분말 배출구에서 분말 수집기-사이클론 분리기로 들어갑니다. 재료가 사이클론 분리기에서 배출된 후 루츠 송풍기에 의해 분말 사일로로 이송됩니다. 배기 가스는 대기 중으로 배출되기 전에 분말 수집을 위한 백 필터로 들어갑니다. 미세한 분말은 사이클론에서 배출되는 분말과 함께 분말 사일로로 보내집니다. 단백질 분말 생산에 사용되는 분무 건조 장비의 흡입 및 배기 팬의 공기 압력은 일반적으로 분유 생산에 사용되는 분무 건조 장비의 흡입 및 배기 팬의 공기 압력보다 높습니다. 풍량 매칭은 분유 생산에 사용되는 분무 건조 장비와 동일하며 배기 팬 풍량은 흡입 팬 풍량보다 30% 더 큽니다. 여기에는 세 가지 이유가 있습니다. 첫째, 흡입 팬에서는 실내 온도의 공기를 불어넣고, 배기 팬에서는 뜨거운 공기를 배출하므로 풍량 변형이 커집니다. 둘째, 분무건조 시 건조탑에 0.1147kPa의 진공을 사용하여 원활한 재료 하강을 촉진하고 튀는 현상을 줄입니다. 셋째, 분무건조 중에 수분이 증발하는데, 이 역시 일정량을 차지합니다.

사이클론 분리기 및 백 필터 챔버의 미세 분말은 미세 분말 응집을 위해 루츠 송풍기에 의해 타워로 다시 보내져 입자 크기와 용해도가 증가합니다.

백 필터의 필터 백은 일반적으로 펄스 백플러싱 방식을 사용하여 진동하는데, 이는 더 비싸고 더 많은 압축 공기를 소비합니다. 현재는 공기조절 버터플라이 밸브의 닫힘과 진동이 연동되는 실린더를 이용한 왕복진동기구가 일반적으로 채용되고 있다. 이를 통해 배기 없이 필터백의 순간적인 진동이 가능해 비용이 저렴하고 성능이 우수합니다.

315. 설비로부터의 분말 배출

분무 건조 장비에서 배출되는 분말은 연속적으로 건조 타워 출구의 진동 유동층에 연결됩니다. 이를 통해 분말 물질을 2차 건조시킨 후 레시틴이나 기타 향료를 적용할 수 있습니다. 이는 분무 건조 장비의 용량을 확장하고, 제품 품질을 향상시키며, 2차 건조 후 재료를 적시에 냉각시켜 제품을 직접 포장할 수 있는 상태로 만들어 포장 전 오염 위험을 크게 줄입니다.

4. 건조 공정 제어 시스템

분무 건조 공정의 빠른 특성은 효과적인 제어에 매우 중요합니다. 현재 국내외적으로 건조제어 이론 및 실제에 대한 연구는 아직 초기 단계로, 종합적이고 체계적인 연구가 부족한 실정이다. 생산공정 분석을 토대로 분유건조공정에 자동화 제어기술을 적용하는 목적은 다음과 같다.

(1) 수동 간헐적 작동으로 인한 장비 작동의 불안정성을 방지하여 지속적인 생산을 달성하고 분무 건조의 다변수 및 고도 비선형 시스템 작동 프로세스를 안정화합니다.

(2) 자동화된 제어 시스템을 도입함으로써 제품 품질과 출력을 보장하면서 제어 시스템의 온라인 신호 획득 지점 수를 최소화하고 변수 간의 불필요한 영향을 줄입니다.

(3) 인력을 절약하고 인적 요인으로 인한 가동 중지 시간을 줄이며 작업주기를 단축합니다.

(4) 자동화 제어 시스템의 각 변수 매개변수의 정확한 사전 설정을 통해 전체 시스템이 최적의 상태에서 작동할 수 있도록 하고 장비 자체의 효율성을 극대화하며 에너지 절약 및 소비 감소 목적을 달성합니다.

(5) 제품 품질을 향상시키고 운영 및 관리 비용을 최소화합니다.

특정 공정 조건에서 건조 장비 적용 성공 여부를 평가하는 주요 지표는 건조된 제품의 생산량과 품질뿐 아니라 제품의 입자 크기 분포, 외관 및 최종 수분 함량입니다. 제품 생산량은 생산 부하의 경제성, 열풍 발생기에서 제공되는 열, 건조기의 건조 강도, 열풍 유량 및 슬러리의 고형분 함량에 따라 결정됩니다. 많은 요소가 제품 품질에 영향을 미칩니다. 입자 크기와 모양은 건조 장비의 공정 성능과 슬러리 준비 매개변수에 따라 결정되는 반면, 최종 수분 함량은 열기 입구 온도, 배기가스 출구 온도, 건조탑 내 부압과 같은 매개변수 선택과 직접적으로 관련됩니다.

분무 건조 장비는 분유 생산에 혁명을 일으켰습니다. 그러나 분무 건조 장비는 보편적인 솔루션이 아닙니다. 분무화 구조 및 형태, 타워 구조, 공기 분배, 배기, 분체 코팅, 분체 배출 방법, 기타 공정 장비와의 결합, 자동 제어 시스템 설계 등이 모두 처리되는 재료에 적합해야 합니다. 이러한 방식으로만 시대의 발전과 과학 기술의 지속적인 진보에 따라 분무 건조 장비가 더 넓은 범위의 재료 건조 요구 사항에 적응할 수 있으며 국가 경제 발전과 건설에 점점 더 큰 기여를 할 수 있습니다.