يُعد جهاز التجفيف بالرذاذ هذا الذي تم تركيبه في شركة Arla Foods مثالًا حديثًا على جهاز التجفيف بالرذاذ MSD من GEA.
البحث عن طريقة أفضل للتجفيف
يُعد التجفيف بالرذاذ، في جوهره، طريقة لتحويل مُركَّز سائل إلى مسحوق. يقوم المجفف بتحويل السائل إلى قطرات دقيقة. ثم يعمل الهواء الساخن على إزالة الرطوبة أثناء مرور الجسيمات عبر غرفة التجفيف.
في سبعينات القرن الماضي، كان التجفيف على مرحلتين هو الأسلوب السائد، حيث يتم التجفيف داخل غرفة، ثم يتبعه التجفيف النهائي في قاع مائع منفصل – وهي وحدة تقع خارج الغرفة يتدفق فيها الهواء الدافئ صعودًا عبر المسحوق، مما يبقي الجسيمات معلقة، ويزيل المزيد من الرطوبة.
لكن بعض المنتجات كشفت عن نقطة ضعف في هذا النهج. وخاصةً في حالة حليب الأطفال الصناعي، ومكونات الألبان، والمساحيق الغذائية، قد تلتصق الجسيمات الرطبة بجدران الغرفة، وتشكل رواسب، مما يفرض إيقاف الإنتاج بشكل متكرر لإجراء عمليات التنظيف.
وفي الوقت نفسه، ظهرت تقنية جديدة في الولايات المتحدة. وكانت قادرة على معالجة منتجات كان من الصعب، بل ومن المستحيل، معالجتها باستخدام تقنية التجفيف بالرذاذ التقليدية، مع إنتاج مساحيق تتحلل بسهولة أكبر، وتتمتع بقدرة تدفق أفضل. وقد أشارت التقارير الصادرة في تلك الفترة إلى أن هذه التقنية تشكل تهديدًا تنافسيًّا خطيرًا.
وقد رأت الشركة الدنماركية A/S NIRO ATOMIZER، التي كانت في ذلك الوقت رائدة عالميًا في مجال التجفيف بالرذاذ، وهي الآن جزء من مجموعة GEA، أن هذا التحدي يمثل فرصةً. بدلاً من الدفاع عن التكنولوجيا الحالية التي تستخدمها، سعت شركة NIRO إلى جعل تقنية التجفيف بالرذاذ قابلة للاستخدام على منتجات أكثر تعقيدًا.
يقول مارتن سكاندربي، مدير تكامل المشاريع العالمية لقسم مسحوق الألبان في GEA: "إن إدخال المنتج إلى مجفف الرذاذ ليس هو الجزء الصعب. بل إن الدراية الفنية تكمن في إعادة إخراجه مع الحفاظ على الخصائص المطلوبة."
الفكرة التي وثّقها مهندسوها في عام 1976 أصبحت المجفف متعدد المراحل MSD.
حل MSD
قام مهندسو شركة NIRO بتغيير المكان الذي تتم فيه عملية التجفيف. حيث دمجوا قاع السوائل في الغرفة، وأضافوا مرحلة أخرى من قاع السوائل، مما سمح بإجراء جزء أكبر من عملية التجفيف خارج منطقة الرذاذ. وفي الوقت نفسه، قاموا بتغيير أنماط تدفق الهواء. وقد ساعد هذا المبدأ متعدد المراحل العملية على معالجة منتجات أكثر تعقيدًا، مع تحسين خصائص المسحوق الناتج.
في تطبيقات مثل مسحوق الحليب الفوري، وحليب الأطفال، أنتجت هذه التقنية مساحيق يمكن خلطها مع السوائل، وتذوب فيها بسهولة أكبر. الفكرة الأساسية بسيطة، وواضحة. لا تستبدل تقنية MSD التجفيف بالرذاذ. بل تغير طريقة توزيع مراحل التجفيف خلال العملية لتحقيق المنتج المطلوب بشكل أكثر فعالية.
يوضح هذا الرسم التوضيحي القديم لمجفف الرذاذ من شركة NIRO طريقة التشغيل الأساسية للآلة – حيث يتم رش السائل داخل غرفة، وتجفيفه سريعاً.
من الفكرة إلى الصناعة
استغرق تحويل هذا المفهوم إلى مشروع صناعي قابل للتنفيذ بعض الوقت. في عام 1982، قامت شركة الألبان الفرنسية Isigny Sainte-Mère بشراء أول جهاز NIRO MSD – بعد ست سنوات من توثيق شركة NIRO للفكرة.
ومع دخول المزيد من الأنظمة مرحلة الإنتاج، وإثباتها لما يمكن أن يحققه التجفيف متعدد المراحل، تسارعت وتيرة اعتماد هذه التقنية ابتداءً من أواخر الثمانينات. وتجاوز المهندسون مرحلة التغلب على التحدي الأصلي المتعلق بالمعالجة، وبدأوا في إثبات قيمة هذا المفهوم عبر مجموعة أوسع من التطبيقات.
عندما استحوذت GEA على شركة NIRO A/S، استحوذت أيضًا على تقنية التجفيف بالرذاذ، والخبرة الفنية المرتبطة بها. واستمر تطوير MSD، من خلال الاستفادة من المبدأ الأصلي عبر أجيال متعاقبة من الخبرة الهندسية والتطبيقية.
أصبح تأثير التجفيف متعدد المراحل أكثر وضوحًا مع قيام المنافسين بتطوير مجففات تعتمد على نفس المبدأ. ما بدأ كرد فعل من شركة NIRO ATOMIZER على تهديد تنافسي أصبح نهجًا راسخًا للتجفيف بالرذاذ متعدد المراحل، ومنصة يمكن لـ GEA مواصلة تطويرها.
فكرة لم تتوقف عن التطور
إذا عاصر مهندس السنوات الأولى MSD لكان بإمكانه حتى يومنا هذا التعرف على هندسة غرفة التجفيف الحديثة، وإدراك المبدأ العامل الكامن خلفها. إلا أن الآلية المرتبطة بهذا المفهوم المألوف ستروي قصة من التطور المستمر.
الانتشار الجوي هو أحد الأمثلة على ذلك. وقد ساهمت التحسينات التي طرأت على عملية توزيع الهواء، أي كيفية دخول الهواء الساخن إلى المجفف، في تقليل الترسبات، وبالتالي زيادة الكفاءة. كما تطورت العمليات الصحية، والأتمتة، والتحكم في العمليات مع تغير متطلبات الإنتاج. يمكن للأنظمة الحديثة دعم التشغيل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، في حين أن التطورات التي طرأت على عمليات التكتل والتحبيب، وهي العملية التي يتم من خلالها تشكيل جزيئات مسحوق أكبر حجمًا وأكثر مسامية، توفر طُرقًا إضافية للتأثير على خصائص المسحوق.
تدعم الأدوات الرقمية مثل GEA OptiPartner الآن التحسين المستمر للعمليات، وذلك باستخدام بيانات العمليات في الوقت الفعلي للمساعدة في الحفاظ على سير الإنتاج في ظل الظروف المثلى. كانت الأدوات المتاحة اليوم أمرًا لا يمكن تصوره بالنسبة للمهندسين في عام 1976، لكن الهدف كان مألوفًا لهم: فهم العملية، واستخدام تلك المعرفة لتحسين الأداء.
يتطلب التجفيف بالرذاذ طاقة كبيرة، لذا فإن الكفاءة أمر مهم طوال فترة تشغيل المصنع. في التطبيقات ذات الصلة، يمكن أن تعمل تقنية MSD عند درجات حرارة خرج أقل، مما يعني أن عملية التجفيف تتم بشكل أكبر في قيعان السوائل بدلاً من غرفة التجفيف نفسها. ويوفر استرداد الحرارة، وتحسين العمليات على نطاق أوسع فُرصًا إضافية. تستند تقنية AddCool من GEA إلى هذا النهج، حيث تستخدم تقنية المضخات الحرارية عالية الحرارة لاستعادة الحرارة المهدرة، وإعادة استخدامها، مما يساعد على تقليل استهلاك الطاقة، والاعتماد على الوقود الأحفوري.
50 عامًا من MSD
1976
توثيق NIRO للمفهوم الأصلي لـ MSD.
1982
تم بيع أول وحدة NIRO MSD إلى شركة Isigny Sainte-Mère، فرنسا.
أواخر الثمانينات
تسارع انتشار هذه التقنية مع إثبات فعالية عملية التجفيف متعدد المراحل في مرحلة الإنتاج.
أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين
كما تساهم التطورات في مجال توزيع الهواء في تقليل الترسبات بشكل أكبر، وتحسين الكفاءة.
اليوم
يستمر المبدأ الأصلي في التطور بفضل التقدم المحرز في مجالات النظافة، والإنتاج المستمر، والأتمتة، والتكتل، وتحسين العمليات رقميًا.
خمسون عامًا من التعلم
شكلت الخبرات المكتسبة من تشغيل المصانع جزءًا كبيرًا من مسيرة تطور MSD. لكل عملية تركيب قيودها الخاصة، وقد يؤدي حل إحدى العقبات إلى ظهور عقبة أخرى. تُبيّن هذه التحديات لمهندسي GEA الجوانب التي يتعين تحسينها في العملية.
التعلم عملية متبادلة. تتمتع GEA بخبرة واسعة في مختلف المنتجات، والتطبيقات، والتركيبات، في حين أن العملاء على دراية تامة بسلوك منشآتهم بالتفصيل. ويمكن لهذه المنظورات مجتمعة أن تكشف عن فُرص لتقليل الرواسب، أو إطالة فترات الإنتاج، أو تحسين عمليات المراقبة.
كما أن الخبرة المتراكمة تعني معرفة متى لا ينبغي التوصية باستخدام MSD. قد تتطلب المنتجات المختلفة، والسعات، وظروف التشغيل استخدام تقنية أخرى، ويكفي اتباع حل أبسط في بعض الأحيان.
وقد تجاوزت هذه التجربة الآن حدود المجفف. من خلال الجمع بين الخبرة في مجال العمليات والخدمات، تستطيع GEA تحسين أداء المجفف كجزء من خط الإنتاج الكامل. يتعلق الأمر باختيار التكنولوجيا المناسبة، وتطبيقها، بقدر ما يتعلق بمواصلة تطوير التكنولوجيا نفسها.
في المراحل المبكرة من تاريخ MSD، كان أعضاء الفريق يرسمون المخططات يدويًا.
من جيل من المهندسين إلى الجيل التالي
تتمثل الاستمرارية في مسيرة MSD في الجانب الإنساني، وكذلك في الجانب التقني. بدأ بعض أعضاء فريق GEA الحالي مسيرتهم المهنية جنبًا إلى جنب مع المهندسين الذين طوروا MSD الأصلي. ويتذكرون الأشخاص الذين آمنوا إيمانًا راسخًا بما ابتكروه، وعملوا جاهدين لإقناع الآخرين بصحة تلك الفكرة.
وقد ثبت أن ثقتهم كانت في محلها. وقد ترسخ النهج الذي دافعوا عنه في مجال الإنتاج الصناعي، واستمر في إيجاد تطبيقات جديدة لفترة طويلة بعد انتهاء أعمالهم المبكرة.
يمثل الإصدار الأصلي من MSD بداية هذه القصة – وليس نهايتها. تغيرت الأدوات بشكل جذري منذ عام 1976، لكن الدافع لا يزال قائماً: فهم المشكلة، وتطبيق الخبرة الهندسية، ومواصلة التحسين.
