Questo impianto di spray drying presso Arla Foods è un esempio moderno dello spray dryer MSD di GEA.
Un metodo di essiccazione migliore
Lo spray drying è fondamentalmente un metodo per trasformare un concentrato liquido in polvere. L'essiccatore nebulizza il liquido in minuscole goccioline. L'aria calda elimina quindi l'umidità mentre le particelle attraversano una camera di essiccazione.
Negli anni '70 era diffusa la tecnica di essiccazione in due fasi, che prevedeva l'essiccazione nella camera seguita dall'essiccazione finale in un letto fluido separato – un'unità esterna alla camera in cui l'aria calda si sposta verso l'alto attraverso la polvere, mantenendo le particelle sospese e rimuovendo ulteriore umidità.
Tuttavia, alcuni prodotti avevano messo in luce un punto debole di questo approccio. Soprattutto nel caso delle formule per l'infanzia, degli ingredienti lattiero-caseari e delle polveri nutrizionali, le particelle umide potevano aderire alle pareti della camera, formare depositi e costringere a interruzioni più frequenti della produzione per la pulizia.
Allo stesso tempo, negli Stati Uniti fece la sua comparsa una nuova tecnologia. Era in grado di trattare prodotti che la tecnologia di spray drying consolidata trovava difficile o addirittura impossibile da lavorare, producendo al contempo polveri che si scioglievano più facilmente e presentavano una migliore scorrevolezza. Secondo i rapporti dell'epoca questa tecnologia rappresentava una seria minaccia competitiva.
L'azienda danese A/S NIRO ATOMIZER, all’epoca leader mondiale nello spray drying e oggi parte di GEA, vide in quella sfida un'opportunità. Anziché difendere la propria tecnologia esistente, NIRO si prefissò l'obiettivo di rendere lo spray drying applicabile anche a prodotti più complessi.
"Introdurre il prodotto in uno spray dryer non è la parte difficile", afferma Martin Skanderby, Global Project Integration Manager, Dairy Powder, GEA. "Il segreto sta nel riuscire a farlo uscire di nuovo con le giuste caratteristiche".
L'idea che i suoi ingegneri documentarono nel 1976 sarebbe poi diventata l'essiccatore multistadio MSD.
La soluzione MSD
Gli ingegneri di NIRO modificarono il punto in cui avveniva l'essiccazione. Integrarono un letto fluido nella camera e aggiunsero un altro stadio a letto fluido, facendo sì che gran parte dell'essiccazione avvenisse al di fuori della zona di nebulizzazione. Allo stesso tempo, modificarono la configurazione del flusso d'aria. Questo principio multistadio consentì di trattare prodotti più complessi durante il processo, migliorando al contempo le caratteristiche della polvere ottenuta.
In applicazioni quali il latte in polvere istantaneo e le formule per l'infanzia, questa tecnologia permise di ottenere polveri che si mescolavano e si scioglievano più facilmente nei liquidi. Il concetto di base è semplice. L'MSD non sostituisce lo spray drying. Modifica la distribuzione dell'essiccazione lungo il processo per ottenere il prodotto richiesto in modo più efficace.
Questa illustrazione di uno dei primi spray dryer di NIRO mostra il funzionamento di base della macchina: il liquido viene spruzzato all’interno di una camera, dove viene essiccato rapidamente.
Dall'idea all'industria
Trasformare l'idea in un progetto industriale realizzabile ha richiesto tempo. Nel 1982, l’azienda lattiero-casearia francese Isigny Sainte-Mère acquistò il primo NIRO MSD, sei anni dopo che NIRO aveva documentato l'idea.
Man mano che un numero crescente di impianti entrava in produzione e dimostrava i risultati ottenibili con l'essiccazione multistadio, questa tecnologia ha cominciato a diffondersi sempre più rapidamente a partire dalla fine degli anni '80. Gli ingegneri sono andati oltre la risoluzione della sfida iniziale legata alla lavorazione e hanno iniziato a dimostrare il valore di questo concetto in una gamma più ampia di applicazioni.
Quando GEA ha acquisito NIRO A/S, ha acquisito anche la tecnologia di spray drying e il know-how ad essa correlato. Lo sviluppo dell'essiccatore MSD è proseguito, basandosi sul principio originario e avvalendosi dell'esperienza maturata nel corso di successive generazioni in materia di ingegneria e applicazioni.
L'importanza dell'essiccazione multistadio è diventata più evidente man mano che i concorrenti hanno sviluppato essiccatori basati sullo stesso principio. Quello che era iniziato come una risposta di NIRO ATOMIZER a una sfida della concorrenza stava diventando un approccio consolidato allo spray drying multistadio e una piattaforma che GEA avrebbe potuto continuare a sviluppare.
Un'idea in continua evoluzione
Un ingegnere dei primi anni di MSD riconoscerebbe ancora oggi la geometria di una moderna camera di essiccazione e ne comprenderebbe il principio di funzionamento. I macchinari che stanno alla base di quel concetto ben noto, tuttavia, testimoniano una storia di continuo sviluppo.
La dispersione nell'aria ne è un esempio. I miglioramenti apportati alla dispersione dell'aria, ovvero al modo in cui l'aria calda entra nell'essiccatore, hanno contribuito a ridurre i depositi e, di conseguenza, ad aumentare l'efficienza. Anche il funzionamento in condizioni igieniche, l’automazione e il controllo dei processi si sono evoluti di pari passo con il variare delle esigenze produttive. I sistemi moderni sono in grado di garantire un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, mentre i progressi nel campo dell’agglomerazione e della granulazione, ovvero il processo di formazione di particelle di polvere più grandi e più porose, offrono ulteriori possibilità di influenzare le caratteristiche delle polveri.
Strumenti digitali come GEA OptiPartner supportano ora l’ottimizzazione continua dei processi, utilizzando dati di processo in tempo reale per contribuire a mantenere la produzione in condizioni ottimali. Gli strumenti oggi a nostra disposizione sarebbero stati inimmaginabili per gli ingegneri del 1976, ma l’obiettivo sarebbe stato lo stesso: comprendere il processo e utilizzare tali conoscenze per migliorarne le prestazioni.
Lo spray dryer richiede un notevole consumo energetico, pertanto l'efficienza è fondamentale per tutta la durata operativa dell'impianto. Nelle applicazioni pertinenti, l'MSD può funzionare a temperature di uscita inferiori, il che significa che gran parte dell'essiccazione avviene nei letti fluidi piuttosto che nella camera di essiccazione stessa. Il recupero di calore e un'ottimizzazione più ampia dei processi offrono ulteriori opportunità. GEA AddCool si basa su questo approccio, utilizzando la tecnologia delle pompe di calore ad alta temperatura per recuperare e riutilizzare il calore residuo, contribuendo così a ridurre il consumo energetico e la dipendenza dai combustibili fossili.
50 anni di MSD
1976
NIRO documenta il concetto originale di MSD.
1982
Il primo NIRO MSD viene venduto a Isigny Sainte-Mère, in Francia.
Fine anni '80
L'essiccazione multistadio dimostra la propria efficacia nella produzione e la tecnologia si diffonde sempre più rapidamente.
Primi anni 2000
I progressi nella dispersione dell'aria riducono ulteriormente i depositi e migliorano l'efficienza.
Oggi
Il principio originario continua a evolversi grazie ai progressi nel campo dell'igiene, della produzione continua, dell'automazione, dell'agglomerazione e dell'ottimizzazione digitale dei processi.
Cinquant'anni di esperienza
L'esperienza maturata nella gestione degli impianti ha influenzato gran parte dello sviluppo dell'MSD. Ogni installazione presenta i propri punti critici e la risoluzione di un problema può farne emergere un altro. Queste sfide indicano agli ingegneri di GEA quali aspetti del processo devono essere migliorati.
L'apprendimento è reciproco. GEA mette a disposizione la propria esperienza maturata con diversi prodotti, applicazioni e impianti, mentre i clienti conoscono nei minimi dettagli il funzionamento dei propri impianti. Insieme, queste prospettive possono mettere in luce opportunità per ridurre i depositi, prolungare i periodi di produzione o migliorare il controllo.
Grazie all'esperienza maturata, sappiamo anche quando non è opportuno consigliare l’MSD. A seconda dei prodotti, delle capacità e delle condizioni operative, potrebbe essere necessaria una tecnologia diversa, mentre a volte è sufficiente una soluzione più semplice.
Quell'esperienza ora va oltre l'essiccatore. Combinando le competenze in materia di processi e servizi, GEA è in grado di ottimizzare l'essiccatore come parte integrante dell'intera linea di produzione. Non si tratta solo di scegliere e applicare la tecnologia giusta, ma anche di continuare a svilupparla.
Agli albori della storia dell'MSD, i membri del team disegnavano i progetti a mano.
Da una generazione di ingegneri all'altra
La storia dell'MSD è caratterizzata da una continuità sia sul piano umano che tecnico. Alcuni membri dell'attuale team GEA hanno iniziato la loro carriera affiancando gli ingegneri che avevano sviluppato il primo MSD. Ricordano persone che credevano fermamente in ciò che avevano creato e che si sono impegnate a fondo per convincere gli altri che quell'idea fosse giusta.
La loro fiducia si è rivelata ben fondata. L'approccio da loro sostenuto si è affermato nella produzione industriale e ha continuato a trovare nuove applicazioni anche molto tempo dopo il completamento dei loro primi lavori.
L'MSD originale segna l'inizio di questa storia, non la sua fine. Gli strumenti sono cambiati radicalmente dal 1976, ma l'approccio rimane lo stesso: comprendere il problema, applicare le competenze ingegneristiche e continuare a migliorare.
