Эта распылительная сушильная установка на предприятии Arla Foods представляет собой современный образец распылительной сушилки GEA MSD.
Поиск более эффективного способа сушки
Сушка распылением — это, по сути, способ превращения жидкого концентрата в порошок. Сушилка распыляет жидкость на мелкие капли. Затем горячий воздух удаляет влагу по мере прохождения частиц через сушильную камеру.
В 1970-х годах широко применялась двухступенчатая сушка, при которой сушка в камере сопровождалась окончательной сушкой в отдельном псевдоожиженном слое, то есть, в устройстве, расположенном вне камеры, где теплый воздух проходит вверх через порошок, удерживая частицы во взвешенном состоянии и удаляя из них избыточную влагу.
Однако некоторые продукты выявили недостатки этого подхода. В частности, при производстве детских смесей, молочных ингредиентов и сухих питательных смесей влажные частицы могут прилипать к стенкам камеры, образуя отложения, что приводит к необходимости чаще останавливать производство для проведения очистки.
В то же время в США появилась новая технология. Она позволяла работать с продуктами, которые было трудно или даже невозможно перерабатывать с помощью традиционной технологии сушки распылением, при этом получаемые порошки лучше растворялись и обладали лучшей сыпучестью. В отчетах того периода эта технология обозначалась как серьезная конкурентная угроза.
Датская компания A/S NIRO ATOMIZER, которая в то время была мировым лидером в области сушки распылением и в настоящее время входит в состав GEA, расценила этот вызов как возможность. Вместо того чтобы защищать свою существующую технологию, компания NIRO поставила перед собой цель адаптировать сушку распылением для производства более сложных продуктов.
«Подача продукта в распылительную сушилку — это не самая сложная часть процесса», — говорит Мартин Скандерби (Martin Skanderby), глобальный менеджер по интеграции проектов в сегменте сухих молочных продуктов компании GEA. «Секрет заключается в том, чтобы при извлечении он обладал нужными характеристиками».
Идея, обозначенная в документах инженерами компании в 1976 году, впоследствии воплотилась в многоступенчатой сушилке MSD.
Решение от компании MSD
Инженеры компании NIRO изменили место, где происходил процесс сушки. В камеру встроили псевдоожиженный слой и добавили еще одну ступень с псевдоожиженным слоем, что позволило перенести большую часть процесса сушки за пределы зоны распыления. В то же время они изменили характер движения воздушных потоков. Этот многоступенчатый принцип позволил в процессе работы использовать более сложные продукты, одновременно улучшая характеристики получаемого порошка.
Для таких продуктов, как сухое молоко быстрого приготовления и сухие молочные смеси для детского питания, эта технология позволила получать порошки, которые легче смешивались с жидкостью и быстрее в ней растворялись. Основная идея проста. MSD не заменяет сушку распылением. Она меняет распределение процесса сушки, позволяя более эффективно получать продукт с заданными характеристиками.
На этой ранней иллюстрации распылительной сушилки от компании NIRO показан принцип работы устройства: жидкость распыляется внутри камеры, где она быстро высыхает.
От идеи до промышленного производства
Превращение этой концепции в жизнеспособный промышленный проект заняло некоторое время. В 1982 году французская молочная компания Isigny Sainte-Mère приобрела первую установку NIRO MSD — спустя шесть лет после того, как компания NIRO впервые задокументировала эту идею.
По мере того как все больше систем поступало в серийное производство и демонстрировало возможности многоступенчатой сушки, с конца 1980-х годов темпы внедрения этой технологии ускорились. Инженеры не ограничились решением первоначальной задачи, связанной с обработкой, и приступили к подтверждению жизнеспособности этой концепции в более широком спектре областей применения.
Когда компания GEA приобрела NIRO A/S, она также получила технологию сушки распылением и связанный с ней опыт. Разработка MSD продолжалась, опираясь на исходный принцип и учитывая опыт, накопленный в ходе последовательных поколений инженерных решений и практического применения.
Влияние многоступенчатой сушки стало более очевидным по мере того, как конкуренты начали разрабатывать сушильные установки, основанные на том же принципе. То, что изначально было ответом компании NIRO ATOMIZER на угрозу со стороны конкурентов, постепенно превратилось в устоявшийся подход к многоступенчатой сушке распылением и в платформу, которую компания GEA могла бы и дальше развивать.
Идея, которая продолжала развиваться
Инженер, работавший в MSD на заре ее существования, без труда узнал бы геометрию современной сушильной камеры и понял бы принцип ее работы. Однако механизмы, лежащие в основе этой знакомой концепции, свидетельствуют о ее непрерывном развитии.
Распределение воздуха — один из примеров. Улучшения в системе распределения воздуха, а именно в способе подачи горячего воздуха в сушилку, позволили сократить образование отложений и, как следствие, повысить эффективность. Вместе с изменением производственных потребностей совершенствовались также и гигиенические условия эксплуатации, автоматизация и управление технологическими процессами. Современные системы способны обеспечивать круглосуточную работу, а достижения в области агломерации и грануляции — процесс формирования более крупных и пористых частиц порошка — открывают новые возможности для оказания влияния на характеристики порошка.
Цифровые инструменты, в частности, GEA OptiPartner, теперь обеспечивают непрерывную оптимизацию технологических процессов, используя данные о процессе в режиме реального времени, что позволяет поддерживать производство в оптимальных условиях. Инженерам 1976 года было бы невозможно даже представить себе те инструменты, которые доступны сегодня, но сама цель осталась прежней — понять процесс и использовать эти знания для повышения производительности.
Сушка распылением требует значительных затрат энергии, поэтому эффективность имеет важное значение на протяжении всего срока эксплуатации установки. В соответствующих областях применения MSD может работать при более низких температурах на выходе, что означает, что большая часть процесса сушки происходит в псевдоожиженных слоях, а не в самой сушильной камере. Дополнительные возможности открываются за счет рекуперации тепла и более широкой оптимизации технологического процесса. GEA AddCool развивает этот подход, используя технологию высокотемпературных тепловых насосов для рекуперации и повторного использования отработанного тепла, что способствует снижению энергопотребления и уменьшению зависимости от ископаемого топлива.
50-летний юбилей MSD
1976 г.
NIRO документально фиксирует исходную концепцию MSD.
1982 г.
Первая установка NIRO MSD продана компании Sainte-Mère, Франция.
Конец 1980-х годов
Темпы внедрения технологии ускоряются, поскольку многоступенчатая сушка хорошо зарекомендовала себя в производстве.
Начало 2000-х годов
Усовершенствования в области распределения воздуха позволяют еще больше сократить отложения и повысить эффективность.
Сегодня
Этот изначальный принцип продолжает развиваться благодаря достижениям в области гигиены, внедрению непрерывного производства, автоматизации, агломерации и цифровой оптимизации технологических процессов.
Пятьдесят лет обучения
Опыт эксплуатации производственных предприятий во многом определил направление развития MSD. Каждая установка имеет свои ограничения, и устранение одного узкого места может привести к появлению другого. Эти проблемы указывают инженерам GEA, в каких аспектах необходимо усовершенствовать технологический процесс.
Обучение происходит в обоих направлениях. Компания GEA предоставляет свой опыт работы с различными продуктами, технологическими процессами и установками, а заказчики досконально знают особенности функционирования своих собственных производственных объектов. В совокупности эти подходы могут раскрыть возможности для сокращения объема отложений, продления сроков добычи или улучшения управления.
Накопленный опыт также означает понимание того, в каких ситуациях не следует рекомендовать MSD. В зависимости от вида продукции, производственных мощностей и условий эксплуатации может потребоваться применение другой технологии, а иногда достаточно и более простого решения.
Сегодня этот опыт выходит за рамки сушильной камеры. Благодаря сочетанию опыта в области технологических процессов и инженерных систем компания GEA может оптимизировать работу сушилки как составной части всей производственной линии. Речь идет не только о выборе и внедрении подходящих технологий, но и о постоянном совершенствовании самих технологий.
На раннем этапе истории MSD члены команды рисовали чертежи от руки.
От одного поколения инженеров к следующему
Преемственность в истории MSD носит как человеческий, так и технический характер. Некоторые сотрудники нынешней команды GEA начинали свою карьеру вместе с инженерами, разработавшими первую версию MSD. Они вспоминают людей, которые твердо верили в то, что создали, и упорно трудились, чтобы убедить других в правильности этой идеи.
Их уверенность оказалась вполне обоснованной. Подход, который они отстаивали, утвердился в промышленном производстве и продолжил находить новые области применения в течение длительного времени после завершения их ранних работ.
Оригинальная установка MSD знаменует начало этой истории, а не ее конец. С 1976 года инструменты кардинально изменились, но суть осталась прежней — понять проблему, применить инженерные знания и поддерживать постоянное развитие.
