‫آزمایشگاه عملیات واحد‬
‫خشک کن پاششی ‪SPRAY DRYER‬‬
‫دانشکده مهندسی شیمی و نفت‬
‫آزمایش ‪:7‬‬
‫خشک کن پاششی (‪)Spray Dryer‬‬
‫‪1‬‬
‫آزمایشگاه عملیات واحد‬
‫خشک کن پاششی ‪SPRAY DRYER‬‬
‫دانشکده مهندسی شیمی و نفت‬
‫مقدمه‪:‬‬
‫فرآيند خشك كردن توسط خشك كن پاششي‪ ،‬عبارت است از تبديل خوراك از حالت محلول‪ ،‬به ذرات خشك جامد‪ .‬اين فرايند‬
‫توسط اسپري كردن محلول در محيطي كه گرماي الزم جهت خشك كردن با استفاده از هواي گرم تأمين شده است‪ ،‬انجام مي‪-‬‬
‫گيرد‪ .‬اين سيستم‪ ،‬يك فرآيند مداوم و پيوسته است و خوراك مورد نظر ميتواند محلول‪ ،‬دوغاب و يا حتي خمير باشد‪ .‬بر اساس‬
‫خصوصيات فيزيكي و شيميايي خوراك‪ ،‬محصول بدست آمده پودري متشكل از ذرات منفرد و ذرات بهم چسبيده ميباشد‪ .‬مهم‪-‬‬
‫ترين ويژگي پودر بدست آمده يكن واختي ذرات آن است‪ ،‬كه باعث بوجود آمدن خصوصياتي نظير روان بودن‪ ،‬حل شدن سريع‪،‬‬
‫مخلوط شدن آسان با ديگر مواد و همچنين سهولت انجام عمليات بعدي بر روي آن ميشود‪ .‬خشك كردن از طريق خشككنهاي‬
‫پاششي يكي از روشهاي جديد خشك كردن محلولها است‪ .‬از خشككنهاي پاششي به صورت وسيع براي خشك كردن محلولها‪،‬‬
‫سوسپانسيون ها‪ ،‬امولسيونها و خميرها در صنايع غذايي‪ ،‬شيميايي‪ ،‬داروسازي‪ ،‬سراميك و‪ ...‬استفاده ميشود‪ .‬وسيلهي مخصوصي به‬
‫نام اتمايزر (‪ ) Atomizer‬مايع را به قطرات ريز تبديل كرده و به طور هم زمان به همراه هواي داغ به داخل محفظه پراكنده مي‪-‬‬
‫شود‪ .‬در اين روش رطوبت ذرات تبخير شده و محصول خشك به صورت پودر يا دانهاي يا به شكل كلوخه به دست ميآيد‪ .‬فرم‬
‫ذرات به نوع مواد خشك شونده بستگي دارد‪ .‬وقتي خوراك به صورت محلول يا دوغاب وارد شود ذرات تقريبا كروي شكل و توخالي‬
‫به دست خواهد آمد‪ .‬چگالي توده تا حد زيادي به نوع اتمايزر و شيوه عمل كرد آن بستگي دارد ]‪.[1‬‬
‫عمليات خشك شدن شامل سه مرحله است‪:‬‬
‫‪-‬‬
‫اسپري كردن مواد براي تبديل شدن به قطرات يا ذرات ريز‬
‫‪-‬‬
‫تبخير رطوبت ماده در اثر تماس آن با گاز داغ‬
‫‪-‬‬
‫جدا كردن محصول خشك از گازهاي خروجي‬
‫روشهاي مختلفي براي هوادهي به محفظه خشككن وجود دارد‪ .‬در بعضي از ساختارها هوا از باالي خشك كن و در بعضي ديگر از‬
‫ميان سوراخ هاي مخصوصي كه در نقاط مختلف تعبيه شدهاند وارد محفظه ميشود‪ .‬در محفظههاي مخروطي جهتدهندههايي در‬
‫دهانه ورودي هوا نصب شدهاند تا حركت چرخشي در هوا ايجاد كنند‪ .‬اين روش به بهتر مخلوط شدن هوا و ذرات ريز محلول كمك‬
‫ميكند‪ .‬در برخي از خشك كنهاي پاششي ذرات جامد به همراه هواي خروجي از محفظه خشككن خارج شده و در يك سيستم‬
‫جداسازي مانند كيسه صافي و سيكلون از هوا جدا ميشود‪ .‬اغلب ذرات جامد خشك در كف محفظه خشككن تهنشين و از آنجا‬
‫تخليه ميشوند‪ .‬تبخير در محفظه خشككن به صورتي كه در باال توضيح داده شده است تقريبا به صورت لحظهاي انجام ميشود به‬
‫‪2‬‬
‫آزمایشگاه عملیات واحد‬
‫خشک کن پاششی ‪SPRAY DRYER‬‬
‫دانشکده مهندسی شیمی و نفت‬
‫طوري كه زمان خشك شدن حدود سه تا شش ثانيه در نوع همسو و ‪ 25‬تا ‪ 30‬ثانيه در نوع ناهمسو ميباشد كه اين زمان كوتاه‬
‫براي خشك كردن مواد حساس به حرات مناسب مي باشد‪ .‬معموال يك خشككن پاششي از قسمتهاي زير تشكيل ميشود(شكل‬
‫‪:)1‬‬
‫‪ )1‬محفظه خشك كن‬
‫‪ )2‬وسيلهاي براي تزريق هوا به داخل اتمايزر (كمپرسور)‬
‫‪ )3‬وسيلهاي براي مكش هوا از داخل محفظه (ونتيالتور)‬
‫‪ )4‬وسيله اي براي پاشيدن خوراك به داخل محفظه (پمپ پريستالتيك و نازل)‬
‫‪ )5‬وسيله اي جهت جداسازي ذرات خشك شده از هواي خروجي (سيكلون)‬
‫شکل ‪ :1‬نمای کلی فرایند‪.‬‬
‫به عمل پاشيدن خوراك اتمايزره كردن خوراك گويند و براي اين عمل معموال از سه نوع وسيله استفاده ميشود‪:‬‬
‫‪ )1‬نازلهايي كه در آنها خوراك تحت فشار زياد از سوراخهاي كوچك عبور ميكند‪.‬‬
‫‪ )2‬نازلهايي كه در آن ها از يك سيال ديگر مانند هوا براي اعمال فشار استفاده ميشود‪.‬‬
‫‪ )3‬صفحه چرخان‪.‬‬
‫‪3‬‬
‫آزمایشگاه عملیات واحد‬
‫خشک کن پاششی ‪SPRAY DRYER‬‬
‫دانشکده مهندسی شیمی و نفت‬
‫در اتمايزر فشاري ‪ ،‬مايع با فشار زياد وارد نازلي كوچك شده و از سوي ديگر به صورت يك جريان جامد و يا يك سطح (در سرعت‬
‫هاي باال) خارج ميگردد(شكل ‪ . )2‬اصطكاك ميان هوا و مايع در ابتدا موجب شكسته و تكه شدن اين جريان و در نهايت و بر اثر‬
‫اصطكاك مدام با هوا‪ ،‬قطرات تشكيل ميشوند‪ .‬منبع انرژي براي اين شكل از ريزسازي‪ ،‬از تبديل فشار مايع پشت نازل به انرژي‬
‫جنبشي آن به هنگام خروج از نازل به دست ميآيد‪ .‬سه عامل كه اتمايزرهاي فشاري را تحت تاثير قرار ميدهند‪ ،‬عبارتند از ‪ :‬قطر‬
‫اريفيس (روزنه) اتمايزر‪ ،‬اتمسفر و سرعت نسبي بين مايع و هوا‪ .‬هر قدر قطر يا اندازه روزنه اتمايزر بزرگ باشد‪ ،‬متوسط اندازه ذرات‬
‫توليدي بزرگتر خواهد بود‪ .‬اتمسفر با ايجاد مقاومت در برابر جريان مايع و غلبه بر خواص مايع (كشش سطحي‪ ،‬ويسكوزيته و‬
‫دانسيته)‪ ،‬آن را ميشكند ‪ .‬سرعت سيال نتيجه فشار موجود در پشت نازل است‪ .‬با افزايش فشار؛ سرعت افزايش يافته و درنتيجه‬
‫اندازه متوسط ذرات كاهش مييابد ]‪.[1‬‬
‫شکل ‪ :2‬اتمایزر فشاری‪.‬‬
‫در اتمايزرهاي هواي فشرده مايع با سرعت زيادي از نازل خارج ميشود(شكل ‪ .)3‬اين در حالي است كه جريان پرسرعتي از هوا نيز‬
‫آن را احاطه كرده است‪ .‬اين تماس باعث شتاب بخشيدن به ذرات مايع شده و در نتيجه سبب ريز شدن خوراك ميشود‪ .‬اين طرح‬
‫براي بهرهگيري از انرژي گاز فشرده شده براي تبديل كردن مايع به پودر است كه براي طيف وسيعي از مواد خورنده به كار ميرود‪.‬‬
‫خواص رئولوژيكي هوا و خوراك‪ ،‬مانند كشش سطحي‪ ،‬دانسيته و ويسكوزيته‪ ،‬كيفيت محصول نهايي را تعيين ميكنند‪ .‬اين‬
‫سيستمها داراي مشكالتي مانند رسوب گرفتگي ميباشند‪ .‬از جمله مزاياي استفاده از اين نازلها‪ ،‬توانايي آن براي توليد ذرات بسيار‬
‫ريز و قابليت استفاده براي محتواي با ويسكوزيته باال ميباشد‪ .‬فشار هوا منبع انرژي اين دسته از فرآيندها است‪.‬‬
‫‪4‬‬
‫آزمایشگاه عملیات واحد‬
‫خشک کن پاششی ‪SPRAY DRYER‬‬
‫دانشکده مهندسی شیمی و نفت‬
‫شکل ‪ :3‬اتمایزر هوای فشرده ]‪.[1‬‬
‫در اتمايزرهاي صفحه چرخان‪ ،‬يك نازل مايع را در تماس با مركز يك ظرف يا صفحه چرخان قرار ميدهد(شكل ‪ .)4‬نيروي گريز از‬
‫مركز‪ ،‬مايع را به سمت لبه صفحه رانده و باعث پرتاب مايع ميشود‪ .‬بدين ترتيب مايع شكسته و به قطرات ريزي تيديل ميشود‪ .‬در‬
‫اين سيستمها‪ ،‬اندازه ذرات ارتباط مستقيمي با ويسكوزيته‪ ،‬دانسيته و كشش سطحي؛ و رابطهاي معكوس با قطر صفحه سانتريفوژ و‬
‫سرعت چرخيدن دارد‪ .‬اين سيستم قادر است محصوالتي با ويسكوزيته باال و در حجم هاي زياد توليد كند‪ .‬توان اسپري اين سيستم‬
‫چيزي حدود ‪ 27‬تن در هر ساعت است‪ .‬مزاياي استفاده از اتمايزرهاي دوار عبارتند از‪ :‬انعطافپذيري باال و سهولت عمليات‪،‬‬
‫سازگاري با فشار پايين مايع‪ ،‬فاقد مشكالتي از قبيل رسوب گرفتگي‪ ،‬كار با خورندهها و سايندهها‪ ،‬سهولت كنترل اندازه قطرات از‬
‫طريق تنظيم سرعت چرخش‪ .‬با اين وجود داراي معايبي هم ميباشد از جمله اين كه‪ :‬مقدار زيادي ذرات ريز توليد ميكند كه‬
‫ميتواند ايجاد آلودگي كند‪ ،‬هزينه باال‪ ،‬نگهداري گران‪ ،‬دشواري استفاده براي مواد بسيار چسبناك و اين كه نميتوان در‬
‫خشككنهاي افقي مورد استفاده قرار گيرد‪ .‬لذا به خاطر مشكالت و هزينههاي مرتبط با اتميزر چرخان در بخش صنعت عالقه به‬
‫جايگزيني نازل فشاري وجود دارد‪ .‬نيروي گريز از مركز منبع انرژي اين دسته از فرآيندها ميباشد ]‪.[1‬‬
‫‪5‬‬
‫آزمایشگاه عملیات واحد‬
‫خشک کن پاششی ‪SPRAY DRYER‬‬
‫دانشکده مهندسی شیمی و نفت‬
‫شکل ‪ :4‬اتمایزر صفحه چرخان ]‪.[1‬‬
‫يكي از مهمترين عوامل در تسريع و يكنواختي عمل خشك شدن‪ ،‬توزيع مناسب هواي گرم در محفظه خشك كن است‪ .‬مهمترين‬
‫وظيفه توزيع كننده هوا‪ ،‬هدايت جريان هوا بصورتي است كه حداكثر تماس بين هوا و قطرات خوراك بوجود آيد و از ماندگي پودر‬
‫بر روي بدنه خشك كن‪ ،‬در حد امكان‪ ،‬جلوگيري نمايد‪ .‬طراحي توزيع كننده هوا عموماً بستگي به نوع سيستم پاشش خوراك‪،‬‬
‫شكل محفظه و نحوه تماس هوا و خوراك دارد‪ .‬معموالً تماس خوراك و هوا به سه صورت انجام ميگيرد‪:‬‬
‫‪ )1‬همسو‪ :‬در خشككن با جريان همسو مايع همسو با هواي گرم خشك كننده‪ ،‬اسپري شده و هر دو در يك جهت از محفظه‬
‫عبور ميكنند‪ .‬دماي هواي خشك كننده به خاطر تبخير آب به سرعت كاهش مييابد‪ .‬به همين دليل محصول دچار‬
‫تخريب حرارتي نميشود‪ .‬اغلب مواد دارويي‪ ،‬لبنيات و ديگر محصوالت غذايي حساس به حرارت معموال در خشك كن با‬
‫جريان همسو خشك ميگردند‪.‬‬
‫‪ )2‬غيرهمسو‪ :‬در طراحي اين خشككن خوراك و هوا از دو انتهاي مخالف به محفظهي خشك كن وارد شده به صورتي كه‬
‫اتمايزر در موقعيت باال و ورودي هوا در پايين است‪ .‬بنابراين‪ ،‬خشكترين ذرات در تماس با داغ ترين هوا قرار ميگيرند‪.‬‬
‫لذا اين طرح براي محصوالت حساس به حرارت مناسب نيست‪ .‬خشككن با جريان غيرهمسو‪ ،‬تبخير سريع تر و بازده‬
‫انرژي باالتري نسبت به خشك كن با جريان همسو‪ ،‬ارائه ميدهد‪ .‬در خشككن با جريان مخالف به طور معمول از نازلها‬
‫براي اسپري كردن استفاده ميشود تا قدرت كافي براي اسپري در مقابل حركت هوا داشته باشد‪ .‬توليد صابونها و مواد‬
‫شوينده معموال با استفاده از اين نوع خشك كن صورت ميگيرد‪.‬‬
‫‪6‬‬
‫آزمایشگاه عملیات واحد‬
‫خشک کن پاششی ‪SPRAY DRYER‬‬
‫دانشکده مهندسی شیمی و نفت‬
‫‪ )3‬جريان مختلط‪ :‬اين نوع از خشك كن‪ ،‬تركيبي از هر دو جريان همسو و مخالف است‪ .‬در خشك كن جريان مختلط هوا از‬
‫باال وارد ميگردد و اتمايزر در پايين قرار دارد‪ .‬مانند طراحي جريان مخالف‪ ،‬در خشك كن جريان مختلط نيز خشكترين‬
‫ذرات در معرض داغ ترين هواست‪ ،‬بنابراين‪ ،‬اين طراحي نيز براي محصوالت حساس به حرارت استفاده نميشود‪.‬‬
‫متداولترين روش‪ ،‬نصب سيستم پاشش خوراك و توزيع كننده هوا در باالي محفظه خشككن است كه جهت همسو به هوا و‬
‫خوراك مي دهد‪ .‬از اين سيستم در خشك كردن اغلب مواد غذايي و موادي كه نسبت به افزايش دما حساسيت دارند استفاده مي‪-‬‬
‫شود‪.‬‬
‫بخشي از پودر حاصل از خشك شدن قطرات خوراك همراه با هوا از محفظه خشككن خارج ميشود‪ .‬به منظور جداسازي آن از هوا‬
‫به طور مرسوم از سيكلون استفاده ميشود‪ .‬در سيكلونها جداسازي براساس اعمال نيروي گريز از مركز است كه سبب ميشود‬
‫ذرات پودر كه سنگين تر هستند بر روي بدنه سيكلون حركت كرده و هوا از وسط سيكلون عبور كند(شكل ‪ .)5‬بدين ترتيب ذرات‬
‫جامد پودر از انتهاي سيكلون توسط شير چرخان خارج ميشود و هوا از طريق كالهك بااليي سيكلون و توسط فن مكش شده و به‬
‫بيرون هدايت ميگردد‪ .‬تعداد سيكلون هاي انتخابي جهت جداسازي به ميزان هوا و پودر همراه آن بستگي دارد و به طور متداول از‬
‫يك تا چهار سيكلون استفاده ميشود‪ .‬به طور كلي در صورتي كه قطر سيكلونها از يك متر كمتر باشد راندمان جداسازي پودر‬
‫بيشتر است ولي در بهترين شرايط اين عدد از ‪ ٪95‬تجاوز نخواهد كرد‪ .‬به همين دليل براي افزايش راندمان از سيكلونهاي راندمان‬
‫باال (‪ )High Efficiency‬استفاده ميشود و براي دست يابي به راندمان ‪ ٪100‬فيلتر اضافه ميشود‪ .‬مواردي كه در طراحي‬
‫سيكلون ها جهت دستيابي به راندمان حداكثري بايستي مدنظر قرار گيرد ابعاد سيكلون و شكل ورودي مخلوط هوا و پودر ميباشد‬
‫]‪.[1‬‬
‫‪7‬‬
‫آزمایشگاه عملیات واحد‬
‫خشک کن پاششی ‪SPRAY DRYER‬‬
‫دانشکده مهندسی شیمی و نفت‬
‫شکل ‪ :5‬نمایی از اجزای یک سیکلون‪.‬‬
‫شرح دستگاه‪:‬‬
‫به طور كلي در يك سيستم خشك كن پاششي چهار مرحله زير به ترتيب صورت ميگيرد‪:‬‬
‫‪ )1‬اسپري كردن خوراك‬
‫‪ )2‬تماس بين فاز هواي داغ و مايع اسپري شده‬
‫‪ )3‬خشك شدن قطرات اسپري شده‬
‫‪ )4‬جداسازي محصول خشك شده از هوا‬
‫‪8‬‬
‫آزمایشگاه عملیات واحد‬
‫خشک کن پاششی ‪SPRAY DRYER‬‬
‫دانشکده مهندسی شیمی و نفت‬
‫هريك از مراحل فوق براساس خصوصيات محصول مورد نظر و خواص فيزيكي و شيميايي خوراك بررسي و طراحي ميشود‪.‬‬
‫همچنين چگونگي قرار گرفتن دستگاه ها و تجهيزات الزم نسبت به هم به عوامل مذكور بستگي دارد‪ .‬اسپري كردن مايع و تبخير‬
‫سريع رطوبت از قطرات اسپري باعث مي شود كه دماي محصول خشك شده به طور قابل توجهي از دماي هواي ورودي محفظه‬
‫خشككن كمتر باشد‪ ،‬بنابراين محص ول تحت تأثير دماهاي باال قرار نگرفته و به هنگام جدا شدن از هواي گرم هيچ گونه آسيب‬
‫حرارتي نميبيند‪ .‬خوراك از طريق يك مخزن و به وسيله پمپ و كمپرسور به دستگاه اتمايزر يا نازل دو سياله كه در باالي محفظه‬
‫خشك كن قرار دارد‪ ،‬منتقل ميشود و به قطرات ريز مايع تبديل ميگردد‪ .‬در محفظه خشككن اين قطرات در تماس با هواي داغ‬
‫قرار مي گيرند‪ .‬هوا با توجه به نوع محصول توسط هيتر‪ ،‬بخار يا مشعل‪ ،‬گرم شده و توسط يك فن به داخل محفظه فرستاده مي‬
‫شود‪ .‬تبخير سريع مايع (كه اغلب آب مي باشد) باعث مي شود كه خشك شدن به سرعت انجام گيرد‪ .‬پودر بعد از خروج از محفظه‬
‫خشك كن توسط سيستمهاي جداساز نظير سيكلون و يا فيلتر كيسهاي از هوا جدا ميشود‪ .‬جهت كنترل عملكرد خشككن و‬
‫توليد محصول مناسب‪ ،‬كنترل پارامترهايي نظير درجه حرارت هواي ورودي و خروجي‪ ،‬كنترل ميزان خوراك و درصد مواد جامد آن‬
‫ضروري است ]‪ .[2‬در اين آزمايش دو هدف زير دنبال ميشود‪:‬‬
‫‪ )1‬آشنايي كامل با كاركرد يك خشككن پاششي‪.‬‬
‫‪ )2‬بررسي پارامترهاي موثر در فرايند خشك كردن در خشككنهاي پاششي‪.‬‬
‫دستگاه مورد استفاده در اين آزمايش شامل اجزاي زير است‪:‬‬
‫‪-‬‬
‫محفظه اصلي خشككن‬
‫‪-‬‬
‫فن دستگاه‬
‫‪-‬‬
‫سيستم گرمايش‬
‫‪-‬‬
‫توزيع كننده و كانال انتقال هواي گرم‬
‫‪-‬‬
‫سيستم و پمپ خوراك‬
‫‪-‬‬
‫سيستم پاشش خوراك (اسپري كننده)‬
‫‪-‬‬
‫سيستم خنك كننده خشك كن‬
‫‪-‬‬
‫سيستم جداسازي پودر‬
‫‪-‬‬
‫صفحه نمايشگرلمسي همراه با نرم افزار تخصصي‬
‫‪9‬‬
‫آزمایشگاه عملیات واحد‬
‫‪-‬‬
‫خشک کن پاششی ‪SPRAY DRYER‬‬
‫دانشکده مهندسی شیمی و نفت‬
‫كمپرسور هوا به همراه كليه متعلقات‬
‫در ادامه به توضيح بيشتر هر يك از قسمتهاي فوق پرداخته ميشود كه در شكل ‪ ۶‬نيز نشان داده شدهاند‪.‬‬
‫شکل ‪ :6‬قسمت های مختلف خشک کن پاششی ]‪.[2‬‬
‫‪ )1‬محفظه اصلی خشککن‪ :‬محفظه خشك كن قسمتي از دستگاه است كه در آن تماس بين قطرات مايع و هواي داغ و در‬
‫نتيجه فرآيند خشك شدن صورت ميپذيرد و از دو قسمت استوانهاي و مخروطي‪ ،‬تشكيل شده است‪ .‬خوراك پس از خشك شدن از‬
‫انتهاي قسمت مخروطي و يا از قسمت ورودي به سيكلون از محفظه خارج ميشود‪ .‬جهت خنك كاري محفظه خشككن و كمك‬
‫به عدم چسبندگي محفظه از لولههاي مسي و آب استفاده شده است‪ .‬سيستم از طريق آب شهري تغذيه ميشود‪.‬‬
‫‪ )2‬سیستم گرمایش‪ :‬جهت گرم كردن هوا‪ ،‬از دو روش زير استفاده ميشود‪:‬‬
‫‪ )2-1‬روش مستقيم‪ :‬در اين روش هوا بصورت مستقيم با منبع گرمايش (مشعل يا المنت هاي برقي) در تماس است‪.‬‬
‫‪ ) 2-2‬روش غير مستقيم‪ :‬هوا بصورت غير مستقيم و توسط مبدل حرارتي‪ ،‬گرم ميشود‪ .‬در اين روش منبع حرارتي روغن داغ‪،‬‬
‫بخار‪ ،‬مشعل گازي يا گازوئيلي ميباشد‪ .‬بار حرارتي به دبي هوا‪ ،‬ظرفيت گرمايي آن و مقدار افزايش دما بستگي دارد و مقدار‬
‫بخار مصرفي با انجام موازنههاي جرم و انرژي محاسبه ميشود‪.‬‬
‫‪10‬‬
‫آزمایشگاه عملیات واحد‬
‫خشک کن پاششی ‪SPRAY DRYER‬‬
‫دانشکده مهندسی شیمی و نفت‬
‫در اين دستگاه ‪ ،‬هوا به صورت مستقيم با يك دسته المنت برقي در تماس بوده و گرم ميشود‪ .‬توان المنتهاي گرمايي ‪9‬‬
‫كي لووات بوده و يك فن در ابتداي كانال جهت افزايش راندمان سيستم گرمايش نصب شده است‪ .‬توان المنتها بوسيله نرم‬
‫افزار دستگاه و با وارد كردن ‪ set point‬قابل تغيير و تنظيم است‪.‬‬
‫‪ )3‬توزیع کننده و کانال انتقال هوای گرم‪ :‬در اين دستگاه براي تماس خوراك و هوا از روش همسو استفاده شده است‪.‬‬
‫‪ )4‬سیستم و پمپ خوراك‪ :‬سيستم خوراك دهي وظيفه انتقال خوراك به سيستم پاشش خوراك را به عهده دارد و شامل مخزن‬
‫خوراك‪ ،‬پمپ خوراك‪ ،‬لوله كشي و متعلقات ميباشد‪ .‬دبي پمپ به وسيله نرم افزار دستگاه قابل تنظيم ميباشد‪.‬‬
‫‪ )5‬سیستم پاشش خوراك(اسپری کننده)‪ :‬سيستم پاشش خوراك يا اسپري كننده‪ ،‬به عنوان قلب خشككن پاششي با تبديل‬
‫خوراك به قطرات ريز و ايجاد سطح وسيع تماس با هواي داغ‪ ،‬شرايط را جهت تبخير يكنواخت و سريع قطرات فراهم ميآورد‪.‬‬
‫هرچه قطرات يكنواختتر باشند‪ ،‬ضمن يكسان بودن زمان خشك شدن آنها‪ ،‬محصول از ذرات يكنواختتري برخوردار بوده و قابليت‬
‫بستهبندي و نگهداري طوالني مدت را داراست‪ .‬خشك شدن قطرات در چند ثانيه كه سبب جلوگيري از آسيب حرارتي محصول‬
‫ميشود‪ ،‬از مزاياي اين سيستم به شمار ميرود‪ .‬اين دستگاه شامل سيستم اسپري كننده نازل دو سياله ميباشد كه با ايجاد جريان‬
‫مغشوش در محفظه خود و شتاب دادن به مايع باعث تبديل آن به قطرات ريز ميشوند‪.‬‬
‫‪ )6‬سیستم جداسازی پودر‪ :‬بخشي از پودر حاصل از خشك شدن قطرات خوراك‪ ،‬همراه با هوا از محفظه خشككن خارج‬
‫ميشود‪ .‬به منظور جداسازي آن از هوا‪ ،‬در اين دستگاه از سيكلون و فيلتر كيسهاي استفاده شده است‪ .‬ذرات جامد پودر از انتهاي‬
‫سيكلون خارج مي شود و هوا از طريق كالهك بااليي سيكلون و توسط فن‪ ،‬مكش شده و به بيرون هدايت ميگردد‪ .‬از آنجا كه‬
‫راندمان سيكلونها‪ ،‬در بهترين شرايط بين ‪ 90‬تا ‪ 95‬درصد است‪ ،‬لذا خروج پودر از سيستم به علت مسائل زيست محيطي قابل‬
‫قبول نيست‪ .‬به همين دليل اين دستگاه شامل تعدادي كيسه از جنس الياف ميباشد كه مانع عبور پودر ميگردند‪ ،‬ولي هوا را از‬
‫خود عبور ميدهند‪.‬‬
‫‪ )7‬فن دستگاه‪ :‬به منظور تأمين هواي خشك كن از يك فن سانتريفيوژ استفاده شده است‪ .‬برخي از انواع فن‪ ،‬هوا را به درون‬
‫سيستم خشككن فرستاده كه به آنها فن دمنده گفته ميشود و معموالً در ابتداي سيستم تأمين هوا نصب ميشوند‪ .‬برخي ديگر از‬
‫انواع فن‪ ،‬هوا را از سيستم خارج ميكنند كه به آنها فن مكنده گفته ميشود و معموالً در انتهاي سيستم خشك كن پس از‬
‫سيكلونها نصب ميشوند‪ .‬فن مكنده هوا در اين دستگاه ‪ ،‬در انتهاي مسير هوا بعد از سيكلون قرار گرفته است و بوسيله آن هوا به‬
‫درون گرم كن هوا و نهايتاً محفظه خشككن مكيده ميشود‪ .‬دبي فن بوسيله نرم افزار دستگاه قابل تنظيم است‪.‬‬
‫‪11‬‬
‫آزمایشگاه عملیات واحد‬
‫خشک کن پاششی ‪SPRAY DRYER‬‬
‫دانشکده مهندسی شیمی و نفت‬
‫‪ )8‬کمپرسور هوا به همراه کلیه متعلقات‪ :‬در اتمايزرهاي نازلي از نوع نازل دو سياله‪ ،‬از هواي فشرده جهت ايجاد اغتشاش در‬
‫جريان خوراك و شتاب دادن به مايع و نهايتا تبديل مايع به قطرات ريز استفاده ميشود‪ .‬منبع تامين اين هواي فشرده يك يا‬
‫تعدادي كمپرسور هوا يا خط هواي فشرده ميباشد‪ .‬در اين خشك كن پاششي از يك دستگاه كمپرسور هوا استفاده شده است‪.‬‬
‫رگوالتور جهت تنظيم فشار كمپرسور بر روي استراكچر نصب شده است‪ .‬روشن و خاموش كردن كمپرسور نيز از طريق نرم افزار‬
‫امكان پذير است‪.‬‬
‫همچنين جهت كنترل بعضي از پارامترهاي فرايندي خشك كردن پودر‪ ،‬نرم افزار كنترلي طراحي شده است كه در شكل ‪ 7‬نشان‬
‫داده شده است‪ .‬نمايش و كنترل دماها ‪ ،‬تنظيم دبي فن و پمپ خوراك و كنترل توان الكتريكي مصرفي هيترها توسط اين مجموعه‬
‫كه در دستگاه فوق شامل يك صفحه نمايشگر لمسي و نرم افزار ميباشد‪ ،‬انجام ميشود‪ .‬دماي هواي ورودي و خروجي محفظه‬
‫خشك كن و همچنين دماي آب ورودي و خروجي سيستم خنك كننده در نرم افزار نشان داده ميشود‪ .‬دماي هواي ورودي مخزن‬
‫با استفاده از نرم افزار و در آيكون ‪ AIR HEATING SETPOINT‬قابل تنظيم است‪ .‬دبي فن سانتريفيوژ و فن خوراك بصورت‬
‫بازه درصدي تعريف شدهاند و پس از وارد كردن درصد دلخواه تنظيم ميشوند‪ .‬با استفاده از آيكون ‪،AIR COMPRESSOR‬‬
‫كمپرسور روشن يا خاموش ميشود ]‪.[2‬‬
‫شکل‪ :7‬نمایی از صفحه نرمافزار کنترل دستگاه ]‪.[2‬‬
‫‪12‬‬
‫آزمایشگاه عملیات واحد‬
‫خشک کن پاششی ‪SPRAY DRYER‬‬
‫دانشکده مهندسی شیمی و نفت‬
‫روش انجام آزمایش‪:‬‬
‫‪ )1‬از بسته بودن دريچه هاي خشككن مطمئن شويد‪ .‬همچنين از خشك بودن كانال انتقال پودر و سيكلون اطمينان حاصل‬
‫نماييد‪.‬‬
‫‪ )2‬از پر بودن مخزن خوراك و عدم گرفتگي در مسير عبور مايع و نازل اطمينان حاصل نماييد‪.‬‬
‫‪ )3‬ظروف شيشهاي مربوط به جمع آوري پودر را ابتدا در حالت خالي وزن كرده و سپس در انتهاي قسمت مخروطي محفظه‬
‫خشك كن و انتهاي سيكلون ببنديد‪.‬‬
‫‪ )4‬مقدار ‪ 250‬گرم نمك طعام را وزن كرده و آن را در ‪ 1‬ليتر آب مقطر حل كنيد‪ .‬محلول را از يك صافي عبور دهيد‪.‬‬
‫‪ )5‬جهت راهاندازي دستگاه بايد ابتدا با استفاده از نرم افزار كنترل دستگاه فن هواي ورودي را روي ‪ ٪100‬تنظيم و روشن‬
‫كنيد‪( .‬ماكزيمم دبي هواي ورودي ‪ 500 m3/hr‬ميباشد‪).‬‬
‫توجه‪ :‬قبل از روشن شدن هیتر‪ ،‬حتما ابتدا فن دستگاه روشن شود و حتما از کار کردن فن پشت هیتر‬
‫اطمینان حاصل کنید‪.‬‬
‫‪ )۶‬دماي محفظه را با استفاده از ‪ SET‬كردن دماي ورودي روي ‪ 1۶0‬درجه سانتي گراد در نرم افزار كنترل دستگاه تنظيم‬
‫كنيد‪ .‬به سيستم زمان دهيد تا به دماي تنظيم شده برسد‪( .‬توان هيتر ‪ 9‬كيلووات ميباشد‪).‬‬
‫توجه‪ :‬هرگز بخش هیتر دستگاه را لمس نکنید چون به علت حرارت باال ممکن است باعث ایجاد سوختگی‬
‫شود‪.‬‬
‫‪ )7‬كمپرسور را با باال كشيدن دكمه قرمز روي آن روشن كنيد و هنگامي كه فشار درون مخزن كمپرسور به ‪ 8 bar‬رسيد‬
‫شير خروجي هواي روي كمپرسور را باز كنيد‪ .‬توسط نرم افزار مسير هواي فشرده به محفظه دستگاه را باز كرده و شير‬
‫آبي رنگ تنظيم فشار هواي ورودي به دستگاه (كنار جعبه برق دستگاه ) را روي ‪ 2 bar‬تنظيم كنيد‪.‬‬
‫‪ )8‬پس از رسيدن دماي خشككن به دماي تنظيم شده و پس از چك كردن نازل و اطمينان از عدم گرفتگي آن‪ ،‬خوراك را‬
‫به درون مخزن پمپ كنيد‪ .‬دبي خوراك به وسيله كنترل دور پمپ در نرم افزار كنترل دستگاه قابل تنظيم ميباشد‪ .‬دور‬
‫پمپ را روي ‪ ٪35‬تنظيم كنيد (معادل دبي ‪ 18‬ميلي ليتر بر دقيقه)‪.‬‬
‫‪ )9‬زمان انجام آزمايش از لحظه شروع به كار پمپ خوراك تا وقتي كه محلول تمام شود را يادداشت كنيد و در طي اين‬
‫مدت دماي ورودي و خروجي هوا را يادداشت كنيد‪ .‬همچنين دبي هوا و دبي پمپ مايع را نيز يادداشت كنيد‪.‬‬
‫‪13‬‬
‫آزمایشگاه عملیات واحد‬
‫خشک کن پاششی ‪SPRAY DRYER‬‬
‫دانشکده مهندسی شیمی و نفت‬
‫‪ )10‬در هنگام اسپري شدن خوراك با استفاده از دريچههاي تعبيه شده روي بدنه دستگاه‪ ،‬عمل كرد نازل را مشاهده كنيد‪.‬‬
‫‪ )11‬مقدار رطوبت هواي آزمايشگاه را با استفاده از دستگاه رطوبت سنج (‪ )Psychometer‬اندازه بگيريد‪.‬‬
‫‪ )12‬پس از پايان آزمايش هيتر را خاموش كرده و اجازه دهيد ‪ 15‬دقيقه فن كار كرده تا دماي سيستم كاهش يابد‪ .‬همچنين‬
‫ظروف شيشهاي محصول را از دستگاه جدا كنيد‪.‬‬
‫‪ )13‬جهت شستشوي نازل در حالي كه هنوز فن و كمپرسور روشن است‪ ،‬آب مقطر را با دبي كم وارد مدار كرده و به سيستم‬
‫‪ 10‬دقيقه زمان ميدهيم تا داخل نازل از نمك پاك شود‪.‬‬
‫‪ )14‬ظرفهاي محصول را همراه نمك به دست آمده وزن كرده و مقدار معيني از محصول را به مدت نيم ساعت در اتوكالو با‬
‫درجه حرارت ‪ 100‬درجه سانتي گراد قرار دهيد تا ميزان رطوبت آن مشخص شود‪.‬‬
‫‪ )15‬در انتها پمپ خوراك‪ ،‬كمپرسور و فن را خاموش كرده و دريچه روي بدنه دستگاه را باز كرده و توسط شلنگ آب بدنه‬
‫دستگاه و نازل را شستشو كنيد‪ .‬مساله شستشو در اين دستگاه جهت افزايش طول عمر مفيد دستگاه‪ ،‬الزامي است‪.‬‬
‫گزارش‪:‬‬
‫‪ )1‬موازنه انرژي و مواد را براي نمك‪ ،‬هوا و آب به طور كامل برقرار سازيد‪.‬‬
‫‪ )2‬درصد نمك از دست رفته و درصد انرژي تلف شده را محاسبه كنيد‪.‬‬
‫‪ )3‬شرحي راجع به چگونگي ريز و درشت شدن ذرات به وجود آمده و عوامل موثر بر آنها بنويسيد‪.‬‬
‫‪ )4‬چگونه با كمك اتمايزر ميتوان اندازه ذرات خروجي را تعيين كرد؟‬
‫‪ )5‬براي بهتر كردن كاركرد دستگاه راهكاري پيشنهاد نماييد‪.‬‬
‫‪ )۶‬عالوه بر سه اتمايزري كه در متن ذكر شد تحقيق كنيد كه آيا روشهاي ديگري نيز براي اسپري كردن خوراك وجود‬
‫دارد يا خير‪.‬‬
‫منابع و مراجع‪:‬‬
‫‪[1] Unit Operations of Chemical Engineering; McCabe‬‬
‫‪[2] http://www.radmansanatco.com/home‬‬
‫‪14‬‬