Температура на входе и выходе распылительной сушилки: как задать их для вашего материала

При распылительной сушке температура на входе определяет, сколько тепла может подать процесс, а температура на выходе показывает, насколько сух порошок и до какой температуры нагрелся продукт. Управлять нужно именно температурой на выходе. Её задают расходом сырья, а температуру на входе выбирают так, чтобы дать сушилке достаточную производительность, не превышая допустимого для продукта.

Большинство проблем распылительной сушки, которые выглядят как «неправильная температура», на деле — несоответствие этих двух величин материалу. Липкий порошок, слишком влажный порошок, порошок, потерявший активность: у каждого есть температурное объяснение и своё решение. В этом руководстве объясняется, что делают температуры на входе и выходе, как они связаны, типичные диапазоны для разных материалов и пошаговый способ их настройки.

Краткий контекст: две температуры, две задачи

Температура на входе — это температура сушильного газа при входе в камеру. Она определяет тепло, доступное для испарения воды. Более высокая температура на входе означает большую испарительную мощность при том же расходе воздуха, поэтому меньшая или более дешёвая сушилка может выполнить ту же работу.

Температура на выходе — это температура газа при выходе из камеры, измеренная перед ступенью улавливания порошка. Она отражает тепло, оставшееся после испарения. При заданном расходе воздуха она растёт, когда вы подаёте меньше жидкости, и падает, когда подаёте больше.

Температура на выходе важнее потому, что это лучший практический индикатор сразу двух вещей: остаточной влажности порошка и температуры, которой достигли высушенные частицы. Задать её напрямую нельзя. Ею управляют косвенно: увеличьте расход сырья — температура на выходе упадёт, уменьшите — вырастет.

Полный механизм описан в статье как работает распылительная сушка.

Как связаны две температуры

Тепло, подаваемое для испарения воды, берётся из падения температуры газа между входом и выходом. Проще говоря, тепло, отнятое у газа, равно теплу, затраченному на испарение воды и нагрев сырья и продукта, плюс потери.

Отсюда три полезных практических правила:

1. 1.При фиксированной температуре на входе и расходе воздуха больший расход сырья снижает температуру на выходе, потому что больше воды требует больше тепла. Порошок выходит более влажным.
2. 2.При фиксированном расходе сырья более высокая температура на входе повышает температуру на выходе, и порошок выходит более сухим.
3. 3.Разница между входом и выходом — ваш рабочий тепловой бюджет. Очень малая разница означает, что сушилка недогружена и неэффективна. Очень большая — что вы сильно нагружаете сушилку и рискуете получить влажный порошок при любом изменении.

Капли не достигают температуры газа, пока ещё содержат воду. Испарение удерживает поверхность частицы около температуры мокрого термометра, которая намного ниже температуры на входе. Поэтому распылительная сушка справляется с термочувствительными материалами при температурах на входе 150 °C и выше. Опасность возникает в конце сушки, когда частица потеряла воду и может нагреваться к температуре на выходе.

Что каждая температура делает с продуктом

Структура частицы тоже реагирует. Быстрая сушка поверхности при очень высокой температуре на входе может образовать сухую оболочку, пока ядро ещё влажное, и частица может раздуться или треснуть. Для керамики это влияет на то, как гранулы разрушаются при прессовании; об этом мы говорим в статье распылительная сушка керамики.

Почему липкость зависит от температуры

Для сырья, богатого сахарами, экстрактов и многих пищевых продуктов определяющий фактор — температура стеклования высушенного материала. Ниже неё материал — жёсткое стекло и сыпучий. Выше поверхность размягчается и становится липкой. Температура стеклования падает по мере того, как порошок удерживает больше влаги, поэтому более влажная частица липнет при более низкой температуре.

Часто цитируемое практическое правило: налипание начинается при температуре примерно на 10–20 °C выше температуры стеклования порошка при его влажности. Это ориентир, а не гарантия, точная разница зависит от материала, поэтому проверяйте испытанием. Практический вывод прост: чтобы избежать налипания на стенки при липком сырье, либо снижают температуру, которой достигает частица, либо повышают её температуру стеклования носителем, например мальтодекстрином, либо охлаждают стенку. Наши руководства по распылительной сушке растительных экстрактов и по решению проблемы налипания на стенки углубляются в тему.

Типичные диапазоны температур

Таблица даёт отправные точки, а не рецепты. Каждая рецептура уникальна, и правильная настройка находится испытанием.

Значения SINOTHERMO взяты из наших данных по продукции для распылительных сушилок высокого давления, центробежных, для экстрактов и с замкнутой циркуляцией. Общие диапазоны для водного сырья — типичные отраслевые значения, их следует подтвердить для вашего материала.

Влажность порошка также зависит от продукта. Сушилки SINOTHERMO обычно дают порошок влажностью 3–8 процентов на моделях для экстрактов и с замкнутой циркуляцией, а у сушилки высокого давления указано менее 5 процентов, в некоторых случаях достижимо 0,5 процента.

Пошаговый способ настройки температуры

1. 1.Найдите предел продукта — установите температуру, при которой продукт разлагается, обесцвечивается или теряет активность, и температуру стеклования высушенного порошка, если материал аморфный. Это даёт верхний предел температуры на выходе.
2. 2.Задайте целевую влажность — определите максимальную остаточную влажность порошка для хранения и последующего использования. Это даёт нижний предел температуры на выходе.
3. 3.Выберите начальную температуру на входе — возьмите значение в середине диапазона сушилки, ниже, если сырьё чувствительное.
4. 4.Сначала работайте на малом расходе сырья — убедитесь, что распыление и расход воздуха стабильны.
5. 5.Увеличивайте расход, пока температура на выходе не достигнет цели — расход сырья, дающий вашу температуру на выходе, и есть производительность сушилки на вашем материале при этой температуре на входе.
6. 6.Измерьте порошок — проверьте влажность, размер частиц, насыпную плотность и тест качества, важный для вашего продукта.
7. 7.Меняйте по одной переменной — если порошок слишком влажный, уменьшите расход или повысьте вход. Если продукт повреждён, снизьте температуру на входе и примите меньший расход. Если частицы полые или треснувшие, снизьте температуру на входе или повысьте содержание твёрдого.
8. 8.Зафиксируйте результат — записывайте вход, выход, расход сырья, расход воздуха, настройки распылителя и свойства порошка, чтобы воспроизводить и масштабировать.

Типичные ошибки, которых следует избегать

Задавать температуру на входе на максимум, который допускает сушилка. Высокая температура на входе даёт производительность, а не качество. Выбирайте её по пределам продукта.

Управлять только по температуре на входе. Не следя за температурой на выходе, нельзя понять, влажный порошок или пересушен.

Игнорировать влажность окружающего воздуха. Влажный воздух на входе приносит воду в камеру и снижает производительность сушки. В влажном климате осушенный воздух может стабилизировать процесс.

Прямо использовать температуры лабораторной сушилки в промышленном масштабе. Размер камеры, время пребывания и распылитель меняются с масштабом. Рассматривайте лабораторные настройки как отправную точку и подтверждайте в пилотном масштабе. См. руководство по пилотной распылительной сушилке.

Забывать об этапе сбора. Порошок, покидающий камеру тёплым, может поглотить влагу в сборнике или упаковке. Охлаждайте и герметизируйте быстро.

Пропускать испытание. Температурные пределы зависят от вашей рецептуры и носителя. Пилотное испытание на вашем сырье даёт измеренные значения. Наша испытательная лаборатория проводит платные испытания и сообщает режимы работы, влажность и свойства порошка.

Заключение

Рассматривайте температуру на входе как выбор производительности и конструкции, а температуру на выходе — как управляющий параметр качества порошка. Найдите предел вашего продукта, задайте целевую влажность и расходом сырья поместите температуру на выходе между ними. Для липкого или термочувствительного сырья меняйте рецептуру или конструкцию сушилки, прежде чем менять температуру.

Следующий шаг: Запросить пилотное испытание на вашем сырье. Пилотные испытания — платная услуга, а отчёт даёт температуры на входе и выходе, расход сырья и свойства порошка для спецификации производственной сушилки.

Часто задаваемые вопросы

Какая температура на входе типична для распылительной сушки?

Зависит от материала и сушилки. Для обычного водного сырья распространены температуры на входе примерно от 150 до 250 °C. Распылительная сушилка высокого давления SINOTHERMO работает в диапазоне на входе от 150 до 350 °C, центробежная — от 150 до 500 °C, а сушилка для экстрактов использует 140–180 °C.

Какая температура на выходе типична?

Обычно около 70–100 °C для водного сырья. Температуру на выходе следует задавать по целевой влажности порошка и термическому пределу продукта. У центробежной серии LPG SINOTHERMO выход около 80–90 °C.

Как управлять температурой на выходе?

В основном расходом сырья. Увеличение расхода снижает температуру на выходе, уменьшение — повышает. Температура на входе и расход воздуха её тоже меняют.

Почему мой порошок липкий или слёживается?

Обычно потому, что частица достигла температуры выше точки налипания, пока ещё удерживала влагу, или потому, что высушенный порошок потом поглотил влагу. Снизьте температуру продукта, повысьте температуру стеклования носителем, используйте охлаждаемые стенки или осушенный воздух и быстро герметизируйте порошок.

Можно ли сушить термочувствительные продукты распылением при высокой температуре на входе?

Часто да, потому что испарение удерживает поверхность частицы около температуры мокрого термометра, пока она содержит воду. Риск связан с температурой на выходе и заключительной стадией сушки, поэтому контролируйте её тщательно и при необходимости используйте защитные носители.

Как узнать правильную температуру для моего продукта?

Проведите испытание. Пилотное испытание измеряет влажность, свойства частиц и качество продукта при нескольких сочетаниях температур на входе и выходе. Пилотные испытания — платная услуга, которую можно заказать через страницу контактов.