Püskürtmeli Kurutucu
PÜSKÜRTEREK KURUTMA PROSESİ (SPRAY DRYING)
Püskürterek kurutma işlemi sıvı örneklerin sıcak hava ortamına püskürtülmesi ve örneğin içerdiği suyun evaporasyonu sonucu ürünün toz halinde elde edilmesine dayanmaktadır. Püskürtülen örnek süspansiyon, emülsiyon veya solüsyon halinde olabilirken, elde edilen ürün partikül veya granül halindedir. Ürünün formu beslemenin fiziksel ve kimyasal özellikleri ile kurutucunun dizaynına ve operasyon şartlarına bağlı olarak değişir.
Püskürterek Kurutma Sisteminin Kullanım Alanları
Püskürterek kurutma metodu gıda, eczacılık ve kozmetik gibi birçok farklı alanda kullanılmaktadır. Gıda sanayinde daha çok kahve, kahve kreması, süt, çorba, bebek besinleri, tatlandırıcılar ve bazen de tozlaştırılmış peynir üretim alanlarında kullanılmaktadır. Günlük hayatta çok karşılaşılan deterjanlar, kozmetikler ve tablet haline getirilmiş ilaçların üretim prosesinde de püskürterek kurutma metodu kullanılmaktadır.
Püskürterek Kurutma Sistemlerinin Avantajları ve Dezavantajları
Püskürterek kurutma sistemleri, kurutucunun kapasitesi ve ürünün ısıya karşı hassasiyetinden bağımsız olarak mikron boyutunda ve düşük nem içeriğinde toz partiküller elde edilen tek kurutucu tipidir. Eczacılıktan, madenciliğe kadar geniş bir kullanım alanına sahip olması ve saatte 1-2 kilogramdan 100 tona kadar çalışılabilen besleme hızı nedeniyle püskürtmeli kurutucular günümüzde en yaygın kullanılan kurutucu tipi olmuştur. Ayrıca ürün kalitesinin homojen olması, tam otomatik olarak kontrol edilebilmesi ve ısıl dirence sahip her türlü ürün için uygulanabilir olması da püskürterek kurutma sistemlerinin avantajları arasındadır.
Bütün bu avantajlarının yanında püskürterek kurutma sistemlerinin bazı dezavantajları da vardır. Püskürterek kurutma sistemleri yüksek montaj maliyetine sahiptir. Endüstrideki diğer kurutuculara göre fiziksel olarak daha çok yer kapladığından fabrikasyonun zorlaşır. Kurutucular tek başlarına ele alındığında bu sistemler yüksek verimli değildirler.
Püskürtmeli kurutucunun ana parçaları
Atomizer : Spray kurutucuların kalbi sayılan ana parçasıdır. Kurutulacak sıvıyı püskürtme odası içerisine püskürten ana parçadır.
Rotary atomizer: döner bir başlıkla sıvıyı püskürtür
Nozul atomizer: basınçlı bir pompa vasıtası ile sıvı nozuldan kurutma odasına püskürtülür.
Kurutma odası: Sıvının püskürtülerek kurutulduğu yalıtımlı odacıktır.
Siklonlar: Kurutma odasından kaçan toz parçacıklarını yakalayan parçalardır.
Hava dağıtıcısı: Kurutma odasına giren sıcak havayı döndürerek kurutmanın daha verimli olmasını sağlayan ana parçadır.
Bloverlar: kurutma odasına giren ve çıkan havayı basan fanladır.
İç Fluidbed : Kuruyan malzemenin nemini çıkıştan önce son kez alan elekli kurutma bölümüdür.
Proses Basamakları
Püskürterek kurutma sistemlerinde kurutma 4 basamakta yürütülür:
• Püskürtücüye giren beslemenin püskürtülmesi (atomizasyon)
• Püskürtülen beslemenin sıcak hava ile teması
• Püskürtülen beslemenin kuruması
• Kurutulmuş ürünün havadan ayrılması
Atomizasyondan sonra püskürtülen numunenin homojenliği ve yüksek hızda neminbuharlaşması; paralel akımlı sistemlerde kuru ürünün sıcaklığının hazneyi terk eden havanın çıkış sıcaklığından düşük olmasına imkan sağlar. Böylece ürün yüksek sıcaklıkla karşı karşıya kalmaz, havada ayrılırken herhangi bir ısı kaybı olmaz.
Kurutma işlemi sırasında çözelti atomizerler tarafından sıcak havanıniçerisine küçükdamlacıklar oluşturacak şekilde püskürtülür. Çözelti kurutma çemberinin üst tarafından radyal olaraksıcak havada ilerler. Nem hızlıca damlacıklardan buharlaşarak ayrılır. Soğuyan hava vakum fanları yardımıyla silindirik bölgenin altından dışarı boşaltılır. Hava boşaltılmadan önce siklon ayırıcıdan geçerek katıdan kalan parçaların dışarı atılması önlenir.Katı parçalar ise rotary fanla siklonlara gönderilir.
Örneğin Püskürtücü İçinde Atomizasyonu
Atomizasyonun gerçekleşmesi ve atomize olmuş beslemenin havayla teması püskürtmeli kurutma işleminin karakteristik özellikleridir. Atomizerin seçimi ve uygun şartlarda çalıştırılması en iyi kalitede ve ekonomik ürün sağlamak açısından çok önemlidir. Atomizasyonun gerçekleştiği basamak istenen özelliklere sahip kuru ürünü elde edebilmek için optimum buharlaştırma koşullarını sağlamalıdır. Püskürtme işlemi nozzle ve rotary tipinde enjektörler kullanılarak yapılır.
Atomizer Seçimi
Atomizer seçimi beslemenin özelliklerine ve kuru ürünün istenilen özelliklerine bağlıdır. Tüm atomizer tiplerinde, sıvı atomizasyonuarttıkça püskürtülen damlanın boyutu küçülür. Gerekli enerji sabit tutulup besleme hızı arttırıldığında ise boyut büyür. Beslemenin viskozitesi ve yüzey gerilimi büyükse, aynı enerjiyle daha büyük damlalar elde edilebilir. Daha küçükve orta boyutta partiküllü ürün için rotary atomizer kullanılırken daha büyük, kaba parçacıklı ürün için nozzleatomizer tercih edilir. Püskürtmeli kurutucularda gaz ve çözelti akışı aynı yönlü, zıt yönlü ve karışık olarakgerçekleşebilir.Tüm durumlarda havanın hareketi hızı ve buharlaşmayı belirler.
Kuruma Modeli
Çözelti atomizerde çok küçük damlacıklar haline getirildiktensonra kurutma çemberine püskürtülür. Bu damlacıklar sıcak hava ile temas ettiğinde damlacık yüzeyinde bir doygun buhar filmi oluşur ve buharlaşma başlar. Damlacığın yüzeyindeki sıcaklık, sıcak havanın ıslak
termometre sıcaklığına eşittir.
Buharlaşma iki aşamada gerçekleşir. İlk aşamada damlacığın içinde yüzeydeki nem kaybını karşılayacak kadar nem bulunur. Dolayısıyla buharlaşma devam ederken yüzeydeki doygunluk şartlarını korumak amacıyla nem damlacığın içinden yüzeye doğru difüze olur. Bu esnada buharlaşma hızı sabittir. Bu aşama buharlaşmanın ilk basamağı olarak bilinir.
İlk aşamadan sonra damlacığın içindeki nem, yüzeydeki nem kaybını karşılayamaz duruma gelir. Bundan dolayı damlacığın yüzeyinde bir kabuk oluşmaya başlar. Kabuğun kalınlığızamanla artar ve evaporasyon hızı düşmeye başlar.
Kabuk oluşumunda sonra her madde kendine özgü buharlaşma karakteristiğine göre farklı kuruma eğrilerine sahiptir. Örneğin kuruma sonucunda küresel veya şekilsiz parçacıklar oluşabilir.
Kurutma Prosesi için Sistem Değişkenleri
Besleme özellikleri
Beslemenin viskozitesinin ya da katı yüzdesinin arttırılması ve besleme sıcaklığının düşürülmesi düzensiz bir atomizasyona neden olmaktadır. Yüzey gerilimin operasyona önemli bir etkisi yoktur. Beslemedeki katı miktarı artarsa buharlaşma karakteristikleri bundan etkilenir ve oluşan partiküllerin yoğunluğu artar.
Besleme hızı
Besleme hızının arttırılması daha düzensiz ve kaba damlacıklar ve nemli ürün elde edilmesine neden olurken ürün kalitesi de düşük olmaktadır.
Hava akış hızı
Hava akış hızı arttırılırsa partikülün sıcak hava içerisinde kalış süresi kısaldığından kuruyan ürünün içindeki nem yüzdesi yüksek kalır. Akış hızı düşürüldüğünde ise sıcak havaya maruz kalma süresi artacağından elde edilen ürünün nemyüzdesi daha düşük olur.
Kurutma sıcaklıkları
Giriş sıcaklıkları (inlet) arttırıldığında kurutucunun buharlaştırma kapasitesi artar ve kurutulan partiküllerin yoğunluğu azaldığında daha gözenekli bir yapı elde edilir. Çıkış sıcaklığının (outlet) yükseltilmesi ürünün nem içeriğinin daha düşük olmasına yol açar. Çıkış sıcaklığının düşürülmesi ise kurutmanın eksik ya da hiç olmamasına yol açar; bu nedenle dikkatle seçilecek bir çıkış sıcaklığı aralığında çalışılmalıdır.