|
Spray dryer ทำงานอย่างไร
เครื่องทำแห้งแบบพ่นฝอย
การถนอมอาหารในรูปผงแห้งเช่น มะนาวผง นมผง สมุนไพรผง สามารถยืดอายุของสินค้าให้เก็บรักษาไวได้นานขึ้น เทคในโลยี Spray dryer จึงมีส่วนสำคัญในการผลิตสินค้าผงแห้งหลากหลายชนิด
กระบวนการของ spray dryer เริ่มจาก อากาศจะถูกดูดผ่าน filter และผ่านตัวให้ความร้อนจากนั้นจึงเข้าสู่ห้องอบแห้ง (drying chamber) ส่วนวัตถุดิบที่ใช้ spray (feed) ควรมีลักษณะเหลวจากนั้นสารละลายของเหลวจะถูกดูดโดยปั๊มผ่านอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดละอองฝอยภายในห้องอบและจุดสัมผัสกับอากาศร้อนทำให้เกิดการระเหยของน้ำอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิกระเปาะเปียกเล็กน้อย จะได้ผงผลิตภัณฑ์ที่ตกลงสู่ด้านล่างของ drying chamber และผงบางส่วนที่หลุดมากับอากาศจะถูกแยกโดยใช้ cyclone จนได้ ผลิตภัณฑ์สุดท้ายในกระบวนการอบด้วย spray dryer นั้นประกอบด้วย 4 กระบวนการ คือ
1. การทำให้ feed กระจายตัวเป็นละออง (Atomization of feed)
กระบวนนี้ทำให้ feed เป็นละอองโดยใช้ atomizer ซึ่งถือว่าเป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดของ spray dryer โดยลักษณะของ atomizer มี 3 ชนิด คือ
1.1 Rotary Atomizer
atomizer ชนิดนี้ feed จะไหลลงบนจานหมุน ซึ่งใกล้กับจุดศูนย์กลางโดยจานหมุนจะมีความ
เร็วรอบสูงประมาณ 5,000-10,000 รอบต่อนาที และ feed จะถูกเหวี่ยงออกด้านข้างกระจายเป็นละอองโดยขนาดเฉลี่ย 30-120 mm ซึ่งขนาดเฉลี่ยนี้จะแปรผันโดยตรงกับอัตราการไหลของ feed ความหนืดและแปรผกผันกับอัตราการหมุนและเส้นผ่านศูนย์กลางของจานหมุน
1.2 Pressure Nozzles
วิธีนี้ feed จะไหลผ่าน orifice ภายใต้ ความดันสูง ทำให้ของเหลวที่ออกมาจากหัวฉีดเป็นฝอย
โดยไม่ใช้อากาศ อนุภาคที่ได้จะมีขนาดเฉลี่ย 120-250 mm โดยขนาดอนุภาคจะแปรผันโดยตรงกับอัตราการไหลของ feed ความหนืด และแปรผกผันกับความดัน
1.3 Two-fluid Nozzle (Pneumatic Nozzle)
อุปกรณ์ชนิดนี้ feed และอากาศจะไหลผ่านหัวของ nozzle ซึ่งจะทำให้ feed แตกเป็นละอองฝอยเนื่องจากการไหลผ่านของอากาศด้วยความเร็วสูงภายใน nozzle การปรับอัตราการไหลของอากาศ จะช่วยในการกระจายเป็นละอองของ feed วิธีนี้นิยมใช้กับ feed ที่มีความหนืดสูง อย่างไรก็ตามวิธีนี้ มีค่าดำเนินการที่สูงและให้ผลผลิตที่ต่ำ
2. การสัมผัสของละอองฝอยกับอากาศ โดยพิจารณาจากตำแหน่งของ atomizer กับอากาศแห้ง
ขาเข้าโดยจะแบ่งเป็น
-การไหลผ่านทางเดียวกัน (co-current flow)
-การไหลผ่านสวนทางกัน (counter-current flow)
-การไหลผ่านแบบผสม (mixed flow)
3. การระเหยของละอองฝอย
เมื่อละอองสัมผัสกับอากาศแห้งร้อน จะเกิดการระเหยชั้นไออิ่มตัวบริเวณผิวของละอองอย่าง
รวดเร็ว โดยจะมีอุณหภูมิที่ผิวละอองที่อุณหภูมิกระเปาะเปียกของอุณหภูมิอากาศแห้งจะแพร่สู่ผิวหนัง
ซึ่งอยู่ในสภาวะอิ่มตัว ช่วงนี้จึงเป็นช่วงที่อัตราระเหยคงที่ จนกระทั่งความชื้นต่ำไม่มีการแพร่สู่ผิวหน้า
ทำให้เกิดชั้นแห้งหนาขึ้นตามเวลา ช่วงนี้อัตราการระเหยจะลดลง
4. ขั้นตอนการแยกผลิตภัณฑ์แห้งจากอากาศ
การแยกผลิตภัณฑ์ที่ได้จากอากาศนั้น โดยทั่วไปนิยมใช้ cyclone เป็นตัวเก็บผลผลิตภัณฑ์ที่ตกลงสู่ด้านล่างอง cyclone ส่วนลมที่ออกจากด้านบนของ cyclone จะผ่านไปยังตัวเก็บขั้นสุดท้ายทั้งนี้อาจเป็น wet scrubber หรือ bag filter หรือ electrostatic precipitator ซึ่งขึ้นอยู่กับปริมาณผง ที่มีและประสิทธิภาพการนำกลับมา
การปรับเปลี่ยนตัวแปรทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ตามต้องการ โดยตัวแปรเหล่านั้น คือ
1. ลักษณะของ feed โดยถ้า feed มีความหนืดสูง (หรือผลจากการลดลงของอุณหภูมิของ feed) ทำให้ได้ละอองที่มีขนาดใหญ่ขึ้นที่สภาวะของ atomizer เดียวกัน (ถ้ามีความหนืดมาก จะทำให้ มีลักษณะคล้ายเส้นด้าย) 2. อัตราการไหลของ feed โดยที่ถ้าอัตราการไหลของ feed สูงขึ้นทำให้ได้ละอองที่หยาบขึ้น
3. อัตราไหลของอากาศที่ลดลงทำให้เวลา ที่ละอองอยู่ใน drying chamber นานขึ้นและจะสัมผัสกับอากาศร้อนนาน จึงมีการนำความชื้นออก ได้มากขึ้น
4. อุณหภูมิอากาศขาเข้า การเพิ่มอุณหภูมิ ขาเข้าทำให้เพิ่มประสิทธิภาพในการระเหย และทำให้ bulk density ลดลง เนื่องจากเกิดความพรุนและ มีการแตกหักของผลิตภัณฑ์อุณหภูมิอากาศขาออก การปรับอัตราไหลของ feed มีผลต่ออุณหภูมิขาออก ถ้าอัตราการไหลของ feed
สูงขึ้นทำให้อุณหภูมิขาออกลดลง และ จะทำให้ผลิตภัณฑ์มีความชื้นสูง จะเกาะอยู่บริเวณผนังของ drying chamber ได้ข้อมูลจาก สุเมธ บุญเกิด วิจัยอุตสาหกรรมเภสัชและผลิตภัณฑ์ธรรมชาติhttp://www.gpo.or.th/rdi/htmls/spray.html
|
|
