Procesparameters van spraydrogen

1. Spraydrogingsbewerking

Industriële fabrieken die een spraydryer gebruiken, moeten deze optimaliseren om het beste economische rendement uit hun investering te halen. Optimalisatie betekent het bereiken van de maximale doorvoer van gedroogd product, binnen de gestelde doelen voor vochtgehalte en algemene kwaliteit – geen verbrande deeltjes, geen degradatie, goede reconstitutie, enz.

Deze pagina heeft als doel de belangrijkste procesparameters te beschrijven die op een spraydryer kunnen worden aangepast en hun effect op de procesoutput en productkwaliteit. Er wordt specifiek gefocust op cocurrent-stroom-spray drogen, maar de meeste conclusies zijn ook toepasbaar op andere typen droogkamers.

2. Regulerende parameters en afhankelijkheden

Bij het bedienen van een spraydryer kunnen de volgende parameters worden aangepast:

- Droge luchtstroom

- Luchtvochtigheid bij uitlaatcondities

- Productinlaattemperatuur

- Sprayluchtstroom, in het geval van een pneumatische spuitmond

- Productinvoerdebiet

- Productinvoerconcentratie

Deze parameters zullen de volgende eigenschappen beïnvloeden:

- Uitlaattemperatuur van product en lucht (vergelijkbaar bij cocurrent spraydrogen)

- Deeltjesgrootte

- Uitlaatvochtgehalte van het product

- Opbrengst

3. Impact van droogparameters

Verhoging van de droogluchtstroom	Uitlaatvochtgehalte van het product neemt toe (minder verblijftijd, dus minder wateruitwisseling van het product naar de lucht) Uitlaatluchttemperatuur stijgt Kan de opbrengst verhogen door betere scheiding in cyclonen
Droogluchtvochtigheid bij uitlaat neemt toe	Het vochtgehalte van het product bij de uitlaat van de droger neemt toe
Verhoging van de drooglucht-inlaattemperatuur	De hogere luchttemperatuur zou moeten leiden tot een droger product met minder vocht bij de uitlaat van de droger. Men moet echter oppassen het product niet te oververhitten en te beschadigen. De output van de droger zou moeten toenemen.
Verhoging van de producttoevoersnelheid	Het verhogen van de toevoer zou de drogeroutput moeten verhogen, maar bij gelijkblijvende andere parameters resulteert dit in een vochtiger product.
Verhoging van de producttoevoerconcentratie	Door de toevoerconcentratie te verhogen, zullen de viscositeit en dus de spuitdruk van de toevoer waarschijnlijk toenemen. De opbrengst van de toren neemt toe. Het uitlaatvochtgehalte van het product kan afnemen als de viscositeit niet te veel is toegenomen.

Dit zijn de algemene effecten die verwacht worden bij het aanpassen van één parameter tegelijk. Daarnaast moeten enkele voorzorgsmaatregelen worden genomen bij het bedienen van een spraydryer of het wijzigen van parameters:

- De droogluchttemperatuur mag de glasovergangstemperatuur van het te drogen product niet overschrijden om te voorkomen dat het product verzacht en aan de droogkamer blijft plakken.

- De verblijftijd moet worden aangepast aan de grootte van de te drogen deeltjes. Kleine deeltjes vereisen een kortere verblijftijd.

Het droogeffect in de droogkamer is gebaseerd op het intieme contact tussen de drooglucht en het te drogen product. Gedurende de ontwikkeling van spraydrogen hebben onderzoekers en industriële partijen verschillende manieren ontwikkeld om de drooglucht en het materiaal met elkaar in contact te brengen, wat heeft geleid tot de commercialisering van drie typen droogkamers:

- Cocurrent-stroming

- Tegenstroom

- Gemengde stroming

Deze pagina legt elk concept uit en beschrijft de voor- en nadelen van elke oplossing.

2. Cocurrent-stroom spraydrogen – definitie en voor- en nadelen

Bij cocurrent-stroming worden het product en de drooglucht op dezelfde plaats in de droogkamer geïntroduceerd, meestal aan de bovenkant van verticale droogkamers. Dit betekent dat de heetste lucht als eerste in contact komt met het te drogen product.^st.

Dit zorgt voor een zeer snelle droging in het eerste deel van de spraydrogertoren, maar^st part of the spray drying tower but, aangezien het materiaal na atomisatie verzadigd is met water, moet worden opgemerkt dat de temperatuur ervan min of meer constant blijft, gelijk aan de natte-boltemperatuur van de drooglucht. Dit is een zeer interessante eigenschap, omdat het het materiaal beschermt tegen oververhitting. Dit is zeer nuttig voor thermisch gevoelige materialen.

De luchttemperatuur daalt na het eerste contact met het materiaal en de lucht voert de deeltjes mee terwijl ze drogen. Omdat de luchttemperatuur is gedaald en de vochtigheid is toegenomen, is de droogefficiëntie lager wanneer de deeltjes en de lucht de kamer verlaten. Omdat de lucht het materiaal pneumatisch transporteert in de kamer, is de verblijftijd meestal zeer kort.

Voordelen	Nadelen
Het te drogen materiaal is beschermd tegen oververhitting	Hoger restvochtgehalte, wat mogelijk een tweede droogfase vereist
Korte verblijftijd
Het materiaal wordt pneumatisch getransporteerd door de drooglucht

3. Tegenstroom-spraydrogen – definitie en voor- en nadelen

Bij tegenstroom-spraydrogen worden het te drogen materiaal en de lucht op tegenovergestelde locaties in de droogkamer geïnjecteerd – meestal het materiaal aan de bovenkant van de kamer en de lucht aan de onderkant – wat betekent dat de droge lucht als eerste in contact komt met de reeds gedroogde deeltjes. In principe maakt deze werkwijze een betere droging mogelijk, omdat de drijvende kracht tussen de droge lucht en het vochtige deeltje altijd maximaal is.^st the particles which have been dried. In principle this way of operation allows to dry more as the driving force in between the dry air and the humid particle is always maximal.

Naarmate de gedroogde deeltjes in contact komen met de hetere lucht, stijgt hun temperatuur en nadert deze het niveau van de inlaattemperatuur van de droge lucht. Ze worden niet beschermd door het vrije water dat verdampt, zoals bij stroomtegendroging, wat kan leiden tot oververhitting en degradatie van het materiaal. Deze droogmethode is daarom alleen geschikt voor hittebestendige producten.

Voordelen	Nadelen
Het te drogen materiaal is beschermd tegen oververhitting	Mogelijke oververhitting en degradatie van het product
Langere verblijftijd dan bij gelijkstroom-spuitdroging	Grotere hoeveelheid fijnstof dat door de lucht wordt meegevoerd en teruggewonnen moet worden

4. Gemengdstroom-spuitdroging – definitie, voor- en nadelen

Gemengdstroom-spuitdroging combineert de 2 eerder besproken technieken. De hete lucht wordt bovenaan de droogtoren ingevoerd, terwijl de vloeistof in het onderste deel van de kamer wordt geïnjecteerd, met de verstuiving gericht omhoog. Dit betekent dat de deeltjes eerst tegenstroom bewegen en vervolgens, wanneer ze door het gas worden meegevoerd, meegevoerd worden in gelijkstroom.

De verstuiving vindt plaats in reeds afgekoelde lucht, wat resulteert in een lagere droogsnelheid en een dichter product. Er moet voorzichtigheid worden betracht om het product niet te beschadigen, aangezien de gedeeltelijk gedroogde deeltjes in contact komen met hetere lucht bovenaan de kamer.