اسپر درایر
تعریف سیستم اسپری درایینگ
اسپری درایر یک نوع خشک کن مواد می باشد که برای تهیه گرانول ها و یا ذرات ریز، توسط اسپری کردن مواد و مجاورت آن ها با یک عامل گازی شکل داغ عمل می کند.
پروسه اسپری درایینگ در مراحل زیر، می تواند خلاصه شود:
الف: اسپری کردن مواد (به صورت دوغاب، محلول، خمیر یا سوسپانسیون) برای تبدیل شدن به قطرات یا ذرات ریز.
ب: قرار گرفتن مواد اسپری شده در مجاورت یک گاز داغ (معمولا هوا یا بخار آب) جهت خشک شدن مواد.
موادی که باید خشک شوند توسط وسایل اتمیزه کننده به صورت ذرات ریز و بسیار کوچک در می آیند. در حالتی که مواد به صورت دوغاب، محلول، خمیر یا سوسپانسیون می باشند، با روش هایی که بعدا توضیح داده خواهد شد به اندازه های کوچک تبدیل شده تا سطح تماس آن ها با عامل خشک کردن، افزایش یابد.
پس از کاهش اندازه ذرات مواد، این ذرات در داخل جریانی از یک گاز داغ که عمدتا هوا می باشد قرار می گیرد. ذرات پس از قرار گرفتن در معرض گاز داغ، سریعا خشک شده و در انتهای دستگاه اسپری درایر جمع می شود و سپس برای استفاده های بعدی از سیستم خارج می گردد.
موارد کاربرد سیستم اسپری درایینگ
اسپری درایرها برای خشک کردن محدوده وسیعی از انواع مواد، به کار می روند که فهرست وار به آن ها اشاره می شود:
الف: خشک کردن و گرانوله کردن مواد سرامیکی قابل اسپری.
ب: خشک کردن و گرانوله کردن سوسپانسیون های انواع الیاف و ترکیبات شیمیایی.
این دو کاربرد اسپری درایر برای ساخت محصولات زیر مورد توجه هستند:
1- تهیه بدنه های کاشی دیوار و کاشی کف
2- تهیه رسی ها و کائولین ها
3- پرسلان های الکتریکی
4- بدنه های ظروف غذا خوری
5- تهیه رنگ ها و لعاب ها
6- تهیه بدنه های سرامیک ویژه و سرامیک های اکسیدی
7- تهیه فریت ها و سوسپانسیون های کربن و گرافیت
8- استاتیت و سیلیکات زیرکونیم
9- آلومینا و مخلوط های شیشه
10- پاک کننده ها و موارد مشابه
11- مواد داروئی، محصولات غذایی مانند شید، تخم مرغ و قهوه.
اجزای اسپری درایر
چون پروسه اسپری درایینگ از دو مرحله اسپری کردن مواد و قرار گرفتن آن ها در مجاورت یک گاز داغ تشکیل شده است؛ لذا اجزای این سیستم باید مراحل فوق الذکر را بتوانند به مرحله اجرا درآورند. این اجزا را چنین می توان بر شمرد:
الف: اجزای تغذیه مواد؛ شامل: پمپ های تغذیه.
ب: اجزای اسپری کردن مواد: شامل: نازل های اتمیزه کننده یا پخش کننده ها و دیسک های گریز از مرکز.
ج: اجزای ایجاد گرما و حرارت برای تهیه گازهای داغ: شامل: مشعل، مبدل های حرارتی، فن ها.
د: سیستم های لوله کشی، انتقال مواد و گازهای داغ و انواع شیرها.
ه: سیستم های کنترل و اندازه گیری دما، میزان ورود گازهای داغ، ولتاژ و جریان الکتریکی.
و: محفظه خشک کردن: شامل: بدنه اصلی (به شکل استوانه) با انتهای مخروطی شکل.
ز: سیستم جمع کردن و جدا سازی گرد و غبار از هوای خروجی؛ شامل: سیکلون ها و باطری های جدا کننده
روش کار اسپری درایر
الف: تغذیه مواد:Feeding of Material
برای خشک شدن مواد، ابتدا باید این مواد به محفظه خشک شدن وارد گردند. نکات حائز اهمیت در تغذیه مواد را می توان به شرح زیر بیان نمود:
1- بالا بودن ویسکوزیته (لزجت یا گرانروی) دوغاب مواد.
2- به تبع بالا بودن ویسکوزیته دوغاب، جرم حجمی آن ها نیز بالا می باشد.
با توجه به موارد ذکر شده، دوغاب باید توسط پمپ هایی وارد محفظه شود. بدیهی است که انرژی لازم جهت پمپاژ دوغاب، بالا بوده، بنابراین باید از پمپ های با توان بالا استفاده کرد.
ب: اسپری مواد: Sprying of Material
چنانچه از نام سیستم اسپری درایینگ پیداست، اساس کار این سیستم، بر اسپری مواد دوغابی شکل استوار است. علت استفاده از سیستم اسپری کردن دوغاب، به این دلیل است که بدنبال اسپری کردن مواد دوغابی شکل، ذرات این مواد به اندازه های کوچکتر تبدیل شده که با تبدیل این ذرات به ذرات کوچکتر، سطح تماس آن ها افزایش می یابد. این افزایش سطح، منجر به بالا رفتن میزان انتقال حرارت شده و در واحد زمان، مقدار زیادتری دوغاب، خشک می شود. چون قطر و ضخامت ذرات کم می باشد، عمق و مرکز ذرات نیز به همان میزان سطح ذرات خشک خواهند شد. در نتیجه با عمل اسپری کردن و تبدیل مواد به ذرات کوچکتر، سه فائده حاصل می گردد:
1- بالا رفتن سرعت خشک شدن
2- یکنواختی در خشک شدن
3- بالا بودن کیفیت خشک شدن که نتیجه آن کاهش ضایعات، نسبت به سایر روش های خشک شدن محصولات سرامیکی می باشد.
تجهیزاتی که اسپری کردن مواد را به عهده دارند: نازل ها، پخش کننده ها یا دیسک های گریز از مرکز می باشند. این تجهیزات که عمل اتمیزه کردن مواد را انجام می دهند، باید نکات زیر را در مورد آن ها، مد نظر قرار داد:
1- تبدیل کردن ذرات دوغاب به ذرات با اندازه های مطلوب .
به طوری که اگر دهانه نازل و سوراخ های پخش کننده ها و دیسک های گریز از مرکز، از حد مجاز بزرگتر شده باشند، اندازه ذرات بدست آمده از حد مطلوب بزرگتز خواهد بود و بالعکس اگر دهانه و سوراخ ها بیش از حد مجاز کوچک باشند، گرفتگی و سایش غیر معمول آن ها مطرح خواهد بود.
2- انتخاب مناسب جنس دهانه نازل، جهت کاهش سایش در مقابل عبور مواد.
مواد تشکیل دهنده دوغاب با سختی بالا، به هنگام عبور، باعث سایش دهانه نازل و سوراخ ها خواهد شد. لذا باید جنس نازل ها و سوراخ ها و دهانه آن ها طوری باشد که سایش به حداقل مقدار ممکن خود برسد، تا در تداوم کار اسپری درایر توفقی پیش نیاید.
3- کنترل اندازه ذرات دوغاب، جهت جلوگیری از انسداد دهانه نازل.
در صورتی که ذرات خارج از حد مجاز، وارد سیستم تغذیه سیستم اتمیزه کننده مواد شده باشند، انسداد دهانه نازل و سوراخ های پخش کننده و دیسک های دوار به وقوع می پیوندد. لذا باید قبل از ورود دوغاب به سیستم های تغذیه و اتمیزه کننده باید آن ها از الک های مخصوص عبور داده شوند.
4- جلوگیری از برخورد مواد به جداره محفظه خشک کن از دو جهت حائز اهمیت است:
الف: به علت برخورد، انتقال حرارت صورت می گیرد و دمای ذرات، افت پیدا می کند.
ب: به علت برخورد، سایش در جداره ایجاد می شود.
لذا برای جلوگیری از برخورد مواد اسپری شده به جداره محفظه خشک کن، باید نحوه استقرار نازل ها و هم چنین پخش کننده ها و دیسک های گریز از مرکز طوری باشد که منظور فوق را برآورده سازد.
5- ایجاد فضای کافی جهت برخورد دوغاب اسپری شده و گازهای داغ.
جهت ایجاد پروسه خشک کردن سریع و نیز خشک شدن ذرات دوغاب اسپری شده، قبل از رسیدن ذرات به انتهای محفظه خشک کن، باید ذرات به طور کامل خشک شوند، تا کیفیت محصول نهایی از نظر خشک شدن، مطلوب و مورد نظر باشد. بنابراین استقرار وسایل اتمیزه کننده در برآوردن چنین منظوری باید به طور مناسب انجام گیرد.
برخورد مواد با گازهای داغ: Contact of Hot Gas & Materials
جهت خشک کردن دوغاب، باید آن را با یک عامل گرم و داغ در تماس قرار داد. نتیجه تماس دوغاب با گازهای داغ، خشک شدن دوغاب و انتقال رطوبت به گاز می باشد. نحوه برخورد دوغاب و گازهای داغ طوری است که ذرات اسپری شده در داخل گازهای داغ، متفرق و پراکنده می شوند. در این برخورد مسائلی پیش می آید که به آن ها می پردازیم:
1- مقداری از ذرات ریز که به گرد مواد سرامیکی موسومند، همراه با گازهای داغ به بیرون از محفظه خشک کن منتقل می شوند. به علت دارا بودن بعضی از ویژگی های مطلوب گردها، باید آن ها مجددا به کار گرفته شوند.
2- رطوبت همراه گازهای داغ به بیرون سیستم تخلیه می شود. در این حالت، خوردگی حاصل از تخلیه رطوبت، سیستم های انتقال گاز خروجی را تهیدید می کند.
در برخی از اسپری درایر ها، اساس کار سیرکولاسیون صحیح گازهای داغ، بر ایجاد جریان یک طرفه یا جریان متقاطع مبتنی می باشد.
باید توجه داشت که در برخورد مواد باگازهای داغ، حتما از قرار گرفتن مواد در معرض حرارت زیاد باید خودداری شود.
د: ته نشین شدن ذرات خشک شده در ته محفظه خشک کن.
پس از آنکه دوغاب اسپری شده با گازهای داغ برخورد نموده و خشک شد، ذرات به صورت گرانول های سرامیکی در ته محفظه جای می گیرد و بعد از آنکه به مقدار معینی رسید، توسط شیرهای مخصوص، از داخل محفظه تخلیه می گردد.
محصولات آماده تخلیه می تواند یا در سیلوهای مخصوص ذخیره سازی برای طی کردن مراحل بعدی ذخیره شود و یا اینکه بر روی نوار نقاله هایی قرار گرفته و به دست انجام عملیات آتی سپرده شود.
در این مرحله، کار سیستم اسپری درایر به اتمام می رسد و سیکل خشک کردن گرانول طی می شود. ولی از آنجایی که قسمتی از مواد خشک، همراه هوای داغ و مرطوب به خارج از محفظه خشک کن هدایت می گردد، لذا برای جلوگیری از ضایعات و کاسته شدن میزان مواد و هم چنین جلوگیری از آلودگی محیط زیست، باید گرد مواد سرامیکی از هوای داغ جدا شود. به این علت، هوای داغ خروجی از میان جدا کننده هایی عبور می نماید تا گرد مواد سرامیکی جدا شده و هوای عاری از آن، از سیستم تخلیه جدا شود.
علاوه بر مواردی که مستقیما و اساسا در کار اسپری درایر دخیل بودند، یک پروسه جانبی نیز در کار این سیستم نقش دارد که عبارت است از:
- گرم کردن هوای لازم جهت خشک کردن
- گرم کردن هوای لازم جهت خشک کردن محصولات سرامیک توسط مبدل های حرارتی یک طرفه یا جریان متقاطع و یا احتمالا انواع دیگری از مبدل های حرارتی صورت می پذیرد.
- پس از آنکه توسط مشعل هایی، سوخت (می تواند گاز یا سوخت های نفتی باشد) سوزانده شد، محصولات احتراق از میان مبدل های حرارتی عبور می کند و با انتقال حرارت، هوای خشک کردن حرارت لازم را جذب می نماید.