Süt Tozu Sprey Kurutmada Nemin Standartlaştırılması

Çıkış nemi neden belirleyici sayıdır

Süt endüstrisindeki sprey kurutmada kalıntı nem, operatörün kontrol odasından en doğrudan etkileyebildiği toz özelliğidir. Codex süt tozları standardı, tam yağlı, yarım yağlı ve yağsız süt tozu için laktozun kristal suyu hariç en fazla %5 (m/m) su içeriği öngörür [1]; bunun kontrolü için referans yöntem ISO 5537 | IDF 26 etüv yöntemidir [2]. Ticari tozlar için verilen tipik değerler tam yağlı süt tozunda %2,8–3,5, yağsız süt tozunda %3,5–4,0'tür [3]. Hedefin altında uzaklaştırılan su satılmayan ürün ve boşa harcanan ısıdır; hedefin üstünde ise toz yapışır, topaklanır ve daha hızlı bozulur.

Yapışkanlık, topaklanma ve raf ömrü: camsı geçiş

Küçük bir nem fazlasının büyük etkileri olur, çünkü sprey kurutulmuş süt tozundaki laktoz amorftur. Roos ve Karel şeker modellerinde suyun amorf şekerlerin camsı geçiş sıcaklığını (T_g) düşürdüğünü ve ampirik yapışma noktasının T_g'nin biraz üzerinde bulunduğunu göstermiştir [4]; Jouppila ve Roos, laktoz içeren süt tozlarının T_g değerlerinin saf laktozunkilere yakın olduğunu, su içeriği arttıkça düştüğünü ve laktozun kritik bir depolama neminin üzerinde kristalleştiğini bulmuştur [5]. Yağsız süt tozu için Hennigs ve ark., 25–95 °C aralığında yapışkanlık sınırının laktozun öngörülen camsı geçişini 23,3 K yukarı kaydırılmış olarak izlediğini bulmuş [6]; Ozmen ve Langrish ise 100 g kuru toz başına 1,65 g suda 87,7 °C, 4,52 g/100 g'da 46,7 °C T_g ölçmüştür; bu değerler yapışma noktası sıcaklığıyla hemen hemen aynıdır [7].

Aynı geçiş depolamayı da yönetir. Thomsen ve ark. %4,4 su içeren (su aktivitesi 0,23, T_g 48 °C) tam yağlı süt tozunu depolamış ve laktoz kristalleşmesinin bağlı suyu serbest bırakarak su aktivitesini 0,46'ya çıkardığını, buna yüzeyde esmerleşmenin eşlik ettiğini gözlemiştir [8]. Kurutucudan fazla nemli çıkan bir toz torbaya daha düşük bir T_g ile girer ve depolama sıcaklığına kalan pay, tozun raf ömrü içinde topaklanıp esmerleşip esmerleşmeyeceğini belirler [5][8].

Kurutucu operatörü gerçekte neyi ayarlayabilir

İki kademeli bir tesiste kurutma odası tozu son nemin yaklaşık %4 üzerine kadar kurutur ve kalanını bir akışkan yatak uzaklaştırır; bu da çıkış havası sıcaklığının tek kademeli kurutmaya göre 15–20 °C daha düşük tutulmasına olanak tanır ve enerjinin yaklaşık %10'unu tasarruf ettirir [3]. Klasik kontrol yapısı, çıkış havası sıcaklığını ayar noktasında tutmak için atomizöre giden konsantre beslemesini manipüle eder; çıkış sıcaklığı toz neminin elde bulunan en yakın vekil göstergesidir [3]. Giriş havası sıcaklığı, konsantrenin toplam katı maddesi ve ortam nemi, belirli bir çıkış sıcaklığında elde edilen nemi kaydırır; çıkış sıcaklığı ise ancak ürün kalitesi ve termoplastik yapışkanlığın belirlediği sınırlar içinde yükseltilebilir [3].

Kontrol literatürü sorunu aynı terimlerle ortaya koyar. Petersen ve ark., sprey kurutucu kontrolünün temel güçlüğünü, tozun oda duvarlarına yapışmasını önlerken kalıntı nem şartnamesini karşılamak olarak tanımlar [9]. Aynı grup, endüstriyel olarak kaydedilmiş bozucu etkilerle sürülen dört kademeli bir kurutucu modelinde, endüstriyel PI kontrolün bozuculardan bağımsız olarak sabit bir hedefi koruduğunu, model öngörülü kontrolcülerin ise çalışma noktasını uyarladığını ve simülasyonda belirgin biçimde daha iyi ekonomik performans gösterdiğini belirtir [10]; daha önceki bir simülasyon, ekonomik optimizasyon yapan doğrusal olmayan MPC'nin PI kontrole göre maliyet iyileşmesini %26,7 olarak bulmuştur [9]. Her şemada kaldıraç aynıdır: nem hedefi yapışkanlık sınırını aşmadan şartnameye ne kadar yakın konursa kurutucu o kadar çok kazandırır [9][10].

Hat içi NIR nem değeri döngüye nerede girer

Her iki şema da eldeki nem bilgisinin kalitesiyle sınırlıdır: çıkış sıcaklığı bir vekil göstergedir, etüv referansı ise kurutucudan çoktan çıkmış tozu tanımlar [2]. Yakın kızılötesi spektroskopi suyu kendi absorpsiyon bantları üzerinden ölçer ve toz akışına monte edilebilir. Holroyd ve ark. süt tozu için denenmiş hat içi ve hat üstü NIR sistemlerini gözden geçirmiş ve Fourier dönüşümlü NIR sistemlerinin nemi, yağı ve proteini hat içinde güvenilir biçimde ölçebildiği sonucuna varmıştır [11]. Farmasötik tozlara yönelik bir akışkan yataklı kurutucuda Obregón ve ark., hava akışını ve giriş havası sıcaklığını manipüle eden bir model öngörülü kontrolcünün ölçülen değişkeni olarak hat içi bir NIR nem okumasını kullanmıştır [12]. Sürekli bir nem değeriyle çıkış sıcaklığı ayar noktası, operatör deneyimi yerine ölçülen neme göre ince ayarlanabilir ve hedef, yapışkanlık sınırına bilinen bir payla yerleştirilebilir [6][7]. Böyle bir döngüyü savunulabilir kılan üç uygulama vardır:

• Nemin nihai olduğu yerde ölçün. İki kademeli tesislerde kurutma odasındaki toz üründen hâlâ yaklaşık %4 daha nemlidir [3]; bu nedenle kontrol açısından anlamlı ölçüm, son akışkan yataktan çıkan toz üzerinde yapılır.
• Referansa karşı kalibre edin. NIR modeli tesisin kendi tozlarındaki ISO 5537 | IDF 26 sonuçlarına dayandırılır [2] ve ISO 21543 | IDF 201 esas alınır [13]; bu tarafı süt tozu analizi üzerine eşlik eden makale ele almaktadır.
• Yapışkanlık sınırını döngüde tutun. Yapışma noktası çizgisi hem sıcaklığa hem neme bağlıdır [6][7]; bu nedenle bir ayar noktası değişikliği yalnızca şartname sınırına göre değil [1], ölçüm noktasındaki toz sıcaklığına göre de kontrol edilir.

USTECH bu konuya nasıl yaklaşır

ProLine17EC ve ProLine17ECS hat içi NIR analizörleri, IP65 paslanmaz çelik bir gövdede safir pencere arkasından oluklu konveyörlere ve toz akışlarına monte edilir; ProChem nem değerini kurutucu ayar noktalarını tutan PLC ya da SCADA sistemine aktarır ve kalibrasyon caliX içinde tesisin kendi ISO 5537 sonuçlarına karşı oluşturulur [2]. Belirli bir kurutucunun şartnameye ne kadar yakın çalışabileceği ve NIR değerinin çıkış sıcaklığıyla en iyi nasıl birleştirileceği, sizin toz numuneleriniz ve referans analizlerinizle yapılan bir fizibilite çalışmasında belirlenir.