المبدأ

يُعد مجفف الرذاذ (Spray Dryer) من أكثر المعدات الصناعية استخداماً، وهو مصمم لتحويل المواد السائلة مثل المحاليل أو المعلقات أو المزيج الطيني إلى مسحوق جاف في خطوة واحدة سريعة. يعتمد مبدأ التشغيل على التجفيف بالتبخير، حيث يتم رش قطرات دقيقة من السائل داخل تيار من الهواء الساخن في حجرة التجفيف. ويوفر الحجم الصغير للقطرات مساحة سطح كبيرة تسمح بانتقال سريع للحرارة والكتلة، مما يؤدي إلى تبخر الرطوبة بشكل شبه فوري. ومع إزالة الرطوبة، تتكوّن جسيمات أو مساحيق صلبة يتم جمعها من حجرة التجفيف ووحدات الفصل (الإعصار أو فلاتر الأكياس).

وبالتالي، فإن عمل مجفف الرذاذ يعتمد على انتقال الحرارة والكتلة بالحمل الحراري، حيث تنتقل الحرارة من الهواء الساخن إلى القطرات السائلة، بينما تنتشر الرطوبة من داخل القطرة إلى سطحها ثم تتبخر إلى وسط التجفيف. تتم عملية التجفيف بالكامل خلال بضع ثوانٍ فقط، مما يسمح بإنتاج مساحيق دقيقة، حرة الانسياب ومتجانسة حتى من المواد الحساسة للحرارة مثل الحليب والإنزيمات والمنتجات الدوائية والمنكهات.

مبدأ التشغيل

يعتمد مبدأ التجفيف بالرش على ثلاث خطوات أساسية:

• التذرية (Atomization):
  يتم تحويل السائل المغذّى إلى قطرات دقيقة بواسطة مرذاذ (Atomizer) أو فوهة رش، مما يزيد من مساحة سطحه.
• التجفيف:
  تُدخل هذه القطرات إلى تيار من الهواء الساخن حيث تتبخر الرطوبة بسرعة نتيجة انتقال الحرارة بالحمل الحراري. يجف سطح القطرة أولاً مكوناً غلافاً صلباً رقيقاً، بينما تنتشر الرطوبة المتبقية نحو الخارج وتتبخر.
• فصل الجسيمات:
  يتم فصل الجسيمات الصلبة الجافة عن الهواء باستخدام فواصل إعصارية أو فلاتر أكياس أو مجمعات كهروستاتيكية، بينما يتم تصريف هواء العادم الرطب.

ونظراً لأن زمن تجفيف القطرات قصير جداً (1–10 ثوانٍ)، فإن مجفف الرذاذ مناسب لمعالجة المواد الحساسة للحرارة أو الأكسدة التي لا يمكن تجفيفها بطرق أخرى.

تركيب مجفف الرذاذ

يتكون مجفف الرذاذ بشكل رئيسي من المكونات التالية:

• حجرة التجفيف:
  وهي الجزء الرئيسي للمجفف، وتتكون من حجرة أسطوانية رأسية كبيرة (غالباً ذات قاع مخروطي) تتم فيها عمليتا التذرية والتجفيف. تُصنع من الفولاذ المقاوم للصدأ (SS304 أو SS316) لضمان النظافة ومقاومة التآكل. وتكون الحجرة معزولة جيداً لتقليل فقدان الحرارة، ومجهزة بأبواب وصول ونوافذ تفتيش وأختام محكمة الإغلاق. يعتمد قطر الحجرة وارتفاعها على سعة التجفيف المطلوبة وزمن مكوث الجسيمات.
• المرذاذ (نظام تشتيت التغذية):
  يُعد المرذاذ مكوناً أساسياً يقوم بتحويل السائل إلى قطرات دقيقة. ويمكن أن يكون من الأنواع التالية:
  • المرذاذ الدوّار: يستخدم قرصاً دواراً عالي السرعة (5000–25000 دورة/دقيقة) يقذف السائل إلى قطرات دقيقة بواسطة القوة الطاردة المركزية.
  • مرذاذ الفوهة بالضغط: يدفع السائل تحت ضغط عالٍ (50–300 بار) عبر فتحة صغيرة لتكوين الرذاذ.
  • مرذاذ الفوهة ثنائية المائع: يستخدم الهواء أو الغاز المضغوط لتذرية السائل إلى قطرات.

يعتمد اختيار نوع المرذاذ على لزوجة المادة المغذاة، وحجم الجسيمات المطلوب، وخصائص المنتج.

• سخان الهواء وموزع الهواء:
  يتم سحب الهواء المحيط بواسطة منفاخ وتسخينه إلى درجة الحرارة المطلوبة باستخدام ملفات بخارية أو مواقد غاز أو سخانات كهربائية. يدخل الهواء الساخن إلى حجرة التجفيف عبر موزع هواء مصمم لضمان توزيع منتظم للهواء واختلاطه مع القطرات المرشوشة. وتتراوح درجة حرارة الهواء الداخل عادة بين 150°C و300°C حسب المنتج.
• مضخة التغذية:
  يتم ضخ السائل إلى المرذاذ بشكل مستمر بواسطة مضخة تغذية (غالباً مضخة مكبسية عالية الضغط أو مضخة بيرستالتية). ويتم التحكم بمعدل التدفق بدقة ليتوافق مع معدل التبخر داخل المجفف.
• نظام تدفق الهواء:
  يمكن أن يتحرك الهواء الساخن داخل الحجرة بإحدى الطرق التالية:
  • تدفق متوافق (Co-current): يتحرك الهواء الساخن والقطرات في الاتجاه نفسه، وهو مناسب للمواد الحساسة للحرارة.
  • تدفق معاكس (Counter-current): يتحرك الهواء الساخن والقطرات في اتجاهين متعاكسين، مما يحقق كفاءة تجفيف أعلى.
  • تدفق مختلط (Mixed Flow): مزيج من الطريقتين للحصول على تجفيف وتحكم أفضل بالمنتج.
• نظام جمع المنتج:
  بعد التجفيف، يتم فصل المسحوق الدقيق عن هواء العادم الرطب باستخدام فاصل إعصاري (Cyclone Separator). تؤدي القوة الطاردة المركزية داخل الإعصار إلى دفع الجسيمات نحو الجدار لتسقط في حاوية التجميع، بينما يخرج الهواء النظيف من الأعلى. وفي الأنظمة الحديثة تُضاف فلاتر أكياس أو أجهزة غسيل بعد الإعصار لتحسين استرجاع المنتج والتحكم في الانبعاثات.
• نظام هواء العادم:
  يغادر الهواء المحمل بالرطوبة حجرة التجفيف عبر مجرى العادم المتصل بـ منفاخ أو مروحة سحب (ID Fan). كما تتضمن بعض الأنظمة وحدات لاستعادة الحرارة بهدف إعادة استخدام جزء من حرارة العادم وتحسين كفاءة الطاقة.
• نظام التحكم:
  تُجهز مجففات الرذاذ بـ حساسات حرارة، ومقاييس ضغط، ومقاييس تدفق، ووحدات تحكم أوتوماتيكية لضبط درجات حرارة الهواء الداخل والخارج، ومعدل التغذية، وسرعة المرذاذ. وتستخدم الأنظمة الحديثة أنظمة PLC–HMI لمراقبة العملية بدقة وتوفير أنظمة الأمان والتشابكات الوقائية.