Khoa học về công nghệ tách: Nâng cao công suất hoặc hiệu suất mà không cần thêm thiết bị
Ngành sữa hiện nay đang đối mặt với áp lực ngày càng lớn trong việc nâng cao sản lượng, đồng thời cải thiện chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa hiệu quả quy trình vận hành. Ở một mức độ nào đó, các công nghệ chế biến đã phát triển để giúp đáp ứng những nhu cầu này. Tuy nhiên, xét riêng về mặt công suất, có một thiết bị đã trở thành yếu tố hạn chế trong dây chuyền chế biến: đó là thiết bị tách.
Giải pháp truyền thống cho thách thức này là thiết kế các dây chuyền chế biến với nhiều thiết bị tách. Tuy nhiên, phương pháp này bộc lộ một số nhược điểm rõ rệt: từ chi phí đầu tư tăng vọt và yêu cầu cao hơn về diện tích nhà xưởng vốn có hạn, cho đến mức tiêu thụ năng lượng và nước gia tăng, làm cả chi phí vận hành lẫn tác động đến môi trường tăng theo. Do đó, nhu cầu về công suất lớn hơn trong một thiết bị tách duy nhất đang trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.
Điều gì hạn chế năng lực tách chiết?
Có nhiều yếu tố quyết định công suất tối đa của một thiết bị tách, nhưng một khía cạnh then chốt là tổng diện tích bề mặt tách khả dụng bên trong bát tách. Để hiểu rõ hơn về điều này, hãy xem xét những chiếc máy tách sữa đầu tiên được sản xuất vào những năm 1880. Ở những chiếc máy cơ bản này, một chiếc bát quay tạo ra lực ly tâm giúp tách kem và sữa tách béo. Tuy nhiên, bề mặt tách chiết lại bị giới hạn trong phạm vi của chính chiếc bát, nghĩa là chỉ có thể sản xuất từng mẻ nhỏ một.
Sự xuất hiện của bộ đĩa xếp chồng một thập kỷ sau đó đã tạo nên thay đổi. Mỗi chiếc đĩa kim loại hình nón giúp gia tăng diện tích bề mặt để thực hiện quá trình tách bên trong lòng máy. Càng nhiều đĩa thì diện tích tách chiết càng lớn. Kết quả là các hệ thống đĩa xếp chồng đã cho phép đạt được công suất cao hơn, từ đó dẫn đến sự chuyển đổi sang quy trình chế biến sữa liên tục. Chính vì những lý do này mà công nghệ đĩa xếp vẫn là cốt lõi của quy trình tách trong ngành sữa sau hơn một thế kỷ.
Bộ đĩa xếp chồng là yếu tố then chốt tạo nên diện tích bề mặt phân tách bên trong bát. Càng nhiều đĩa = diện tích phân tách càng lớn.
Lớn hơn chưa đồng nghĩa với tốt hơn
Giải pháp tưởng chừng như đơn giản: Nếu diện tích bề mặt phân tách lớn hơn là chìa khóa để đạt được công suất cao hơn, thì chúng ta chỉ cần các bộ đĩa xếp chồng có kích thước lớn hơn. Không may là thực tế lại phức tạp hơn nhiều.
Trong lịch sử, việc tăng kích thước của bộ đĩa xếp chồng tất nhiên đồng nghĩa với việc tăng kích thước của chính thiết bị tách, nhưng kích thước của một thiết bị đơn lẻ cũng có giới hạn nhất định. Ngoài những thách thức về không gian do chiếm diện tích lớn hơn, các loại máy móc có kích thước và trọng lượng lớn hơn còn tốn kém hơn về chi phí sản xuất và lắp đặt. Chúng cần nhiều năng lượng hơn để vận hành ở cùng tốc độ với các mẫu máy nhỏ hơn, đồng thời cũng cần nhiều nước và hóa chất hơn để làm sạch máy. Do đó, chúng ta lại trở về vạch xuất phát, đối mặt với những thách thức y hệt như khi thiết kế một dây chuyền có thêm máy tách.
Đặt ra câu hỏi đúng
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về công suất và chất lượng sản phẩm, thách thức đặt ra là phải gia tăng tổng diện tích bề mặt tách mà không làm tăng kích thước của chính thiết bị tách. Trên thực tế, chúng ta cần làm cho phần bên trong của máy tách lớn hơn phần bên ngoài của nó. Thoạt nhìn, điều này có vẻ bất khả thi về mặt vật lý.
Nhưng có đúng như vậy không? Tại Tetra Pak, chúng tôi tiếp cận vấn đề này theo một hướng khác và đặt câu hỏi: “Làm thế nào để có thể bổ sung thêm các đĩa vào bộ đĩa xếp chồng mà không làm thay đổi diện tích chiếm chỗ của thiết bị hay thay đổi đáng kể kích thước của bát máy tách?” Để trả lời câu hỏi này, có hai yếu tố chính cần xem xét. Yếu tố quan trọng nhất là khoảng cách cần thiết giữa các đĩa trong bộ đĩa xếp chồng, và yếu tố thứ hai cần cân nhắc là hình dạng của bát tách.
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về công suất và chất lượng sản phẩm, về cơ bản, chúng ta cần làm cho phần bên trong của máy tách lớn hơn phần bên ngoài.
Tách đĩa
Để quy trình tách sữa diễn ra suôn sẻ và hiệu quả, điều cốt yếu là phải đảm bảo khoảng cách đều nhau giữa các đĩa trong bộ đĩa xếp chồng. Theo phương pháp truyền thống, việc này được thực hiện bằng cách hàn các miếng đệm kim loại vào các đĩa. Các miếng đệm này là giải pháp đáng tin cậy và hiệu quả để duy trì khoảng cách đều nhau giữa các đĩa, và nguyên lý thiết kế cơ bản của chúng vẫn không thay đổi trong hơn một thế kỷ qua.
Do đó, khoảng cách là yếu tố then chốt đối với hoạt động của máy tách, nhưng nó cũng đặt ra thách thức về mặt công suất. Khoảng cách giữa các đĩa càng lớn thì số lượng đĩa xếp được vào chồng càng ít, qua đó làm giảm diện tích bề mặt tách chiết tiềm năng. Mặc dù theo thời gian, đã có những cải tiến nhỏ để giải quyết vấn đề này, nhưng bản thân phương pháp hàn vẫn hạn chế khả năng gia tăng số lượng đĩa.
Giải pháp là loại bỏ hoàn toàn các miếng đệm được hàn. Thay vào đó, bằng cách sử dụng thiết kế nguyên khối với các miếng đệm được dập nổi vi mô trực tiếp lên đĩa, ta có thể giảm thiểu khoảng cách giữa các đĩa trong khi vẫn duy trì được sự đồng đều về khoảng cách đó. Điều này, kết hợp với khả năng sản xuất các đĩa mỏng hơn, đồng nghĩa với việc có thêm không gian cho các đĩa mà không cần đến thiết bị lớn hơn.
Khoảng cách giữa các đĩa là yếu tố then chốt đối với máy tách, nhưng cũng đặt ra thách thức về công suất. Càng cách xa, số lượng đĩa có thể xếp càng ít.
Thiết kế bát
Hình dáng của bát tách là một trong những yếu tố thiết kế hầu như không thay đổi qua nhiều thập kỷ. Theo quy cách thông thường, phần nắp chụp của bát được chế tạo với góc nghiêng 15°. Mặc dù chỉ là một chi tiết có vẻ nhỏ, nhưng góc độ này có thể làm giảm không gian bên trong lòng bát, và hệ quả là hạn chế thêm số lượng đĩa mà bạn có thể xếp chồng lên nhau. Bằng cách thay đổi thiết kế nắp chụp sang góc nghiêng 13°, ta có thể tạo thêm không gian để gia tăng diện tích bề mặt tách mà không làm thay đổi đáng kể kích thước tổng thể của thiết bị.
Việc cải tiến phần nắp của buồng chứa cho phép tạo thêm không gian để gia tăng diện tích bề mặt mà không làm thay đổi diện tích chiếm chỗ của thiết bị.
Tăng công suất, tạo giá trị vượt trội
Mặt phân tách không chỉ là vấn đề về công suất. Đây cũng là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi xét đến việc cải thiện hiệu suất tách.
Trong các ứng dụng đòi hỏi chất lượng sản phẩm cao, chẳng hạn như sản xuất sữa bột, việc tăng số lượng đĩa cho phép cải thiện đáng kể hiệu suất tách béo trong khi vẫn duy trì được công suất. Bạn cũng có thể điều chỉnh tốc độ của máy tách hiệu quả hơn tùy theo nhu cầu về hiệu suất và công suất; việc vận hành ở tốc độ thấp hơn giúp giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng, qua đó hạ thấp chi phí vận hành tính trên mỗi lít sản phẩm bán ra.
Nói cách khác, công suất không chỉ đơn thuần là công suất. Khu vực phân tách bổ sung mang lại sự linh hoạt cao hơn, cho phép bạn thiết lập cấu hình tối ưu phù hợp với các yêu cầu xử lý cụ thể của mình. Tăng sản lượng so với trước đây trong khi vẫn duy trì hiệu suất tách – hoặc nâng cao hiệu quả hoạt động ở mức công suất hiện tại. Điều này có nghĩa là bạn có thể dễ dàng sản xuất nhiều loại sản phẩm trên cùng một dây chuyền chế biến, đồng thời điều chỉnh máy tách khi cần thiết để phù hợp với các đặc tính chế biến yêu cầu.
Khu vực phân tách bổ sung mang lại sự linh hoạt cao hơn, cho phép bạn thiết lập cấu hình tối ưu phù hợp với các yêu cầu xử lý cụ thể của mình.
Khai thác tối đa tiềm năng công nghệ tách của bạn
Tuy nhiên, để tận dụng triệt để sự linh hoạt đó, yếu tố quyết định không chỉ nằm ở khu vực phân tách hiện có. Ở đây, bạn cần xem xét thiết kế của toàn bộ cỗ máy.
Yếu tố then chốt là thiết kế bộ tách kín hoàn toàn với các gioăng hàn kín, giúp ngăn không khí lọt vào trong quá trình chế biến. Công nghệ tách kín cho phép dễ dàng điều chỉnh tốc độ thiết bị theo nhu cầu mà không gặp rủi ro, chẳng hạn như hiện tượng tràn. Mặt khác, đối với các loại máy bán hở, việc thực hiện những điều chỉnh này đòi hỏi các thao tác thủ công tốn nhiều thời gian, bao gồm việc ngắt kết nối đường ống và mở máy.
Để tìm hiểu thêm về cách phương pháp tách kín giúp bạn khai thác tối đa tiềm năng của thiết bị, hãy tham khảo hai bài viết dưới đây.
