فناوری خشک کردن پاششی به عنوان یک روش مؤثر برای افزایش ماندگاری و حفظ ارزش تغذیه ای شیر که یک ماده غذایی پرمصرف در سطح جهانی است، همواره مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. دراین زمینه دستیابی به یکنواختی اندازه ذرات، بازده انرژی و ویژگی های کیفیتی پودر شیر خشک از اهمیت خاصی برخوردار است، کاربرد امواج فراصوت موجب بهبود یکنواختی و کارایی در فرآیند پاشش می شود. هورن، به عنوان یک جزء کلیدی در سیستم تولید امواج فراصوت، وظیفه انتقال و تقویت دامنه ارتعاشات تولید شده توسط ترانسدیوسر را بر عهده دارد و طراحی بهینه آن تأثیر مستقیمی بر عملکرد کلی سیستم دارد. در این پژوهش، ابتدا به طراحی و ارزیابی عملکرد یک هورن فراصوت پله ای با هدف دستیابی به شرایط بهینه انتقال توان ارتعاشی در فرکانس و دامنه مورد نظر پرداخته شد. این طراحی، در مقایسه با مطالعات پیشین، به عنوان یک نوآوری کاربردی در حوزه تولید شیر خشک مطرح است که می تواند مسیر بهینه تری برای فرآوری های آینده فراهم سازد. فرآیند طراحی با رویکرد تحلیلی در نرم افزار متلب صورت پذیرفت و به منظور اعتبارسنجی و تحلیل دقیق تر، با بهره گیری از روش اجزاء محدود در نرم افزار آباکوس مورد ارزیابی عددی قرار گرفت و در نهایت هورن طراحی شده ساخته شد. سپس، عملکرد نازل فراصوت طراحی شده در دماهای هوای ورودی 90 و 110 درجه سلسیوس با عملکرد نازل پنوماتیکی موجود در دستگاه خشک کن پاششی صنعتی مدل U07 مورد مقایسه قرار گرفت. آزمایش ها با استفاده از طرح فاکتوریل کاملا تصادفی با 4 تیمار و در 2 تکرار انجام شد. به منظور ارزیابی کیفیت پودر شیر تولید شده با هر دو نوع اتومایزر، پارامترهای فیزیکوشیمیایی شامل چگالی ظاهری پودر، مقدار مواد جامد محلول کل، قابلیت حلالیت، درصد رطوبت نهایی و توزیع اندازه ذرات مورد سنجش و ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که نازل فراصوت با فرکانس کاری 46 کیلوهرتز با جنس آلومینیوم 7075 نسبت به نازل پنوماتیکی، عملکرد بهتری در بهبود ویژگی های فیزیکی و کیفی پودر شیر خشک دارد. در شرایط آزمون، مقدار رطوبت نهایی در نمونه های حاصل از نازل فراصوت در دمای 90 و 110 درجه سلسیوس به ترتیب 5/6 درصد و 5 درصد ثبت شد که در مقایسه با نازل پنوماتیکی کاهش بیشتری را نشان داد، هرچند این اختلاف از نظر آماری معنادار نبود. در مقابل، مقدار مواد جامد محلول کل در نازل فراصوت به طور معناداری بیشتر بود (در دمای 90 درجه سلسیوس 05/12 درصد و در دمای 110 درجه سلسیوس 15/14 درصد)که نشان دهنده بهبود انتقال جرم و کاهش تجمع ذرات در فرآیند خشک کردن است. نتایج تحلیل واریانس نیز نشان داد که اثر نوع نازل بر چگالی ظاهری پودر معنادار است، اما دما و اثر متقابل آن با نوع نازل تأثیر معناداری ندارد. حلالیت و اندازه قطر ذرات نیز تحت تأثیر معنادار نوع نازل و دما قرار داشتند، اما اثر متقابل آن ها معنادار نبود. نازل فراصوت به دلیل ایجاد اتمی سازی یکنواخت تر و کنترل دقیق تر قطرات، ذراتی با اندازه کوچکتر و ساختاری یکنواخت تر تولید کرد. تحلیل تنش های مکانیکی وارد بر هورن فراصوت نیز نشان داد که بیشینه تنش در ناحیه استوانه ای با قطر بیشتر متمرکز شده و در ناحیه با قطر کمتر کاهش یافته است که این توزیع تنش منجر به افزایش پایداری ساختاری در فرآیند اتمی سازی می شود. در مجموع، نازل فراصوت عملکرد بهتری در یکنواختی توزیع اندازه ذرات، بهبود کیفیت نهایی پودر شیر و افزایش بهره وری فرآیند خشک کردن پاششی نشان داد.
کلمات کلیدی: آباکوس، حلالیت، خشک کردن پاششی، روش تحلیلی، روش عددی ، فراصوت، هورن پله ای