喷雾干燥概述

喷雾干燥概述

一、喷雾干燥技术简介

出于不同的需要，喷雾干燥器也有许多分类方法，如按气液流向分为并流式(顺流式)，逆流式和混流式；按雾化器的安装方式分为上喷下式，下喷上式；按系统分类有开放式，部分循环式和闭路循环式等。众所周知，目前喷雾干燥的雾化器有多种形式，但按其雾化机理分类，雾化器分为离心式，压力式和气流式三种。习惯上，人们常对喷雾干燥器按雾化方式进行分类，也就是按雾化器的结构分类。将其分为转盘式(离心式)，压力式(机械式)，气流式(多流式)等三种形式。

大量使用喷雾干燥器是近三十年的事。因气流式雾化器结构简单，制造方便，我国最早工业化的是气流式喷雾干燥器。但随着离心式，压力式喷雾干燥器的成功开发，气流式喷雾干燥器能量消耗大的缺点就显现出来(雾化器消耗的能量是另两种的4~8倍).最近几年，这种机型在大工业生产中逐渐被其他两种机型所取代。但由于制药行业的特殊需要，该机型仍在使用。目前离心式喷雾干燥器从每小时处理量几千克到几十吨已经形成了系列化机型，生产制造技术基本成熟。压力式喷雾干燥器所得产品为微粒状，在合成洗涤剂，乳制品，染料，水处理剂等方面都有大量应用。我国自行设计制造的压力式喷雾干燥器直径可达8m，总高达50多m，每小时可以蒸发几吨水。

喷雾干燥器是处理溶液，悬浮液或泥浆状物料的干燥设备。它是用喷雾的方法使物料成为雾滴分散在热空气中，物料与热空气呈并流，逆流或混流的方式互相接触，使水分迅速蒸发，以达到干燥目的。采用这种干燥方法，可以省去浓缩，过滤，粉碎等单元操作，直接可以获得30~500m的粒状产品。干燥时间极短，一般为5~30s。不仅适用于耐高温物料的干燥，同时也适用于热敏性物料和料液干燥过程中易分解的物料，能有效改善产品流动性和速溶性能。

喷雾干燥器中气固两相接触表面积大，两相呈稀相流动，故容积传热系数小，一般为100~400kJ/(m2.h.C)。热空气进口温度在并流操作时为150~500C，逆流操作时为150~300C。工业规模的喷雾干燥器，热效率一般为30%~50%(带有废热回收的喷雾干燥器的热效率可以达到70%)。但这种设备只有在大于100kg(水)/h的生产能力，尾气温度超过100C时才有经济意义。

喷雾干燥的基本流程是料液通过雾化器，形成雾滴分散在热气流中。空气经鼓风机送入空气加热器预热，然后进入喷雾干燥器，与雾滴接触干燥。产品中一部分落人塔底与气体分离，另一部分由引风机吸人旋风分离器经分离后将尾气排空。

喷雾干燥的产品为细粒子，为了适应环境保护的要求，有时系统中只用旋风分离器分离产品，净化尾气还是不够的，一般还要用布袋除尘器净化。使尾气中的含尘量低于50mg/Nm3(气体)。或用湿式洗涤器，可将尾气含尘量降到15~35mg/Nm3(气体).

二、喷雾干燥技术进展

喷雾干燥因其可直接由可流动液体制成均匀的粉粒状产品，目前在化工，轻工，食品等工业中仍有广泛的应用。经过近年来广大工程技术人员的努力，喷雾干燥技术已比较成熟，塔尺寸的确定也有较成熟的计算方法。我国虽然和国外相比还有一定的差距，但喷雾干燥装置的制造和操作水平也都有较大幅度的提高。近20年来喷雾干燥技术和设备的改进和革新主要有以下几个方面：

1。改善产品物性

科学技术的发展和生活水平的提高对喷雾干燥产品的质量提出越来越高的要求。例如，有的要求堆密度特别大(1.0kg/L)或特别小(0.6kg/L)；一些有复水性要求的粉体如食品，中药冲剂等则往往要求速溶性。一般来说，改变雾化的分散度以及适当改变操作条件并控制干燥速率，可以制得具有不同堆密度的产品，但变化的幅度有限。在改善物性方面值得一提的是改变料液性质，如泡沫喷雾干燥。就是将进料液体先泡沫化后再行喷雾干燥。该方法最初是为提高热效率而提出的，后来用以改善产品的性质。现已证明，泡沫喷雾干燥制得的奶粉等产品粒径大，多孔，多凹陷，表面粗糙，具有良好的速溶性。80年代以来，该技术已用于工业生产。2。开发多目标干燥过程

把喷雾干燥与其他单元过程相结合，已成功地开发应用的主要有两类：一类是喷雾干燥-反应过程。

000 人们熟知的喷雾干燥-聚合一步法制取三聚磷酸钠就

是典型实例之一。另一类是喷雾造粒-干燥。把溶液或悬浮液在细粒物料上喷雾涂布造粒，与颗粒的干燥结合起来。根据粒度要求不同，溶液雾化器可置于颗粒床层的内部或上方。喷雾造粒-干燥技术出现和应用比较早，并已做过大量的基础研究。由于有许多产品，如肥料，染料等制成颗粒状对贮存，运输和使用都更为有利，这些年来对这类技术的兴趣正在增长。根据已掌握的技术，床层直径在1m以内的装置设计和操作都容易解决，但对更大规模的放大问题还需要进一步研究。

3。开发组合干燥装置

能从液体物料直接干燥成粉体，这是喷雾干燥的优点。但喷雾干燥设备热效率低，体积庞大，生产能力低，投资高也是缺点。近年来，中外干燥对以喷雾干燥为一级的多级组合干燥进行了大量的研究。利用它将液体干燥成固体后再进入下一级干燥器进一步干燥，这样克服了喷雾干燥器的缺点。有关这方面的情况将在组合干燥内容中介绍。

4。解决黏壁问题

黏壁现象迄今仍然是妨碍喷雾干燥器正常操作的一个突出问题。一般说来，增大直径可以减轻黏壁。但为此目的而采用非常大的设备直径显然不经济。国外研究了干燥过程中的黏壁和物料结块问题，认为造成黏壁的主要宏观因素是壁温。在关于橙汁喷雾干燥中提出的解决办法是使塔壁冷却至已干品的温度以下，并在进料液中加入助干剂，提出了防止黏壁的三种途径：

1)采用夹壁干燥塔，其间用空气冷却，使壁温保持在50C以下，黏结性强的物料宜采用平底塔。2)通过塔壁旋气片切向引入二次空气冷却塔壁。3)塔内近壁处安装由一排喷嘴组成的"气扫帚"，并使之沿壁缓慢转动。

显然，这些措施试图达到的基本效果是相同的，即冷却塔壁。这些方法在中药浸膏的干燥中已经广泛应用，有一定效果。另外，塔内壁抛光也可以减轻黏壁。

总结起来有以下几种方法：

1改善气流流向；2控制器壁温度；3采用清壁机构；4器壁表面处理。

三、离心式喷雾干燥简述

离心式喷雾干燥器因配备有离心式雾化器而得名。离心式喷雾干燥器是目前工业生产中使用最广泛的干燥器之一。离心喷雾干燥系统分解图如图24-1所示。通过高速旋转的分散盘上加入料液，液体受离心力作用被甩成雾滴后在干燥器中干燥，见图24-2.在分散盘的表面，液体呈薄膜状扩散，并且在圆周边缘处以高速甩出，雾化效果取决于雾化盘边缘线速度和加料速率，还与料液的某些物理特性等因素有关。

离心式喷雾干燥器的特点基本是由雾化器决定的：

1离心式喷雾干燥器料液不需要严格的过滤设备，料液中如无纤维状固体颗粒基本不堵塞料液通道。

2可以适应较高黏度的料液(与压力式喷雾干燥器相比).

3因雾化器的转速很容易调节，所以比较容易控制产品粒度，并且粒度分布也较窄。

在调节处理量时，不需要改变雾化器的工作

状态，对进料率在25%范围内的波动可以获得相同粒径的产品。

5因离心式雾化器产生的雾群基本在同一水平面上，雾滴沿径向和切向的合成方向运动，几乎没有轴向的初速度，所以干燥器的直径相对较大。径，长比较小，可以大限度地利用干燥室的空间。

离心式喷雾干燥器有如下缺点：

1雾滴与气体的接触方式基本属于并流形式，分散盘不能垂直放置。

2分散盘的加工精度要求较高，要有良好的动平衡性能。如平衡状态不佳，主轴及轴承容易被损坏。

3与压力式喷雾干燥器相比，产品的堆密度低一些，产品的粒度也较小。

当向高速旋转的分散盘内注入液体时，液体受离心力和重力作用，在两种力的作用下得到加速分裂雾化。同时在液体和周围空气的接触面处，由于存在摩擦力也促使形成雾滴。为此，前者称为离心雾化，以离心力起主要作用。后者称为速度雾化，离心力只起给液体加速作用。但是，这两种雾化作用只有在研究雾化机理时有意识分开介绍，实际操作中，两种雾化现象同时存在，很难区分。当进料量较小而且转速较低时，以离心雾化为主。采用离心式雾化产生的产品粒度分布要比压力式和气流式都窄一些。一般情况下，旋转分散盘表面上液滴的形成取决于许多条件，如料液的黏度，表面张力，分散盘上液体的惯性以及液体释放时与空气界面的相互摩擦作用等。分散盘在较低转速的情况下，液体的性质，特别是黏度和表面张力是主要因素。在工业生产中雾化器的转速往往较高，线速度在100m/s以上，此时的惯性力和摩擦力是形成液滴的主要因素。当料液的黏度和表面张力占主要地位时，液滴会单独形成，并从分散盘边缘释放以产生均匀的雾滴群。因料液的黏度产生较强的内力，而该内力阻止液体在分散盘边缘的破裂，因而需要较大的能量才能获得较高的分散度。由分散盘边缘较厚的液膜中产生液丝，低表面张力会使液丝拉长，断裂时产生较小的液滴。对于高黏度，高表面张力料液通常产生球形颗粒，并且通过改变操作条件比较容易控制雾滴直径。离心式雾化器产生的雾群基本在同一水平面上，而不像另外两种雾化器喷出液体时有一定的角度。