噴霧干燥
時(shí)間：2023-03-07
噴霧干燥是一種應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)方法，用于干燥工業(yè)化學(xué)和食品工業(yè)中的水溶液或有機(jī)溶液、乳液等。奶粉、洗滌劑和染料只是目前可用的幾種噴霧干燥產(chǎn)品。噴霧干燥可以用來(lái)保存食物，也可以簡(jiǎn)單地作為一種快速干燥方法，并具有使食物減重和縮減體積的優(yōu)點(diǎn)。這是通過將飼料噴灑到熱干燥介質(zhì)中，將飼料從流體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦稍锏念w粒形式。在過去的二十年中，經(jīng)過深入的研究和開發(fā)，噴霧干燥已成為一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的干燥多種產(chǎn)品的方法。產(chǎn)品應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，因此今天噴霧干燥與我們?nèi)粘Ｊ褂玫脑S多東西都有聯(lián)系。
2. 噴霧干燥的原理
通過機(jī)械作用，將需干燥的物料，分散成很細(xì)的像霧一樣的微粒，（增大水分蒸發(fā)面積，加速干燥過程）與熱空氣接觸，在瞬間將大部分水分除去，使物料中的固體物質(zhì)干燥成粉末，然后將產(chǎn)品與空氣分離。噴灑的混合物可以是溶膠、乳液、懸浮液或分散液。
2.1 將進(jìn)料溶液霧化成小顆粒
噴霧干燥的整個(gè)過程基本上由四個(gè)過程組成：
霧化可通過壓力式噴嘴、雙流體噴嘴、旋轉(zhuǎn)圓盤霧化器或超聲波噴嘴實(shí)現(xiàn)。因此，可以使用不同種類的能量將液體分散成細(xì)顆粒。霧化器類型的選擇取決于進(jìn)料的性質(zhì)和量以及干燥產(chǎn)品的期望特性。分散的能量越高，生成的液滴越小。
噴嘴和產(chǎn)品
示例：噴灑100 ml溶液，產(chǎn)生約8 x 108=800000000滴（25微米），代表約12 m2的表面面積。這清楚地表明溶液（主要是水）蒸發(fā)得非?？?。
2.2 噴霧和干燥介質(zhì)（空氣）混合——一個(gè)傳質(zhì)傳熱的過程
噴霧接觸干燥空氣的方式是噴霧干燥器設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要因素，因?yàn)檫@通過影響干燥過程中的液滴行為對(duì)干燥產(chǎn)品的性質(zhì)有很大影響?；旌戏绞绞且粋€(gè)重要的考量因素，它定義了噴霧干燥的方法：
2.3 開放循環(huán)系統(tǒng)和封閉循環(huán)系統(tǒng)
空氣主要用作干燥介質(zhì)?？諝饬鞅浑娂訜峄蛟谌紵髦屑訜幔⑶以谠撨^程之后排放到大氣中。這是一個(gè)開放循環(huán)系統(tǒng)。如果加熱介質(zhì)被循環(huán)使用，通常是惰性氣體，如氮?dú)?，這是一個(gè)封閉循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)處理易燃溶劑、有毒產(chǎn)品或氧氣敏感產(chǎn)品時(shí)，通常選擇這些布局。最常見的噴霧干燥機(jī)類型是開式循環(huán)順流噴霧干燥機(jī)。在這種設(shè)計(jì)中，霧化進(jìn)料和干燥空氣從同一方向同時(shí)注入噴霧干燥室。
2.4 噴霧干燥（水分蒸發(fā)）
一旦噴霧的液滴與干燥空氣接觸，就會(huì)從液滴表面迅速形成的飽和蒸汽膜蒸發(fā)。由于高比表面積和現(xiàn)有的溫度和濕度梯度，強(qiáng)烈的傳質(zhì)傳熱過程導(dǎo)致高效的蒸發(fā)干燥。蒸發(fā)導(dǎo)致液滴冷卻，從而導(dǎo)致小的熱負(fù)荷。干燥室的設(shè)計(jì)和空氣流速提供了液滴在干燥室中的停留時(shí)間，從而在產(chǎn)品溫度上升到出口干燥空氣溫度之前完成所需的液滴水分去除并從干燥器中去除產(chǎn)品。這樣，對(duì)產(chǎn)品造成熱損壞的可能性很小。
2.4.1 產(chǎn)品和空氣分離
原則上，使用兩個(gè)系統(tǒng)將產(chǎn)品與干燥介質(zhì)分離：
1. 干燥產(chǎn)物的一次分離在干燥室的底部進(jìn)行
2. 分離設(shè)備中干燥產(chǎn)品的總回收率
最常見的分離設(shè)備是旋風(fēng)分離器?；趹T性力，顆粒作為向下的應(yīng)變被分離到旋風(fēng)分離器壁并被移除。其他系統(tǒng)包括靜電除塵器、織物（袋）過濾器或洗滌器等濕式收集器。
3. 常見應(yīng)用
能被成功噴霧干燥的物料非常之多，在此僅列出一般原則
4. 應(yīng)用
4.1 噴霧干燥
噴霧干燥適用于大多數(shù)水性或膠體溶液，適用于乳液和分散體，只要干燥后產(chǎn)品表現(xiàn)為固體。
噴霧干燥無(wú)機(jī)或有機(jī)產(chǎn)品示意圖
使用雙流體噴嘴將產(chǎn)物（A）的水溶液分散成極細(xì)的噴霧液滴（B）。溶液在產(chǎn)品周圍立即蒸發(fā)，形成蒸汽云，保護(hù)產(chǎn)品免受熱負(fù)荷。一旦超過臨界濃度，成核開始，形成固體殼。水分從表面干燥后，界面進(jìn)入芯部（干燥的第二步）。最終產(chǎn)物（C）是一種精細(xì)、無(wú)定形或結(jié)晶的材料。高濃縮的噴霧溶液會(huì)產(chǎn)生多孔的終產(chǎn)物。實(shí)際案例
| 產(chǎn)品 入口溫度 ℃ 出口溫度 ℃ 噴霧濃度% |
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食品 低脂牛奶 174 102 50 酵母 95 55 60 |
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香水/化妝品 啤酒濃縮液 150 110 30-40 橄欖葉提取物 150 90 36 |
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醫(yī)療/制藥 血漿 180 100 5 多肽 110 70 2 |
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化工產(chǎn)品 分散染料 150 95 20 |
4.2 微粉化或結(jié)構(gòu)變化
微粉化或結(jié)構(gòu)變化是形態(tài)的變化，例如，如果需要細(xì)粉末。這對(duì)最終產(chǎn)物的溶解度或可測(cè)量性有積極影響。微粉化的主要優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了非常規(guī)則的顆粒尺寸。
微粉化或結(jié)構(gòu)變化過程示意圖
將結(jié)晶產(chǎn)物（A）溶解在溶劑（B）中，并將該溶液（C）分散成小液滴（D）。結(jié)果是最終產(chǎn)品（E），就像噴霧干燥一節(jié)中描述的最終產(chǎn)品一樣。
實(shí)際案例| 產(chǎn)品 入口溫度 ℃ 出口溫度 ℃ 噴霧濃度% |
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食品 乳糖 160 105 30 玉米淀粉 130 70 40 |
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香水/化妝品 金屬皂 165 122 60 洗滌劑 200 110 40 |
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醫(yī)療/制藥 果糖氨基酸 180 80 37 化合物的混合產(chǎn)物 |
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化工產(chǎn)品 碳酸鈣 220 100 10 檸檬酸鈉 160 90 20 |
4.3 微膠囊化
微膠囊化過程示意圖
由待處理的液體產(chǎn)品（A）、載體物質(zhì)（B）如麥芽糊精和成膜劑溶液（C）如阿拉伯樹膠在水中形成乳液（D）。然后將該乳液霧化成小液滴（E）。溶劑蒸發(fā)，導(dǎo)致分散的第二相（F）周圍的固體基質(zhì)。結(jié)果是產(chǎn)物（A）的小液滴儲(chǔ)存在載體物質(zhì)（B）中并嵌入成膜劑（C）中。
實(shí)際案例
| 產(chǎn)品 入口溫度 ℃ 出口溫度 ℃ 噴霧濃度% |
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食品 麥芽糊精/明膠大豆油 150 90 30 |
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香水/化妝品 麥芽糊精/阿拉伯明膠中 150 90 35 的草莓香味1.5:1.5:3 |
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醫(yī)療/制藥 麥芽糊精/阿拉伯樹膠中 120 70 ca. 30 的瓜渣烯1:2:1 |
4.4 固體分散
固體分散過程示意圖
蒸發(fā)過程類似于微膠囊過程，即使用固體材料代替液體產(chǎn)品。由待處理的產(chǎn)物（A）、基質(zhì)（B）和最終具有額外成膜劑（C）的水形成溶液或分散體（D）。然后將該溶液霧化成小液滴（E）。基質(zhì)和/或成膜劑導(dǎo)致懸浮顆粒的團(tuán)聚或涂層（F）。
蒸發(fā)過程類似于微膠囊過程，即使用固體材料代替液體產(chǎn)品。由待處理的產(chǎn)物（A）、基質(zhì)（B）和最終具有額外成膜劑（C）的水形成溶液或分散體（D）。然后將該溶液霧化成小液滴（E）。基質(zhì)和/或成膜劑導(dǎo)致懸浮顆粒的團(tuán)聚或涂層（F）。
實(shí)際案例
| 產(chǎn)品 入口溫度 ℃ 出口溫度 ℃ 噴霧濃度% |
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食品 乳糖中的轉(zhuǎn)化糖 100 80 2 （棗漿）1:1 |
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香水/化妝品 低脂奶粉/葡萄糖/ 90 70 40 明膠中的鏈球菌1:1:1:3 |
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