喷雾干燥工艺的历史源远流长。早在 1860 年便有了最早的描述,而 1872 年则出现了最早的设计专利记录。其基本原理是借助蒸发液态供料内的溶剂,从而生产出高分散性的粉末产品。具体操作是将加热后的气体与具有高表面质量比的雾状(喷雾)液流在干燥室内相混合,通过直接接触使溶剂均匀且快速地蒸发,并且雾滴的大小以相同为佳。
一、应用领域
喷雾干燥在流动性粉剂的生产中应用广泛。该脱水方法已在众多领域成功落地:
- 制药领域。
- 骨骼和牙齿汞合金领域。
- 饮料行业。
- 香料、染料及植物萃取领域。
- 奶类、蛋类制品领域。
- 塑料、聚合物及树脂领域。
- 肥皂和清洁剂领域。
- 纺织品及诸多其他产品领域。
与其他干燥方法(如烘箱、冷冻干燥以及旋转蒸发器)相比,喷雾干燥能够更加灵活地把控粉末颗粒的特性,如密度、大小、流体特性以及湿度等,避免产生大小不均一、形状不统一的颗粒,同时也减少了大量需要进一步处理的物料。
二、设计与控制
对于设计人员和用户而言,所面临的挑战在于提高产量、提升粉末产品质量以及降低成本。这就要求对生产工艺有深刻的理解,并高效地实施生产控制。
- 喷雾干燥阶段
- 供料准备:可以是均质的、能够用泵输送的、无杂质的液体、悬浮物或者粘稠状物料。
- 雾化(将供料转变成雾滴):此为工艺中最为关键的一步。雾化程度决定着干燥速率,进而影响干燥器的尺寸大小。常用的雾化技术有:
- 压力喷嘴雾化:使液体在压力作用下冲出喷嘴形成喷雾。这种方法较为节能,且所得到的颗粒大小最为均一。
- 双通道气流式喷嘴雾化:将供料与压缩空气混合以实现雾化。该方法的节能效果最差,但可用于产生微细颗粒。
- 离心雾化:让供料流经转盘产生雾化。其最为抗磨损,通常能够运行很长时间。
- 干燥:等速阶段使得湿气从颗粒表面迅速蒸发。随后的降速阶段,其干燥速度取决于水分从颗粒内部扩散到表面的速度。
- 将粉末从湿气中分离:采用循环使用干燥介质等处理方式,既经济又无污染。微细颗粒一般通过旋流器、袋滤器、沉淀器或者洗涤器进行除去。
- 冷却和包装。
- 控制系统特点
- 具备设定点曲线编程的精确回路控制。
- 拥有易于参数化的配方管理系统。
- 适用于复杂控制策略的顺序控制。
- 能够进行用于分析和证据的系统实时安全数据记录。
- 设有本地操作员站,具有清晰的图形界面、监控功能以及参数控制访问权限管理。