中国喷雾干燥技术研究及进展

中国喷雾干燥技术研究及进展

宋纯亮1,郝健,李建真

山东广浦生物科技有限公司 255400

摘要：在我国的化学工程研究领域中，喷雾干燥技术一直是重点研究的课题之一，并且也取得了丰硕的研究成果。本文则是从介绍中国喷雾干燥技术的工作原理出发，主要讨论中国喷雾干燥技术的研究进展以及未来的发展趋势。

关键词：喷雾干燥技术；研究进展；发展趋势

从20世纪20年代开始，美国便对喷雾干燥技术展开了研究，距今已有近一个世纪。起初，喷雾干燥只有在乳制品加工行业被频繁使用，但是如今的社会大不相同，时代在不断的创新和进步，喷雾干燥技术的使用范围逐渐增大，能够被应用于各行各业，包括食品、化学、陶瓷等。

1中国喷雾干燥技术的工作原理

喷雾干燥就是将物料雾化处理后，使其与热空气充分融合，直到将大部分的水分汽化，这时的物料状态完全不同于之前，已经变成了粉末。通过这种干燥方法不仅可以省去复杂的工业程序，例如蒸发、粉碎等操作，还可以将溶液或者乳浊液转化为粉末或颗粒。喷雾干燥技术主要有三种不同的方法[1]。

对于压力喷雾干燥法，它的工作原理是需要在70至200的大气压环境下，利用高压水泵，使物料通过雾化器凝聚成10至200个小颗粒，并与热空气密切接触进行大面积的换热工作，能够在极短的时间内完成整个干燥工作。压力喷雾使物料微粒化的装置主要有俩种，分别是M型和S型，其导向槽能够使液体流动进而发生转动。M型导向槽的轴线是与喷嘴的轴线处于垂直关系，不发生交叉和重叠；而S型导向槽的轴线则存在一定的角度倾斜，它的目标是能够尽量在喷射的过程中提高溶液的湍流程度。

对于离心喷雾干燥法，它的工作原理是通过飞速转动圆盘，借助溶液在转动的过程中产生的离心力作用，以极快的速度抛掷出去。由于空气的阻挡作用，圆盘在转动的过程中会由于物理作用合成加速度，并在圆盘上面形成一条直线，这条直线的形状比较特殊，呈现出螺旋式的形态。当液体沿着螺旋线持续不断地转动，直到被抛出去后，会在空气中产生极小的液化水滴，它是沿着圆盘切向速度的方向匀速前进，但是液化水滴会被重力拉下来，这是因为喷射的颗粒尺寸不一样。所以，这些颗粒物质就会在不用的距离上，形成一个圆柱形的结构，它是一种以旋转轴线为中心的对称结构。离心喷雾器对于浸润的周边有一定的要求，需要它比较长，能够使溶液高速旋转，其结构较简单，容易被查下来清洗，因此，生产率极高。

对于气流式喷雾干燥法，它的工作原理就是通过传输的机器将物料和自然空气同时一起送入干燥器中，使其混合充分。因为它具有较大较完整的热质交换面机，能够在极短的时间内实现蒸发和干燥作用。在完成干燥工作之后，产品需要经由旋风分离器排放出去，而少量的则是通过旋风除尘袋进行回收和再利用。

2中国喷雾干燥技术的研究进展

随着喷雾干燥技术的不断发展，以下几种干燥技术是目前最新的研究成果。

2.1喷雾节能干燥技术

如果喷雾干燥没有大量的热空气一起协同作用，它是无法进行物料干燥的。所以在进行物料干燥时会消耗非常多的能源。根据调研资料显示，大多数的流式传热干燥器的热效率都在一个比较合理的区间内，为40%至70%。而传导式干燥器的热效率相对其他干燥器的热效率来说就会相对比较高，处于70%至90%之间。而喷雾干燥的热效率则是最低的，处于40%至60%，不仅如此，喷雾干燥需要使用较很大的容积，它的容积传热指数比较低，只有58至116W/(m2·K)。可见，喷雾干燥技术在工业的应用上能消耗掉大量的能源，而降低能耗和提高效率必须被重视起来。由喷雾干燥的热效率公式可知，要想提高热效率就应该在最大限度的情况下，对干燥塔的进口温度做增加处理以及对干燥塔的出口温度做降低处理。

2.2喷雾冷冻干燥技术

喷雾冷冻干燥技术是一种非常特殊的技术方法，它是将喷雾技术和冷冻技术联系在一起并结合使用。它的工作原理是通过液氮等冷却介质将已经发生雾化作用的液滴凝结成为冰粒，然后在利用干燥技术将其干燥成粉末。此外，利用喷雾冷冻技术得到的颗粒形状是要强于单独使用喷雾干燥或者冷冻干燥的，它得到的雾化液滴的尺寸比较均匀。同时，在冻干的过程中，水分会在微细颗粒中留有细小的孔隙，从而使其具有较大的比表面积，使最后得到产品的润湿性能和溶解性能都存在明显的改善。由于这种技术是要在低温环境下进行干燥，所以尤其适合于高热敏感物料的干燥。这项技术现已被广泛地用于食品及药品开发等方面。

2.3过热蒸汽喷雾干燥技术

在相同的压力环境下，过热蒸汽喷雾干燥技术则是利用过热蒸汽温度较高的特点，让物料与过热蒸汽无限接近，从而达到物料干燥的目的。与传统的热风干燥技术做对比可知，过热蒸汽喷雾干燥技术的优点就比较明显，它的比热容量更高，但使用量却更小，在热效率非常高的同时干燥的品质也非常优秀，更加不会突然发生爆炸等危险事故，对于能源损耗也比较节省。

2.4纳米喷雾干燥技术

纳米喷雾干燥技术是目前在纳米粒子药物制备中的一项重要技术。纳米粒子与微米粒子相比，如果它们同时使用时，很明显，纳米粒子的比表面积是更大的、溶出率和生物的利用率也会更高，是一种非常适合于难溶药物的技术。

3中国喷雾干燥技术的发展趋势

生物化学药物的研究是21世纪的前沿技术，现在大多数生产物品时都会选择用真空冷冻干燥的技术来保持物品的新鲜度，但是这种做法的缺点亦十分明显，它会很容易就导致多孔层变得坍塌，从而影响到最终的物理性能，因此，是需要加入另一种物质赋形剂来辅助作用，这种物质能够抵挡温度对物品造成的伤害，但是与此同时，能量的消耗就越来越大，反而喷雾干燥技术的能量消耗并不是很大，它也不会导致多孔层的严重坍塌，但存在着热破坏。因此，喷雾干燥技术在常温下对物品进行加工处理时起到一定的促进作用。所以根据进口温度的不同，可以分为高温喷雾干燥技术、亚高温喷雾干燥技术和常温喷雾干燥技术。在我国现阶段，亚高温喷雾干燥技术和高温喷雾干燥技术发展地已经非常成熟，但在我国还没有出现过常规喷雾干燥技术，这是因为空气除湿、干燥的媒介动力较小的问题。

因此，喷雾干燥离不开能源的使用，这是未来的一个重要课题。已经有专家学者对喷雾干燥技术在经济方面的影响做出了分析和探讨，认为只有提高进口温度、降低出口温度以及提高物料的浓度，便可以在一定程度上降低产品的使用成本。还有部分学者认为，三级干燥便可以节省大量的能量。喷雾干燥还可以与不同的干燥方法结合在一起应用于日常生活，比如流态化干燥、冷冻干燥、微波干燥等，从而更好地适应不同的环境。为了满足市场需求，在喷雾冷却成型、喷雾热分解等领域应用喷雾干燥技术也是可行的。学者们在工业上成功取得了较大的研究成果，并且对于喷雾干燥技术在工业生产中的应用做了总结。而甘宽先、王宗濂等人的烟气脱硫实验中便运用了旋风喷雾技术，将石灰浆充分雾化后，用其来吸收燃煤结束后的SO2和SO3，以此来实现脱硫的目标。目前，已经有很多学者将喷雾热分解的技术应用到了制作纳米材料当中。王喜忠等人则是深刻地研究起喷雾造粒的技术，并对喷雾流化工艺及工艺条件进行了探讨。在国内，广州氮肥公司在尿素表面喷涂技术上取得了较好的效果，使得尿素肥能够具有舒缓稀释的作用[2]。

4结论

喷雾干燥技术从美国引进到我国以后，我国的专家学者已经对这项技术进行了各种各样的理论研究，已发展出了适用于各个行业的成熟喷雾干燥设备，但在理论上仍处于滞后状态，干燥动力学、非球形粒子干燥等新技术的应用还需要进一步的探索。

参考文献

[1]郭建慧.喷雾干燥技术在动物制品的应用进展[J].中国畜禽种业,2021,17(07):42-43.

[2]吕丹,张艳军.中药喷雾干燥技术设备现状及问题研究[J].化工装备技术,2021,42(02):8-11.

作者简介： 宋纯亮 1983-10 男 辽宁省辽阳市 汉族 硕士研究生 副高级工程师

山东广浦生物科技有限公司 研究方向:化学工程

          郝健  1984-11 男 山东省烟台市 汉族 本科 副高级工程师

 山东广浦生物科技有限公司 研究方向:化学工程

          李建真 1985-12 男 山东省淄博市 汉族 硕士研究生 副高级工程师 山东广浦生物科技有限公司 研究方向:化学工程