喷雾干燥

喷雾干燥法一、概念喷雾干燥是流化技术用于液态物料干燥的方法。它是将液态物料浓缩至适宜的密度后，使雾化成细小雾滴，与一定流速的热气流进行热交换，使水分迅速蒸发，物料干燥成粉末状或颗粒状的方法。二、特点1、优点•干燥时间短；•干燥温度低，特别适用于热敏性物料；•产品质量好•含水量5%。2、缺点•进风温度较低时，热效率只有30%~40%；•设备清洗较麻烦。三、基本过程（结合图）•药液自导管经流量计至喷头后，进入喷头的压缩空气将药液自喷头经涡流器利用离心力增速成雾滴喷入干燥室，再与热气流混合进行热交换后很快即被干燥。当开动鼓风机后，空气经滤过器、加热器加热至280℃左右后，自干燥室上部沿切线方向进入干燥室，干燥室内一般保持在120℃以下，已干燥的细粉落入收集桶内，部分干燥的粉末随热空气进入分离室后捕集于布袋中，热废气自排气口排出。四、常用设备1.分类•喷雾器是喷雾干燥设备的关键组成部分，常用喷雾器有三种类型：•①压力式喷雾器；•②气流式喷雾器；•③离心式喷雾器。热空气与料液在干燥室内流向分为三类：•①并流型气液两相同方向流动，有的向下并流，有的向上并流，前者应用较多。可采用温度较高的热风，适用于热敏性物料的干燥。•②逆流型气液两相作方向相反的流动，雾滴悬浮时间长，成品水分较低，适用于水分大的料液。•③混流型气液两相先逆流后并流，混合交错流动，液滴交换轨迹较长，具并流和逆流干燥特性，适用于不易干燥的料液。2.设备举例•（1）压力喷雾干燥设备空气过滤器风机空气加热器平衡槽平衡槽过滤器双联过滤器高压泵高压泵空气过滤器风机风机风机空气加热器空气加热器空气加热器空气冷却器流化床干燥塔旋风分离器旋风分离器空气冷却器主要技术参数蒸发量/kg·h-1350物料处理量/kg·h-1673～713蒸汽耗量/kg·h-1850（包括流化床）雾化形式压力喷雾工作压力/MPa0.8进风温度/℃160℃排风温度/℃85～90℃干燥塔有效体积/m367塔内负压/Pa100～200压力喷雾干燥原理主要采用高压泵，以一定的压力，将浓缩后的浓溶液通过喷枪使之克服料液的表面能力而雾化成雾状微粒喷入干燥室。由于同热空气直接接触，进行热交换和水分的传递，其表面水分迅速蒸发，在很短的时间内即被干燥成球状颗粒，沉降于塔底。结构组成：立式干燥塔、喷枪、旋风分离器、空气过滤器、空气冷却器、空气加热器、热风分配器、进风机、排风机、高压泵、平衡槽、流化床、筛粉器等。喷枪喷嘴(导沟槽)（2）离心喷雾干燥设备典型的尼罗离心喷雾干燥设备过滤器加热器风机(冷)风机(冷)风机(热)风机振动筛流化床干燥室旋风分离器旋风分离器风机(废气)鼓风机鼓形阀细粉收集器•1加热器(间接)•2干燥室•3振动流化床•4带加热器的风机(用于流化床的空气)•5风机(用于流化床的周围冷却空气)•6风机(用于流化床的脱湿冷却空气)•7振动筛塔体：•内外壁全用不锈钢制造，并经抛光处理，符合食品卫生要求，外形美观；•保温层达60mm；•在塔的锥部装有电磁振荡器，由继电器控制，每隔一定时间交换的震动几次，把粘在塔壁上的粉振下并及时送出。电动机离心盘离心盘(多叶)•16条叶槽•离心盘直径210mm，转速15,000r/min，物料处理量500kg/h。•4个小孔直径3mm，保证物料均匀进入离心盘。•直沟槽弯曲沟槽：减少成品中的空气，减少了氧化的可能，提高了单位容量，有利于包装雾化机理•料液在高速旋转的离心盘上雾化时，受到两种力的作用，一种是离心盘旋转产生的离心力，另一种是与周围空气摩擦产生的摩擦力。料液在排到热空气之前被离心力作用加速到很高速度。从离心盘的边缘甩出时呈薄膜状。与周围空气接触受摩擦力作用力即分散成为微细的乳滴，达到雾化的目的。液滴随转盘旋转而产生的切线速度与离心力作用而产生的径向速度被甩出，其运动轨迹是一螺旋形。离心喷雾影响液滴大小的因素：•1、转速对液滴大小的影响转速增大，液滴变小；反之转速降低，液滴变大；•2、供料量与液滴大小的关系在旋转速度一定的情况下，液滴大小与供料量成正比；•3、物料浓度与液滴大小的关系物料浓度与液滴大小成正比。五、喷雾干燥操作要点•1、开车前的准备彻底清除干燥室内及其他系统残留的粉尘，对平衡槽、高压泵或乳泵及其输入管路进行彻底清洗杀菌，安装好雾化器。•2、开车（1）将干燥塔所有的门洞全部关闭。启动进、排风机，调整进、排风量，使干燥室内负压维持在98～196Pa的负压，开启流化床等部件。（2）供汽加热：缓慢的开启蒸汽阀向空气加热器供汽，待冷凝水排净后，关闭旁通阀使蒸汽通过冷凝器阀门排出冷凝水，使蒸汽压稳定在要求的数值上。热空气进入干燥室及系统后保持需要的温度和时间，进行预杀菌。（3）供料喷雾①压力喷雾：启动高压泵送料液至喷嘴（按顺序开启阀门）开始喷雾，观察雾化情况并及时调整。②离心喷雾：开动送料泵，先送水至离心盘进行喷雾，调整泵的流量，待进、排风温度达到正常时，正式送料液，观察雾化状态并及时调整。•3、运行中的操作（1）运行过程中必须保持进、排风温度稳定，浓液的温度及浓度的稳定，雾化状态良好，一般是采用保持排风温度稳定，对其他方面进行调解的操作。（2）严格执行卫生制度，避免外来细菌的污染。（3）防止出现断料或其他突然的故障，如断水、电、汽或其他故障，避免造成质量问题。•4、停车（1）停止高压泵；（2）关闭主蒸汽阀门；（3）停进排风机；（4）打开干燥室门扫粉。六、喷雾干燥常见问题的分析问题一：产品含水量高原因分析1：料液雾化不均匀，喷出的粒子太大解决措施1：1、提高离心机转速2、提高高压泵压力3、发现喷嘴有线流时应及时更换原因分析2：进料量太大解决措施2：适当改变进料量原因分析3：排出空废气的相对湿度太高解决措施3：提高进风温度，相应的提高排风温度。问题二：塔顶及喷雾器附近有积粉原因分析：热风分配未调节好解决措施：校正热风分配器的位置，使进风均匀，消除积粉。问题三：塔壁粘着湿粉原因分析1：进料太多解决措施1：降低进料泵进料速度原因分析2：喷雾开始前干燥塔加热不足解决措施2：排风温度没有达到规定时不要喷雾问题四：塔壁局部地方有积粉原因分析1：气流分布不规则解决措施1：调正热风分配器，使塔内空气均匀原因分析2：多喷嘴喷雾时喷嘴堵塞解决措施2：更换堵塞喷嘴原因分析3：离心喷雾盘液体分配器的部分空洞堵塞，使喷雾盘料液分布不规则解决措施3：检查和清洗喷雾盘液体分配器问题五：蒸发量降低原因分析1：整个系统空气量减少解决措施1：1、检查进排风机转速是否正常2、检查进排风调节阀是否正确3、检查空气过滤器及加热器管道是否堵塞原因分析2：热风入口温度太低解决措施2：1、检查加热器压力是否符合要求2、检查加热系统是否功罪正常原因分析3：设备漏风会造成热量散失和引进冷空气解决措施3：检查设备，同时修补损坏处，特别注意各组件连接处的严密性问题六：产品杂质高原因分析1：空气过滤器的效果差解决措施1：提高空气过滤效率，及时清洗或更换过滤器原因分析2：料液杂质度高解决措施2：喷雾前将料液过滤原因分析3：设备不清洁解决措施3：清洗设备问题七：产品粉粒太细原因分析解决措施料液固形物含量低提高喷雾料液浓度喷嘴孔径太小采用较大孔径高压泵压力太高适当降低压力离心盘转速太快适当降低转速离心喷雾进料太小提高进料量离心盘选用不合适改进喷雾结构，可用切向小孔代替径向小孔，或采用蝶式转盘问题八：产品得率低，跑粉损失大原因分析1：旋风分离器效率低解决措施1：1、检查旋风分离器是否由于敲击而变形2、检查旋风分离器的气密性及器内和出口是否有积料、堵塞原因分析2：袋滤器接口松脱或袋穿孔解决措施2：修好接口，定期检查更换布袋问题九：离心喷雾机速度降低，电流增大原因分析1：进料速度太高，使其超负荷解决措施1：降低供料量原因分析2：喷雾机和电机机械故障解决措施2：停止喷雾，检查、排除故障问题十：喷雾机速率波动较大原因分析：通常由于电机缺陷，因此产生喷雾机和电机的机械共振现象解决措施：严密检查电机七、喷雾干燥工艺优化方法实验优化设计的方法很多，如正交设计，均匀设计等等。都是利用数理统计学原理，甚至借助相应的软件分析，利用较少的试验次数，完成复杂的实验课题。正交设计法•喷雾干燥实验是一个多因素，多水平的实验过程。需要控制的参数条件很多，若想找到最优的实验条件，如果光靠多次的实验来对比和摸索，工作量将十分巨大。例如：在试验中，若选取六个因素，每个因素各取五个水平时，若做全面试验，则需56＝15625次试验，这实际上是不可能实现的。优化设计试验的目的，就是探索过程中自变量对于因变量的影响的大小和趋势，并寻找其最佳条件。在喷雾干燥中，一些主要的自变量与因变量列表如下：•[例]以某喷雾干燥产品的得率为指标，选择了药液浓度(A)，辅料用量(B)，进口温度(C)，空气流速（D）4个有关因素进行条件试验。这里，对因子A、B、C和D都取三个水平：A药液浓度(%)：•Al＝0.25，A2＝0.50，A3=0.75•B辅料用量：•Bl＝10:1，B2＝15:1，B3=20:1•C进口温度(℃)：•Cl＝100，C2＝105，C3＝110•D空气流速（L/h）：•Dl＝450，D2＝500，D3＝550•需指出，关于因素的选取，除了事先能肯定作用很小的因素和交互作用不安排外,凡是可能起作用的因素都可以考察。如上面的例子中，出口温度也可做为因素之一，但因为产品的热稳定性较高，出口温度在低于100℃时，对其活性影响较小，可以事先肯定不用考察出口温度的因素对产品影响。因此，选取了载体浓度，入口温度、载体与交联剂比例以及空气流速等有可能对指标产生明显影响的几个因素进行考察。一般来说,正交表不怕因素多;有时增加1、2个因素,并不增加试验次数。•利用正交表L9(34)来安排实验并进行结果分析列于下表：••结果分析（极差法）：利用极差分析法，可初步得出各因素对包封率的影响，依次为A＞C＞B＞D，最佳组合为A3B1C2D3,即载体浓度为0.75%，载体与交联剂比例为10：1，进口温度为105℃，空气流速为550L/h。按此优化条件实验后，产品的包封率为（92.10±2.1）%，工艺重现性良好。所以，组合为A3B1C2D3即是最优的实验条件。