喷雾干燥工作原理

通过机械作用，将需干燥的物料，分散成很细的像雾一样的微粒，（增大水分蒸发面积，加速干燥过程）与热空气接触，在瞬间将大部分水分除去，使物料中的固体物质干燥成粉末。

（1）压力喷雾干燥法：

①原理：利用高压泵，以70～200大气压的压力，将物料通过雾化器（喷枪），聚化成10～200的雾状微粒与热空气直接接触，进行热交换，短时间完成干燥。

②压力喷雾微粒化装置：M型和S型，具有使液流产生旋转的导沟，M型导沟轴线垂直于喷嘴轴线，不与之相交；S型导沟轴线与水平成一定角度。其目的都是：设法增加喷雾时溶液的湍流度。

（2）离心喷雾干燥法：

①原理：利用水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液以离心力，使其以高速甩出，形成薄膜、细丝或液滴，由于空气的摩擦、阻碍、撕裂的作用，随圆盘旋转产生的切向加速度与离心力产生的径向加速度，结果以一合速度在圆盘上运动，其轨迹为一螺旋形，液体沿着此螺旋线自圆盘上抛出后，就分散成很微小的液滴以平均速度沿着圆盘切径方向运动，同时液滴又受到地心吸力而下落，由于喷洒出的微粒大小不同。因而它们飞行距离也就不同，因此在不同的距离落下的微粒形成一个以转轴中心对称的圆柱体。

②获得较均匀液滴的要求：a.减少圆盘旋转时的震动b.进入圆盘液体数量在单位时间内保持恒定c.圆盘表面平整光滑d.圆盘的圆周速率不宜过小，rmin=60m/s,乳（100-160m/s）若<60m/s，喷雾液滴不均匀，喷距似乎主要由一群液滴及沉向盘近处的一群细液滴组成，并随转速增高而减小。

③离心喷雾器的结构:要求：润湿周边长，能使溶液达到高转速，喷雾均匀，结构坚固、质轻、简单、无死角、易拆洗、有较大生产率。

（3）气流式喷雾干燥法：

①原理：湿物料经输送机与加热后的自然空气同时进入干燥器，二者充分混合，由于热质交换面积大，从而在很短的时间内达到蒸发干燥的目的。干燥后的成品从旋风分离器排出，一小部分飞粉由旋风除尘器或布袋除尘器得到回收利用。

1.与产品接触的部位，必须便于清洗灭菌；

2.应有防止焦粉措施，防止热空气产生涡流与逆流；

3.防止空气携带杂质进入产品；

4.配置温度、压力指示纪录仪装置，便于检查生产运转；

5.具有高回收率的粉尘回收装置；

6.应迅速出粉冷却，以提高溶解度、速溶性；

7.干燥室内温度及排风温度，不允许超过100℃，保证安全与质量；

8.喷雾时浓奶液滴与热空气均匀接触，提高热效率；

9.对粘度物质尽量减少粘壁现象。

喷雾干燥优点

1.干燥过程非常迅速。

2.可直接干燥成粉末。

3.易改变干燥条件，调整产品质量标准。

4.由于瞬间蒸发，设备材料选择要求不严格。

5.干燥室有一定负压，保证了生产中的卫生条件，避免粉尘在车间内飞扬，提高产品纯度。

6.生产效率高，操作人员少。

7.生产能力大，产品质量高。每小时喷雾量可达几百吨，是干燥器处理量较大者之一。

8.喷雾干燥机调节方便，可以在较大范围内改变操作条件以控制产品的质量指标，如粒度分布、湿含量、 生物活性、溶解性、色、香、味等。

喷雾干燥缺点

1.设备较复杂，占地面积大，一次投资大。

2.雾化器，粉末回收装置价格较高。

3.需要空气量多，增加鼓风机的电能消耗与回收装置的容量。

4.热效率不高，热消耗大。

以大豆的喷雾干燥操作为例：

大豆在喷雾干燥前，必需进行清洗和去皮，并削减脂肪等非蛋白质成份，从而浓缩出大豆中最有营养的成份，经过这样浓缩后的大豆才能进行喷雾干燥。喷雾干燥的实际过程分好几个步骤：首先，液体产品被输入雾化器中，雾化器中一个高速运作的转轮将液体雾化，从而使产品变为固液体混合的微粒子状态。

在第二个步骤中，雾化微粒被导向一个可控温度及气流的干燥室中，热空气会将微粒里的液体蒸发掉。为了使最终的产品符合标准，微粒接触热空气时间必须能够恰到好处，以保持粉末品有一定的水份；同时干燥室里的状态也要受到良好的控制，因为，干燥室体积的大小和气流状况都会影响到产品的营养。

第三个步骤也就是整个程序中的最后一步，将气流中的粉末通过分离器收集到一个容器中，这样形成的最终产品就可以进行包装或与其它成份混合了。

干燥速度快。料液经离心喷雾后，表面积大大增加，在高温气流中，瞬间就可蒸发95%-98%的水份，完成干燥时间仅需数秒钟。

采用并流型喷雾干燥形式能使液滴与热风同方向流动，虽然热风的温度较高，但由于热风进入干燥室内立即与喷雾液滴接触，室内温度急降，而物料的湿球温度基本不变，因此也适宜于热敏性物料干燥。

有些植物的营养成份会因高温而丧失，对这些植物来说，冷冻干燥是一个有效的浓缩保存方法，然而，有些植物确需一定的温度以去除毒性，对这些植物而言，喷雾干燥技术则是再理想不过的了。以大豆为例，其浓缩过程需要一定的温度，以去除一种叫作胰蛋白酶抑制剂（ trypsin inhibitors ）的物质 ( 这种物质会阻碍消化和分解蛋白质 ) 。

喷雾干燥往往是制造过程中最后的一个步骤，它就是经由不断的喷雾、混合和干燥来使物质从液体变为粉末。在众多储存食物的技术中，喷雾干燥法有其独特的优越性。因为此技术所使用的温度并不是很高，所以在去除微生物污染的同时，仍可以有效保留食物的味道、色泽和营养。

喷雾干燥具传热快、水分蒸发迅速、干燥时间短的特点，且制品质量好，质地松脆，溶解性能也好，能改善某些制剂的溶出速率，适用于热敏性药物，此外，喷雾干燥还可用于制备微胶囊。

喷雾干燥法通常被用于去除原料中水份。除此之外，它还有着其它多种用途，例如：改变物质的大小、外形或密度，它能在生产过程中协助添加其它成份，有助于生产质量标准最严格的产品。

本书共分11章，主要内容有喷雾干燥的基本原理及基础知识、喷雾干燥流程及其选择、雾化器的结构和计算、颗粒的形成和干燥、喷雾干燥塔的结构与设计、喷雾干燥试验与操作安全、喷雾干燥的节能措施与未来发展趋势、喷雾干燥的附属设备、喷雾干燥的工业应用等。各章附有例题，以便于掌握其计算方法。 本书可供从事喷雾干燥工作的工程技术人员使用，也可供高等院校相关专业师生参考。

压力喷雾干燥法是利用高压泵，以70~200大气压的压力，将物料通过雾化器(喷枪)，聚化成10~200的雾状微粒与热空气直接接触，进行热交换，短时间完成干燥。喷雾干燥是系统化技术应用于物料干燥的一种方法。于干燥室中将稀料经雾化后，在与热空气的接触中，水分迅速汽化，即得到干燥产品。

压力喷雾微粒化装置:M型和S型，具有使液流产生旋转的导沟，M型导沟轴线垂直于喷嘴轴线，不与之相交;S型导沟轴线与水平成一定角度。其目的都是:设法增加喷雾时溶液的湍流度。该法能直接使溶液、乳浊液干燥成粉状或颗粒状制品，可省去蒸发、粉碎等工序。2100433B

第1章 概述

1.1喷雾干燥在日常生活及工业应用

1.2喷雾干燥的定义及基本流程

1.3喷雾干燥的基本过程阶段

1.3.1 喷雾干燥的第一个基本阶段——料液的雾化

1.3.2 喷雾干燥的第二个基本阶段——雾滴与热风的接触及干燥

1.3.3喷雾干燥的第三个基本阶段——干燥产品与废气的分离

1.4喷雾干燥系统的组成

1.4.1 供料系统

1.4.2雾化器

1.4.3热风系统

1.4.4热风分布器及喷雾干燥室

1.4.5干燥产品的排出

1.4.6气固分离及产品回收设备

1.5喷雾干燥的优缺点

1.5.1喷雾干燥的优点

1.5.2喷雾干燥的缺点

参考文献

第2章 喷雾干燥的基础知识

2.1术语

2.1.1雾滴及颗粒

2.1.2团聚物

2.1.3粒度

2.1.4颗粒形状

2.1.5粒度分布

2.1.6平均粒度

2.2数据的表示方法

2.2.1列表法

2.2.2图示法

2.3数据的分析

2.3.1平均直径

2.3.2分布函数

2.4雾滴和颗粒粒度的测量

2.4.1雾滴大小及其分布的测量

2.4.2颗粒粒度的测量

2.5湿空气的性质及I—x图

2.5.1湿空气的性质

2.5.2 湿空气的I—x图

2.5.3 I—x图的使用方法

2.6喷雾干燥过程的物料衡算及热量衡算

2.6.1喷雾干燥过程的物料衡算

2.6.2喷雾干燥过程的热量衡算

2.6.3喷雾干燥过程的热量衡算的图解法

2.6.4喷雾干燥过程的热量衡算的公式法

2.7物料中的水分状态和干燥速率

2.7.1物料中的水分状态

2.7.2干燥速率

参考文献

第3章 喷雾干燥的流程及其选择

3.1开式循环流程

3.1.1 干燥器—旋风分离器—洗涤器流程

3.1.2 干燥器—旋风分离器—布袋过滤器流程

3.1.3 干燥器—布袋过滤器流程

3.1.4 开式的具有部分废气再循环的喷雾干燥流程

3.2 闭路循环喷雾干燥系统流程

3.3半闭路循环流程

3.3.1 半闭路循环喷雾干燥系统的流程

3.3.2 自惰化喷雾干燥流程

3.3.3带有预热和燃烧的自惰化喷雾干燥系统

3.4无菌的喷雾干燥流程

3.5二级与三级的喷雾干燥流程

3.5.1二级干燥流程

3.5.2三级干燥流程

3.6 干燥器—静电除尘器系统流程

3.7细粉返回到喷雾干燥塔内的流程

参考文献

第4章 雾化器的结构与计算

4.1概述

4.1.1料液的雾化

4.1.2喷嘴的分类

4.2气流式喷嘴

4.2.1气流式喷嘴的原理及其优缺点

4.2.2气流式喷嘴的结构

4.2.3各种变量对液滴尺寸的影响

4.2.4平均滴径的计算

4.3压力式雾化器

4.3.1 压力式雾化器的操作原理及其优缺点

4.3.2压力式喷嘴的结构

4.3.3压力式喷嘴的操作特性

4.3.4喷嘴结构尺寸对流量系数的影响

4.3.5操作参数对液滴尺寸的影响

4.3.6平均滴径的计算和液滴尺寸分布

4.3.7压力式喷嘴的主要尺寸的计算

4.4旋转式雾化器

4.4.1旋转式雾化器的操作原理、类型及优缺点

4.4.2光滑盘（无叶片盘）旋转雾化器

4.4.3叶片盘（非光滑盘）旋转雾化器

4.4.4喷雾干燥操作时的雾化轮特性

4.4.5雾化轮的放大

4.4.6旋转—气流杯雾化器

4.4.7液体分布器

4.4.8旋转式雾化器的轴的问题

4.4.9雾化器的驱动方式

4.5静电雾化的基本原理及其应用

4.5.1静电雾化的基本原理及基本流程

4.5.2静电雾化产生离子（束）的模型

4.5.3平均滴径的计算

4.5.4静电雾化的工业应用

4.6雾化器的选择

参考文献

第5章 颗粒的形成和干燥

5.1颗粒干燥过程的两个阶段

5.2颗粒的形成

5.2.1干燥曲线和干燥速率曲线

5.2.2干燥室内的温度分布

5.2.3悬浮液和乳浊液等液滴的干燥

5.2.4溶液的液滴干燥

5.2.5颗粒的形成

5.2.6液滴干燥的某些概括性结论

5.2.7影响喷雾干燥产品性质的因素

5.3纯液体的液滴的蒸发时间的计算

5.3.1单个液滴的蒸发时间的计算

5.3.2 纯液体的雾滴群的蒸发时间的计算

5.4含有可溶性固体的液滴蒸发时间的计算

5.4.1单个液滴的蒸发时间的计算

5.4.2含有可溶性固体的雾滴群的蒸发

5.5含有不溶性固体的液滴蒸发时间的计算

参考文献

第6章 喷雾干燥塔的结构设计和尺寸估算

6.1喷雾干燥塔的基本结构型式

6.1.1并流流动的干燥塔和空气分布器的配置

6.1.2逆流流动的干燥塔和空气分布器的配置

6.1.3混合流流动的干燥塔和空气分布器的配置

6.2干燥塔内的空气一雾滴（或颗粒）的流动方向

6.2.1空气—雾滴并流运动

6.2.2空气—雾滴逆流运动

6.2.3空气—雾滴混合流运动

6.3空气（热风）分布器

6.3.1概述

6.3.2 旋转式雾化器的并流流动的塔内的空气分布器

6.3.3喷嘴式雾化器的塔内的热风分布器

6.3.4逆流流动的干燥塔的空气分布器（喷嘴式雾化器）

6.3.5混合流干燥塔的空气分布器（喷雾或旋转式雾化器）

6.3.6干燥塔锥形底出料和排气方式的组合

6.4干燥塔直径和高度的估算

6.4.1雾滴在气流中的运动

6.4.2用图解积分法，计算干燥塔的直径

6.4.3用图解积分法，计算干燥塔高度

6.4.4用干燥强度法，估算干燥塔容积

6.4.5用体积给热系数法，估算干燥塔容积

6.4.6旋转式雾化器的喷雾干燥塔直径的确定

6.4.7喷雾干燥塔的某些经验数据

6.4.8行业和企业的某些标准

6.5喷雾干燥操作中的粘壁问题

6.5.1概述

6.5.2半湿物料粘壁

6.5.3低熔点物料的热熔性粘壁

6.5.4干粉的表面黏附

6.6设计举例

6.6.1设计举例（一）

6.6.2设计举例（二）

6.6.3设计举例（三）

参考文献

……

第7章喷雾干燥实验

第8章喷雾干燥的操作安全

第9章喷雾干燥的节能措施与未来发展趋势

第10章喷雾干燥系统的附属装置

第11章喷雾干燥的工业应用