浅谈喷雾造粒干燥技术

谢智勇

（新疆有色金属研究所 乌鲁木齐 830000）

0 引言

喷雾造粒干燥设备和技术经历了几十年的发展，从20世纪30年代到21世纪初。喷雾干燥是在第二次世界大战期间出现的。该技术通过将流体物料喷洒到热干燥介质中，使物料从流体状态转变为干燥颗粒。流体物料可以是溶液、悬浮液、分散剂或乳剂。干燥产品可以是粉末、颗粒或团聚体，这取决于物料的物理和化学性质、干燥方式和最终所需的粉末性能。

最初的喷雾造粒干燥机只用于食品和医药工业，直到上世纪中叶才应用于其他工业领域。几十年来，喷雾干燥技术是我国进展最快的一种干燥技术，它带动了我国的冶金业、材料业、化工业、陶瓷业等的发展[1]。其主要工作原理为：物料或产品泥浆在雾化器的作用下被雾化成雾滴在干燥室内与由供热装置产生的热风相遇，发生剧烈的热交换，几秒或十几秒钟后雾滴被干燥成合乎要求的颗粒状粉料，积聚在塔底并由卸料阀卸出，其工艺流程简图如图1。

图1 工艺流程简图

1 喷雾造粒干燥主要过程部分

（1）浓缩部分：在进入喷雾干燥机之前，原料通常是被浓缩过的，并达到相应的固液比。

（2）雾化部分：雾化阶段创造了最佳的蒸发条件，使待干燥物料形成需要的形状和尺寸。

（3）液滴-空气接触：在干燥室中，雾化液体与热气接触，导致液滴中95%的水在几秒钟内蒸发。

（4）干燥：水分蒸发分为两个阶段。在第一阶段，液滴中有足够的水分来代替表面蒸发的液体，蒸发以相对恒定的速率进行；第二阶段开始时，没有足够的水分来保持液滴表面的饱和状态，导致干燥的外壳在液滴表面形成。蒸发则取决于水分通过壳层的扩散速度，而壳层厚度在不断增加中又阻碍了水分的蒸发。

（5）分离：旋风、袋式过滤器和静电除尘器可用于最后的分离阶段。湿式洗涤器常用于净化和冷却空气，以便将其释放到大气中。

根据上述技术过程特点，在稀有金属新材料生产中，喷雾造粒干燥器可被设计为适应各种物料和不同的干燥量，流体物料可从每小时几公斤到每小时几吨以上。而且操作过程是连续的，适用于生产的全自动控制。在新材料领域其既可用于加工耐热产品，也可用于热敏产品。得到的干燥产物形貌接近于球形粒子。在干燥过程中也有一些不足，如不能制造具有复杂形貌的颗粒，以及在快速的干燥速率下往往表现出物料干燥过快的表面爆裂。

2 喷雾干燥雾化装置的关键部件

（1）雾化器

喷雾干燥机的“心脏”是雾化器，是最为重要的部件，它体积小，正确有效的安装喷雾器是喷雾干燥运行成功的关键。雾化器必须完成以下几项重要功能：①雾化器必须将原料分散到小液滴中，小液滴应均匀分布在干燥器内，并与热气充分混合。②所生产的液滴不能太大，太大了不能完全干燥；也不能太小，以致难以回收产品；小颗粒也可能过热并烧焦。③喷嘴还必须作为计量装置，控制物料进入干燥器的速度，喷嘴可分为：（a）空气雾化液体喷嘴；（b）无气雾化喷嘴；（c）压力喷嘴；（d）旋转或圆盘喷嘴；（e）超声波喷嘴。

（2）混流方式

同流：在同流干燥机中，喷雾被导向进入干燥室的热风中，并沿相同的方向穿过干燥室；逆流：在这种干燥机的设计中，喷雾和空气是在干燥机的两端引入的，喷嘴位于顶部，空气从底部进入；混合流：这种类型的干燥机将同流和逆流结合在一起。在混合气流干燥机中，空气从顶部进入，喷嘴位于底部。

（3）喷雾干燥室

干燥室内空气始终保持流动，内壁采用流线型，防止部分干燥产品在壁上或雾化器上沉积。干燥室内热空气流动方式和进气温度影响最终产品的类型。

3 喷雾造粒干燥机的类型及特点

（1）竖式干燥机

适用范围较广，可生产无团聚的自由流动粉末。

（2）流化床喷雾干燥机

流化床喷雾干燥机结合了喷雾干燥和流化床干燥技术，提供了优良的产品灵活性和良好的热效率。粘性产品可以成功干燥，可较好的干燥热敏性产品。

（3）多级干燥器

该工艺可生产无尘、自由流动的团聚粉体，具有较高的风味保留。它具有较低的出口温度，实现了高的热效率。可干燥高脂肪、吸湿性和粘性的产品。

（4）紧凑型喷雾干燥机

雾化是由旋转喷雾器或喷嘴喷雾器产生的。流体床在干燥室内的位置实现了在较低温度水平下的干燥。它为粉末处理提供了更高的效率和更好的冷却条件。

（5）集成过滤干燥器

其结合一个完整的流体床和过滤器。适用于食品配料、食品、乳制品、化工和制药行业。特点包括：提高粉末质量，降低噪音水平和较低的能源消耗。

4 喷雾造粒干燥的发展前景

喷雾造粒干燥技术历经了几十年的发展，已进行了大量的技术研究。但仍有一些问题待解决。如喷雾干燥的新型雾化器仍需进行研究开发；喷雾干燥的设计需根据以往的经验教训继续完善设计理论，提高设计的准确性；喷雾干燥的热效率较低，技术开发人员需研究开发如何提高热效率，促进节能，为环保做一些贡献。今后应该将计算机软件技术运用于喷雾干燥的数学模拟，提供更多目前实验无法检测到的数据和结果。无论是学术界或是企业界，对喷雾干燥的研究、开发和完善依然有很长的路要走。随着对喷雾干燥技术以及设备的深入研究与开发，喷雾干燥技术将拥有更为广阔的应用前景。