新型小型噴霧干燥機技術(shù)研究與進展

   1.噴霧冷凍干燥
　　
　　噴霧干燥的zui大特征是蒸發(fā)和干燥的表面積非常大，例如1cm3的液體霧化成100μm的液滴，其表面積將增加19000多倍，因而使得干燥速率急劇增大。冷凍干燥則需要較長的升華干燥時間，但可以保持干燥產(chǎn)品的原有品質(zhì)，不至于造成物料變性。因此，結(jié)合上述兩種干燥方法可以發(fā)揮兩種干燥技術(shù)的優(yōu)勢，在達到縮短干燥時間的同時可保持物料的品質(zhì)要求。介紹了目前上有兩種方式來實現(xiàn)上述過程，即采用液氮噴霧制冰粉加真空冷凍干燥的方法和低溫空氣制冰粉加流化床干燥的方法。Sooner等采用前一種方法進行了蛋白質(zhì)噴霧冷凍干燥的研究。結(jié)果表明：蛋白質(zhì)可以保持原有的品質(zhì)，而干燥時間比原來直接采用盤式真空冷凍干燥縮短30%。HansLeuenburger等采用第2種方法，研究了藥品的噴霧冷凍干燥。結(jié)果表明：采用流化床干燥其干燥時間可以由48h縮短到10h左右，且物料品質(zhì)保持不變。但是，由于該試驗裝置采用干冰冷凍除水，要實現(xiàn)工業(yè)化比較困難。
　　
　　目前，研究開發(fā)了新型的噴霧冷凍干燥裝置小型噴霧干燥機，采用冷凍除濕脫水連續(xù)制備低溫低濕空氣，結(jié)合特殊設(shè)計的霧化裝置，實現(xiàn)了料液的連續(xù)制冰粉和干燥。
　　
　　2.超臨界噴霧干燥
　　
　　超臨界流體技術(shù)是一種比較新的技術(shù)。MichaelWiggenhorn[27]研究以不同的干燥技術(shù)制備蛋白質(zhì)脂質(zhì)體粉末，其中就采用了超臨界噴霧干燥和亞臨界噴霧干燥技術(shù)，并且比較了利用不同方法獲得的粉體性質(zhì)，包括粒徑分布和形態(tài)等。荷蘭的Bouchard等[28,29]也利用超臨界噴霧干燥技術(shù)干燥糖和雞蛋白等，研究表明：其干燥產(chǎn)品的顆粒粒徑在1~60μm之間，且顆粒呈球形，表面較光滑。
　　
　　因流體本身的特殊性質(zhì)使得超臨界流體在不同的領(lǐng)域得到了逐步推廣和應(yīng)用，例如超臨界流體萃取技術(shù)、超臨界流體干燥技術(shù)、超臨界流體反應(yīng)等。但是，超臨界流體和水的相容性較差，直接采用超臨界干燥有困難，必須借助其他的溶劑夾帶，而噴霧干燥經(jīng)常面臨的是水溶液的干燥。因此，把超臨界流體和噴霧干燥結(jié)合，形成新的超臨界流體噴霧干燥技術(shù)是一個值得研究的領(lǐng)域和方向。國外已有研究人員開展此項技術(shù)研究，國內(nèi)尚未見有相關(guān)的報道。
　　
　　3.噴霧干燥的數(shù)學(xué)模型與分析
　　
　　隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，快速獲得復(fù)雜數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)解變得可行。上運用計算流體力學(xué)（ComputationalFluidDynamic，簡稱CFD）技術(shù)來模擬整個噴霧干燥過程，已取得了相當(dāng)?shù)某晒鸞30-32]。
　　
　　進行了一系列利用計算流體力學(xué)研究噴霧干燥過程的工作，主要集中在模型的建立、模型的修正和校核，新型干燥塔的研究，水平噴霧干燥、離心式噴霧干燥和大型工業(yè)化壓力噴霧干燥研究等方面。研究結(jié)果表明：目前商業(yè)CFD軟件可以在一定的范圍內(nèi)用來分析噴霧干燥塔內(nèi)氣體介質(zhì)的溫度場、速度場、濕度場以及物料的飛行軌跡、濕度變化、溫度變化等。若要更好地獲得霧滴的干燥特性，還必須有針對性地加入用戶的自定義程序，特別是干燥模型。另外，由于干燥塔內(nèi)的氣體處于紊流狀態(tài)，適當(dāng)?shù)奈闪髂Ｐ鸵矔δM結(jié)果產(chǎn)生較大影響，特別是當(dāng)干燥介質(zhì)采用旋轉(zhuǎn)式進風(fēng)方式時，紊流影響更大。
　　
　　zui近，對噴霧干燥的瞬態(tài)進行了模擬研究。結(jié)果表明：干燥塔內(nèi)的流場隨著時間的變化在變化，使得霧滴在干燥塔內(nèi)的運動呈不規(guī)則狀態(tài)，因此，即使采用相同霧滴狀況的設(shè)定，也將得到不同干燥過程的干燥顆粒；雖然允許一定的殘余溶劑要求，但霧滴實際飛行過程中依然存在著返回高溫區(qū)域的可能性。這些現(xiàn)象尚待進一步的分析和驗證。
　　
　　4.展望
　　
　　（1）小型噴霧干燥機噴霧干燥技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用很久，但依然存多種問題，直接影響了產(chǎn)品的品質(zhì)。針對不同的原料液的特性，采用有針對性的試驗和設(shè)計是一個重要的環(huán)節(jié)，在沒有準確的數(shù)學(xué)模型可以確認時，試驗仍然是解決這些問題的辦法。
　　
　　（2）小型噴霧干燥機噴霧干燥由于針對不同的料液特點其干燥工藝參數(shù)不同，同時為了確保干燥產(chǎn)品的殘留溶劑含量，需要有一定溫度的干燥介質(zhì)排出。目前，常用方法是直接排入大氣，造成了很大的能源浪費。