[科普中国]-喷雾干燥器

喷雾干燥器是一种装置，主要用于干燥产品并分离回收，适用于连续大规模生产，干燥速度快，主要适用于热敏性物料、生物制品和药物制品。

背景知识喷雾干燥机因其可直接由溶液或悬浮体制得成分均匀的粉状产品的特殊优点，目前在化工、轻工、食品等工业中仍有广泛的应用，化学工业中以染料行业应用最为普遍。经过近年来广大工程技术人员的努力，喷雾干燥技术已比较成熟，塔尺寸的确定也有成功的计算方法。采用的雾化器仍然是压力式、离心式和气流式三种，但近几年来离心喷雾干燥机的应用呈上升趋势。对于真溶液喷雾干燥，值得注意的是，不同亲水性溶质要求的干燥介质温度不同。如无机盐类强亲水性物质，其水溶液蒸发脱水主要在溶液沸点下进行，出塔气体温度低于130摄氏度就难以操作。我国虽然和国外相比还有明显的差距，但喷雾干燥机装置的制造和操作水平也都有较大幅度的提高。

喷雾干燥技术和设备的改进和革新主要有以下几个方面：
1、解决粘壁问题：

粘壁现象迄今仍然是妨碍喷雾干燥机正常操作的一个突出问题。一般说来，增大直径可以减轻粘壁；但为此目的而采用非常大的设备直径显然也不经济。国外专家研究了干燥过程中的粘壁和结块问题，认为造成粘壁的主要宏观因素是壁温。并实践应用了，有一定效果。另外，塔内壁抛光也可以减轻粘壁。

2、改善产品物性：
科学技术发展和生活水平的提高对喷雾干燥产品的物理性质提出了越来越高的要求。例如，有的要求堆密度特别大或特别小，一些有复水性的粉体如食品、中药冲剂等则往往要求速溶性。一般说来，改变雾化的分散度以及适当改变操作条件以控制干燥速率，可以制得具有不同堆密度的产品，但变化的幅度是有限的。在改善物性方面值得一提的是泡沫喷雾干燥，即将进料液体先泡沫化后再行喷雾干燥。该方法最初是为提高热效率而提出的，后来用以调整产品的物性。现已证明，泡沫喷雾干燥制得的奶粉等产品粒径大、多孔、多凹陷、表面粗糙，具有良好的速溶性。1

工作原理在干燥塔顶部导入热风，同时将料液送至塔顶部，通过雾化器喷成雾状液滴，这些液滴群的表面积很大，与高温热风接触后水分迅速蒸发，在极短的时间内便成为干燥产品，从干燥塔底排出热风与液滴接触后温度显著降低，湿度增大，它作为废气由排风机抽出，废气中夹带的微粒用分离装置回收。1

喷雾干燥器使用特点1. 干燥速度快

2. 在恒速阶段液滴的温度接近于使用的高温空气的湿球温度物料不会因高温空气影响其产品质量，产品具有良好的分散型，流动性和溶解性。

3. 生产过程简，单操作控制方便，容易实现自动化。

4. 由于使用空气量大，干燥容积变大，容积传热系数较低。

5. 防止发生公害，改善生产环境。

6. 适于连续大规模生产。

喷雾干燥器应用范围

热敏性物料、生物制品和药物制品，基本上接近真空下干燥的标准。1

机械特点

干燥速度快，产品性能好

料液经喷雾后，雾化成分散的微粒，表面积大大增加，与热空气接触后在极短的时间内就能完成干燥过程。一般情况下在100～150℃，1～3s内就能蒸发95%～98%的水分。由于干燥过程是在瞬间完成的，产成品的颗粒基本上能保持与液滴近似的球状，从而具有良好的分散性、优良的冲调性和很高的溶解度。

减少粘壁和焦粉，提高成品质量

喷雾干燥机、离心喷雾干燥机和多喷嘴喷雾干燥机是3种典型的喷雾设备。离心喷雾和多喷嘴喷雾的喷雾方向为水平或垂直方向(轴线方向)。水平方向时，为了使热风和液滴很好地接触，提高干燥效率，让热风形成涡流，这样易产生附着现象，附着沉积的物料会产生热变性和清洗困难等问题。而热风的速度沿着干燥塔轴线方向时，热风流线常会整体发生偏移，热风不能很好地与料液混合，效率低且有部分附着现象。

干燥塔、分离室和冷却室的一体化

为了满足市场需要，提高产品溶解性、冲调性和包装性能。有的喷雾干燥设备增加了造粒的设备，但它会增加制品的热变性和芳香物质的损失，而MD型喷雾干燥机有效地解决了干燥塔、分离室和冷却室的一体化问题。在喷雾干燥的降速干燥阶段，随着水分的降低，粉末的温度上升。以乳品为例，干燥塔下部的干燥空气温度为90～100℃时，粉末的温度为60℃左右，为防止热变性，希望干燥终了时迅速冷却。对此MD型喷雾干燥机在干燥塔的下部安装了流动冷却室，这个系统有旋风分离的微粉末，用空气输送到分离室下部的流动冷却室，和在分离室被重力分离出的粉末一起冷却到30℃左右，然后排出，其结果对热变性有很好的控制作用。

二次热风的利用

热风吹进干燥塔时，吹入处的温度很高，这个部位若附着有微量的产品，会全部褐变，它不断地下落，会造成产品品质下降。对此MD型喷雾干燥机在热风吹进干燥塔的口部设置了两个同心圆筒，从这两个圆筒的中间可以回流低温的二次热风(70～100℃)，有效地解决了上述因附着而造成的品质下降问题。而且二次热风风量(G)和热风风量(G)的比G′?G=0.05，或更大些(可增加到0.3～0.4)，有利于提高产品溶解度。1

机械原理

喷雾干燥机是使液态物料经过喷嘴雾化成微细的雾状液滴，在干燥塔内与热介质接触，被干燥成为粉料的热力过程。进料可以是溶液、悬浮液或糊状物，雾化可以通过旋转式雾化器、压力式雾化喷嘴和气流式雾化喷嘴实现，操作条件和干燥设备的设计可根据产品所需的干燥特性和粉粒的规格选择。

喷雾干燥机是干燥领域发展最快、应用范围最广的一种形式，适用于溶液、乳浊液和可泵送的的悬浮液等液体原料生成粉状、颗粒状或块状固体产品。被干燥物料热敏性、粘度、流动性等不同的干燥特性，和产品的颗粒大小、粒度分布、残留水份含量、堆积密度、颗粒形状等不同的质量要求，决定了采用不同的雾化器、气流运动方式和干燥室的结构形式。

经球磨好的料浆在搅拌槽内进一步的被搅拌均匀并加热至35℃以上，然后向搅拌槽内施加压力，在压力的作用下，料浆被送至雾化器，经雾化器雾化后从塔体下部喷入塔体内。经油气热交换器加热的N2被送风机送至塔体顶部的气体分配器，经气体分配器后，N2均匀地、呈旋风状地进入塔体，对雾化了的料浆进行干燥制粒。料粒与热气体接触后其表面的液体便迅速蒸发，而内部的气体在其后的干燥过程中迁移到表面被热气体带走。干燥后的料粒落到塔体底部，通过一对碟阀进行间隙式回收。

干燥料浆后的气体中含有汽化后的己烷和少量的微小粉尘，该气体被压力风机首先送到旋风分离器，对其中的粉尘进行初步分离，然后再送至冷凝一淋洗塔。在淋洗塔内，气体得到进充分的洗涤，而气体中含有的己烷气体被冷凝出来，在淋洗塔底部进行收集，经洗涤后的气体又被送到油一气热交换器进行加热，得到重复使用。运行过程中系统保持微正压状态，靠一个送气阀和一个排气阀自动控制。

避免了热风涡流和轴流的缺点，设置了热风整流室，在整流室的吹出口装有蜂窝状类似转浆式水轮机导向叶轮的固定叶片，热风由固定叶片的半径方向流出，进一步改变热风方向，吹向干燥塔。这样由固定叶片把涡流的热风转变为干燥塔的轴向供给，达到了整流的目的，对于解决干燥塔内的产品附着问题效果非常明显。而且整流后防止了热风回转，使雾下降时，受热均匀，使成品的热变化可以维持在最小限度内，因此提高了成品的质量。1

机械操作

1、开机前，请确认水、气、电已满足设备要求；请再次确认所有紧固件已收紧，检查门已关紧。

2、开冷却循环水，开总控制电源（位于墙上），及控制电柜左上角开关，开启冷冻机。

3、准备往系统注入氮气：检查三个阀门，V－3（关）、V－2（关）、V－4（开）。

4、将氮气分压关闭，开总阀，然后将分压调至0.4MPa。

5、系统内导入氮气：V－101（开），V－102（开），V－103（开得较小），V－106（开得较小，使其流量在0.5左右），调节V－102与V－103间的三联过滤器，使其压力在0.1MPa，V－104（开得较小，压力在0.1MPa左右）。

6、至氧气浓度低于规定的浓度（3%）时，V－103（关），V－2（开），V－4（关），然后启动循环风机5－10分钟，使氧气浓度维持在3%（系统不漏气）。

7、开启雾化器（频率为0HZ），开启电加热，开供料泵，开蠕动泵（温度未达到设定值时，不得供料），当温度达到100℃后（设定温度在100℃以上），调节雾化器频率至30－40HZ。

8、当热风入口温度达到已设定温度并稳定时，将雾化器的频率慢慢调制50HZ。开启蠕动泵，喷溶剂，使出口温度达到设定值并稳定（此时可观察溶剂是否喷出，出口温度的变化情况）。

9、当入口温度与出口温度达到设定值时，迅速将溶剂切换至原料液。并调节雾化器旋钮至规定转速。

10、喷料完毕后，将原料液切换至溶剂，并且雾化器频率调至50HZ，并喷雾10分钟左右，此后供料泵关闭，电加热关闭（此时关闭氮气），慢慢减速雾化器转速至20HZ左右。当进口温度降到90℃关闭可燃气体开关，关闭冷冻机开关，并用空气置换系统内氮气（开V－3，关V－2，开V－4），雾化器在温度为90℃以下时可关闭，循环风机在温度为60℃以下时可关闭。

11、当控氧仪氧气浓度达到21%后，可开检查门，并清理物料。

12、关闭电源及氮气各个分流阀。2

机械维护粘壁现象严重主要表现是干燥室内到处都有粘着的湿粉。其原因是进料量太大，不能充分蒸发；喷雾开始前干燥室加热不足；开始喷雾时，下料流量调节过大；加入的料液不稳定。针对上述产生问题的不同原因，可依次采取以下措施：适当减少进料量；适当提高热风的进口和出口温度；在开始喷雾时，流量要小，逐步加大，调节到适当时为止；检查管道是否堵塞，调整物料固形物含量，保证料液的流动性。

产品水分含量太高排风温度是影响成品水分含量的主要因素，所以造成产品水分含量太高的原因一般是排风温度太低。而排风温度可由进料量来调节。因此相应的措施是适当减小进料量，以提高排风温度。

产品纯度低，杂质过多造成这种情况的可能原因有以下几个方面：（1）空气过滤效果不佳；（2）积粉混入成品；（3）原料纯度不高；（4）设备清洗不彻底。可采用的补救措施有：检查空气过滤器中过滤材质敷设是否均匀，过滤器使用时间是否太长，若是应立即更换；检查热风入口处焦粉情况，克服涡流；喷物前应将料液过滤；重新清洗设备。

产品粉粒太细，跑粉现象严重，产品得率低产品颗粒太细会影响其溶解性、冲调性能。原因是含固量太低或进料量太小。补救措施是提高料液的含固量，加大进料量，提高进风温度。跑粉损失过多，大大影响成品的得率，一般的原因是旋风分离器的分离效果差。若出现这种情况，应检查旋风分离器是否由于敲击、碰撞而变形；提高旋风分离器进出口的气密性，检查其内壁及出料口是否有积料堵塞现象。当然分离效率还与粉末的比重及粒度的大小有关，某些物料可根据需要增加第二级除尘。

离心喷头转速太低，蒸发量太低主要是离心喷头部件出了故障，所以要停止使用喷头，检查喷头内部件。原因可能是：整个系统的空气量减少；热风的进口温度偏低；设备有漏风现象，有冷风进入干燥室。补救措施为：检查离心机的转速是否正常；检查离心机调节阀位置是否正确；检查空气过滤器及空气加热器管道是否堵塞；检查电网电压是否正常；检查电加热器是否正常工作；检查设备各组件连接是否密封。

离心喷头运转时有杂声或振动主要由于喷头的清洗和保养不当引起的喷盘内附有残留物质或主轴产生弯曲和变形，也可能是离心盘动平衡不好。解决办法：检查喷雾盘内是否有残存物质，若有应及时清洗；发现主轴有异常，要进行更换对离心盘的动平衡重新调整或更换。2

工业应用（1）催化剂的干燥

如丙烯腈催化剂、轻油转化催化剂、中温变换催化剂、高压甲醇催化剂及低压甲醇催化剂等。

（2）洗涤剂的干燥

如合成洗衣粉、十二醇硫酸钠及皂基等。

（3）染料和颜料的干燥

如活性翠蓝、咔叽绿B、增白剂及铬黄等。

（4）化学肥料的干燥

如尿素及氮磷钾复合肥料等。

（5）聚合物的干燥

如聚氯乙烯醋酸酯、聚乙烯醇、尿素甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、苯酚甲醛树脂、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、苯乙烯丁二烯树脂及聚甲醛等。

（6）陶瓷原料的干燥

如铁氧体、碳化钨、皂石、高岭土、氧化铝及钛酸盐等。

（7）矿物的干燥

如铜精矿、镍精矿、铂精矿、氧化铜精矿、铝精矿、锌精矿、锡精矿、沉淀铜、沉淀氢氧化铝、沉淀碳酸镍，贵重金属泥、皂土、冰晶石及磷酸盐等。

（8）农药的干燥

如除草剂、杀虫剂及杀菌剂等。

（9）药品干燥

如维生素、抗菌素、酶、糊精、肝精、培养基及中草药植物抽取液等。

（10）速溶食品的干燥

如全脂奶粉、脱脂奶粉、麦乳精、可溶性鱼粉、鱼浆及鱼蛋白质等。3

本词条内容贡献者为:

蒲富永 - 教授 - 西南大学