喷雾干燥技术中雾化方式对产品质量和形态的影响

1、喷雾枯燥技术中雾化方式对产品质量和形态的影响Peter Walzel喷雾系统主要用于微粒的形成和喷雾模式的选择。我们争辩过不同喷雾器形成最重要的 雾化特性。就气动喷雾器来言，其夹带很低而且均匀混合喷射，喷射时会带有细小颗粒与大颗粒少量分别现象的发生。用旋转式雾化器在消灭较大喷雾倾角时会产生气体与喷雾之间强 烈的相互作用。我们了解到，雾化颗粒的形态在肯定程度上主要取决于枯燥速度以及雾沫量。关键词：颗粒形态， 喷雾枯燥，喷雾形式，喷雾过程1、前言喷雾枯燥是一种广为人知并广泛应用在将液体雾化枯燥成自由流淌的粉状或颗粒状制 品的处理加工技术。这项技术已得到较好的方案制定，技术根底也为人们所承受。Mas

2、ters 的知名著作喷雾枯燥技术手册始终以来都是任何关于喷雾枯燥技术和特别观点的问题的标准解答信息。与之相比在此技术上的扩展学问就表达在 Mujumdar 所著的工业枯燥技术手册一书中。近几年来，在世界方位内相当大量的技术作业都需要微粒制造技术的应用。雾化枯燥后微粒的构造、还有制造出应用于各种不同用途的粉末都受到很多因素的影响，例如，参与雾化枯燥物料的属性不同、雾化设备操作的不同以及喷雾枯燥塔中的枯燥条件不同等。经过喷雾枯燥塔处理后颗粒的大小、活动状态以及与热空气的接触程度都由物料的性质 以及枯燥率来打算。雾化加工中首先表现出技术操作结果的就是颗粒的大小。当料液由液体 转化为固态颗粒状态时，就

3、是对在液料泵中形成操作结果所要求的固体浓缩物的枯燥处理。依据经过枯燥步骤的固态颗粒的孔隙度 、质量以及平衡量，我们可以得到微粒的大小：其中，1 代表液体密度，s 代表纯固体原料的密度，s 是参加装置的固体质量与体积， 。诸多尝试都是去仿照已形成的固体构造，这些争辩的结果都格外有特点。试验结果还没有到达普遍性的认知，进入技术延长领域的可能性也是未知的。实际上，固体颗粒的孔隙度 的形成可以从微滴来推断或经过枯燥剂的试验来降低，通常应在 0.40.7 的范围中浮动。在真空式悬浮炉中试验仪器是否起作用往往是取决于在枯燥处理过程中谁能洞察到一 些好玩的现象。质量与热量平衡在固定的枯燥过程中也是可能实现的

4、，在此过程中也可运用悬滴法。液滴/颗粒大小的最小值一般限制在 d=0.4mm。由于必经的操作程序要求将微滴放入雾化系统并且在仅仅几秒的时间范围内将其雾化为更小的微滴。然而，小微滴与大微滴会消灭在任何雾化的过程中，它们由于自身的枯燥比率不一样并形成不同的构造形式。这种因素是很重要的在工业生产和应运中，这是主要是由于与处理过程相关的时间安排安排有所不同，影响因素包括管道传输、集中、结晶化以及热量传导。干燥比率的不同，一方面是由于小微滴会较快被枯燥处理。正如我们所知，枯燥所需时间由粒子外表所剩余的水分比例打算，公式为： t d2。另一方面，由于不同的拽力和惯性力，会d消灭不同的大小微滴轨迹，还有大小

5、微滴与热空气接触的程度也不同。为了解在喷雾枯燥塔 内微粒的变化规律，包括它们的原点、产生变化的条件，以及被争辩过的 PSD粒度分布。喷雾枯燥后的产品质量一般都要求拥有均质性，也就是说，在粒度分布曲线中全部微粒也要 呈现一样形态。无论是应用于特别用途的个别取决于材料属性的产品，均质性都是区分各类产品性能的一把钥匙，例如，颗粒孔隙度、散装密度、压缩率、流量特性以及溶解特性等等。2、喷雾方式/雾化方式颗粒的平均大小以及质量参数都受到粒度分布的影响，在我们选择喷雾方式时，雾化过程中的能量消耗也是一个主要参考参数。整个喷雾处理是受雾化模式、颗粒形成自适应大小以及为枯燥微粒供给准确阻滞时间的喷雾枯燥塔的外

6、形影响的。为了了解枯燥步骤中雾化起始与完毕的过程，我们接下来争辩一些重要的喷雾方式。、简洁压力式喷嘴旋流喷嘴设计中不同的几何配置会使得喷嘴的最小直径比也不同，为了防止喷嘴堵塞， 一通常其直径比不低于 D=1mm。在市面上目前有几种不同的设计。常用的一种喷嘴是由一个金属或陶瓷制成的偏平旋转槽组成，参加料液的入口只有一个如Fig.1a。此种旋槽中 料液不会循环流淌，但是会产生气体盘旋 spiral-like或椭圆形喷雾。我们经常要求喷嘴的雾化角度要呈准确的角度比例以供给轴向动量。然而，由于需要更小的平均喷雾角度，我们有时在旋槽中会多设计一个料液入口，底部呈圆锥形，这种外形的设计也格外成功地运用 在

7、实际应用中如 Fig.1b and c。旋槽入口的宽度会到达一个最小的尺寸，经常使用的机器也可能消灭喷嘴堵塞。在最近的一些技术运用中，循环式旋槽也已到达能使料液流量相对 平均的状态了。Fig1.喷雾枯燥技术中常使用的锥型空心旋流喷嘴的不同设计喷嘴倾角经常在 401，还有他们在雾化过程中的整体活动状态。Fig.2pp0g/g注：雷诺数是一种可用来表征流体流淌状况的无量纲数，外部条件几何相像时(几何相像的管子，流体流过几何相像的物体等)，假设它们的雷诺数相等，则流体流淌状态也是几何相像的( 流体动力学相像 )。这一相像规律正是流量测量节流装置标准化的根底。雷诺数Reynolds number 一种

8、可用来表征流体流淌状况的无量纲数，以 Re 表示，Re=vr/，其中 v、 分别为流体的流速、密度与黏性系数，r 为一特征线度。Fig.2 颗粒/雾滴的张弛距离与公式(3)中层流条件下的张弛距离影响的最初雷诺数有关。Fig.3 呈现的是空心锥喷嘴将水雾化的模式图。左边插图中用了 40 巴压强，出口喷出液体的流速为 v0=82ms-1 。液滴的平均直径 dv.50=43m。尽管右边插图的喷出流速v0=100ms-1 相比更高，但喷雾虚化消灭较早，其张弛距离为 Lr=250mm，并且远场喷雾范围较窄，这是由于此种雾化模式的液滴平均直径 dv.50=31m。在圆锥裂开后，这喷雾流的外观像一个单向自由

9、喷射，这种喷射的圆截面接近于一个高斯速率分布，而且其喷雾角度为 20左右。Fig.3 喷雾模式为喷嘴直径 D=1mm。左图：p=40bar，Lr=420mm；右图：p=60bar， Lr=250mm，指定的喷嘴喷雾倾角为 =65。诸多实例中一些粉末材料能够通过过滤装置被回收至喷雾枯燥塔内，除将料液容器中已枯燥处理过的颗粒进展再分散，这些粉末还能经由气力输送系统再雾化。Fig.4 就呈现了通过环状导管回收的粉末进展雾化的状态。这种重分散及回收材料的方式应用在行业内也进展了广泛争辩。Fig.4 通过气力输送系统经由装置的环状口将回收的粉末转为空心锥形雾化，图中喷嘴内部为锥形轮廓。气流喷雾系统对较小

10、的雾滴、颗粒进展雾化枯燥处理就必需承受如 Fig.5 中所示两种流体导管或气流式喷嘴。目前市面上有几种不同设计的喷嘴，一种最常用的是外部混合型喷嘴，还有一种是内部混合型喷嘴，后者在近段时间因其较低的能耗要求吸引了产业内较高的关注。Fig.5 在喷雾枯燥技术中最常用的外部混合型喷嘴原理呈现。(a)简易同心导管，外表有预膜，经常成为制造商的选择； (b)为削减喷嘴堵塞状况消灭而设计的后退式排气喷嘴Lechler 公司；(c) 为环状气体排出而设计的带有可调整槽位的喷嘴，为很多供给商所选用；(d)内部装有旋球能对料液进展高速剪切的喷嘴设计Schlick 公司；(e)为更多的气体供给及较广的喷雾范围参

11、加旋流室设计的喷嘴Nubilosa 公司。对于形成格外小的雾滴的料液和气体，我们经常使用装有同心导管的简洁外部混合型喷嘴如 Fig.6。Fig.6 在喷雾枯燥技术中最常用的内部混合型喷嘴原理呈现。(a)径向排气喷嘴Caldyn 公司/Lechler 公司；(b)斜孔式喷嘴Schlick 公司；(c)带旋流室的喷嘴Delavan 公司。、旋转雾化器这些格外结实的装置可用来处理各种黏度及稠度的料液，旋转雾化器以 50000 转/分高速运转。转轮直径一般都为 0.5m 甚至更大，设计上有叶片状的或带孔的圆盘配有陶瓷衬垫组成。因借助转轮转动时圆周加速度的惯性在进展料液分别时只需供给较低的压强即可完成作

12、业。带有孔的转轮工作时，料液通过装置上的孔流出，形成紊动射流。Fig.7 所呈现的就是带孔转轮作业产生的紊动射流。Fig.7 带有开孔的旋转轮中料液呈射线型分散，射流形成是由于在紊乱流淌条件下转动产生的离心力引起的。、超声雾化器除了之前介绍的雾化方法，在一些特别制造中也有其他的雾化技术已承受测试并已经投入实际应用当中。为处理粘度较大的料液雾化枯燥而争辩出了超声雾化系统。系统中的声场包括压强设置与速度节点设置。被注射进设备的料液会先形成薄薄的片状物，之后被分解成雾滴，这些雾滴大小是不一样的，区分可能有的很大为了测得比较准确的数据先得估算。然而，超声雾化技术只是在喷雾枯燥处理上效率很高，但使用环境

13、与用途范围受到限制，这使它很难成为主流的喷雾枯燥处理方式。3、特别操作条件就简洁压力式旋流喷嘴而言，在枯燥过程中过度加热的料液已被测试在雾化过程中对能量平衡有肯定乐观作用。在一样的喷嘴经过压力雾化处理后，与常规雾化操作相比过度加热的了解所产生的雾滴相对更小，从陶瓷料液雾化枯燥得到的颗粒拥有更高的密度，其内部生成的空心也越小，这是由于在喷嘴出口处突然蒸发避开了颗粒外层硬壳的过早形成。在远低于沸点状况下对料液进展预热也能有助于降低料液粘度、削减喷雾中雾滴自我形成不统一现象的消灭。除了过度加热，不同种类的气体都能在肯定压力下被溶解，包括拥有特性的料液或枯燥处理后颗粒的不同构造。最近，用咖啡提取物做的

14、试验说明，CO 或 N22在压强 p100 巴的条件下，料液在雾化前就被溶解了。特别是 CO2会产生泡沫，并对相对轻的颗粒进展影响。简洁压力式喷嘴一般都用于这些试验。旋转式雾化器运用离心机移除料液中的气泡，一般制作蓬松类的或绒毛产品就需要用到此雾化方式，如卡布奇诺咖啡粉等等。CO2在削减聚合物溶液及熔融物的黏度上的作用也是广为人知的，当CO2在肯定压力下溶解于机器内料液中，它就加大了材料雾化的可能。4、为准确粒度分布而开发的喷雾系统显而易见，准确的粒度分布是制造高质量产品的根底要求只有在比较周密条件下才能有 比较好的试验效果，这样才能出更好的工作效率，来满足工业上的需求，于此只有当一样的或是至

15、少类似的历史枯燥记录表达出来的时候全部的微粒雾化才能到达预期效果。我们全部 的打算都是期望到达等量大小的微粒。但是在试验过程中，遇到的误差是不行能排解的，所以要多向换化来满足不同大小的分布要求，才能起到更好的效果和结论，在接下来的局部里， 有的是之前提到过的内容，尽管在产业中它们的常规应用已经由于各种限制而停顿使用很久 了，但是还是存在着一些很大的问题，在进一步的完善和。、孔盘与微管在其构造中，其中一个选项就是在缓和的层流条件下大多数的微管在传送过程中会形成雷利漫射衰弱现象。该系统的运行离不开微管及料液的振动，还有外界的震惊因素。形成的微滴大小是微管直径的两倍，也就是说，D=100m 的微管中

16、需要形成 d=200m 的微滴， 这样才能符合也就是更近一步的接近构件要求，以符合规格。在符合要求的状况下，以及在这种被迫振动的状况下，微滴的排出输送速度必需与振动频率相全都，这样才能接近液体分解的频率。实际中，仅仅是一点沉淀物在微管中存在，系统运行一段时间后就会导致微粒流动频率不全都，甚至造成系统紊乱失调。因此，在雷利漫射自然衰弱的状况下不再承受微滴大小与微管大小不全都的方案是明智之举。、射流切割系统为了单径弥散微粒制造应用，一个很好玩的系统在 1994 年被提出，并成功用于争辩不同的高浓度料液在导向喷雾塔中的雾化形式和效果。以相对高速从喷嘴喷射出形成溶液射 流，这些射流将被辐轮切割或者阻碍。这种轮子上有像辐线一般的很细的线条，在实际状况下完全可以识别。此系统的优点在于每个喷嘴都能有高流淌率并且能承受黏度较高的料液， 微滴直径最小值受喷嘴直径范围的影响，因此该系统在形成较小的微粒上有诸多困难，所以 抱负化的状态是不行能到达的，只能在