喷雾干燥简介（二）：喷雾干燥设备及作用

上一章具体介绍了喷雾干燥原理及其分类，这一章节就来讲一讲喷雾干燥设备及作用。一般情况下一套完整的喷雾干燥设备有十个装置，它们分别是哪些呢？

这些装置的功能与作用是何？

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在这些类型的装置中，干燥气体加热装置是最重要的。在实验室喷雾干燥机中，电加热是比较常用的。

进风温度是干燥介质第一时间接触物料的温度。空气热能是干燥的主要能量来源，温度会影响溶剂在单位时间的蒸发量。干燥气体进入干燥腔之前的温度为进风温度。

正常的进风温度下，料液中的溶剂在几毫秒到几十毫秒的时间内被迅速蒸发。由于溶剂在瞬间被蒸发，带走大量的热量，溶剂在蒸发时的热量来源除了仪器提供的热量外还会从原料中吸收热量，这也是为什么即使有时进风温度远高原料的分解温度原料依然能保持活性的原因。正是因为这个原因，进风温度往往可以上升到溶液沸点的两倍以上。

雾化器作为喷雾干燥的核心部件，雾化器的参数是重要的考察范围之一。溶液通过进样泵，首先通过雾化器。雾化器性能的强弱决定着雾化的效果。

溶液进入雾化器时开始吸热，准备蒸发溶剂，当雾化器把溶液雾化成不同状态的液滴时，液滴吸收到足够的热量开始蒸发形成颗粒。吸热的时间非常短，在这极短的时间内，能吸收的热量一定。

常用的干燥腔体形状为直线圆筒形倒锥形底部。腔体形状需要根据干燥雾化分离的种类和喷雾干燥产品的性能进行选择。干燥腔体可分成高腔体和小腔体。

高腔体：直径约5:1

小腔体：直径约2:1

一般情况下小腔体比较常用，主要是因为可以使用几乎所有类型的雾化器。液滴在雾化条件合适的情况下，它有足够的时间在到达腔壁前先干燥。如果在给定条件下不能完全干燥，则可能会造成粘壁等情况。

为了延长干燥气体-液滴的接触时间，通常会在干燥腔与分离装置间延长管道以增加喷雾干燥的效率，通过增设管道不会增加干燥速率和减少产品损耗。

在腔体内，分散液滴在气流中移动。因此液滴都受限于当地的空气温度和湿度（开式）。液滴在不同的条件下失去溶剂从而形成特定类型的干燥颗粒。

旋风分离器是将固体从气体中通过快速旋转的离心力将气体与固体分离开，气体进行袋式除尘装置，固体落入收集器。

一些实验室干燥器内部的旋风分离器上有特殊的涂层以减少粉末的聚集。为了减少产品损耗，在工业生产中往往使用多级旋风分离器，以减少小颗粒产品被气流带走。

收集器位于旋风分离器下方，用于收集旋风分离器分离出的固体产品，此产品为最终产物。

袋式除尘器位于旋风分离器后方，用于除去在旋风分离器中未及时分离的固体产品。

由于工业生产的连续作业，需要确保完全循环气流的通畅，常在袋式除尘前加入喷淋系统，通过喷淋液体将固体吸附掉入下方废料罐中。若无喷淋系统，为了防止大量固体堆积袋式除尘器的滤袋上，袋式除尘器可以施加一个瞬间的反向气流，将滤袋上的固体粉末吹落，保持气体流畅。

空气被风机带动形成气流，气流在经过加热器获得最初始热量，气体流经至雾化器，部分热量提供给雾化器加热，部分为溶液蒸发提供所需热量。剩余部分气流所带的热量形成出风温度，在干燥腔中继续为半干产品提供热量并带着蒸发的水蒸汽与干燥的颗粒进入旋风分离器。

在旋风分离器进行气-固分离时若气流给产品带来的动力大于产品本身的重力，那么产品就会被带离旋风分离器造成产品损失。

在闭式循环中，往往使用一些有毒有害或者有刺激性气味的液体，被汽化后的液体不能直接排放大气中，需要冷冻机将汽化的液体冷却后收集统一处理，所以在气流在经过袋式除尘器后会马上进去冷冻机中冷却。被冷却的气流经干燥处理后继续进入下一个循环。

喷雾干燥机总会装有泵，这可以使用任何种类的泵。蠕动泵的重要性在喷雾干燥中容易被忽略，但是进样速率的快慢也会影响液滴的成形形态。当雾化器的频率一定时，雾化器单位时间内能处理的溶液量在一定的范围内。

蠕动泵是在生产过程中能迅速且随时调整的装置。在大多数情况下，蠕动泵能正常带动液体进入雾化器正常雾化。若液体为黏性比较大或混悬液时，则需要功率更高，可调控范围更广的蠕动泵，可以根据喷雾状态实时调控蠕动泵参数。

如果一个物料在工业化规模生产，而在生产过程中无可避免的有物料堆积在腔壁上，则需要用到清理腔壁的装置。

这样的仪器有喷枪和低气流分离装置，目的是为了把腔壁上的粉末吹下来而不会影响产品。可以通过气锤振打干燥腔体的底部使产品脱离腔壁被气流带走，还可以通过刮板将腔壁粉末刮下。