上海豫明小型喷雾干燥机技术研究与进展

小型喷雾干燥机的最大特征是蒸发和干燥的表面积非常大，例如1cm3的液体雾化成100μm的液滴，其表面积将增加19000多倍，因而使得干燥速率急剧增大。冷冻干燥则需要较长的升华干燥时间，但可以保持干燥产品的原有品质，不至于造成物料变性。因此，结合上述两种干燥方法可以发挥两种干燥技术的优势，在达到缩短干燥时间的同时可保持物料的品质要求。介绍了目前国际上有两种方式来实现上述过程，即采用液氮喷雾制冰粉加真空冷冻干燥的方法和低温空气制冰粉加流化床干燥的方法。Sooner等采用前一种方法进行了蛋白质喷雾冷冻干燥的研究。结果表明：蛋白质可以保持原有的品质，而干燥时间比原来直接采用盘式真空冷冻干燥缩短30%。HansLeuenburger等采用第2种方法，研究了药品的喷雾冷冻干燥。结果表明：采用流化床干燥其干燥时间可以由48h缩短到10h左右，且物料品质保持不变。但是，由于该试验装置采用干冰冷冻除水，要实现工业化比较困难。
　　
　　目前，研究开发了新型的喷雾冷冻干燥装置小型喷雾干燥机，采用冷冻除湿脱水连续制备低温低湿空气，结合特殊设计的雾化装置，实现了料液的连续制冰粉和干燥。
　　
　　2.超临界喷雾干燥
　　
　　超临界流体技术是一种比较新的技术。MichaelWiggenhorn[27]研究以不同的干燥技术制备蛋白质脂质体粉末，其中就采用了超临界喷雾干燥和亚临界喷雾干燥技术，并且比较了利用不同方法获得的粉体性质，包括粒径分布和形态等。荷兰的Bouchard等[28,29]也利用超临界喷雾干燥技术干燥糖和鸡蛋白等，研究表明：其干燥产品的颗粒粒径在1~60μm之间，且颗粒呈球形，表面较光滑。
　　
　　因流体本身的特殊性质使得超临界流体在不同的领域得到了逐步推广和应用，例如超临界流体萃取技术、超临界流体干燥技术、超临界流体反应等。但是，超临界流体和水的相容性较差，直接采用超临界干燥有困难，必须借助其他的溶剂夹带，而喷雾干燥经常面临的是水溶液的干燥。因此，把超临界流体和喷雾干燥结合，形成新的超临界流体喷雾干燥技术是一个值得研究的领域和方向。国外已有研究人员开展此项技术研究，国内尚未见有相关的报道。
　　
　　3.喷雾干燥的数学模型与分析
　　
　　随着计算机技术的发展，快速获得复杂数学模型的数学解变得可行。国际上运用计算流体力学（ComputationalFluidDynamic，简称CFD）技术来模拟整个喷雾干燥过程，已取得了相当的成果[30-32]。
　　
　　进行了一系列利用计算流体力学研究喷雾干燥过程的工作，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，水平喷雾干燥、离心式喷雾干燥和大型工业化压力喷雾干燥研究等方面。研究结果表明：目前商业CFD软件可以在一定的范围内用来分析喷雾干燥塔内气体介质的温度场、速度场、湿度场以及物料的飞行轨迹、湿度变化、温度变化等。若要更好地获得雾滴的干燥特性，还必须有针对性地加入用户的自定义程序，特别是干燥模型。另外，由于干燥塔内的气体处于紊流状态，适当的紊流模型也会对模拟结果产生较大影响，特别是当干燥介质采用旋转式进风方式时，紊流影响更大。
　　
　　最近，对喷雾干燥的瞬态进行了模拟研究。结果表明：干燥塔内的流场随着时间的变化在变化，使得雾滴在干燥塔内的运动呈不规则状态，因此，即使采用相同雾滴状况的设定，也将得到不同干燥过程的干燥颗粒；虽然允许一定的残余溶剂要求，但雾滴实际飞行过程中依然存在着返回高温区域的可能性。这些现象尚待进一步的分析和验证。
　　
　　4.展望
　　
　　（1）小型喷雾干燥机喷雾干燥技术已经在工业生产中应用很久，但依然存多种问题，直接影响了产品的品质。针对不同的原料液的特性，采用有针对性的试验和设计是一个重要的环节，在没有准确的数学模型可以确认时，试验仍然是解决这些问题的最好办法。
　　
　　（2）小型喷雾干燥机喷雾干燥由于针对不同的料液特点其干燥工艺参数不同，同时为了确保干燥产品的残留溶剂含量，需要有一定温度的干燥介质排出。目前，常用方法是直接排入大气，造成了很大的能源浪费。