淺談噴霧造粒干燥技術

謝智勇

（新疆有色金屬研究所 烏魯木齊 830000）

0 引言

噴霧造粒干燥設備和技術經歷了幾十年的發展，從20世紀30年代到21世紀初。噴霧干燥是在第二次世界大戰期間出現的。該技術通過將流體物料噴灑到熱干燥介質中，使物料從流體狀態轉變為干燥顆粒。流體物料可以是溶液、懸浮液、分散劑或乳劑。干燥產品可以是粉末、顆粒或團聚體，這取決于物料的物理和化學性質、干燥方式和最終所需的粉末性能。

最初的噴霧造粒干燥機只用于食品和醫藥工業，直到上世紀中葉才應用于其他工業領域。幾十年來，噴霧干燥技術是我國進展最快的一種干燥技術，它帶動了我國的冶金業、材料業、化工業、陶瓷業等的發展[1]。其主要工作原理為：物料或產品泥漿在霧化器的作用下被霧化成霧滴在干燥室內與由供熱裝置產生的熱風相遇，發生劇烈的熱交換，幾秒或十幾秒鐘后霧滴被干燥成合乎要求的顆粒狀粉料，積聚在塔底并由卸料閥卸出，其工藝流程簡圖如圖1。

圖1 工藝流程簡圖

1 噴霧造粒干燥主要過程部分

（1）濃縮部分：在進入噴霧干燥機之前，原料通常是被濃縮過的，并達到相應的固液比。

（2）霧化部分：霧化階段創造了最佳的蒸發條件，使待干燥物料形成需要的形狀和尺寸。

（3）液滴-空氣接觸：在干燥室中，霧化液體與熱氣接觸，導致液滴中95%的水在幾秒鐘內蒸發。

（4）干燥：水分蒸發分為兩個階段。在第一階段，液滴中有足夠的水分來代替表面蒸發的液體，蒸發以相對恒定的速率進行；第二階段開始時，沒有足夠的水分來保持液滴表面的飽和狀態，導致干燥的外殼在液滴表面形成。蒸發則取決于水分通過殼層的擴散速度，而殼層厚度在不斷增加中又阻礙了水分的蒸發。

（5）分離：旋風、袋式過濾器和靜電除塵器可用于最后的分離階段。濕式洗滌器常用于凈化和冷卻空氣，以便將其釋放到大氣中。

根據上述技術過程特點，在稀有金屬新材料生產中，噴霧造粒干燥器可被設計為適應各種物料和不同的干燥量，流體物料可從每小時幾公斤到每小時幾噸以上。而且操作過程是連續的，適用于生產的全自動控制。在新材料領域其既可用于加工耐熱產品，也可用于熱敏產品。得到的干燥產物形貌接近于球形粒子。在干燥過程中也有一些不足，如不能制造具有復雜形貌的顆粒，以及在快速的干燥速率下往往表現出物料干燥過快的表面爆裂。

2 噴霧干燥霧化裝置的關鍵部件

（1）霧化器

噴霧干燥機的“心臟”是霧化器，是最為重要的部件，它體積小，正確有效的安裝噴霧器是噴霧干燥運行成功的關鍵。霧化器必須完成以下幾項重要功能：①霧化器必須將原料分散到小液滴中，小液滴應均勻分布在干燥器內，并與熱氣充分混合。②所生產的液滴不能太大，太大了不能完全干燥；也不能太小，以致難以回收產品；小顆粒也可能過熱并燒焦。③噴嘴還必須作為計量裝置，控制物料進入干燥器的速度，噴嘴可分為：（a）空氣霧化液體噴嘴；（b）無氣霧化噴嘴；（c）壓力噴嘴；（d）旋轉或圓盤噴嘴；（e）超聲波噴嘴。

（2）混流方式

同流：在同流干燥機中，噴霧被導向進入干燥室的熱風中，并沿相同的方向穿過干燥室；逆流：在這種干燥機的設計中，噴霧和空氣是在干燥機的兩端引入的，噴嘴位于頂部，空氣從底部進入；混合流：這種類型的干燥機將同流和逆流結合在一起。在混合氣流干燥機中，空氣從頂部進入，噴嘴位于底部。

（3）噴霧干燥室

干燥室內空氣始終保持流動，內壁采用流線型，防止部分干燥產品在壁上或霧化器上沉積。干燥室內熱空氣流動方式和進氣溫度影響最終產品的類型。

3 噴霧造粒干燥機的類型及特點

（1）豎式干燥機

適用范圍較廣，可生產無團聚的自由流動粉末。

（2）流化床噴霧干燥機

流化床噴霧干燥機結合了噴霧干燥和流化床干燥技術，提供了優良的產品靈活性和良好的熱效率。粘性產品可以成功干燥，可較好的干燥熱敏性產品。

（3）多級干燥器

該工藝可生產無塵、自由流動的團聚粉體，具有較高的風味保留。它具有較低的出口溫度，實現了高的熱效率。可干燥高脂肪、吸濕性和粘性的產品。

（4）緊湊型噴霧干燥機

霧化是由旋轉噴霧器或噴嘴噴霧器產生的。流體床在干燥室內的位置實現了在較低溫度水平下的干燥。它為粉末處理提供了更高的效率和更好的冷卻條件。

（5）集成過濾干燥器

其結合一個完整的流體床和過濾器。適用于食品配料、食品、乳制品、化工和制藥行業。特點包括：提高粉末質量，降低噪音水平和較低的能源消耗。

4 噴霧造粒干燥的發展前景

噴霧造粒干燥技術歷經了幾十年的發展，已進行了大量的技術研究。但仍有一些問題待解決。如噴霧干燥的新型霧化器仍需進行研究開發；噴霧干燥的設計需根據以往的經驗教訓繼續完善設計理論，提高設計的準確性；噴霧干燥的熱效率較低，技術開發人員需研究開發如何提高熱效率，促進節能，為環保做一些貢獻。今后應該將計算機軟件技術運用于噴霧干燥的數學模擬，提供更多目前實驗無法檢測到的數據和結果。無論是學術界或是企業界，對噴霧干燥的研究、開發和完善依然有很長的路要走。隨著對噴霧干燥技術以及設備的深入研究與開發，噴霧干燥技術將擁有更為廣闊的應用前景。