噴霧乾燥

噴霧乾燥

噴霧乾燥是系統化技術套用於物料乾燥的一種方法。於乾燥室中將稀料經霧化後,在與熱空氣的接觸中,水分迅速汽化,即得到乾燥產品。該法能直接使溶液、乳濁液乾燥成粉狀或顆粒狀製品,可省去蒸發、粉碎等工序。適用於熱敏性藥物,可用於製備微膠囊。噴霧乾燥的實際過程分好幾個步驟:首先,液體產品被輸入霧化器中,霧化器中一個高速運作的轉輪將液體霧化,從而使產品變為固液體混合的微粒子狀態。噴霧乾燥具傳熱快、水分蒸發迅速、乾燥時間短的特點,且製品質量好,質地鬆脆,溶解性能也好,能改善某些製劑的溶出速率,適用於熱敏性藥物,此外,噴霧乾燥還可用於製備微膠囊。

工作原理

通過機械作用,將需乾燥的物料,分散成很細的像霧一樣的微粒,(增大水分蒸發麵積,加速乾燥過程)與熱空氣接觸,在瞬間將大部分水分除去,使物料中的固體物質乾燥成粉末。

作用機理

(1)壓力噴霧乾燥法:

①原理:利用高壓泵,以70~200大氣壓的壓力,將物料通過霧化器(噴槍),聚化成10~200的霧狀微粒與熱空氣直接接觸,進行熱交換,短時間完成乾燥。

②壓力噴霧微粒化裝置:M型和S型,具有使液流產生鏇轉的導溝,M型導溝軸線垂直於噴嘴軸線,不與之相交;S型導溝軸線與水平成一定角度。其目的都是:設法增加噴霧時溶液的湍流度。

(2)離心噴霧乾燥法:

①原理:利用水平方向作高速鏇轉的圓盤給予溶液以離心力,使其以高速甩出,形成薄膜、細絲或液滴,由於空氣的摩擦、阻礙、撕裂的作用,隨圓盤鏇轉產生的切向加速度與離心力產生的徑向加速度,結果以一合速度在圓盤上運動,其軌跡為一螺鏇形,液體沿著此螺鏇線自圓盤上拋出後,就分散成很微小的液滴以平均速度沿著圓盤切徑方向運動,同時液滴又受到地心吸力而下落,由於噴灑出的微粒大小不同。因而它們飛行距離也就不同,因此在不同的距離落下的微粒形成一個以轉軸中心對稱的圓柱體。

②獲得較均勻液滴的要求:a.減少圓盤鏇轉時的震動b.進入圓盤液體數量在單位時間內保持恆定c.圓盤表面平整光滑d.圓盤的圓周速率不宜過小,rmin=60m/s,乳(100-160m/s)若<60m/s,噴霧液滴不均勻,噴距似乎主要由一群液滴及沉向盤近處的一群細液滴組成,並隨轉速增高而減小。

③離心噴霧器的結構:要求:潤濕周邊長,能使溶液達到高轉速,噴霧均勻,結構堅固、質輕、簡單、無死角、易拆洗、有較大生產率。

(3)氣流式噴霧乾燥法:

①原理:濕物料經輸送機與加熱後的自然空氣同時進入乾燥器,二者充分混合,由於熱質交換面積大,從而在很短的時間內達到蒸發乾燥的目的。乾燥後的成品從鏇風分離器排出,一小部分飛粉由鏇風除塵器或布袋除塵器得到回收利用。Q型氣流乾燥器是負壓操作,物料不經過風機;QG型氣流乾燥是正壓操作,物料經過風機帶有粉碎作用;FG型氣流乾燥器是尾氣循環型;JG型氣流乾燥是強化型氣流乾燥器,其集閃蒸乾燥與氣流乾燥為一體,是我廠根據用戶要求設計的新型乾燥設備。

結構部件

根據乾燥室中熱風和被乾燥顆粒之間運動方向分類:並流型、逆流型、混流型。牛乳中常採用並流型。並流型可採用較高的進風溫度來乾燥,而不影響產品的質量。

a.水平並流型

b.垂直下降並流型

c.垂直下降混流型。

d.垂直上升並流型

功能特徵

優點

1.乾燥過程非常迅速。

2.可直接乾燥成粉末。

3.易改變乾燥條件,調整產品質量標準。

4.由於瞬間蒸發,設備材料選擇要求不嚴格。

5.乾燥室有一定負壓,保證了生產中的衛生條件,避免粉塵在車間內飛揚,提高產品純度。

6.生產效率高,操作人員少。

7.生產能力大,產品質量高。每小時噴霧量可達幾百噸,是乾燥器處理量較大者之一。

8.噴霧乾燥機調節方便,可以在較大範圍內改變操作條件以控制產品的質量指標,如粒度分布、濕含量、 生物活性、溶解性、色、香、味等。

缺點

1.設備較複雜,占地面積大,一次投資大。

2.霧化器,粉末回收裝置價格較高。

3.需要空氣量多,增加鼓風機的電能消耗與回收裝置的容量。

4.熱效率不高,熱消耗大。

功能比較

壓力、離心噴霧的比較

一、從離心噴霧機與高壓泵的結構方面比較

比較內容 離心噴霧機 高壓泵
傳動與變速機構 可利用皮帶傳動及一次變速。 必須進行兩次變速,對齒輪的加工要求較高。
主軸及柱塞 直軸,加工較方便,鏇轉運動,磨損少。 曲軸連桿機構,加工較麻煩;柱塞往復運動,磨損大。
不鏽鋼材需要量 僅離心盤、分配盤及進料管需要不鏽鋼,用量少。 泵體、柱塞等均需要不鏽鋼,用量大。
管件及閥門 無需耐壓管件、管道及閥門。 從高壓泵出來的物料需高壓管件、管路。
高壓表與安全閥 不需要。 要求有高壓表及安全閥。
設備重量 較輕 較重
潤滑系統 潤滑油一次用量較少,但使用不當有斷油或油進入產品的危險。 一次用潤滑油量較大,但沒有進入產品的危險。

二、從產品產量與質量方面比較

三、從生產管理方面比較

四、從對建築方面要求

操作要求

1.與產品接觸的部位,必須便於清洗滅菌;

2.應有防止焦粉措施,防止熱空氣產生渦流與逆流;

3.防止空氣攜帶雜質進入產品;

4.配置溫度、壓力指示紀錄儀裝置,便於檢查生產運轉;

5.具有高回收率的粉塵回收裝置;

6.應迅速出粉冷卻,以提高溶解度、速溶性;

7.乾燥室內溫度及排風溫度,不允許超過100℃,保證安全與質量;

8.噴霧時濃奶液滴與熱空氣均勻接觸,提高熱效率;

9.對粘度物質儘量減少粘壁現象。

噴霧機

噴霧乾燥具傳熱快、水分蒸發迅速、乾燥時間短的特點,且製品質量好,質地鬆脆,溶解性能也好,能改善某些製劑的溶出速率,適用於熱敏性藥物,此外,噴霧乾燥還可用於製備微膠囊。

染料乾燥廣泛採用的方法。將染料霧化而去除水分的乾燥方法。適用於各類染料的乾燥。可以乾燥染料細粉、超細粉、無粉塵粉劑及空心顆粒劑。按染料霧化方式可分為三類:(1)氣流式霧化,利用壓縮空氣或水蒸氣使料液霧化;(2)壓力式霧化,用高壓泵把料液從噴嘴高速壓出,形成霧狀;(3)鏇轉式霧化,用料液加到霧化器內高速鏇轉的甩盤(7000~28000r/min)中,將料液快速甩出而霧化。第三種方法的效果好,時間短,勞動生產率高,為染料界所青睞,其缺點是設備投資大,能耗較高。

操作流程

壓力式噴霧乾燥機壓力式噴霧乾燥機

大豆在噴霧乾燥前,必需進行清洗和去皮,並削減脂肪等非蛋白

質成份,從而濃縮出大豆中最有營養的成份,經過這樣濃縮後的大豆才能進行噴霧乾燥。噴霧乾燥的實際過程分好幾個步驟:首先,液體產品被輸入霧化器中,霧化器中一個高速運作的轉輪將液體霧化,從而使產品變為固液體混合的微粒子狀態。

在第二個步驟中,霧化微粒被導向一個可控溫度及氣流的乾燥室中,熱空氣會微粒里的液體蒸發掉。為了使最終的產品符合標準,微粒接觸熱空氣時間必須能夠恰到好處,以保持粉末品有一定的水份;同時乾燥室里的狀態也要受到良好的控制,因為,乾燥室體積的大小和氣流狀況都會影響到產品的營養。

第三個步驟也就是整個程式中的最後一步,將氣流中的粉末通過分離器收集到一個容器中,這樣形成的最終產品就可以進行包裝或與其它成份混合了。

技術創新

噴霧乾燥制粒機噴霧乾燥制粒機

乾燥速度快。料液經離心噴霧後,表面積大大增加,在高溫氣流中,瞬間

就可蒸發95%-98%的水份,完成乾燥時間僅需數秒鐘。

採用並流型噴霧乾燥形式能使液滴與熱風同方向流動,雖然熱風的溫度較高,但由於熱風進入乾燥室內立即與噴霧液滴接觸,室內溫度急降,而物料的濕球溫度基本不變,因此也適宜於熱敏性物料乾燥

技術套用

食品的乾燥

噴霧乾燥儀噴霧乾燥儀

有些植物的營養成份會因高溫而喪失,對這些植物來

說,冷凍乾燥是一個有效的濃縮保存方法,然而,有些植物確需一定的溫度以去除毒性,對這些植物而言,噴霧乾燥技術則是再理想不過的了。以大豆為例,其濃縮過程需要一定的溫度,以去除一種叫作胰蛋白酶抑制劑( trypsin inhibitors )的物質 ( 這種物質會阻礙消化和分解蛋白質 ) 。

噴霧乾燥往往是製造過程中最後的一個步驟,它就是經由不斷的噴霧、混合和乾燥來使物質從液體變為粉末。在眾多儲存食物的技術中,噴霧乾燥法有其獨特的優越性。因為此技術所使用的溫度並不是很高,所以在去除微生物污染的同時,仍可以有效保留食物的味道、色澤和營養。

噴霧乾燥法通常被用於去除原料中水份。除此之外,它還有著其它多種用途,例如:改變物質的大小、外形或密度,它能在生產過程中協助添加其它成份,有助於生產質量標準最嚴格的產品。

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