小型喷雾干燥机研究进展

时间：2022-10-11作者：上海川宏实验仪器有限公司浏览：158

喷雾干燥机 摘要：随着喷雾干燥机技术的日益完善，以及人们对于食品方面的严格要求，该技术在食品工业凸显重要作用。本文综述了喷雾干燥系统、其分类特点及在食品工业中运用。对未来该技术在各个领域中的运用进行了相应的展望。 关键字：喷雾干燥；分类；食品工业 喷雾干燥机技术的研究始于19世纪初期，在世界上已有一百多年的历史。早在 1865年，La Mont提出了用喷雾干燥方法来处理蛋品，这种由液态经雾化和干燥在短时间内直接变成固体粉末的过程，在20世纪取得了长足的进展。而喷雾干燥技术在我国起步较晚，Z早是在20世纪50年代从前苏联引进喷雾干燥机用于染料的喷雾干燥 [1-2] 。目前，喷雾干燥技术已日渐成熟，在食品工业中的应用也越来 越广泛，如用于奶粉[3]、乳清粉[4]、豆奶粉[5]、蛋粉、果汁粉、速溶咖啡[6]等的生产。喷雾干燥机技术具有蒸发面积大、干燥速度快、物料温度低、易于连续化生产等特点，在食品干燥中显示出很强的性。它使许多有价值但不易保存的物料得以大大延长保质期，使一些物料便于包装、贮存和运输。同时，也简化了一些物料的加工工艺[7]。近几年来，喷雾干燥机技术在固体饮料中的应用也日益广泛，如草莓粉、乳粉、南瓜粉、番茄粉及各种植物蛋白粉的加工等。本文阐述了喷雾干燥技术的分离及特点，同时综述了喷雾技术在食品工业的运用，为进一步利用该技术及对其改进提供一些参考。 1喷雾干燥技术及分类 1.1喷雾干燥技术 喷雾干燥是以单一工序将溶液、乳浊液、悬浮液和浆状物料加工成粉状、颗粒状、空心球或团粒状干燥产品的一种干燥方法[8]，



主要

是利用雾化器将料液分散成细小的雾滴，并在热干燥介质中迅速蒸发溶剂形成干粉产品的过程。一般喷雾干燥阶段为料液雾化、雾群与热干燥介质接触混合、雾滴的蒸发干燥、干燥产品与干燥介质分离。料液的形式可以是溶液、悬浮液、乳浊液等经泵可以输送的液体形式，干燥所得产品可以是粉状、颗粒状或经过团聚的[9]。与传统的干燥方法相比，喷雾干燥机技术有很多优点，其干燥速度快，时间短(3～10 s)，适合于热敏性物料的干燥；干燥过程瞬间完成，可由液体直接得到干燥产品，避免了干燥过程中造成粉尘飞扬；*蒸发、结晶、固液机械分离等操作；产品具有良好的分散性和溶解性，能大地保留原料本身的色、香、味和营养成分；生产过程简单，操作控制方便。但喷雾干燥方法也有一些不易克服的缺点，如动力消耗大、传热系数低导致热效率低；干燥器的体积大、操作弹性小，易发生粘壁现象等 [10-11] 。 1.2喷雾干燥系统 喷雾干燥系统包括空气加热系统、供料系统、热风分配系统、雾化和干燥系统、回收系统以及控制系统等。[12] 1.2.1加热系统 工业性的喷雾干燥设备的空气加热形式很多，如蒸汽加热、电加热、导热油加热、燃煤热风炉、燃气热风炉和燃油热风炉等。实验室用的喷雾干燥器由于干燥所需空气量很少，所以选用了电加热，这样使得设备更紧凑，温度调控便利，而且所需的电耗也少。此外，为了满足生化产品的卫生要求及工艺参数的可调性，加热系统则包括空气过滤器、电加热器和调压加热等控制装置。 1.2.2供料系统 工业性生产的喷雾干燥设备的供料系统一般采用螺杆泵加调节装置。而微型喷雾干燥器选用医用蠕动泵，可满足小流量、可调节的要求。 1.2.3热风分配系统 工业性生产的小型喷雾干燥机设备的热风分配系统采用DAR型、DHS型或直通型，根据雾化方式进行选择，通常对于JT-8000Y喷嘴型式雾化的采用直通型热风分配器。对于二流体喷嘴雾化方式 ,采用改进型直通型热风分配器。 1.2.4雾化系统 本系统包括空气压缩机、雾化器、压缩空气的流量调节等。雾化器包括压力式、二流体及离心式三种。空气压缩机采用增氧泵型，流量调节用转子流量计。 1.2.5干燥系统 干燥系统主要指干燥室和相关的管路、控制等。干燥室采用耐热玻璃作为干燥室直筒(250 mm×300 mm)，便于观察，且直观性好，下部采用不锈钢锥体连接，锥体角度不同于工业性生产的喷雾干燥设备的锥体 55°或60°，采用30°锥体以有利于干粉的卸落和增加的干燥流程。在干燥室的进出口管道上装有温度检测及显示仪表。 在食品料滴表面形成的饱和蒸汽膜迅速进行蒸发，蒸发温度近似等于干燥空气的湿球温度。所设计的干燥室可提供有效的料滴逗留时间，使料滴在不发生热降解的情况下被干燥。从喷雾干燥器排出的产品温度近似等于25～30℃, 低于干燥空气排出口的温度。在蒸发阶段,雾化形成的料滴分布也是可变的，主要取决于产品要求的外观形状。 1.2.6回收系统 本系统包括旋风分离器、 增氧泵及产品收集器等。工业性生产喷雾干燥设备(JT-8000Y小型喷雾干燥机)的回收系统一般有旋风分离器、 湿式洗涤器和袋滤器等。一般采用两种方式进行物料的有效回收：两处排出，即从干燥室底部和旋风分离器排出；一处排出, 即粉料与干燥空气一起从干燥室排出再经旋风分离器回收。 2喷雾干燥分类 2.1按微粒化方法分类[13] 已知溶液在喷雾干燥时，其表面积越大，则干燥速度越快，所以，为了增大被干燥溶液的表面积，使溶液微粒化，这是喷雾干燥关键的问题，微粒化的方法有三种，即压力小型喷雾干燥机、离心小型喷雾干燥机和气流小型喷雾干燥机。因气流喷雾在食品工业中较少采用，故此处只做简要概述。 2.1.1压力喷雾干燥机 2.1.1.1压力喷雾干燥原理 利用高压泵使料液的压力达到（200大气压），对于高粘度物料的高压泵可达300-400大气压。在的初速度下以切线方向进入喷咀的旋转室中,使料液形成旋转运动。而聚化成直径在10-20微米的雾状微粒喷入干燥室，由于同热空气直接接触，进行热交换和水分的传递，其表面水分迅速蒸发，在很短的时间内被干燥成球状颗粒，沉降千室底。旋转速度与旋涡半径成反比,故喷成的液雾呈空心园锥形。 2.1.1.2压力喷雾微粒化装置 压力喷雾微粒化装置是保证成品质量，提高干燥效率的关键性部件，目前较为常用的有“M ”型和“S ”型两种。小型喷雾干燥机喷嘴一般均有使液流产生旋转的导沟结构。 2.1.2离心小型喷雾干燥机喷雾干燥机 2.1.2.1离心喷雾干燥的原理 小型喷雾干燥机是利用在水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液以离心力，使其以高速甩出，形成薄膜、细丝或液滴，同时又受到周围空气的摩擦、阻碍与撕裂等作用，此时作用的两种力是：由料液与热风界面之间的相对速度而产生的摩擦力；料液进入到离心盘周缘处的惯性产生的离心力。随着圆盘旋转而产生的切向速度与离心力作用而产生的径向速度，结果以一合速度在圆盘上运动，其运动轨迹可设想为一螺旋形，液体沿着此螺旋线自圆盘上抛出后，就分散成很微小的液滴以平均速度沿着圆盘切线方向运动，同时液滴又受到地心吸力的作用向下落。由于微洒出的微粒大小不同，因而它们飞行距离也就不同，因此在不同的距离落下的微粒形成一个以转轴中心对称的圆柱体。 2.1.2.2离心喷雾器结构 它与压力喷雾不同，不用高压也可获得很大的速度，当溶液进入旋转盘而获得旋转运动时，因离心力的作用，成薄膜状的溶液以不断增长的速度，向盘边缘移动而喷出成微细的雾状。对于较优良的离心盘设计，要求润湿周边长，能使溶液达到高转速，喷雾均匀。离心盘本身结构要求坚固、质轻、结构简单、无死角、易拆洗、并有较大的生产率。 目前在工业生产采用离心盘的式样很多。对于碟式、碗式、僧帽式而言，它们均有较大的润湿周边，使溶液形成扁平之薄膜，有利于雾化，结构也较简单，其缺点是因表面平滑，溶液在转盘内产生较大的滑动，使之不能得到较高的喷雾速度。
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