常見噴霧乾燥機及其應用領域

2021-02-24 粉體圈

噴霧乾燥機是一種可以同時完成乾燥和造粒的裝備，主要由漿料供應系統、霧化器、乾燥塔、熱風系統、廢氣排放和除塵系統、卸料及粉料輸送系統等組成。

噴霧乾燥工作原理

噴霧乾燥是利用霧化器將料液分散為細小的霧滴，並在熱乾燥介質匯總迅速蒸發溶劑形成乾粉的過程，一般噴霧乾燥分為四個階段：a料液霧化；b霧群與熱乾燥介質接觸混合；c霧滴的蒸發乾燥；d乾燥產品與乾燥介質分離。

原料液可以是溶液、乳濁液或懸浮液，也可以是熔融液或膏狀物等泵可以運輸的液體形式，產品是粉狀、顆粒狀，空心球或團粒狀。

常見的噴霧乾燥機

用噴霧乾燥器將稀料液（如含水量在75%-85%以上的溶液）噴成霧滴分散於熱氣流中，使水分迅速蒸發而得到固體產品，乾燥時間一般僅需數秒到數十秒。噴霧器是噴霧乾燥的關鍵部分，主要離心式，壓力式及氣流式噴霧器。

噴霧乾燥系統

通過2-20MPa的高壓將液料（經過過濾的液料）送入壓力式霧化器霧化成小液滴，經過霧化後的液滴（表面積大大增加）與熱空氣充分接觸，在10-30秒內迅速完成乾燥過程，經分離得到粉體或細小顆粒的成品。

空氣通過過濾器和加熱器，進入離心噴霧乾燥器頂部的空氣分配器，熱空氣呈螺旋狀均勻進入乾燥器。料液由料液槽經過濾器由泵送至乾燥器頂部的離心霧化器，使料液噴成極小的霧狀液滴，料液和熱空氣並流接觸，水分迅速蒸發，在極短時間內乾燥成成品，成品由乾燥塔底部和旋風分離器排出，廢氣由風機排出。

主要是將空氣或水蒸氣通過高速從噴嘴噴出，靠摩擦力使料液分離成細小霧滴，使其與熱空氣完全接觸來形成熱交換，整個過程不到半分鐘。對粘性較大的物料效果很好，是其他噴霧乾燥機無法比擬的，而且操作方便。

噴霧乾燥應用領域

在噴霧乾燥的100多年歷史中，最初僅限於蛋粉，奶粉，洗滌劑，化妝品等少產品的生產，隨著研究的不斷深入，現已在多種工業超細粉體及納米粉體生產中廣泛應用，如化學工業裡的電池原料，白炭黑；陶瓷工業裡的氧化鋁；製藥領域的藥物乾燥造粒等。相比於非噴霧乾燥的方式，噴霧乾燥可有效的減少超細粉的團聚，經噴霧乾燥工序可製得球形度高，流動性好、細度高的顆粒以適應特定領域的要求。

下文將對一些相關領域做簡單的介紹：

在陶瓷材料成型燒結之前素坯的成型對製品的性能有著直接影響，粉料的特性對素坯的均勻性及幹壓成型後的密度影響很大。噴霧造粒技術被廣泛用於製備特種陶瓷粉料。通常採用壓力噴霧對特陶粉體進行噴霧造粒處理，在合適的工藝條件下，製備出來的粉體化學均勻性好、細度高、流動性好，壓實密度高，可適用於特陶粉體的幹壓成型或等靜壓成型等成型工藝。

舉例：氧化鋁的噴霧造粒工藝流程：

氧化鋁陶瓷噴霧造粒製備工藝流程圖

鋰電池主要由正極材料、負極材料、電解質、隔膜組成。正極材料在成本及性能上都制約鋰離子電池的發展，因而正極材料的研究與開發是推動鋰離子電池技術更新的關鍵。目前國內正極材料主要有鈷酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰及三元材料。其中磷酸鐵鋰具有安全性好，循環壽命長，熱穩定性好，原材料來源廣泛，價格便宜的優點，但振實密度低和低溫導電性差。

磷酸鐵鋰/C正極材料的簡單製備過程：取LiOH和FePO4加入球磨罐加入純淨水，球磨之後加入一定量的碳源，球墨3h後取出漿料打入噴霧乾燥機中進行噴霧乾燥。在一定的進出口溫度下（進200-250℃，出口溫度＜100℃）進行噴霧乾燥。物料乾燥後放在氣氛爐先進行低溫煅燒2h，在高溫煅燒6h後得到LiFePO4/C正極材料。

實驗表明，噴霧乾燥步驟，賦予了燒結前的前驅體材料很好的球形度，粒徑在20-20微米。在噴霧乾燥條件下，材料的化學組分比較均勻。在煅燒時球形顆粒之間並沒有發生固相變化，LiFePO4/C的晶粒生產被限制在一個球形顆粒之間，因此可以得到小的LiFePO4/C晶粒，而細小的晶粒對LiFePO4/C的電性能有利。

沉澱二氧化矽又叫白炭黑，表達式多寫為mSiO2·nH2O，是橡膠工業重要的補強原料，因其微觀結構和聚集形態和炭黑相似，並在橡膠中有相近的補強性能，故稱為白炭黑。白炭黑的生產方法有氣相法及沉澱法，氣相法產品純度高，性能好，但生產過程能源消耗大，技術難度大，成本高。

相比之下沉澱法製備白炭黑，技術成熟，操作簡單，成本優勢大。但在乾燥脫水過程中，超細顆粒易發生團聚，影響性能。研究表明，噴霧乾燥能夠得到顆粒分散均勻、比表面積和吸油值都很高的白炭黑，符合推薦的吸油值和比表面積的配合曲線 ，適用高性能輪胎的補強劑及彩色輪胎的補強劑。

彩色輪胎&黑色輪胎

乾燥在製藥生產中，特別是中藥製藥生產中具有重要地位。噴霧乾燥製備的藥劑有如下幾個特點：

a.成品均勻度好：噴霧乾燥時，藥液是在不斷的攪拌下噴成霧化分散體，瞬間完成乾燥，因此均勻度較好。

b.成品流動性好、疏鬆性、溶解度較好：噴霧乾燥時，水分迅速氣化，成品粒度小，流動性好，壓片平整；在分劑量包裝時，劑量更準確。與水接觸時，更易進去顆粒內部，更利於藥物溶解。

c、簡化生產工藝：噴霧乾燥可使濃縮乾燥一步完成，此外乾燥時間也比較短，利於熱敏性藥物成品保持藥效。

d、生產潔淨：採用密閉的噴霧環境，杜絕藥物被細菌汙染也減少粉塵汙染車間。

因此噴霧乾燥非常適合中藥製藥過程中的乾燥。中藥製品要求潔淨度高，因此會裝有多個空氣淨化器。藥材噴霧乾燥的簡單工藝流程：藥材→提取→濃縮→噴霧乾燥→收集藥粉。

中藥原料西洋參


粉體圈 作者：小白

參考文獻：

1、氧化鋁粉料噴霧造粒的製備工藝及性能研究·唐小能

2、噴霧乾燥法製備鋰離子電池正極材料.新疆有色金屬研究院

3、乾燥方式對沉澱白炭黑性能的影響·郝書峰

4、噴霧乾燥技術及其在中藥製劑中的應用·王元清

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