噴霧干燥---粉體顆粒度分布控制

大量生產(chǎn)實(shí)踐表明，影響粉體顆粒粒度分布的工藝參數(shù)有：料液濃度、進(jìn)料速度、霧化壓力、溫度、噴嘴結(jié)構(gòu)、干燥介質(zhì)流量、氣液接觸方式以及溶劑和溶質(zhì)的性質(zhì)等。這些因素都從不同角度影響液體的霧化效果和干燥成粒機(jī)理。以下將分別對(duì)其中一些主要的影響因素進(jìn)行討論和分析。

1、料液濃度的影響

研究顯示，高濃度料液所得微粒粒徑比低濃度料液要大。這是因?yàn)榱弦簼舛仁怯绊戩F滴形成和大小的重要物性參數(shù)。濃度高，相應(yīng)的固體含量高，粘度大，形成霧滴所需的能量也就高。因而高濃度液體形成的霧滴較大，使氣液接觸面積減少，傳質(zhì)效果減弱，霧滴達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)的時(shí)間延長(zhǎng)，瞬間成核數(shù)量減少，顆粒的沉積以生長(zhǎng)為主要機(jī)理，所以形成的顆粒粒徑較大。另外，濃度高的溶液所得顆粒易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象。但是料液濃度的增加存在一個(gè)上限，如果超過(guò)此上限則不能得到顆粒。

2、進(jìn)料速率的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著進(jìn)料速率的增加，粒度有逐漸增大的趨勢(shì)。這可能是由于在其它條件相同的情況下，進(jìn)料速率增大時(shí)，被霧化的液滴直徑增大，較大霧滴包含較多的溶質(zhì)，因此形成的粉體顆粒粒徑就相應(yīng)較大。此外，進(jìn)料速率增大的同時(shí)，未干燥的液滴數(shù)目增加，液滴之間相互碰撞而發(fā)生聚并，使產(chǎn)品團(tuán)聚加重。而且進(jìn)樣速度太快也不利于料液霧化，會(huì)影響干燥效果。

3、霧化壓力的影響

霧化壓力是噴霧干燥技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)，只有達(dá)到一定的壓力才能形成霧滴。隨著噴霧壓力的增加，微粒粒徑減小。這是因?yàn)樵谄渌鼦l件不變的情況下，當(dāng)壓力增大時(shí)，液滴中溶劑的蒸發(fā)干燥速度增大。另一方面噴嘴處壓降增大，霧化液滴粒徑因氣流沖擊能量增加而變小，增大了氣液接觸面積，增強(qiáng)了氣液間傳質(zhì)效果，使得液滴的干燥速度增大。兩者的共同作用使得液滴達(dá)到過(guò)飽和的時(shí)間縮短，瞬間成核速度加快，成核數(shù)量增多，微粒的沉積此時(shí)以均勻析出為主。因此，所得產(chǎn)品的粒徑隨之減小，粒徑分布隨之變窄。但壓力過(guò)大也會(huì)對(duì)微形狀產(chǎn)生負(fù)面影響，如破碎、孔洞、凹陷等形狀不規(guī)則等現(xiàn)象，影響產(chǎn)品性能。

4、溫度的影響

溫度可分為進(jìn)口溫度和出口溫度，其中進(jìn)口溫度較為重要，低溫時(shí)所得微粒的粒徑比高溫時(shí)大，粒徑分布也寬，即在其它條件不變的情況下，溫度較低時(shí)，溶液霧滴達(dá)到過(guò)飽和的時(shí)間延長(zhǎng)，瞬間成核速度降低，成核數(shù)量減少，因此，所得微粒粒徑增大。而此時(shí)由于微粒的析出以生長(zhǎng)為主，相應(yīng)地形成產(chǎn)品的時(shí)間延長(zhǎng)，微粒相互間的團(tuán)聚和碰撞也導(dǎo)致產(chǎn)品的均勻性變差，故粒徑分布變寬。隨著溫度的升高，溶劑蒸發(fā)速度加快，液滴達(dá)到過(guò)飽和態(tài)的時(shí)間縮短，故形成的微粒粒徑相應(yīng)減小，粒徑分布變窄。研究發(fā)現(xiàn)，溫度過(guò)高時(shí)，形成的顆粒容易團(tuán)聚，這樣顆粒粒徑反而增大。

5、噴嘴出口直徑的影響

噴嘴又稱霧化器，是噴霧干燥設(shè)備的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的不同直接影響液體霧化分散效果，進(jìn)而影響微粒的粒徑和性能。在進(jìn)樣速率相同的條件下，噴嘴出口直徑較大時(shí)所得粒徑普遍較直徑較小的小。這可能是由于當(dāng)出口直徑較大時(shí)，所形成的液膜較薄，經(jīng)氣流沖擊、摩擦后分散成的霧滴更小。同時(shí)，氣液間的傳質(zhì)因霧滴總表面積的增大而加強(qiáng)，溶劑蒸發(fā)速度加快，霧滴更快達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)。所以在液體流量一定的情況下，微粒沉積以成核析出為主，瞬間成核數(shù)量增多，粒徑減小。