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喷雾干燥器其应用领域简述
时间:2019-09-09 点击次数:261
     喷雾干燥器是一种可以同时完成干燥和造粒的装备,主要由浆料供应系统、雾化器、干燥塔、热风系统、废气排放和除尘系统、卸料及粉料输送系统等组成。
 
    喷雾干燥器工作原理
 
    喷雾干燥器是利用雾化器将料液分散为细小的雾滴,并在热干燥介质汇总迅速蒸发溶剂形成干粉的过程,一般喷雾干燥分为四个阶段:a料液雾化;b雾群与热干燥介质接触混合;c雾滴的蒸发干燥;d干燥产品与干燥介质分离。
 
    原料液可以是溶液、乳浊液或悬浮液,也可以是熔融液或膏状物等泵可以运输的液体形式,产品是粉状、颗粒状,空心球或团粒状。
 
    常见的喷雾干燥机
 
    用喷雾干燥器将稀料液(如含水量在75%-85%以上的溶液)喷成雾滴分散于热气流中,使水分迅速蒸发而得到固体产品,干燥时间一般仅需数秒到数十秒。喷雾器是喷雾干燥的关键部分,主要离心式,压力式及气流式喷雾器。
 
    喷雾干燥系统
 
    ①压力喷雾干燥机
 
    通过2-20MPa的高压将液料(经过过滤的液料)送入压力式雾化器雾化成小液滴,经过雾化后的液滴(表面积大大增加)与热空气充分接触,在10-30秒内迅速完成干燥过程,经分离得到粉体或细小颗粒的成品。
 
    ②离心喷雾干燥机
 
    空气通过过滤器和加热器,进入离心喷雾干燥器顶部的空气分配器,热空气呈螺旋状均匀进入干燥器。料液由料液槽经过滤器由泵送至干燥器顶部的离心雾化器,使料液喷成极小的雾状液滴,料液和热空气并流接触,水分迅速蒸发,在极短时间内干燥成成品,成品由干燥塔底部和旋风分离器排出,废气由风机排出。
 
    ③气流喷雾干燥机
 
    主要是将空气或水蒸气通过高速从喷嘴喷出,靠摩擦力使料液分离成细小雾滴,使其与热空气完全接触来形成热交换,整个过程不到半分钟。对粘性较大的物料效果很好,是其他喷雾干燥机无法比拟的,而且操作方便。
 
    喷雾干燥应用领域
 
    在喷雾干燥的100多年历史中,初于蛋粉,奶粉,洗涤剂,化妆品等少产品的生产,随着研究的不断深入,现已在多种工业超细粉体及纳米粉体生产中广泛应用,如化学工业里的电池原料,白炭黑;陶瓷工业里的氧化铝;制药领域的药物干燥造粒等。相比于非喷雾干燥的方式,喷雾干燥可有效的减少超细粉的团聚,经喷雾干燥工序可制得球形度高,流动性好、细度高的颗粒以适应特定领域的要求。
 
    下文将对一些相关领域做简单的介绍:
 
    ①
 
    喷雾干燥器用于特种陶瓷造粒
 
    在陶瓷材料成型烧结之前素坯的成型对制品的性能有着直接影响,粉料的特性对素坯的均匀性及干压成型后的密度影响很大。喷雾造粒技术被广泛用于制备特种陶瓷粉料。通常采用压力喷雾对特陶粉体进行喷雾造粒处理,在合适的工艺条件下,制备出来的粉体化学均匀性好、细度高、流动性好,压实密度高,可适用于特陶粉体的干压成型或等静压成型等成型工艺。
 
    举例:氧化铝的喷雾造粒工艺流程:
 
    氧化铝陶瓷喷雾造粒制备工艺流程图
 
    ②
 
    喷雾干燥在锂电正极材料磷酸铁锂的应用
 
    锂电池主要由正极材料、负极材料、电解质、隔膜组成。正极材料在成本及性能上都制约锂离子电池的发展,因而正极材料的研究与开发是推动锂离子电池技术更新的关键。目前国内正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂及三元材料。其中磷酸铁锂具有安全性好,循环寿命长,热稳定性好,原材料来源广泛,价格便宜的优点,但振实密度低和低温导电性差。
 
    磷酸铁锂/C正极材料的简单制备过程:取LiOH和FePO4加入球磨罐加入纯净水,球磨之后加入一定量的碳源,球墨3h后取出浆料打入喷雾干燥机中进行喷雾干燥。在一定的进出口温度下(进200-250℃,出口温度<100℃)进行喷雾干燥。物料干燥后放在气氛炉先进行低温煅烧2h,在高温煅烧6h后得到LiFePO4/C正极材料。
 
    实验表明,喷雾干燥步骤,赋予了烧结前的前驱体材料很好的球形度,粒径在20-20微米。在喷雾干燥条件下,材料的化学组分比较均匀。在煅烧时球形颗粒之间并没有发生固相变化,LiFePO4/C的晶粒生产被限制在一个球形颗粒之间,因此可以得到小的LiFePO4/C晶粒,而细小的晶粒对LiFePO4/C的电性能有利。
 
    ③
 
    喷雾干燥用于白炭黑的干燥
 
    沉淀二氧化硅又叫白炭黑,表达式多写为mSiO2·nH2O,是橡胶工业重要的补强原料,因其微观结构和聚集形态和炭黑相似,并在橡胶中有相近的补强性能,故称为白炭黑。白炭黑的生产方法有气相法及沉淀法,气相法产品纯度高,性能好,但生产过程能源消耗大,技术难度大,成本高。
 
    相比之下沉淀法制备白炭黑,技术成熟,操作简单,成本优势大。但在干燥脱水过程中,超细颗粒易发生团聚,影响性能。研究表明,喷雾干燥能够得到颗粒分散均匀、比表面积和吸油值都很高的白炭黑,符合推荐的吸油值和比表面积的配合曲线 ,适用高性能轮胎的补强剂及彩色轮胎的补强剂。
 
    彩色轮胎&黑色轮胎
 
    ④
 
    喷雾干燥在药物制剂中的应用
 
    干燥在制药生产中,特别是中药制药生产中具有重要地位。喷雾干燥制备的药剂有如下几个特点:
 
    a.成品均匀度好:喷雾干燥时,药液是在不断的搅拌下喷成雾化分散体,瞬间完成干燥,因此均匀度较好。
 
    b.成品流动性好、疏松性、溶解度较好:喷雾干燥时,水分迅速气化,成品粒度小,流动性好,压片平整;在分剂量包装时,剂量更准确。与水接触时,更易进去颗粒内部,更利于药物溶解。
 
    c、简化生产工艺:喷雾干燥可使浓缩干燥一步完成,此外干燥时间也比较短,利于热敏性药物成品保持药效。
 
    d、生产洁净:采用密闭的喷雾环境,杜绝药物被细菌污染也减少粉尘污染车间。
 
    因此喷雾干燥器非常适合中药制药过程中的干燥。中药制品要求洁净度高,因此会装有多个空气净化器。药材喷雾干燥的简单工艺流程:药材→提取→浓缩→喷雾干燥→收集药粉。

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