高速 离心喷雾干燥机 CY-5000YL 实验室小试喷雾干燥机 悬浊液喷雾干燥塔

要: 喷雾干燥技术被广泛应用在许多工业生产领域中, 本文从工艺、机理、产品的质量和节能等几个方面对喷雾干燥在生物质资源加工利用中的发展状况进行了概述, 发现研究过程中尚存在着一些问题, 如由于高进气温度使产品质量下降; 在干燥室或工艺管中发生产品粘壁; 系统能效低及生物制品中活性物质被破坏等, 亟需在工艺及设备等方面改进和提高, 因此很有必要对喷雾干燥技术进行更深入的研究。
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。喷雾干燥技术的研究始于20世纪初期, 距今已有100 多年的历史。起初, 这种技术主要用于脱脂奶粉的制造, 并在食品工业中应用, 随着喷雾干燥技术的不断成熟, 其应用范围也逐渐扩展, 目前这项技术在国内外的许多行业都已得到了广泛的应用, 例如在食品工业中用于奶粉[ 1] 、乳清粉[ 2] 、豆奶粉[ 3] 、蛋粉、果汁粉[ 4- 5] 、速溶咖啡[ 6] 等的生产中, 另外, 在其它行业如化学[ 7- 8] 、医药[ 9- 10] 、造纸[ 11] 、陶瓷[ 12] 、化肥[ 13] 、冶金[ 14] 、洗涤剂[ 15 ] 、环保[ 16] 、生物质活性物质[ 17- 19] 等工业生产中也被采用。自然界中生物质资源广泛, 提取对人类健康有保健作用的有益成分, 制作成各种粉状或颗粒状易于保存的产品是当前发展的重要方面。喷雾干燥正是生物质资源加工利用工艺的必要组成部分。在林化行业中, 浓缩单宁液、歧化松香皂膏、木工胶黏剂等均可通过雾化干燥完成。王静等[ 4] 用喷雾干燥工艺对枣进行加工处理, 不但保存了枣的营养价值, 而且为枣产品的品种多样化提供了一种途径。陈宜芳等[ 20] 通过对喷雾干燥后的鱼浆蛋白粉营养成分进行分析, 将得到数据与鱼粉数据相比较, 寻找差距点, 对喷雾干燥第5期张彩虹, 等: 喷雾干燥在生物质资源加工利用中的研究进展 47工艺进行优化。尽管在生物质资源加工利用中喷雾干燥技术无论是从深度上还是从广度上都得到了巨大的发展, 但仍然有其不足之处, 如受生物质物料的多样性及各物料差异性、干燥产品不同质量要求的影响, 工艺不仅要随物料变动而且复杂性也会不同,所以在生物质资源加工利用中喷雾干燥工艺研究仍是全球各国科研人员的重要研究内容; 又如大部分喷雾干燥装置的热效率在30% ~ 70% 之间[ 21] , 所以提高喷雾干燥在生物质资源加工利用中的热利用率也是研究的重要方面。鉴于喷雾干燥技术的深入研究对生物质资源的开发与利用都具有现实意义, 本文就喷雾干燥技术在生物质资源中的发展程度进行了分析和综述, 同时对未来的发展趋势作了展望。
1 在生物质资源加工利用中喷雾干燥的机理研究
1. 1 雾化器性能和雾化机理的研究
雾化器是把液体雾化成细小雾滴的核心装置, 其性能好坏直接影响产品质量和技术经济指标。在生产中, 往往会出现大颗粒没有干透、小颗粒已经过干的现象。因此, 雾化器满足生产工艺要求, 既保证料液的分散度, 又能把粒径变化控制在Z小限度。母福生等[ 22] 从理论上推导喷雾干燥技术中雾化器流量、雾化角各自的关系公式, 基于空气动力干扰学说推导出雾化后液滴平均直径的理论公式, 找出它们内在联系, 并通过相关实验数据进行验证。郝文生等[ 23] 对离心雾化的成因作了详细的分析, 得出液滴的3种形成方式: 直接分裂成液滴、丝状割裂成液滴、膜状分裂成液滴。虞子云[ 24] 通过对二流体外混、二流体内混、三流体内混和三流体内外组合混等4种类型气流喷嘴在不同的喷嘴几何尺寸、料液物性、操作条件下的雾化试验比较和分析, 指出了各种喷嘴的适用场合, 例如, 二流体内混式喷嘴能耗Z小,是水及物性接近于水的大多数低黏度物料雾化的适用喷嘴; 三流体内混式喷嘴能耗比二流体内混式大, 适合在高黏度物料场合使用。
1. 2 喷雾干燥中气流与微粒的运动及相对运动

中药浸膏干燥在各干燥设备中的应用（喷雾干燥机）
干燥是指用热能使湿物料内液体汽化，被干燥介质带走，使湿物料得到干燥的操作。干燥的方法通常有两种，一是自然干燥，二是人工干燥。其中，自然干燥是将湿物料堆置于露天或室内场地上，借风吹和日晒的自然条件使物料脱水干燥；人工干燥是将湿物料放在（干燥机）中进行加热，使物料干燥。
干燥是中药生产中的重要环节，应用于药剂辅料、原料药、中间体以及成品的生产，中药浸膏的干燥，其操作的好坏直接影响产品的性能、质量、外观和成本。
1 问题的导入
目前，浸膏干燥主要依赖热风循环型烘箱、真空干燥箱等传统干燥设备，而近年来喷雾干燥、真空冷冻干燥、微波真空干燥等新型干燥技术在中药浸膏干燥过程中已有推广应用。
由于中药浸膏黏性大、透气性差，一般中药浸膏干燥技术的干燥过程中存在干燥时间长、产量低、能耗高、生产效率低和产品质量不高等缺点，已远远不能满足中药现代化对节能、环保及中药浸膏干燥工艺的要求。运用高新技术改造中药产品的传统制造方式，已是中药产业走向高技术产业化先要解决的关键问题。其中，真空低温连续带式干燥机可有效解决中药浸膏干燥难题，但由于此技术在国内起步比较晚，在中药行业对该技术认识不足，限制了它的推广和运用。因此，将此具有、节能、环保的真空低温连续带式干燥机在行业内加快推广应用，对于提升我国中药工业整体装备水平，具有重大意义。

2 中药浸膏干燥常用技术
2.1真空干燥箱
真空干燥箱是较早采用且简单的干燥方法，目前仍在中药浸膏干燥中普遍采用。真空干燥箱内由多层加热板或蒸汽加热管做成的管架组成，加热板或加热管架中通入热水或低压蒸汽作为加热介质，将铺有待干燥药品的料盘放在加热板或管架上，箱内由真空泵抽成真空。加热板或加热管架在加热介质的循环流动中将药品加热到指定温度，利用真空泵进行抽气抽湿把物料中的水分蒸发，并随抽真空抽走，使工作室处于真空状态，物料的干燥速度大大加快，同时也节省了能源。
真空干燥箱的特点是简单易行，投入少，适用性强，对易燃、黏性、有触变性或膏状料一般都可适用。干燥过程中药品不易被污染，可以用在药品干燥及热处理上。但也存在多方面的缺陷，如劳动强度高、热量消耗大、热效率低（热能利用率低于40%），而且干燥时间长，易造成一些热敏性成分分解，颜色难看，药品质量降低，同时干燥过程中物料易结成硬块，较难粉碎，口感差。
真空干燥箱适用于小批量、多品种物料的干燥，因此实验室、中间体试验厂、工厂都安装有大小不同的这种干燥设备。随着新技术的发展，真空干燥箱逐渐被其他干燥技术替代。现在中药企业保留的真空干燥箱多数是一些改•进型的设备，其传热系数较高、热利用率较好、物料干燥时间缩短。

2.2喷雾干燥机
目前喷雾干燥技术在我国中药制药行业的应用已经较多。近年来，喷雾技术又与流化、微型包囊和包衣等多项技术相结合，使其在中药领域中的应用不断扩展，发挥着越来越重要的作用。
中药浸膏的喷雾干燥过程中，经初、中效过滤，净化等级达10万级的洁净空气，经蒸汽换热和电加热补偿加热至相应要求的温度，被引至热风分配器分布均匀后入塔，同时物料由料泵供至位于干燥塔顶的离心式雾化器，雾化成相应要求的液滴，均匀喷入干燥塔，与分布好的热空气，大面积对流接触，瞬时完成干燥成型，获得粉状或颗粒状制品。
喷雾干燥具有干燥速度快、产品质量稳定、生产效率高等特点，同时可以省去浓缩、过滤、粉碎等工序，产品流动性和速溶性相对较好。在中药制药行业，喷雾干燥技术的运用，大大简化了中药提取液到制剂半成品或成品的工艺，从而缩短生产周期，提高了生产效率和产品质量。
对于中药浸膏，喷雾干燥的Z大难题是干燥过程中出现粘壁和干燥产品易吸潮现象，难以处理高浓度、高黏性的中药浸膏。通过研究表明，中药浸膏软化点低于喷雾干燥的进风温度是产生粘壁现象的主要原因，通过加入辅料提高浸膏软化点，可以消除粘壁现象，但加入辅料可能会影响产品的纯度。喷雾干燥的另一缺陷是产品回收率相对干燥技术要低，需要引起重视。

2.3冷冻干燥机
冷冻干燥是基于低温、低压下的传热传质机理，将中药浸膏在低于浸膏共晶点温度下的低温环境中进行冻结，然后将其置于高真空环境中，使物料中的水分以冰晶状态直接升华为气体，从而将物料中的水分除去。冻干适用于热敏性或易氧化药品的干燥，在中药材的干燥过程中有着较多的应用。因为低温操作，冷冻干燥过程在保持浸膏有效成分的稳定性方面具有Z大的优势。
冷冻干燥的不足之处在于设备复杂、干燥成本高等，因此，经济性是该技术在中药工业应用的瓶颈问题。如何提高冻干设备生产率和降低能耗是冻干技术研究的关键。