實驗室小型噴霧幹燥機的技術研究與進展

小型噴霧幹燥機噴霧幹燥由於(yu) 針對不同的料液特點其幹燥工藝參數不同，同時為(wei) 了確保幹燥產(chan) 品的殘留溶劑含量，需要有yi定溫度的幹燥介質排出。目前，常用方法是直接排入大氣，造成了很大的能源浪費。
1.超臨(lin) 界噴霧幹燥
　　超臨(lin) 界流體(ti) 技術是一種比較新的技術。MichaelWiggenhorn[27]研究以不同的幹燥技術製備蛋白質脂質體(ti) 粉末，其中就采用了超臨(lin) 界噴霧幹燥和亞(ya) 臨(lin) 界噴霧幹燥技術，並且比較了利用不同方法獲得的粉體(ti) 性質，包括粒徑分布和形態等。荷蘭(lan) 的Bouchard等[28,29]也利用超臨(lin) 界噴霧幹燥技術幹燥糖和雞蛋白等，研究表明：其幹燥產(chan) 品的顆粒粒徑在1~60μm之間，且顆粒呈球形，表麵較光滑。　
　　因流體(ti) 本身的特殊性質使得超臨(lin) 界流體(ti) 在不同的領域得到了逐步推廣和應用，例如超臨(lin) 界流體(ti) 萃取技術、超臨(lin) 界流體(ti) 幹燥技術、超臨(lin) 界流體(ti) 反應等。但是，超臨(lin) 界流體(ti) 和水的相容性較差，直接采用超臨(lin) 界幹燥有困難，借助其他的溶劑夾帶，而噴霧幹燥經常麵臨(lin) 的是水溶液的幹燥。因此，把超臨(lin) 界流體(ti) 和噴霧幹燥結合，形成新的超臨(lin) 界流體(ti) 噴霧幹燥技術是一個(ge) 值得研究的領域和方向。國外已有研究人員開展此項技術研究，國內(nei) 尚未見有相關(guan) 的報道。
2.噴霧幹燥和冷凍幹燥
　　噴霧幹燥的Z大特征是蒸發和幹燥的表麵積大，例如1cm3的液體(ti) 霧化成100μm的液滴，其表麵積將增加19000多倍，因而使得幹燥速率急劇增大。冷凍幹燥則需要較長的升華幹燥時間，但可以保持幹燥產(chan) 品的原有品質，不至於(yu) 造成物料變性。因此，結合上述兩(liang) 種幹燥方法可以發揮兩(liang) 種幹燥技術的優(you) 勢，在達到縮短幹燥時間的同時可保持物料的品質要求。介紹了目前國際上有兩(liang) 種方式來實現上述過程，即采用液氮噴霧製冰粉加真空冷凍幹燥的方法和低溫空氣製冰粉加流化床幹燥的方法。Sooner等采用前一種方法進行了蛋白質噴霧冷凍幹燥的研究。結果表明：蛋白質可以保持原有的品質，而幹燥時間比原來直接采用盤式真空冷凍幹燥縮短30%。HansLeuenburger等采用第2種方法，研究了藥品的噴霧冷凍幹燥。結果表明：采用流化床幹燥其幹燥時間可以由48h縮短到10h左右，且物料品質保持不變。但是，由於(yu) 該試驗裝置采用幹冰冷凍除水，要實現工業(ye) 化比較困難。
　　目前，研究開發了新型的噴霧冷凍幹燥裝置小型噴霧幹燥機，采用冷凍除濕脫水連續製備低溫低濕空氣，結合特殊設計的霧化裝置，實現了料液的連續製冰粉和幹燥。
3.噴霧幹燥的數學模型與(yu) 分析
　　隨著計算機技術的發展，快速獲得複雜數學模型的數學解變得可行。國際上運用計算流體(ti) 力學（ComputationalFluidDynamic，簡稱CFD）技術來模擬整個(ge) 噴霧幹燥過程，已取得了相當的成果[30-32]。
　　進行了一係列利用計算流體(ti) 力學研究噴霧幹燥過程的工作，主要集中在模型的建立、模型的修正和校核，新型幹燥塔的研究，水平噴霧幹燥、離心式噴霧幹燥和大型工業(ye) 化壓力噴霧幹燥研究等方麵。研究結果表明：目前商業(ye) CFD軟件可以在yi定的範圍內(nei) 用來分析噴霧幹燥塔內(nei) 氣體(ti) 介質的溫度場、速度場、濕度場以及物料的飛行軌跡、濕度變化、溫度變化等。若要更好地獲得霧滴的幹燥特性，還有針對性地加入用戶的自定義(yi) 程序、幹燥模型。另外，由於(yu) 幹燥塔內(nei) 的氣體(ti) 處於(yu) 紊流狀態，適當的紊流模型也會(hui) 對模擬結果產(chan) 生較大影響，當幹燥介質采用旋轉式進風方式時，紊流影響更大。
　　Z近，對噴霧幹燥的瞬態進行了模擬研究。結果表明：幹燥塔內(nei) 的流場隨著時間的變化在變化，使得霧滴在幹燥塔內(nei) 的運動呈不規則狀態，因此，即使采用相同霧滴狀況的設定，也將得到不同幹燥過程的幹燥顆粒；雖然允許yi定的殘餘(yu) 溶劑要求，但霧滴實際飛行過程中依然存在著返回高溫區域的可能性。這些現象尚待進一步的分析和驗證。
4.噴霧幹燥機的未來展望
　　（1）小型噴霧幹燥機噴霧幹燥由於(yu) 針對不同的料液特點其幹燥工藝參數不同，同時為(wei) 了確保幹燥產(chan) 品的殘留溶劑含量，需要有yi定溫度的幹燥介質排出。目前，常用方法是直接排入大氣，造成了很大的能源浪費。
（2）小型噴霧幹燥機噴霧幹燥技術已經在工業(ye) 生產(chan) 中應用很久，但依然存多種問題，直接影響了產(chan) 品的品質。針對不同的原料液的特性，采用有針對性的試驗和設計是一個(ge) 重要的環節，在沒有準確的數學模型可以確認時，試驗仍然是解決(jue) 這些問題的好辦法。