基本介紹
- 中文名：垂直上升逆流型
- 外文名：Vertical rise counterflow type
- 設備：噴霧乾燥器
- 內容：高溫氣流與霧滴的流動方式
- 分類：並流、逆流及混合流三類
- 不適用：熱敏性物料
噴霧乾燥器,熱風和霧滴的運動方向,噴霧乾燥乳液的形成,
噴霧乾燥器
噴霧乾燥器主要由霧化器、乾燥室以及進料、收集等輔助設備組成，其中霧化器和乾燥室對噴霧乾燥乳液的形成起著關鍵性的作用。液體通過霧化器分散成微小的液滴，增大了蒸發麵積，在高溫下可以瞬間乾燥。常用的霧化器有離心式霧化器（旋轉霧化器）、壓力式霧化器和氣流式霧化器（雙液噴嘴霧化器）。離心式霧化器的工作原理是當物料被送到離心霧化器高速旋轉的轉盤上時，在離心作用下形成薄膜，並向轉盤邊緣運動，離開邊緣時液膜碎裂並霧化。壓力式霧化器包括液體切向入口、液體旋轉室和噴嘴孔等組件，高壓泵出的料液從切向入口進入液體旋轉室並進行高速旋轉運動，越靠近軸心處旋轉速度越大，靜壓強越低，於是在噴嘴中央形成一股壓強很大的空氣旋流，此時液體變為繞軸心旋轉的環形薄膜，在噴嘴處液體靜壓能轉化為動能使液膜從噴嘴噴出，再伸長變薄並逐漸分裂為小霧滴。氣流式霧化器是利用高速氣流對液膜的摩擦分離作用來實現霧化的，當中心管的料液與環隙中的氣體在端面處接觸時，兩者因為速度差產生很大的摩擦力，使得料液霧化。
乾燥室的設計主要考慮高溫空氣如何能更好地與霧滴充分混合以提高幹燥效率，一般由高溫氣流的流動速率及流動方式來控制。
熱風和霧滴的運動方向
在噴霧乾燥塔內，熱風和霧滴的運動方向，直接影響塔內的溫度分布，進而影響產品性質和乾燥時間。熱風進出乾燥塔的方式和熱風分布裝置，直接控制塔內的熱風運動狀態。如果設計得當，不但能促進乾燥過程的進行，而且還能減輕粘壁現象。
目前各類噴霧乾燥設備中，高溫氣流與霧滴的流動方式可分為並流、逆流及混合流三類，其中並流又分為水平並流和垂直並流，垂直並流又可分為上升和下降兩種。水平並流和垂直上升並流僅適用於壓力噴霧的情況。垂直下降並流適合壓力噴霧和離心噴霧，高溫氣流與料液均從乾燥室頂部進入，粉末沉落於底部，而廢氣夾帶粉末從靠近底部的排風管一起排至集粉裝置。這種設計利於顆粒乾燥和產品卸出，但加重了回收裝置的負擔。逆流操作中，高溫氣流從乾燥室底部上升，料液從頂部噴灑而下，已經乾燥的產品會與高溫氣體接觸，不適用於熱敏性物料的乾燥。逆流操作中廢氣由頂部排出，為了減少廢氣帶走未乾燥的霧滴，必須保持較低的氣體流速，因此在一定程度上限制了生產能力，但逆流操作的傳熱、傳質推動力都較大，所以熱能利用率較高。混合流操作的優點是高溫氣流與物料接觸面大且接觸密切，有攪拌作用，脫水效率較高。
所謂混合流運動，是空氣——霧滴既具有逆流又有並流的運動。混合流又分兩種情況：
（1）噴嘴安在乾燥室底部，向上噴霧，即垂直上升混流型。熱風從塔頂部進入，霧滴先與空氣逆流向上運動，達到一定高度後又與空氣並流向下運動，最後，物料從底部排出，空氣從底部的側面排出。
（2）噴嘴安在塔的中上部，即垂直下降混流型。物料向上噴霧，與塔頂進入的高溫空氣接觸，使水份快速蒸發，霧滴到達一定高度後又與空氣並流向下運動，最後氣——固同時從塔底排出。
（3）這二種混合流都是氣一液先逆流運動，具有逆流熱利用率高的特點。霧滴升到一定高度後，與降低許多溫度的空氣並流向下運動，乾燥的物料和已經降低到出口溫度的空氣接觸，避免了物料的過熱變質，具有並流操作的特點。故此型適用於熱敏性物料的乾燥。這種流向顯著的延長顆粒在塔內的停留時間，從而可降低塔的高度。在設計與操作時，要注意避免在顆粒返回區域內，產生嚴重的粘壁現象。
噴霧乾燥乳液的形成
噴霧乾燥法製備微膠囊，是將含有芯材和壁材的混合溶液經過乳化均質，得到原始乳液，再進入噴霧乾燥器被霧化成小液滴，與熱氣流接觸，溶劑迅速蒸發，最終得到乾燥乳液（粉末）的操作過程。芯材可以是固體粉末、懸浮液、溶液；壁材一般溶解在水中，也可以是其他溶劑。乳化均質一般通過物理攪拌、高壓渦旋和微射流等處理完成。液體的霧化是噴霧乾燥過程中最關鍵的一個步驟，它直接關係到顆粒形成的好壞，所以在實際操作過程中一定要根據需要選定好相關的參數，如進風溫度、噴嘴直徑。噴霧乾燥器中的熱氣流通常是高溫空氣，很少情況下選用氮氣。相比親水性芯材的包埋，噴霧乾燥法更適用於疏水性芯材的包埋。
噴霧乾燥法製備微膠囊大致可分為以下兩步。第一步是製備穩定的O/W乳液：將具有親水性的壁材充分溶解於水中，加入疏水性芯材和適當的乳化劑，再經過乳化均質形成粒徑約為0.1-10μm的原始乳液。第二步是乳液通過噴霧乾燥器霧化乾燥成粉：霧化的目的是形成乳液液滴，增加與乾燥熱空氣接觸面，以提高熱交換和質交換效率；液滴與熱空氣接觸的過程中，空氣向液滴的傳熱升高了液滴的溫度，並達到一個恆定值，形成一個恆溫和恆壓的環境，此時液滴水分開始蒸發；當液滴中水分達到臨界值，液滴表面形成了乾燥的外殼，水分蒸發速率降低，直到顆粒溫度與空氣溫度一樣時，乾燥過程結束。芯材是分散相，壁材是連續相且具有一定的粘度、成膜性和表面活性，因而霧化後霧滴表面是壁材成分，霧滴內部為芯材成分，霧化後液滴表面積大大增加，在噴霧乾燥室入口處，高溫氣流會迅速蒸發掉液滴中的水分，此時壁材形成一種既禁止芯材粒子又使水分子可以從中蒸發的網狀結構，液滴中水分蒸發後，壁材形成更為緻密的玻璃體結構，不但芯材粒子難以通過，甚至連氧氣分子的進入也受到阻礙，從而保護芯材。
