小型喷雾干燥机研究进展

喷雾干燥机 摘要：随着喷雾干燥机技术的日益完善，以及人们对于食品方面的严格要求，该技术在食品工业凸显重要作用。本文综述了喷雾干燥系统、其分类特点及在食品工业中运用。对未来该技术在各个领域中的运用进行了相应的展望。 关键字：喷雾干燥；分类；食品工业 喷雾干燥机技术的研究始于19世纪初期，在世界上已有一百多年的历史。早在 1865年，La Mont提出了用喷雾干燥方法来处理蛋品，这种由液态经雾化和干燥在极短时间内直接变成固体粉末的过程，在20世纪取得了长足的进展。而喷雾干燥技术在我国起步较晚，早是在20世纪50年代从前苏联引进喷雾干燥机用于染料的喷雾干燥 [1-2] 。目前，喷雾干燥技术已日渐成熟，在食品工业中的应用也越来 越广泛，如用于奶粉[3]、乳清粉[4]、豆奶粉[5]、蛋粉、果汁粉、速溶咖啡[6]等的生产。喷雾干燥机技术具有蒸发面积大、干燥速度快、物料温度低、易于连续化生产等特点，在食品干燥中显示出很强的优越性。它使许多有价值但不易保存的物料得以大大延长保质期，使一些物料便于包装、贮存和运输。同时，也简化了一些物料的加工工艺[7]。近几年来，喷雾干燥机技术在固体饮料中的应用也日益广泛，如草莓粉、乳粉、南瓜粉、番茄粉及各种植物蛋白fen 的加工等。本文阐述了喷雾干燥技术的分离及特点，同时综述了喷雾技术在食品工业的运用，为进一步利用该技术及对其改进提供一些参考。 1喷雾干燥技术及分类 1.1喷雾干燥技术 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[8]，主要
是利用雾化器将料液分散成细小的雾滴，并在热干燥介质中迅速蒸发溶剂形成干粉产品的过程。一般喷雾干燥阶段为料液雾化、雾群与热干燥介质接触混合、雾滴的蒸发干燥、干燥产品与干燥介质分离。料液的形式可以是溶液、悬浮液、乳浊液等经泵可以输送的液体形式，干燥所得产品可以是粉状、颗粒状或经过团聚的[9]。与传统的干燥方法相比，喷雾干燥机技术有很多优点，其干燥速度快，时间短(3～10 s)，特别适合于热敏性物料的干燥；干燥过程瞬间完成，可由液体直接得到干燥产品，避免了干燥过程中造成粉尘飞扬；无需蒸发、结晶、固液机械分离等操作；产品具有良好的分散性和溶解性，能极大地保留原料本身的色、香、味和营养成分；生产过程简单，操作控制方便。但喷雾干燥方法也有一些不易克服的缺点，如动力消耗大、传热系数低导致热效率低；干燥器的体积大、操作弹性小，易发生粘壁现象等 [10-11] 。 1.2喷雾干燥系统 喷雾干燥系统包括空气加热系统、供料系统、热风分配系统、雾化和干燥系统、回收系统以及控制系统等。[12] 1.2.1加热系统 工业性的喷雾干燥设备的空气加热形式很多，如蒸汽加热、电加热、导热油加热、燃煤热风炉、燃气热风炉和燃油热风炉等。实验室用的喷雾干燥器由于干燥所需空气量很少，所以选用了电加热，这样使得设备更紧凑，温度调控便利，而且所需的电耗也少。此外，为了满足生化产品的卫生要求及工艺参数的可调性，加热系统则包括空气过滤器、电加热器和调压加热等控制装置。 1.2.2供料系统 工业性生产的喷雾干燥设备的供料系统一般采用螺杆泵加调节装置。而微型喷雾干燥器选用医用蠕动泵，可满足小流量、可调节的要求。 1.2.3热风分配系统 工业性生产的小型喷雾干燥机设备的热风分配系统采用DAR型、DHS型或直通型，根据雾化方式进行选择，通常对于JT-8000Y喷嘴型式雾化的采用直通型热风分配器。对于二流体喷嘴雾化方式 ,采用改进型直通型热风分配器。 1.2.4雾化系统 本系统包括空气压缩机、雾化器、压缩空气的流量调节等。雾化器包括压力式、二流体及离心式三种。空气压缩机采用增氧泵型，流量调节用转子流量计。 1.2.5干燥系统 干燥系统主要指干燥室和相关的管路、控制等。干燥室采用耐热玻璃作为干燥室直筒(250 mm×300 mm)，便于观察，且直观性好，下部采用不锈钢锥体连接，锥体角度不同于工业性生产的喷雾干燥设备的锥体 55°或60°，采用30°锥体以有利于干粉的卸落和增加一定的干燥流程。在干燥室的进出口管道上装有温度检测及显示仪表。 在食品料滴表面形成的饱和蒸汽膜迅速进行蒸发，蒸发温度近似等于干燥空气的湿球温度。所设计的干燥室可提供有效的料滴逗留时间，使料滴在不发生热降解的情况下被彻底干燥。从喷雾干燥器排出的产品温度近似等于25～30℃, 低于干燥空气排出口的温度。在蒸发阶段,雾化形成的料滴分布也是可变的，主要取决于产品要求的外观形状。 1.2.6回收系统 本系统包括旋风分离器、 增氧泵及产品收集器等。工业性生产喷雾干燥设备(JT-8000Y小型喷雾干燥机)的回收系统一般有旋风分离器、 湿式洗涤器和袋滤器等。一般采用两种方式进行物料的有效回收：两处排出，即从干燥室底部和旋风分离器排出；一处排出, 即粉料与干燥空气一起从干燥室排出再经旋风分离器回收。 2喷雾干燥分类 2.1按微粒化方法分类[13] 已知溶液在喷雾干燥时，其表面积越大，则干燥速度越快，所以，为了增大被gan燥溶液的表面积，必须使溶液微粒化，这是喷雾干燥非常关键的问题，微粒化的方法有三种，即压力小型喷雾干燥机、离心小型喷雾干燥机和气流小型喷雾干燥机。因气流喷雾在食品工业中较少采用，故此处只做简要概述。 2.1.1压力喷雾干燥机 2.1.1.1压力喷雾干燥原理 利用高压泵使料液的压力达到（200大气压），对于高粘度物料的高压泵可达300-400大气压。在一定的初速度下以切线方向进入喷咀的旋转室中,使料液形成旋转运动。而聚化成直径在10-20微米的雾状微粒喷入干燥室，由于同热空气直接接触，进行热交换和水分的传递，其表面水分迅速蒸发，在很短的时间内被gan燥成球状颗粒，沉降千室底。旋转速度与旋涡半径成反比,故喷成的液雾呈空心园锥形。