噴霧干燥---粉體顆粒度分布控制

大量生產實踐表明，影響粉體顆粒粒度分布的工藝參數有：料液濃度、進料速度、霧化壓力、溫度、噴嘴結構、干燥介質流量、氣液接觸方式以及溶劑和溶質的性質等。這些因素都從不同角度影響液體的霧化效果和干燥成粒機理。以下將分別對其中一些主要的影響因素進行討論和分析。

1、料液濃度的影響

研究顯示，高濃度料液所得微粒粒徑比低濃度料液要大。這是因為料液濃度是影響霧滴形成和大小的重要物性參數。濃度高，相應的固體含量高，粘度大，形成霧滴所需的能量也就高。因而高濃度液體形成的霧滴較大，使氣液接觸面積減少，傳質效果減弱，霧滴達到過飽和狀態的時間延長，瞬間成核數量減少，顆粒的沉積以生長為主要機理，所以形成的顆粒粒徑較大。另外，濃度高的溶液所得顆粒易出現團聚現象。但是料液濃度的增加存在一個上限，如果超過此上限則不能得到顆粒。

2、進料速率的影響

試驗結果表明，隨著進料速率的增加，粒度有逐漸增大的趨勢。這可能是由于在其它條件相同的情況下，進料速率增大時，被霧化的液滴直徑增大，較大霧滴包含較多的溶質，因此形成的粉體顆粒粒徑就相應較大。此外，進料速率增大的同時，未干燥的液滴數目增加，液滴之間相互碰撞而發生聚并，使產品團聚加重。而且進樣速度太快也不利于料液霧化，會影響干燥效果。

3、霧化壓力的影響

霧化壓力是噴霧干燥技術的關鍵參數，只有達到一定的壓力才能形成霧滴。隨著噴霧壓力的增加，微粒粒徑減小。這是因為在其它條件不變的情況下，當壓力增大時，液滴中溶劑的蒸發干燥速度增大。另一方面噴嘴處壓降增大，霧化液滴粒徑因氣流沖擊能量增加而變小，增大了氣液接觸面積，增強了氣液間傳質效果，使得液滴的干燥速度增大。兩者的共同作用使得液滴達到過飽和的時間縮短，瞬間成核速度加快，成核數量增多，微粒的沉積此時以均勻析出為主。因此，所得終產品的粒徑隨之減小，粒徑分布隨之變窄。但壓力過大也會對微形狀產生負面影響，如破碎、孔洞、凹陷等形狀不規則等現象，影響產品性能。

4、溫度的影響

溫度可分為進口溫度和出口溫度，其中進口溫度較為重要，低溫時所得微粒的粒徑比高溫時大，粒徑分布也寬，即在其它條件不變的情況下，溫度較低時，溶液霧滴達到過飽和的時間延長，瞬間成核速度降低，成核數量減少，因此，所得微粒粒徑增大。而此時由于微粒的析出以生長為主，相應地形成終產品的時間延長，微粒相互間的團聚和碰撞也導致產品的均勻性變差，故粒徑分布變寬。隨著溫度的升高，溶劑蒸發速度加快，液滴達到過飽和態的時間縮短，故形成的微粒粒徑相應減小，粒徑分布變窄。研究發現，溫度過高時，形成的顆粒容易團聚，這樣顆粒粒徑反而增大。

5、噴嘴出口直徑的影響

噴嘴又稱霧化器，是噴霧干燥設備的關鍵部件，其結構的不同直接影響液體霧化分散效果，進而影響微粒的粒徑和性能。在進樣速率相同的條件下，噴嘴出口直徑較大時所得粒徑普遍較直徑較小的小。這可能是由于當出口直徑較大時，所形成的液膜較薄，經氣流沖擊、摩擦后分散成的霧滴更小。同時，氣液間的傳質因霧滴總表面積的增大而加強，溶劑蒸發速度加快，霧滴更快達到過飽和狀態。所以在液體流量一定的情況下，微粒沉積以成核析出為主，瞬間成核數量增多，粒徑減小。由此可見，改變噴嘴的結構，可在一定范圍內控制粒徑及粒徑分布，并使之符合不同的制粒要求。