压力式喷雾干燥塔各主要工艺控制参素数对产品质量的影响

压力式喷雾干燥塔各主要工艺
控制参素数对产品质量的影响
廖庆禄
（福建杨振华851生物科技股份有限公司，福建福州350015）摘要：通过对GNT～101型压力式喷雾干燥塔使用时各控制参素数的分析，指出喷雾过程各主要控制参素数对产品质量有着不同的影响，并探讨了他们之间的相互关系，明确了当某个参数发生变化，其它参数也应做相应调整，以及对于不同品种控制参数是不同的，应根据实验总结出不同的控制参数要求。

喷雾干燥是液体工艺成形和干燥工业中最广泛应用的工艺。

最适用于从溶液、乳液、悬乳液和可泵性糊状液体原料中生成粉状、颗粒状或块状固体产品。

在制药工业中，喷雾干燥常用于对中药提取浓缩液的干燥，药品生产中，通常对药粉的颗粒大小分布、残留水份含量、堆积密度和颗粒形状色泽有着不同的要求。

要想达到要求就需对喷雾干燥过程各控制参数对产品质量的影响加以分析。

目前所使用的喷雾干燥器主要有压力式、气流式、和离心式三种。

压力式喷雾干燥器（又称喷雾干燥塔）在生产中使用最普遍。

压力式喷雾干燥器的产品成微粒状，一般平均粒度可达150-200um左右，产品有良好的流动性、润湿性、润滑性等应用性能，所以深受用户的欢迎。

【1】本文即以作者所在单位使用的上海乳品机械厂生产的GNT～101型压力式喷雾干燥塔为例进行探讨。

1 工作原理
本设备为立式压力喷雾干燥器，物料由高压均质泵经高压管由塔顶均风器中间喷入塔内，经喷头雾化呈70-80度雾化角的雾滴，雾滴与相对湿度很低，经过过滤和加热的再经均风器进入的热风接触，二者瞬间发生强烈的热交换和质交换；热风的热能供给雾滴使其水分蒸发，并干燥成含水分合乎要求的粉粒，蒸发出
来的水分被热风带走，通过袋过滤器由排风机排入大气。

其中大部分产品落至塔体圆锥部分，由震锤震落至出粉口连续排至接粉桶（袋）。

2 工作特点
（1）干燥速度快，料液经雾化后表面积大大增加，在热风气流中，瞬间就可蒸发92%-98%的水分，完成干燥时间仅需数秒钟，特别适用于热敏性物料的干燥。

该型号设备水分蒸发量为70公斤/小时。

（2）产品具有良好的均匀度、流动性和溶解性，产品纯度高，质量好。

（3）生产过程简化，操作控制方便。

对于湿含量40-80%（特殊物料可达90%）的液体能一次干燥成粉粒产品，干燥后不需要粉碎和筛选，减少生产工序，提高产品纯度。

对产品粒径、松密度、水份，在一定范围内可通过改变操作条件进行调整，控制和管理都很方便。

（4）适用于热敏性和非热敏性物料的干燥，适用于水溶液和有机溶剂物料的干燥，原料液可以是溶液、泥浆、乳浊液、糊状物或融熔物等均可处理。

（5）喷雾干燥的缺点主要是投资费用比较高和喷雾干燥属于对流型干燥器，热效率比较低（除非利用非常高的温度），一般为30%～40%。

【2】
3 生产过程各主要控制工艺参数对产品质量的影响
喷雾干燥过程需要密切注意操作参数的变化，以便生产出符合一定要求的干燥产品。

生产过程的每个阶段都能对干燥产品的性能产生一定程度的影响。

如雾化方法和料液性质将确定产品的粒度分布、松密度、外观和湿含量。

雾滴与空气的接触、干燥室的设计以及实际的干燥操作情况将确定产品的松密度、湿含量、易碎性、口味和活性的保持。

在实际生产中，对于特定设备而言，，主要对料液中固含量、料液温度、进风温度、塔内温度、排风温度、塔内真空度、雾化压力和进料速度这几个参数进行控制。

3.1 料液中固含量
料液中固含量是影响产品质量关键的一个指标。

料液中固含量对产品质量的影响主要是影响干燥产品粉的颗粒和湿含量。

料液中固含量增加时，干燥产品粉的颗粒也随之增加。

在恒定的干燥温度和进料速率下，由于料液中固含量的增加，蒸发负荷将减少，因而得到产品的湿含量将较低。

对于大多数产品而言，固含量高的料液，由于水分蒸发很快，容易生成干燥的空心颗粒和松密度较低的产品。

但是，也有部分产品由于较大的雾滴所含的水分量变化不大，上述影响在某种程度上被抵消了，最终产品松密度并不随固含量的增加而降低。

实际生产中10%-60%固含量的不同料液都在该设备生产出符合质量要求的干粉。

对大多数料液来说该设备最适的固含量为20-30%之间。

料液中固含量要求还跟料液本身性质有关，对于全部溶解的真溶液，浓度可以很高，而对于含有较多不溶物质的混悬液或成分多样的药液浓度就不能太高，否则形成的雾状效果不好，甚至于堵塞喷嘴或造成粘壁。

随着料液中固含量的变化关键是其它一些控制参数也要变化，例如对于同一种的料液当浓度低时进料速度就应相应减少，否则塔内温度往往达不到要求，产出的药粉含水量就极易过高。

不同性质的料液应根据实验得到一个适合的料液中固含量范围。

3.2 料液温度
对于在室温下为低黏度的液体，提高料液温度的影响可以忽略不计。

【3】料液温度的影响主要有二个方面，其一是影响料液的流动性，大部分料液特别是中药提取物温度高会降低料液的黏度，这样料液的流动性更好，料液更容易被均质，雾化效果就更好。

其二是液料温度不同，喷雾干燥时所需要热量也不同，增加料液温度将降低雾滴蒸发所需的总热量。

但是，继续提高料液的热含量与汽化所需的热量相比还是很小的。

【3】相同的料液如温度高，喷雾时可以减少进风温度或增大进料速度。

但实际生产中料液经过高压均质泵后温度会上升10℃～20℃左右。

所以料液温度对喷雾质量的影响多大还不十分清楚。

实践中10-60℃的不同药液都在此设备生产过合符要求的产品。

3.3 进风温度
本设备进风温度生产中一般调到最大，因为一定范围内越高的进风温度对于同一料液可以提高其进料速度以达到最大的生产量或维持更高的塔内温度。

进风温度过低往往极易造成粘壁或药粉水份超标的现象。

生产中当由于系统蒸汽压力下降而导致进风温度降低时，应及时调整进料速度。

该设备生产时进风温度一般要高于150℃，对于大多数药液而言进风温度低于120℃应停止进料。

另有资料指出，干燥空气的进口温度取决于产品的干燥特性。

对于在干燥时膨胀的雾滴，升高干燥温度将产生松密度较低的大颗粒。

然而，如果温度升高到使蒸发速率迅速提高，从而使液滴膨胀、破碎或分裂，那么，就会生成密集的碎片而形成松密度较大的粉。

3.4 塔内温度
塔内温度是生产中最重要的一个指标，因为该指标最直接反映药液（粉）在塔内状况。

温度过高对一些热敏性药物可能造成破坏甚至于碳化，温度过低则往往会引起粘壁、堵塞过滤布袋及产品水份超标等问题。

对于含糖量较高（或受热融熔）的物料，温度也不适合过高，否则也会起粘壁、堵塞过滤布袋及结块等现象。

对于绝大多数药液塔内温度控制在80℃～90℃是合适的。

部分药液喷雾时温度可高达110℃或低于75℃。

实践中我们根据生产的产品的不同，最低的温度可达是70℃，最高为115℃，具体每一品种的最佳塔内温度应根据实验来确定。

同时在料液恒定的前提下塔内温度的控制是通过控制进料速度和进风温度来实现的。

3.5 排风温度
排风温度主要是随着进风温度和塔内温度的变化而变化，当然和料液的浓度也有关。

对于该设备而言排风温度一般控制在80℃～105℃间都是正常的。

过低的排风温度，产品的水分可能过高。

3.6 塔内真空度
该设备在生产中塔内压力是负压，理论上塔内真空度在过高意味着料液可以在较低的温度下沸腾蒸发从而可以降低塔内温度
及提高蒸发速度，这对热敏性药液的生产十分不利。

但由于该设备的真空度是通过调整进风量和排风量来实现的，要提高真空度就需加大排风量或减少进风量，排风量过大，能量损失大，进风量过少也会影响料液的蒸发干燥，所以真空度也不是越低越好。

生产中塔内真空度控制在-200Pa～-400Pa间为宜。

3.7 雾化压力和进料速度
雾化压力和进料速度是通过高压均质泵和喷嘴来控制的，喷嘴大小一定时，提高均质的压力相应会增加进料速度，通过更换不同大小直径的喷嘴也可调整喷雾的进料量。

其它条件不变下，喷嘴直径越大进料量就越大。

在高压下，液滴具有较大能量，液滴尺寸将随着压力的增加而减少。

在恒定的雾化和干燥操作条件下，颗粒尺寸和干燥产品的松密度随着进料速率的增加而增加。

同一料液在其它条件不变的情况下，进料速度越大塔内温度就会降低，生产出来的药粉含水量就可能偏高。

雾化压力和进料速度是生产中很重要的控制参数，经常性地通过调整该参数从而调整塔内和排风温度。

4 结论
通过对影响GNT-101压力式喷雾干燥塔几个关键工艺控制参数料液中固含量、料液温度、进风温度、塔内温度、排风温度、塔内真空度、雾化压力和进料速度对生产产品质量影响的分析。

明确了这几个控制参数对产品质量都有影响，其中料液中固含量、塔内温度、雾化压力和进料速度是关键控制参数。

一些参数如塔内温度这个参数是通过调整其它几个控制参数来实现。

正如K.Master’s曾提到在干燥塔内水分蒸发速率随着雾滴与热风的相对速度增加而增加【4】一样，几个控制参数是相互影响的，当某个参数发生变化，其它参数与应做相应调整以满足生产出合符一定质量要求的产品。

同时对于不同品种控制参数是不同的，应根据实验总结出不同的控制参数要求。

参考文献
1 刘广文，喷雾干燥实用技术大全，北京：中国轻工业出版社，2001.127
2 于才渊王宝和王喜中干燥装置设计手册：化学工业出版社，2001.130
3 王喜忠于才渊周才君，喷雾干燥：化学工业出版社，2003.186。