一、喷雾干燥热质传递规律
喷雾干燥就是用雾化器将料液分散成微小雾滴，雾滴漂浮在干燥室热空气中，雾滴中水分受热蒸发得到粉、颗粒状固体产品。喷雾干燥的最大特点是干燥过程在瞬间（一般不超过30s）完成，特别适用于热敏性物料的干燥。
喷雾干燥干燥过程短是因为通过雾化器使料液在瞬间增大与空气的接触表面积，使之加速了传热和传质过程。如使料液雾化成为直径100μm或1μm雾滴时则其表面积各为原来的100倍、10000倍。
下面分析一下干燥速率曲线，首先说明的是干燥曲线是分析干燥过程规律的理想化曲线，在实际中wc点（临界点）不会这样明显。恒速阶段表示在恒定干燥条件下被干燥雾滴的外表面水分被蒸发，这一阶段与被干燥物料的性质无关。在外表面存在水分的前提下，干燥过程只受外部热量与质量传递条件的控制。很显然，对于喷雾干燥过程而言，因为干燥表面总是被液体听浸湿，其表面湿度对应于环境的湿球温度，这一阶段也叫饱和表面干燥阶段。
当表面湿含量w低于某一值时，即为临界湿含量时，干燥速率开始下降，此后干燥进入降速阶段。此阶段干燥速率曲线的斜率与物料以及湿分的性质有关，这一阶段的干燥速率主要由被干燥物的热量与质量传递速率所控制。改变外部热量与质量的传递速率对降速阶段的影响是次要的；通过强化干燥条件以加快降速干燥速率时又受到被干燥物料热物理性质的制约，强化外部干燥条件往往导致临界含水率增高，这样反而过早地使干燥进入降速阶段。有人试图建立干燥理论的模型来预测操作参数对降速阶段的影响，但都归于失败。主要原因在于被干燥物料的物理性质不同，内部热量与质量的传递速率不同，这些性质目前还不能建立在一个数学模型中。对于具体物料的干燥规律主要还是以实验获取的数据为依据，作为工程放大时的基础设计资料。
二、喷雾干燥
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喷雾干燥概述
喷雾干燥是采用雾化器将原料液分散为雾滴，并用热气体干燥雾滴而获得产品的一种
干燥方法。原料液可以是溶液、悬浮液，也可以是溶融液或膏糊液。干燥产品根据需要可制成粉状、颗粒状、空心球或团粒状。
▲喷雾干燥工作原理
空气经过滤和加热，进入干燥器顶部空气分配器，热空气呈螺旋状均匀地进入干燥室，料液经塔体顶部的
高速离心雾化器，（旋转）喷雾成极细微的雾状液珠，与热空气并流接触在极短的时间内可干燥为成品。成品连续地由干燥塔底部和旋风分离器中输出，废气由风机排出。
▲喷雾干燥特点
A．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95％～98％的水份，完成干燥时间仅需数秒，特别适用于热敏性物料的干燥。
B．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。
C．生产过程简化，操作控制方便。对于含湿量40～60％（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。
▲喷雾干燥结构形式：气流式 、压力式、旋转式三种
▲喷雾干燥用途
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、悬浮液和可塑性糊状液体原料中生成粉状，颗粒状或块状固体产品。因此，当成品的颗粒大小分布、残留水份含量、堆积密度和颗粒形状必须符合精确的标准时，喷雾干燥是一道十分理想的工艺。
▲喷雾干燥应用范围
化学工业：氟化钠（钾）、碱性染料颜料、染料中间体、复合肥、甲醛硅酸、催化剂、硫酸剂、氨基酸、白碳黑等。
塑料树脂：AB、ABS乳液，尿醛树脂、酚醛树脂、密胶（脲）甲醛树脂、聚乙烯、 聚氯乙烯等。
食品工业：富脂奶粉、胳朊、可可奶粉、代乳粉、猪血粉、蛋清(黄)等。
食物及植物：燕麦、鸡汁、咖啡、速溶茶、调味香料肉、蛋白质、大豆、花生蛋白质、水解物等。
糖 类：玉米浆、玉米淀粉、葡萄糖、果胶、麦芽糖、山梨酸钾等。
陶 瓷：氧化铝、瓷砖材料、氧化镁、滑石粉等。
三、喷雾干燥技术应用
喷雾
干燥技术应用细节
近年来，
喷雾干燥技术在制药行业中得到广泛应用，在固体制剂领域，该技术常用于高热敏性药品和料液浓缩过程中易分解药品的干燥。在应用过程中，不同原料药会对喷雾干燥产生不同的特殊要求。如何达到些要求，应该注意哪些细节是设备设计生产者和使用者双方共同关心的问题。
■保证洁净要求
有些原料药生产的主要工序需要在10万级的洁净环境中进行，喷雾干燥是其质量控制的重要工序。为保证药品的质量，
喷雾干燥机接触物料的部分要采用不锈钢材质，对于酸腐蚀性较强的物料最好选用316L不锈钢。干燥腔、旋风分离器、过滤器等直接接触物料的部件，应内壁光滑，无死角，易于拆卸，方便清洗。
喷雾
干燥机由于体系庞大，不能整体都放在洁净区域，经常只将收集物料的部分放在洁净区，这种情况下就要求系统密闭性能好，以防外部污染系统。
■避免粘壁现象
在固体制剂（特别是中药）的喷雾干燥过程中，粘壁现象是妨碍喷雾干燥机正常操作的一突出问题。物料粘壁不仅不利于收集操作，而且随着时间的延长，敏感的粘壁物料会变质成为不合格物料。从工艺角度出发，解决手段包括选用合适的溶剂，增加辅料，改变工艺参数，但是这些方法可调节的余地不是很大，因此必须从设备的角度寻求根本的解决方案。
近年来，国内外专家对干燥过程中的粘壁和结块问题进行了研究，认为造成粘壁的主要原因是壁温，从而总结了防止粘壁的五种措施：采用夹壁干燥塔，其间用空气冷却，使壁温保持在50℃以下；通过塔壁旋气片切向引入二次空气冷却塔壁；塔内近壁处安装由一排喷嘴组成的气扫帚，并使之沿塔壁缓慢转动；塔壁增加气锤，通过气锤的敲击，强制使粘壁物料脱离；增加加工的精度，塔内壁抛光也可以减轻粘壁。
■改进自控性能
喷雾干燥是连续生产过程，其密闭循环系统的控制点包括：进料浓度、进料速度、进风速度、进风温度、系统压力、各部件压差、气体纯度检测等，依靠传统的手动调节非常困难，所以必须加强系统的自控性。一套好的自控系统，可以使整个
喷雾干燥系统运转顺畅，降低产品的不合格率，减少安全隐患。
■满足不同物理性质要求
原料药经过喷雾干燥后，还需要进一步完成制剂工艺，因此在提高制剂效果和最终药品的服用吸收效果方面，不同的生产要求会对喷雾干燥产品的物理性质提出不同的要求。
药物的分装一般按照体积来控制装量，这就要求产品的堆密度稳定，产品的流动性要好，而口服冲剂则往往要求速溶性。改变雾化的分散度或适当改变操作条件以控制干燥速率，可以制得具有不同堆密度的产品，但变化的幅度有限。
当前，在改善物理性质方面有新技术——泡沫喷雾干燥，即将进料液体先泡沫化后再行喷雾干燥。该方法最初是为提高热效率而提出的，后来用以调整产品的物理性质。现已证明，泡沫喷雾干燥制得的产品粒径大、多孔、多凹陷、表面粗糙，具有良好的速溶性。
另外，口服原料药还会有一些特殊的要求，比如颗粒形状等。生产实践证明，通过改变雾化方式可以得到不同形状的颗粒。
■安全保护措施不可少
某些药品的特殊性对设备的保护设计也会提出高的要求。用有机溶剂溶解的物料，在干燥时要求整个系统必须满足防爆要求，同时在电机、仪表、控制阀等配件设计时都要选择防爆型。另外，为防止溶剂和空气混合为爆炸气体，系统必须采用密闭循环系统，载体要选用惰性气体，如氮气等。除此之外，一些易氧化物料的干燥，也要采用以氮气为载体的密闭循环系统。
■环保指标须达标
喷雾干燥的产品为细粒子，容易形成粉尘。为适应环保的要求，只用常规配置的旋风分离器分离产品、净化尾气是不够的，还可以加用袋式除尘器净化，使尾气含尘量低于50毫克/立方纳米气体即可达标；或选用湿式洗涤器，将尾气含尘量降到15～35毫克/立方纳米气体。采用氮气做载体时，系统要注意密闭，排气口要引到室外。
■提高热利用率是当务之急
热空气进口温度在并流操作时为250℃～500℃，逆流操作时为200℃～300℃，雾化干燥后出口温度一般控制在60℃～100℃，其热利用率较低，这也是喷雾干燥的不足之处。
目前国内工业规模的
喷雾干燥器，热效率一般为30%～50%。国外带有废热回收的喷雾干燥机，热效率可达到70%，但该设备只有在生产能力大于100千克（水）/小时才有经济意义。不过，在用到氮气载体和有机溶剂时，采用密闭循环系统，可使氮气循环使用，溶剂冷凝套用，从而可有效地降低了生产成本。
但总的来说，喷雾干燥使用过程中的成本问题还需要设备设计和生产者进一步研究，以找到更好的降低成本的对策。
四、膏状物直接喷雾干燥
膏状物干燥是化工、轻工、制药、冶金、食品等行业常见的单元操作，由于膏状物是一种稠厚且黏度较大的非流体，所以在干燥过程中难度大，是影响能耗及产品质量的关键，已严重阻碍了这些部门的发展及技术进步。
近年来膏状物
干燥技术得到进一步发展，一批新的干燥装置，如：惰性粒子沸腾干燥、闪蒸干燥、耙式干燥、盘式干燥、震动
流化床干燥及带式同闪蒸的组合、耙式同盘式组合、耙式同闪蒸的组合相继在生产中应用。但对处理难度较大（如黏度大的纳米材料），无论从产品质量还是能耗均不能满足要求。
喷雾干燥是一种先进，应用十分广泛的干燥形式，但是由于其关键设备雾化器对膏状物许多喷嘴不能雾化，所以许多企业不得不把膏状物加水打成可雾化的稀浆，然后再进行喷雾干燥。不但导致能耗急剧上升，同时设备投资及占地面积大幅上升，阻碍了此技术在膏状物干燥上的应用。
膏状物直接喷雾干燥是应用高效的雾化器，把膏状物直接雾化成细小的雾滴，直接进行干燥，它不但保留了喷雾干燥的优点，同时又克服了稀浆喷雾的缺点。
膏状物直接喷雾干燥是膏状物直接喷干技术，关键设备是喷嘴，采用二次切向内混三流式喷嘴。膏状物直接喷雾干燥主要特点是
（1）应用范围广，本喷嘴可以把粘度高达10万厘泊的膏状物及其它液体、浆状物、糊状物料雾化成细小的雾滴。加辅助装置还可以雾化松散的粉状物料。
（2）运行能耗低，使用本喷嘴每公斤压力0.30.4Mpa的压缩空气最多可喷雾10-12公斤物料。
（3）雾化质量高，本喷嘴雾化效果好，能有效的把物料喷成细小而均匀的雾滴，产品的平均粒度为20-30微米。
（4）使用寿命长，不易被物磨损，不易被物料中的杂质堵塞，操作简单易掌握。
五、喷雾干燥技术
▲喷雾
干燥技术：指用喷雾的方法，使物料以雾滴状态分散于热气流中，物料与热气体充分接触，在瞬间完成传热和传质的过程，使溶剂迅速蒸发为气体，达到干燥的目的。该技术可省去蒸发、结晶、分离及粉碎等单元操作，可连续、自动化生产，操作稳定。采用这种
干燥方法，气固两相接触表面积大，干燥时间短，一般为5～30秒，适宜于干燥热敏性物料。干燥所得产品性能良好，可获得的微粒较小，产品流动性和速溶性好。缺点是干燥器的体积大，传热系数低，导致热效率低，动力消耗大。
喷雾干燥的基本流程：料液通过雾化器雾化，分散为细小雾滴进入干燥腔，同时，加热气体经鼓风机送入加热器升温，然后进入干燥腔。料液雾滴与热气体在干燥腔内充分混合、接触。雾滴瞬间蒸发为气体，物料干燥成细小的颗粒。混合的气固两相被引风机吸入旋风分离器分离，固体物料沉降到底部收集器，气相被引送至粉尘过滤器，捕集逃逸的物料。过滤气相经冷凝器冷凝后，携带的溶剂变成液体，可收集套用，作为载体的气体经干燥后在系统中循环使用。
喷雾干燥具传热快，水分蒸发迅速，干燥时间瞬间的特点，且制品质量好，质地松脆，溶解性能也好，能改善某些制剂的溶出速率，适用于热敏性药物，此外，喷雾干燥还可用于制备微囊。
▲新颖的脉冲喷雾干燥技术
喷雾干燥技术以其干燥的粉料颗粒流动性好，颗粒表面特性优异并具有合理的粒度分布而出名。然而使用传统技术干燥具有腐蚀性和磨损性材料时，必须在喷雾过程中使用高机械剪切力，这会导致维护成本上升。
专门设计的脉冲燃烧
喷雾干燥器克服了这个不足。采用这种干燥器得到的干粉性能与采用传统的系统相当，但受腐蚀和磨损的影响比以前小得多。这是由于脉冲干燥器采自动化的气体动力，而不是采用机械剪切力。这样，采用这种脉冲燃烧干燥器，生产商在干燥磨蚀材料时，不但能降低维护成本，而且，制得的粉料比表面积大，活性大且颗粒分布范围更窄。脉冲燃烧
喷雾干燥系统并非是新技术，但对于现有的许多干燥系统来说，这项技术的最新发展使其成为非常适用于这些系统的优异干燥方法，优异的颗粒表面性能、一致的颗粒尺寸和狭窄的颗粒尺寸分布对于最终的产品性能来说都是至关重要的。
采用该技术的另一个优点就是喷雾压力低，料浆输送管道系统是开放式的。这样就能干燥浓稠固体颗粒而无需稀释，提高粉末生产效率，并大大降低了工艺成本。
