噴霧干燥技術的應用綜述
噴霧干燥技術的優(yōu)勢
噴霧干燥是利用霧化器將料液霧化成直徑微小的霧滴，并在干燥塔中與熱空氣或其它的熱介質(zhì)直接接觸過程中迅速蒸發(fā)料液中的水分或其它溶劑，料液在極短的時間內(nèi)干燥成粉狀產(chǎn)品后從干燥塔排出至旋風分離塔實現(xiàn)氣固分離從而獲得干燥產(chǎn)品的干燥技術。
與其它干燥技術相比，噴霧干燥技術主要有以下幾個優(yōu)點
（1）干燥速度快：料液經(jīng)霧化器霧化之后體積增大幾千倍，細小霧滴與熱空氣接觸過程當中瞬間即可完成90%～95%以上的水分蒸發(fā)量，根據(jù)不同形式的設備差異，干燥時間可以控制在5～30s之內(nèi)，其干燥過程非常迅速。
（2）物料不承受高溫、適用于熱敏性物料的干燥：在噴霧干燥過程中，物料與熱空氣直接接觸，但是大部分熱量都用來蒸發(fā)料液中的水分，物料的溫度不會超過高溫空氣濕球溫度，物料不會因為高溫空氣影響其質(zhì)量品質(zhì)，適用于醫(yī)藥等熱敏性物料的干燥。
（3）應用于從高級合成物到大宗化學品的多種產(chǎn)品的生產(chǎn)，噴霧干燥技術非常適用于料液固含量在0～60%內(nèi)物料的干燥，通過改變工藝參數(shù)，可以以非常高效的方式生產(chǎn)出符合粉體粒度和形狀、密度、分散性、多態(tài)性和流動特性等精確粉體特性的復雜粉體。
噴霧干燥過程
根據(jù)干燥特點，噴霧干燥可分為霧化、干燥、分離等三個步驟：
1）物料霧化：物料通過霧化器的霧化作用霧化成直徑細小的霧滴，增大料液的傳熱面積。
2）物料干燥：霧化之后的細小霧滴與高溫熱空氣直接接觸過程中迅速蒸發(fā)大部分水分，從而把料液干燥成粉體或顆粒狀產(chǎn)品的過程，在此過程中物料與環(huán)境之間發(fā)生熱量和質(zhì)量的交換。
3）氣固分離：干燥之后的物料為粉末狀物料和氣體狀溶劑，生產(chǎn)過程中一般采用旋風分離加布袋除塵器的方法加以分離。
噴霧干燥技術的應用
1 噴霧干燥制備微膠囊在食品行業(yè)的應用
1.1 在食品添加劑中的應用
在食品添加劑中，微膠囊香料是最早應用噴霧干燥技術的。此技術的應用，大大提高了香料耐氧、光、熱的能力，提高了各種香料和風味物質(zhì)的可加工性，延長了貯存期限，大大拓寬了香料和風味物質(zhì)的使用范圍。
幾乎所有的油脂如芝麻油、花生油、棉籽油、大豆油、色拉油、豬油、玉米油、椰子油等均可經(jīng)噴霧干燥制成微膠囊，將其轉化成固體粉末油脂，從而可以方便地用作各種食品添加劑。
1.2 在保健食品中的應用
天然維生素E是生育酚類化合物的總稱，它是油溶性的熱敏性物質(zhì)，難以與水溶性物質(zhì)混溶，因此不易均勻地添加于食品、化妝品、藥品等水溶性產(chǎn)品中，用水溶性壁材噴霧干燥制成微膠囊，既能保持天然維生素E的固有特性，又能彌補其易氧化和不易溶于水溶性產(chǎn)品的缺點。
1.3 在果蔬粉加工中的應用
果蔬漿含有大量的小分子糖，主要有葡萄糖和果糖，它們的玻璃態(tài)轉化溫度(Tg)分別是31℃和5℃。其粘性大，很難進行噴霧干燥，且在噴霧干燥過程中，果蔬粉會因它的熱塑性和吸濕性而出現(xiàn)結塊問題。滕潔等以明膠與蔗糖為壁材，研究了番茄紅素微膠囊化工藝技術，將番茄紅素封閉在囊膜內(nèi)與外界環(huán)境隔離，提高了對光和氧的穩(wěn)定性，從而起到保護作用，可減少損失，也有利于產(chǎn)品的包裝和運輸。
2 在制藥領域的應用
對于中藥制藥行業(yè)，噴霧干燥技術的應用有其獨特的作用，可大大簡化工藝并縮短中藥提取液到制劑半成品或成品的工藝時間，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
2.1 對中藥提取液的干燥
噴霧干燥可以縮短中藥提取液干燥所需時間，同時也可以保證中藥有效成分不流失。與其他干燥方法相比，噴霧干燥所得到的粉末或顆粒含水量較低且流動性好、均勻一致。
2.2 制粒
中藥固體制劑均需要經(jīng)過制粒過程。噴霧干燥技術不僅可以對提取液進行干燥，還可以制粒。以往噴霧干燥只能干燥提取液，然后再用傳統(tǒng)制粒方法制粒。而最新的流化床噴霧制�？芍苯訉⑻崛∫褐瞥深w粒，即沸騰制粒。
2.3 制備微囊
流化床噴霧干燥和液滴噴霧干燥是噴霧干燥制備微囊的方法，其中最常用的方法是液滴噴霧干燥技術。通過霧化器將囊心物與囊材的混合液分散成霧滴，迅速在熱空氣流中蒸發(fā)干燥形成微囊的方法為液滴噴霧干燥。目前，在西藥制劑領域中，噴霧干燥制備微囊技術應用廣泛，而在中藥制劑中還有待發(fā)展。
2.4 包衣
將噴霧干燥技術、流化技術與包衣技術相結合，利用流化氣體使所需包衣的顆粒懸浮在流化床中，然后用霧化器將包衣原料液噴成霧狀液滴，可對呈流化狀的顆粒進行包衣。
3 在超微納米粉體中的應用
Dong Gon Park等將靜電噴霧技術引入噴霧干燥法，在噴嘴處施加電壓，使噴出的鈦醇鹽霧滴在靜電作用下分散成納米級霧滴，經(jīng)氬氣流干燥，獲得了粒度小且分布窄的無定形納米TiO2粉體，熱處理后得到銳鈦型TiO2粉體，熱處理過程并未引起粒度的改變。Won Hyuk Suh等將普通家用加濕器的高頻超聲發(fā)生器代替原有的噴霧設備，在不同的噴霧頻率下，獲得了不同粒度分布、疏松多孔的磁性納米粉體。在原有裝置基礎上，將用于產(chǎn)生干燥介質(zhì)的加熱部分改裝，使其能夠提供更高溫度的干燥氣流，得到噴霧熱解裝置或超聲噴霧熱解裝置。
4 在土壤石油污染生物修復中的應用
2007年，大連理工大學研究人員利用噴霧干燥法對用于土壤石油污染生物修復的革蘭氏陰性菌進行微膠囊化處理，并以微膠囊產(chǎn)品的菌種存活率和產(chǎn)品的產(chǎn)出率為主要指標進行考察，優(yōu)化工藝條件，獲得了高存活率的微膠囊產(chǎn)品，且可在室溫下保存數(shù)月，推動了土壤石油污染生物修復技術實際應用的進程。
2009年，日本能源公司生物研究中心的Hisashi Saeki，Masaru Sasaki等報道了用噴霧干燥的方法包埋生物表面活性劑用作治理海洋石油污染的修復劑。該修復劑命名為JE1058BS，是一種有效的溢油分散劑。該修復劑亦可在沒有溶劑的情況下應用。JE1058BS的加入可以刺激土著海洋細菌的活性，加速風化原油的降解。該修復劑對污染海砂表面的原油去除亦有效。
5旋轉噴霧干燥法煙氣脫硫
旋轉噴霧干燥法煙氣脫硫是20世紀70年代中末期發(fā)展起來的，是美國JOY公司和丹麥NIRO公司聯(lián)合研制出的新工藝，與傳統(tǒng)濕法脫硫相比，具有系統(tǒng)簡單、運行維護方便、投資少、運行費用低、經(jīng)濟效益好、操作簡便、干燥后的廢渣易于處理、不產(chǎn)生腐蝕、可克服二次污染、有相對較高的脫硫效率等優(yōu)點，因而得到了迅速推廣應用。
隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，一些與原材料顆粒大小密切相關的高新尖端技術行業(yè)，如精細陶瓷、生物、化學工業(yè)、微電子工業(yè)、潤滑劑、添加劑工業(yè)等，對高性能新型功能材料的需求日益增長，對其原料要求也越來越嚴格，從而促進了功能粉體材料制造技術的迅速發(fā)展。隨著對噴霧干燥技術和設備的深入研究與開發(fā)，噴霧干燥技術的應用領域將越來越廣。
