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喷雾干燥---粉体颗粒度分布控制

2018/7/9  阅读(3054)

喷雾干燥---粉体颗粒度分布控制

大量生产实践表明,影响粉体颗粒粒度分布的工艺参数有:料液浓度、进料速度、雾化压力、温度、喷嘴结构、干燥介质流量、气液接触方式以及溶剂和溶质的性质等。这些因素都从不同角度影响液体的雾化效果和干燥成粒机理。以下将分别对其中一些主要的影响因素进行讨论和分析。

1、料液浓度的影响

研究显示,高浓度料液所得微粒粒径比低浓度料液要大。这是因为料液浓度是影响雾滴形成和大小的重要物性参数。浓度高,相应的固体含量高,粘度大,形成雾滴所需的能量也就高。因而高浓度液体形成的雾滴较大,使气液接触面积减少,传质效果减弱,雾滴达到过饱和状态的时间延长,瞬间成核数量减少,颗粒的沉积以生长为主要机理,所以形成的颗粒粒径较大。另外,浓度高的溶液所得颗粒易出现团聚现象。但是料液浓度的增加存在一个上限,如果超过此上限则不能得到颗粒。

2、进料速率的影响

试验结果表明,随着进料速率的增加,粒度有逐渐增大的趋势。这可能是由于在其它条件相同的情况下,进料速率增大时,被雾化的液滴直径增大,较大雾滴包含较多的溶质,因此形成的粉体颗粒粒径就相应较大。此外,进料速率增大的同时,未干燥的液滴数目增加,液滴之间相互碰撞而发生聚并,使产品团聚加重。而且进样速度太快也不利于料液雾化,会影响干燥效果。

3、雾化压力的影响

雾化压力是喷雾干燥技术的关键参数,只有达到一定的压力才能形成雾滴。随着喷雾压力的增加,微粒粒径减小。这是因为在其它条件不变的情况下,当压力增大时,液滴中溶剂的蒸发干燥速度增大。另一方面喷嘴处压降增大,雾化液滴粒径因气流冲击能量增加而变小,增大了气液接触面积,增强了气液间传质效果,使得液滴的干燥速度增大。两者的共同作用使得液滴达到过饱和的时间缩短,瞬间成核速度加快,成核数量增多,微粒的沉积此时以均匀析出为主。因此,所得产品的粒径随之减小,粒径分布随之变窄。但压力过大也会对微形状产生负面影响,如破碎、孔洞、凹陷等形状不规则等现象,影响产品性能。

4、温度的影响

温度可分为进口温度和出口温度,其中进口温度较为重要,低温时所得微粒的粒径比高温时大,粒径分布也宽,即在其它条件不变的情况下,温度较低时,溶液雾滴达到过饱和的时间延长,瞬间成核速度降低,成核数量减少,因此,所得微粒粒径增大。而此时由于微粒的析出以生长为主,相应地形成产品的时间延长,微粒相互间的团聚和碰撞也导致产品的均匀性变差,故粒径分布变宽。随着温度的升高,溶剂蒸发速度加快,液滴达到过饱和态的时间缩短,故形成的微粒粒径相应减小,粒径分布变窄。研究发现,温度过高时,形成的颗粒容易团聚,这样颗粒粒径反而增大。

5、喷嘴出口直径的影响

喷嘴又称雾化器,是喷雾干燥设备的关键部件,其结构的不同直接影响液体雾化分散效果,进而影响微粒的粒径和性能。在进样速率相同的条件下,喷嘴出口直径较大时所得粒径普遍较直径较小的小。这可能是由于当出口直径较大时,所形成的液膜较薄,经气流冲击、摩擦后分散成的雾滴更小。同时,气液间的传质因雾滴总表面积的增大而加强,溶剂蒸发速度加快,雾滴更快达到过饱和状态。所以在液体流量一定的情况下,微粒沉积以成核析出为主,瞬间成核数量增多,粒径减小。



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