噴霧干燥設(shè)備原理與特征

噴霧干燥機(jī)就是利用熱能使物料中的水分汽化，并將所形成的蒸汽排至外部環(huán)境中的過程。濕物料的干燥受到外部環(huán)境條件和物料本身結(jié)構(gòu)的影響。

在干燥過程中，一方面是表面汽化過程，熱量從周圍環(huán)境傳遞至物料表面，使表面濕分蒸發(fā):另一方面，物料的內(nèi)部也同時(shí)發(fā)生著熱量傳遞和水分向外部的擴(kuò)散和遷移，這種表面汽化和內(nèi)部擴(kuò)散的過程是同時(shí)進(jìn)行的。干燥的目的不僅要使表面水分汽化，還必須使內(nèi)部水分不斷地向外擴(kuò)散。當(dāng)物料由內(nèi)部擴(kuò)散到表面的水分大于從表面蒸發(fā)的水分時(shí)，物料表面仍保持濕潤，產(chǎn)生強(qiáng)烈的水分散發(fā)，且傳給物料的熱量幾乎全部消耗于水分的蒸發(fā)，物料表面溫度近似等于干燥介質(zhì)的提球溫度，此時(shí)干燥速率恒定，處于恒速干燥階段。在恒速干燥階段，干燥速率的快慢取決于物料表面水分的蒸發(fā)速率，受外部條件的控制。

隨著干燥過程的進(jìn)行，物料含水率逐漸下降，當(dāng)達(dá)到某一 臨界水分點(diǎn)C時(shí)，物料表面的蒸代分壓下降，內(nèi)部的水分?jǐn)U散速率小于表面汽化速率，由于水分不能及時(shí)向外擴(kuò)散，造成物料表面首先干燥，蒸發(fā)表面向內(nèi)部轉(zhuǎn)移，熱能一部分用于干燥所必需的傳熱和傳質(zhì)，另部分則使物料升溫，干燥速率開始下降，進(jìn)人降速干燥階段。降速干燥階段的干燥速率主要受物料內(nèi)部水分?jǐn)U散速率的影響。

顯然，臨界水分點(diǎn)Co是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，它是等速與降速干燥階段的分界點(diǎn)。到臨界點(diǎn)后，物料內(nèi)部水分向表面的遷移速率已趕不上物料表面水分的汽化速率。由于物料結(jié)構(gòu)、形狀及大小等因索的不同，物料具有不同的水分遷移速率，而干燥介質(zhì)的操作條件又將使物料有不同的表面汽化速率。因此，臨界濕含量與物料的特性和干燥介質(zhì)等條件有關(guān)。如若恒速干燥階段的干燥速率太快，或料層較厚，則易使水分由內(nèi)部遷移至表面的速率在物料濕含量較高時(shí)就小于表面水分的汽化速率，這樣物料的臨界含水量就必然較高。

因此，從干燥技術(shù)的角度出發(fā)，十分重要的一點(diǎn)是盡可能地降低物料的臨界濕含量，使干燥過程最大限度地處于恒速干燥階段以縮短所需的干燥時(shí)間，避免物料溫度過高，使物料發(fā)生變質(zhì)或造成過大的能耗，從而得到在較低溫度下干燥的高質(zhì)量產(chǎn)品。

小型噴霧干燥機(jī)可以拓寬恒速干燥階段的水分范圍。在氣流干燥管內(nèi)氣固懸浮物中，由于高速氣流的作用，黏結(jié)的物料被打散，相當(dāng)于L在減小，而物料的每個(gè)顆粒其全部表面都將參與水分蒸發(fā)，使得臨界濕含量下降，使之更加接近于物料的平衡水分，在最大限度內(nèi)保持顆粒表面的均勻排濕，使干燥過程盡量處于恒速干燥階段。氣流干燥器以高溫、高速氣流作為干燥介質(zhì)來強(qiáng)化干燥過程，氣固相間接觸時(shí)間極短，所以一般僅能適用于物料進(jìn)行表面蒸發(fā)的恒速干燥階段，物料中所含水分應(yīng)以潤濕水、孔隙水或較粗管徑的毛細(xì)管水為主。在這種水分與物料結(jié)合狀態(tài)下的濕物料均可在氣流干燥器中干燥，最終獲得水分為0.3%~ 1%的干物料。對于吸附性或細(xì)胞質(zhì)物料，則很難將其干燥到含水量在2%~3%以下，而那些水分在物料內(nèi)部的遷移以擴(kuò)散為主的濕物料則不適合于氣流干燥。