單液滴干燥
更新時間:2020-02-28 瀏覽次數(shù):2331
生活中常見的粉體如奶粉、面粉等都是由一粒粒的小顆粒組成,而顆粒的性質(zhì)如它的大小、形貌、表面化學(xué)組成等決定了粉體品質(zhì)特性,比如說顆粒的大小與均一度影響粉體的堆積密度與振實(shí)密度,顆粒的球形度與表面光滑程度可以改變顆粒與顆粒間的相互作用力,影響粉體的流動性,而顆粒表面的化學(xué)組成是顆粒與其他物質(zhì)接觸的一層物質(zhì),直接或間接決定了多種粉體特性,比如粉體在空氣或氮?dú)猸h(huán)境中的穩(wěn)定性、粉體在復(fù)溶時的可浸潤性與溶解速率等。
噴霧干燥是在工業(yè)中應(yīng)用廣泛的制粉技術(shù)之一,在食品、藥劑、日化、材料等行業(yè)中都有廣泛應(yīng)用,各種材料首先配制成液相的進(jìn)料液,經(jīng)霧化器霧化形成數(shù)以億計(jì)的小液滴,與噴霧塔中的熱空氣混合后,液體部分蒸發(fā)而固形物部分形成顆粒產(chǎn)品。有趣的是,即使是*相同的進(jìn)料液,在不同噴霧干燥條件下,可以得到性質(zhì)差異很大的粉體,進(jìn)一步分析其中的顆粒,有時會發(fā)現(xiàn),顆粒的大小、形貌、甚至是表面化學(xué)組成都各不相同,說明液滴在干燥過程中經(jīng)歷了不同的顆粒形成過程。然而,在大型噴霧塔中,每小時產(chǎn)粉量可高達(dá)噸計(jì),監(jiān)測其中液滴轉(zhuǎn)化為顆粒的過程具挑戰(zhàn)性,為此,科學(xué)家們從一顆液滴入手,研究單一液滴在類似噴霧干燥的條件下表現(xiàn)出來的干燥歷程與顆粒形成過程,這一類實(shí)驗(yàn)通稱為單液滴干燥與測量實(shí)驗(yàn),或者SDD實(shí)驗(yàn)(取Single Droplet Drying的縮寫)。
依據(jù)實(shí)驗(yàn)中支撐小液滴的方法不同,單液滴干燥技術(shù)可分為多種類型,可以讓液滴自由下落、通過超聲波駐場來懸空支撐液滴、或者把液滴固定在某種固體表面,目前在學(xué)界中應(yīng)用的是玻璃纖維懸掛式單液滴干燥技術(shù),它是一種固著式單液滴干燥技術(shù),將小液滴附著在特制玻璃絲的末端,在熱空氣中進(jìn)行對流干燥,它的強(qiáng)大之處在于:
(1)可以準(zhǔn)確地測量液滴干燥動力學(xué),包括液滴重量變化、溫度變化與直徑變化;
(2)可以監(jiān)測伴隨水分蒸發(fā)進(jìn)行的液滴變化、固形物沉淀過程,直觀展示不同材料的顆粒形成過程;
( 3)可以在不同的干燥中間階段對半干液滴進(jìn)行分析測試,比如取樣分析液滴中的生物活性物質(zhì),或者附加一滴溶質(zhì)液滴,監(jiān)測半干顆粒的復(fù)水特性,從而理解顆粒形成過程中顆粒特性的演化過程。
由于性能強(qiáng)大,玻璃纖維懸掛式單液滴干燥技術(shù)在噴霧干燥研究與顆粒形成機(jī)理研究中倍受青睞,由單液滴干燥實(shí)驗(yàn)測定得到的液滴干燥動力學(xué),已用于建立噴霧干燥數(shù)學(xué)模型,利用CFD或其他軟件進(jìn)行全塔仿真;用于模擬液滴的干燥行為,預(yù)測顆粒形成過程與干燥終點(diǎn);用于計(jì)算液滴干燥中伴隨的其他復(fù)雜物理、化學(xué)或生物過程,比如結(jié)晶過程或生物活性物質(zhì)的活性變化。而它也是現(xiàn)有的多種單液滴干燥實(shí)驗(yàn)中,可以在干燥中間階段對初始表殼形成與顆粒性能演化進(jìn)行分析表征的技術(shù),一直應(yīng)用于研究揭示復(fù)雜顆粒的形成機(jī)理。
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