常州力馬干燥科技有限公司
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在噴霧干燥過程中,隨著干燥的進行、溫度的升高,物料會發(fā)生從液態(tài)向玻璃態(tài)的轉(zhuǎn)變,即玻璃化轉(zhuǎn)變,玻璃化轉(zhuǎn)變時的溫度稱之為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,用Tg表示。當物料溫度低于Tg時,物料的分子熱運動能量很低,分子鏈和鏈段均處于被凍結(jié)狀態(tài),此時表現(xiàn)出的力學(xué)性質(zhì)和玻璃相似,故稱這種狀態(tài)為玻璃態(tài);當物料溫度升高至某一溫度,且高于Tg時,鏈段運動受到激發(fā),此時物料受外力作用時可以發(fā)生形態(tài)變化,撤除外力又恢復(fù)形態(tài),稱這種狀態(tài)為橡膠態(tài),繼續(xù)升高溫度,物料表現(xiàn)出粘性流動狀態(tài),故稱粘流態(tài)
盡管噴霧干燥整個過程很短,一般只有15~40秒鐘,但根據(jù)干燥速度的高低可以把噴霧干燥的整個過程分為三個干燥階段:料液預(yù)熱階段、料液恒速干燥階段、降速干燥階段,如圖2所示。噴霧干燥剛開始,物料的干燥速度由0在很短的時間內(nèi)升到**,即為料液的預(yù)熱階段;**的干燥速度延續(xù)很短時間,即為恒速干燥階段,隨后進入降速干燥階段,將持續(xù)較長時間,直至干燥結(jié)束。
值得注意的是,過去人們往往重視干燥的結(jié)果,沒有了解噴霧干燥過程中料霧的形態(tài)變化,使得噴霧干燥有些盲目。實際上噴霧干燥的三個階段,除了減少恒速干燥段時間外,還必須對降速干燥段有足夠的重視。一步分析,可以發(fā)現(xiàn):在降速干燥段存在著四種情況,有可能直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。**種情況:如上所述,整個霧滴形成玻璃體后排出干燥塔,屬于正常降速干燥段應(yīng)該達到的狀態(tài),出來的產(chǎn)品質(zhì)量**;第二種情況:霧滴表面溫度低于或接近玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,顆粒若碰到干燥塔壁,往往會粘上,形成粘壁現(xiàn)象,另外,顆粒內(nèi)的水分梯度為外低內(nèi)高,此時,顆粒出干燥塔后利用冷風(fēng)送至某一指定包裝間,顆粒表面迅速得到冷卻而降溫,很快低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,形成玻璃體進入料倉,這樣形成的產(chǎn)品含水量過高,將直接影響產(chǎn)品的保質(zhì)期;第三種情況:霧滴表面溫度遠高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,盡管顆粒整個都已經(jīng)形成玻璃體,但當顆粒表面溫度進一步升高,使得顆粒本身表面軟化進入粘流態(tài),此時碰到干燥塔壁也會形成粘壁現(xiàn)象或出干燥塔后冷卻重新形成玻璃體,這樣往往使得產(chǎn)品中出現(xiàn)塊狀,而且產(chǎn)品也會因為過熱出現(xiàn)品質(zhì)破壞;第四種情況:霧滴表面溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,表面形成很硬的玻璃體,此時內(nèi)部水分進一步往外遷移,并受熱在顆粒內(nèi)部形成蒸汽,不斷積聚,*后使得玻璃體殼迸裂,造成產(chǎn)品的顆粒的形態(tài)有裂紋,或者產(chǎn)品因干燥時間不夠造成含水量提高,影響產(chǎn)品質(zhì)量。
產(chǎn)品含水量與干燥時間、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度關(guān)系
玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、干燥工藝參數(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系
由于對于料液干燥,*終產(chǎn)品處于玻璃態(tài)是一種*為穩(wěn)定的物理狀態(tài),因此在噴霧干燥中為了獲得高品質(zhì)的產(chǎn)品,必須使*終產(chǎn)品處于玻璃態(tài),而影響玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的因素主要是水分含量、分子量大小、分子鏈結(jié)構(gòu)形態(tài)等。實際上噴霧干燥通過調(diào)整干燥的工藝參數(shù),能較好控制的只有產(chǎn)品中的殘余含水量,因為噴霧干燥本身無法選擇產(chǎn)品的分子量大小或者分子鏈的結(jié)構(gòu)形態(tài)。
噴霧干燥的工藝參數(shù)有嚴格要求,可以從以下幾個方面加以考慮:
1、提高噴霧干燥的出口溫度,雖然降低出口溫度,意味著降低了霧滴顆粒的表面溫度,但是此時也意味著噴液量加大,使得霧滴的含水量相對減少緩慢,即玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高緩慢,所以,要提高出口溫度,使玻璃化轉(zhuǎn)變能夠很快達到,形成玻璃體;
2、可能的情況下,產(chǎn)品從噴霧干燥塔或氣固分離器中排出后用冷風(fēng)加以處理,一來降低產(chǎn)品的包裝溫度,二來可以幫助顆粒形成玻璃體;
3、料液中加入一些添加劑,來提高混合液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,再進行噴霧干燥;
4、噴霧干燥的*終產(chǎn)品必須處于玻璃態(tài);
5、水作為溶劑極大地影響物料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,良好地控制水分遷移將能獲得優(yōu)質(zhì)的*終產(chǎn)品質(zhì)量;
6、對于噴霧干燥本身,從提高料液的含固量、進料液溫度、干燥的熱風(fēng)溫度和出口溫度可以加快產(chǎn)品玻璃體的形成,獲得良好的噴霧干燥效果,另外增加冷風(fēng)輸送也是一個途徑。
7、提高料液的含固量,減少含水量,使得霧滴開始時就具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,從而在噴霧干燥時能迅速的形成玻璃體;
8、提高料液的進料溫度,縮短預(yù)熱段時間,提高蒸發(fā)速度,使得霧滴能盡快形成玻璃體;
9、在料液的物性允許的條件下,盡量提高噴霧干燥的熱風(fēng)進口溫度,加快干燥速度,使玻璃體形成加快;
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