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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。