一、前言
（一）噴霧干燥技術(shù)簡介
出于不同的需要，噴霧干燥器也有許多分類方法，如按氣液流向分有并流式（順流式）、逆流式和混流式；按霧化器的安裝方式分有上噴下式、下噴上式；按系統(tǒng)分有開放式，部分循環(huán)式和密閉式等等。眾所周知，噴霧干燥的霧分器有多種，但按其霧化基理，霧化器分為離心式、壓力式和氣流式三種。習(xí)慣上，人們對噴霧干燥器按霧化方式進(jìn)行分類，也就是按霧化器的結(jié)構(gòu)分類。將噴霧干燥分為轉(zhuǎn)盤式（離心式）、壓力式（機(jī)械式）、氣流式等三種型式。大量使用噴霧干燥器是近二十年的事，我國最早工業(yè)化的應(yīng)是氣流式噴霧干燥器。但隨著離心式、壓力式噴霧干燥器的成功開發(fā)，氣流式噴霧干燥器能量消耗大的缺點(diǎn)就顯現(xiàn)出來（霧化器消耗的能量是另兩種的4～8倍）。最近幾年，這種機(jī)型在大工業(yè)生產(chǎn)中逐漸被其它兩種機(jī)型所取代，但由于制藥行業(yè)的特殊需要仍在使用。離心式噴霧干燥器的高速霧化器是關(guān)鍵設(shè)備，放大問題具有很高的技術(shù)要求，我國目前不但具備生產(chǎn)氣流、機(jī)械及機(jī)電一體的離心霧化器的能力，而且可以達(dá)到每小時(shí)處理量45t水。在杭州、西寧、無錫、靖江等地有專業(yè)的霧化器制造廠。目前離心式噴霧干燥器從每小時(shí)處理量幾千克到幾十噸已經(jīng)形成了系列化機(jī)型。生產(chǎn)制造技術(shù)基本成熟。壓力式噴霧干燥器所得產(chǎn)品為微粒狀，在合成洗滌劑、染料、水處理劑等方面都有大量應(yīng)用。目前，我國自行設(shè)計(jì)制造的壓力式噴霧干燥器直徑可達(dá)8m，總高達(dá)50多米，蒸發(fā)能力達(dá)每小時(shí)幾噸水之多。
目前，在眾多的干燥設(shè)備中，噴霧干燥器是產(chǎn)值較高的干燥器之一，每臺套從幾十萬到幾百萬之間。在溫州、上海、無錫、江陰、西寧等地有多家噴霧干燥器的專業(yè)制造廠，每年向用戶提供上百套噴霧干燥設(shè)備。從研究方面，每次全國干燥會的學(xué)術(shù)論文中，噴霧干燥技術(shù)的研究內(nèi)容占各機(jī)型之首，理論的不完善性和應(yīng)用的廣泛性始終吸引著大批研究人員的目光。
丹麥Niro公司開發(fā)的離心霧化器以高精度、高轉(zhuǎn)速和節(jié)能著稱，不僅可達(dá)到均勻和可控粒度的霧化，而且最大的單機(jī)處理能力已達(dá)到200t/h。這為大型噴霧干燥器的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的霧化手段。Anhydro公司的離心霧化器采用皮帶傳動并改進(jìn)了潤滑系統(tǒng)，也取得很好的效果。這些成就是離心霧化的應(yīng)用迅速增長的重要原因之一。我國已開發(fā)到每小時(shí)蒸發(fā)幾十噸，與國外水平仍有不小的差距。
噴霧干燥器是處理溶液、懸浮液或泥漿狀物料的干燥設(shè)備。它是用噴霧的方法，使物料成為霧滴分散在熱空氣中，物料與熱空氣呈并流、逆流或混流的方式互相接觸，使水分迅速蒸發(fā)，達(dá)到干燥目的。采用這種干燥方法，可以省去濃縮、過濾、粉碎等單元操作，可以獲得30~500μm的粒狀產(chǎn)品。而干燥時(shí)間極短，一般干燥時(shí)間為5~30s。適用于高熱敏性物料和料液濃縮過程中易分散的物料的干燥，產(chǎn)品流動性和速溶性好。
噴霧干燥器中氣固兩相接觸表面積大，但是氣固兩相呈稀相流動，故容積傳熱系數(shù)小，一般為20~100kcal/m3℃，熱空氣進(jìn)口溫度在并流操作時(shí)為250~500℃，逆流操作時(shí)為200~300℃。工業(yè)規(guī)模的噴霧干燥器，熱效率一般為30~50%。國外帶有廢熱回收的噴霧干燥，熱效率可達(dá)到70%，但這種設(shè)備只有在大于100kg（水）/h的生產(chǎn)能力時(shí)才有經(jīng)濟(jì)意義。
噴霧干燥的基本流程如下，料液通過霧化器，噴成霧滴分散在熱氣流中?？諝饨?jīng)鼓風(fēng)機(jī)送入空氣加熱器加熱，然后進(jìn)入噴霧干燥器，與霧滴接觸干燥。產(chǎn)品部分落入塔底，部分由一級引風(fēng)機(jī)吸入一級旋風(fēng)分離器，經(jīng)分離后，將尾氣放空。塔底的產(chǎn)品和旋風(fēng)分離器收集的產(chǎn)品，由二級抽風(fēng)機(jī)抽出，經(jīng)二級旋風(fēng)分離器分離后包裝。
噴霧干燥的產(chǎn)品為細(xì)粒子，為了適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的要求，噴霧干燥系統(tǒng)只用旋風(fēng)分離器分離產(chǎn)品、凈化尾氣還是不夠的，一般還要用袋式除塵器凈化。使尾氣中的含塵量低于50mg/Nm3氣體，或用濕式洗滌器，可將尾氣含塵量降到15~35mg/Nm3氣體。
（二）噴霧干燥技術(shù)進(jìn)展
噴霧干燥因其可直接由溶液或懸浮體制得成分均勻的粉狀產(chǎn)品的特殊優(yōu)點(diǎn)，目前在化工、輕工、食品等工業(yè)中仍有廣泛的應(yīng)用，化學(xué)工業(yè)中以染料行業(yè)應(yīng)用最為普遍。經(jīng)過近年來廣大工程技術(shù)人員的努力，噴霧干燥技術(shù)已比較成熟，塔尺寸的確定也有成功的計(jì)算方法。采用的霧化器仍然是壓力式、離心式和氣流式三種，但近幾年來離心噴霧干燥器的應(yīng)用呈上升趨勢。對于真溶液噴霧干燥，值得注意的是，不同親水性溶質(zhì)要求的干燥介質(zhì)溫度不同。如無機(jī)鹽類強(qiáng)親水性物質(zhì)，其水溶液蒸發(fā)脫水主要在溶液沸點(diǎn)下進(jìn)行，出塔氣體溫度低于130℃就難以操作。我國雖然和國外相比還有明顯的差距，但噴霧干燥裝置的制造和操作水平也都有較大幅度的提高。近20年來噴霧干燥技術(shù)和設(shè)備的改進(jìn)和革新主要有以下幾個方面：
（1）解決粘壁問題
粘壁現(xiàn)象迄今仍然是妨礙噴霧干燥器正常操作的一個突出問題。一般說來，增大直徑可以減輕粘壁；但為此目的而采用非常大的設(shè)備直徑顯然也不經(jīng)濟(jì)。國外專家研究了干燥過程中的粘壁和結(jié)塊問題，認(rèn)為造成粘壁的主要宏觀因素是壁溫。在關(guān)于橙汁噴霧干燥的專利中提出的解決辦法是使塔壁冷卻至已干產(chǎn)品的溫度以下，并在進(jìn)料液中加入助干劑。Masters提出了防止粘壁的三種可能途徑：
①采用夾壁干燥塔，其間用空氣冷卻，使壁溫保持在50℃以下，粘結(jié)性特別強(qiáng)的物料宜采用平底塔；
②通過塔壁旋氣片切向引入二次空氣冷卻塔壁；
③塔內(nèi)近壁處安裝由一排噴嘴組成的氣掃帚，并使之沿壁緩慢轉(zhuǎn)動。
顯然，這些措施試圖達(dá)到的基本效果是相同的，即冷卻塔壁。這些方法在中藥浸膏的干燥中已經(jīng)應(yīng)用了，有一定效果。另外，塔內(nèi)壁拋光也可以減輕粘壁。
（2）改善產(chǎn)品物性
科學(xué)技術(shù)發(fā)展和生活水平的提高對噴霧干燥產(chǎn)品的物理性質(zhì)提出了越來越高的要求。例如，有的要求堆密度特別大（≥1.0）或特別?。ā?.6），一些有復(fù)水性的粉體如食品、中藥沖劑等則往往要求速溶性。一般說來，改變霧化的分散度以及適當(dāng)改變操作條件以控制干燥速率，可以制得具有不同堆密度的產(chǎn)品，但變化的幅度是有限的。在改善物性方面值得一提的是泡沫噴霧干燥，即將進(jìn)料液體先泡沫化后再行噴霧干燥。該方法最初是為提高熱效率而提出的，后來用以調(diào)整產(chǎn)品的物性。現(xiàn)已證明，泡沫噴霧干燥制得的奶粉等產(chǎn)品粒徑大、多孔、多凹陷、表面粗糙，具有良好的速溶性。80年代以來，該技術(shù)已用于工業(yè)生產(chǎn)。
（3）開發(fā)多目標(biāo)過程
把噴霧干燥與其它單元過程結(jié)合方面，已成功地開發(fā)應(yīng)用的主要有兩類。一類是噴霧干燥-反應(yīng)過程，人們熟知的噴霧干燥-聚合一步法制取三聚磷酸鈉就是典型實(shí)例之一。但從能耗的觀點(diǎn)來看，它不是一個成功的例子，單位產(chǎn)品能耗比二步法高?？磥恚?jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)這種結(jié)合，必要的條件之一是干燥和反應(yīng)要求的物料溫度基本相同或相近。另一類已開發(fā)，并較成功地應(yīng)用的多目標(biāo)過程是噴霧造粒-干燥，即把溶液或懸浮液在細(xì)粒物料上噴霧涂布造粒與顆粒的干燥結(jié)合起來。顆粒的干燥通常在流化床中進(jìn)行（也有的采用轉(zhuǎn)鼓），根據(jù)粒度要求不同，溶液霧化器可置于顆粒床層的內(nèi)部或上方。噴霧造粒-干燥技術(shù)出現(xiàn)和應(yīng)用都比較早，并已做過大量的基礎(chǔ)研究。由于有許多產(chǎn)品，如肥料、染料等，制成顆粒狀對貯存、運(yùn)輸和使用都更為有利，這些年來對這類技術(shù)的興趣正在增長。根據(jù)已掌握的技術(shù)，床層直徑在1m以內(nèi)的裝置設(shè)計(jì)和操作都容易解決，但對很大的裝置，看來放大問題還需要進(jìn)一步研究。
（4）開發(fā)組合干燥裝置
能從液體直接干燥成粉體，這是噴霧干燥的最大優(yōu)點(diǎn)。但噴霧干燥熱效率低、體積龐大、生產(chǎn)能力低、投資高也是最大缺點(diǎn)，近年來，中外干燥專家對以噴霧干燥為第一級的多級組合干燥進(jìn)行了大量的研究。利用它將液體干燥成固體后再進(jìn)入下一級干燥器進(jìn)一步干燥。這樣克服了噴霧干燥器的缺點(diǎn)，有關(guān)這方面的情況將在后面的內(nèi)容中介紹。
（三）三種噴霧干燥裝置簡介
１．氣流式噴霧干燥器
由于氣流式霧化器的動力（壓縮空氣）消耗比壓力式和旋轉(zhuǎn)式大，故一般用于干燥小批量的產(chǎn)品。氣流式噴嘴能很方便地產(chǎn)生極細(xì)的或較大的霧滴，霧化器用壓力為0.2~0.5Mpa的壓縮空氣或過熱蒸汽，通過噴嘴將料液噴成霧滴，是實(shí)驗(yàn)室或中間工廠的一種較為理想的干燥設(shè)備。對非牛頓型料液的霧化，氣流式優(yōu)于其他型式。三流體霧化器用于霧化高粘度的糊狀物或?yàn)V餅等非常有效。
我國的噴霧干燥始于氣流式，對于氣流式噴嘴的設(shè)計(jì)、制造和操作積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)。
２．壓力式霧干燥器
由于顆粒狀產(chǎn)品如速溶奶粉、空心顆粒染料、球狀催化劑、白炭黑、顆粒狀鐵氧體等需要量日益增多，促使壓力式噴霧干燥裝置也隨之發(fā)展。我國已設(shè)計(jì)、制造出多臺各種規(guī)格的壓力噴霧干燥裝置，現(xiàn)已掌握了此種型式的設(shè)計(jì)、制造和操作技術(shù)。壓力式霧化是用高壓泵將料液加壓到2~20Mpa，送入霧化器將料液噴成霧狀。小時(shí)噴霧量可達(dá)幾噸至十幾噸，能夠滿足各行業(yè)的需要。在工業(yè)生產(chǎn)上，一個塔內(nèi)可裝入幾個乃至十幾個噴嘴，可保持與實(shí)驗(yàn)條件完全相符，基本上不存在放大問題。
３．離心式噴霧干燥器
離心式噴霧干燥器是依靠霧化盤的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，離心式霧化器其回轉(zhuǎn)速度一般為4000~20000r/min，最高可達(dá)50000r/min。將料液水平甩出而霧化，故此種霧化器的噴霧干燥器外形為短而粗（L/D=1.5~2，L為塔高，D為塔徑），旋轉(zhuǎn)盤的圓周速度是霧化好壞的主要參數(shù)，設(shè)計(jì)的圓周速度為90~160m/s。
霧化盤除了直接加工成圓形孔和矩形通道外，為了抗磨損，將通道襯上耐磨材料，如陶瓷、硬質(zhì)合金等。對大噴霧量（每小時(shí)幾噸至百噸）的工業(yè)噴霧干燥，如火力發(fā)電廠的煙道氣脫硫等，可采用旋轉(zhuǎn)霧化器，通常只需要一個霧化器便可完成。
（四）噴霧干燥的工業(yè)產(chǎn)品
１．聚合物和樹脂制品
丙烯腈丁二烯樹脂、丙烯腈丁二烯苯乙烯樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、聚甲醛、苯酚甲醛樹脂、聚丙烯酸脂、聚丙烯腈、聚碳酸脂、聚乙烯、聚醛、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇縮（乙）醛、聚乙烯醇、聚乙烯醇丁酸鹽、聚乙烯醇縮丁醛、聚氯乙烯乳劑、聚氯乙烯懸浮膠體、浸漬纖維素、苯乙烯丙烯腈樹脂、苯乙烯丁二烯樹脂、尿素甲醛樹脂、聚氯乙烯醋酸脂、聚乙烯醇。
２．催化劑的干燥
如丙烯腈催化劑、輕油轉(zhuǎn)化催化劑、中溫變換催化劑、高壓甲醇催化劑及低壓甲醇催化劑等。
３．染料、顏料、色料
堿性染料、硫化鎘、陶瓷色、鉻黃、氧化銅、快速染料、食品色、靛藍(lán)染料、氧化鐵、高嶺土、鋅鋇白、米洛麗蘭、有機(jī)顏料、油漆、酞菁、二氧化鈦、水彩、鉻酸鋅、鉻酸鋅鉀、鉻酸四氧化鋅、活性翠藍(lán)、咔嘰綠B、增白劑。
４．陶瓷制品、玻璃、瓷器
氧化鋁、皂土、氧化鈹、電石、碳化硅、水泥、電瓷、搪瓷、鐵氧體、地磚材料、玻璃砂、砂輪材料、絕緣材料、氧化鐵、高嶺土、砂、氧化硅、火花塞材料、皂石、鈦酸鹽、碳化鎢、氧化鈾、墻磚材料、氧化鋅、硅化鋯。
５．碳水化合物類似產(chǎn)品
玉蜀黍酒、葡萄糖、阿拉伯樹膠、乳糖、果糖、山梨糖醇、淀粉、全糖、小麥面粉。
６．除莠劑、殺真菌劑、殺蟲藥
砷酸鈣、氯氧化銅、氧化亞銅、2，4-二氯-苯氧醋酸、2，4-二氯-苯氧丙酸單甲胺鹽、二氯-苯氧丙酸、二氯-丙酸鈉鹽、砷酸鉛、甲基-氯-苯氧醋酸、甲基-氯-苯氧醋酸鈉鹽、甲基-氯-苯氧丁酸鈉鹽、甲基-氯-苯氧丙酸、鈉-鋁-氟化物、鈉-甲基-砷酸鹽、鈉-五-氯酚醛、硫化膠體、鋅-二乙基-連二硫氨基甲酸酯、鋅-二甲基-連二硫氨基甲酸酯、除草劑、殺蟲劑、殺菌劑。
７．奶制品和蛋類
嬰兒食品、酸奶、酪蛋白、酪朊酸鹽、乳酪、白糖椰子汁、鮮奶油、蛋類：蛋清、蛋黃、全蛋、冰淇淋混合物、奶代用品、混合乳制品、脫脂乳、乳清、乳清母液、全脂奶。
８．食品和食品提煉品
洋薊、蛋糕混合物、菊花茶、椰子混合物、咖啡精、代咖啡精、去咖啡因的咖啡精、含脂面粉混合物、調(diào)味品、有攙入物的果汁、蒜、薔薇果汁、甘草流膏、麥精、牛奶咖啡混合物、西班齒甘椒、植物蛋白、水解蛋白質(zhì)、粗制凝乳酶、湯混合物、茶精、西紅柿、菌絲體維生素B12、煙酸、蛋白酶、水解蛋白、山梨糖醇、纈草、可溶性魚粉、魚漿、魚蛋白質(zhì)。
９．藥品和生化制品
氫氧氯化鋁、硫酸鋁蔗糖酯、鏈霉素硫酸鹽、維生素A、維生素E、璜胺噻唑、四環(huán)素、氨芐青霉素、蘆丁衍生物、阿摩西林、氧四環(huán)素、青霉素、安比西林、淀粉酶、阿司匹林、血清、乳酸鈣、泛酸鈣、琥氯霉素、右旋糖酐、氟鄰氯青霉素、瀉鼠李皮、荷爾蒙、右旋糖酐鐵、葡聚糖鐵、甘草、肝精、左旋賴氨酸、氫氧化鎂、維生素、抗菌素、酶、糊精、肝精、培養(yǎng)基及中草藥植物抽取液。
１０．屠宰場的副產(chǎn)品、血和魚制品
動物蛋白、動物血、深色白蛋白、淺色白蛋白、腦、魚白蛋白、魚粉、魚漿、魚露、膠與水解膠、肝、鯨露
１１．洗滌劑和表面活性劑
烷基-仿基璜酸鹽、洗滌酶、分散劑、乳化劑、脂肪硫酸乙醇、重洗滌劑、輕洗滌劑、鄰磷酸鉀和鄰磷酸二鉀、鄰磷酸鈣和鄰磷酸二鈣、腈三醋酸鹽、光學(xué)儀器光亮劑、磷酸酯、皂草甙、肥皂、多磷酸四鉀、合成洗衣粉、十二醇硫酸鈉及皂基。
１２．肥料
磷酸氨、硫酸氨、混合肥料、超級磷肥、尿素、氮磷鉀復(fù)合肥料
１３．有機(jī)化合物
己二酸、甲酸酯鋁、硬酯酸鋁、氨基苯酚二磺酸、阿司匹林、鉍化合物、醋酸鈣、丁酸鈣、葡萄糖酸鈣、乳酸鈣、丙酸鈣、糖質(zhì)酸鈣、硬脂酸鈣、醋酸纖維素、CMC、磷酸甲基嗎啡、依地酸鹽、絡(luò)鎂鹽、谷氨酸、甘油酯、乙二醛、乳糖、賴氨酸、縮蘋果酸、巰基噻唑懸浮液、金屬硬脂酸鹽、草酸、p-氨基水楊酸、酞酸鉀、山梨酸酯鉀、橡膠催化劑、水楊酸、醋酸鈉、苯甲酸鈉、二甲基連二硫氨基甲酸酯鈉、乙基黃原酸鈉、石碳酸鈉、索氏體鈉、硬脂酸、蠟、硬脂酸鋅。
１４．無機(jī)化合物
氯化鋁、氫氧化鋁、氧化鋁、磷酸鋁、硅酸鋁、硫酸鋁、氯化銨、鉬酸銨、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨、ANC催化劑、硫化銻、氧化砷、氯化鋇、氫氧化鋇、硫酸鋇、鋁礬土廢液、碳酸鉍、硼砂、硼酸、碳酸鈣、氯化鈣、氫氧化鈣、磷酸鈣、丙酸鈣、硅酸鈣、硫酸鈣、催化劑、水泥（生料）、二氧化鉻、硫酸鉻、硫化鈷、氯氧化銅、硫酸銅、硫化銅、冰晶石、氧化銅、砂漿浮選礦、石墨、氧化鐵、高嶺土、氯化鋰、鋅鋇白、硅酸鋁鎂、氫氧化鎂、碳酸錳、氧化錳、二硫化鉬、碳酸鎳、氫氧化鎳、硫化鎳、碳酸氫鉀、碳酸鉀、氯酸鉀、過氧化鎂、硝酸鉀、高錳酸鉀、過硫酸鉀、磷酸鉀、硅膠、銻酸鈉、碳酸氫鈉、重鉻酸鈉、氯酸鈉、鉻酸鈉、氰化鈉、硫酸氫鈉、亞硫氫鈉、次氯酸鈉、磷酸鈉、硅酸鈉、硅鋁酸鈉、氟硅酸鈉、硫酸鈉、三硫酸鈉、碳酸釷、四氯化鈦、二氯化鈾、碳酸鋅、硫酸鋅。
１５．礦物的干燥
如銅精礦、鎳精礦、鉑精礦、氧化精礦、鋁精礦、鋅精礦、錫精礦、沉淀銅、沉淀氫氧化鋁、沉淀碳酸鎳，貴重金屬泥、皂土、冰晶石、高嶺土及磷酸鹽等。
１６．纖維素
機(jī)碎漿、其他漿料、次級纖維、半化學(xué)與機(jī)械化學(xué)漿料、硫酸鹽、亞硫酸鹽、亞硫酸鹽廢液
１７．副產(chǎn)品和其他物料
瀝青橡膠、皂土、煤、軟木、硅藻土、渣滓、榨取后的咖啡豆、酵母原料、玉蜀黍麩質(zhì)、塑膠粉、果膠廢物、海水、污水、下水道污水沉積物、小麥麩質(zhì)、木粉。
二、離心式噴霧干燥
離心式噴霧干燥器配備有離心式霧化器,因此而得名。離心式噴霧干燥器是目前工業(yè)生產(chǎn)中使用最廣泛的干燥器之一，通過高速旋轉(zhuǎn)的分散盤上加入料液，液體受離心力作用被甩成霧滴后在干燥器中干燥。在分散盤的表面，液體呈薄膜狀擴(kuò)散，并且在圓周處以高速甩出，霧化效果取決于圓周線速度和加料速率，還與料液的某些物理特性等因素有關(guān)。
離心式噴霧干燥器的特點(diǎn)基本是由霧化器的特點(diǎn)決定的：
⑴離心式噴霧干燥不需要嚴(yán)格的過濾設(shè)備，料液中如無纖維狀液體基本不堵塞料液通道；
⑵可以適應(yīng)較高粘度的料液（與壓力式噴霧干燥相比）；
⑶因霧化器的轉(zhuǎn)速很容易調(diào)節(jié)，所以比較容易空制產(chǎn)品粒度，粒度分布也較窄；
⑷在調(diào)節(jié)處理量時(shí)，不需要改變霧化器的工作狀態(tài)，對進(jìn)料率在±25％的變動可以獲得相同的產(chǎn)品；
⑸因離心式霧化器產(chǎn)生的霧群基本在同一水平面上，霧滴沿徑向和切向的合成方向運(yùn)動，幾乎沒有軸向的初速度，所以干燥器的直徑相對較大。徑、長比較小,可以最大限度地利用干燥室的空間；
離心式噴霧干燥器有如下缺點(diǎn)：
⑴霧滴與氣體的接觸方式基本屬于并流形式，分散盤不能垂直放置；
⑵分散盤的加工精度要求較高，要有良好的動平衡性能，如平衡狀態(tài)不佳,主軸及軸承容易被損壞；
⑶產(chǎn)品的堆密度壓力式噴霧干燥低一些。
（一）離心式霧化器的霧化機(jī)理
當(dāng)向高速旋轉(zhuǎn)的分散盤上注入液體時(shí)，液體受離心力和重力作用，在兩種力的作用下得到加速分裂霧化，同時(shí)在液體和周圍空氣的接觸面處，由于存在摩擦力也促使形成霧滴。為此，前者稱為離心霧化，以離心力起主要作用。后者稱為速度霧化，離心力只起給液體加速作用。這兩種霧化作用只是在研究霧化基理時(shí)有意識分開介紹，實(shí)際操作中，兩種霧化現(xiàn)象同時(shí)存在很難區(qū)分。當(dāng)進(jìn)料量較小而且轉(zhuǎn)速較低時(shí)，以離心霧化為主，采用離心式霧化產(chǎn)生的產(chǎn)品粒度分布要比壓力式和氣流式都窄一些。
一般情況下，旋轉(zhuǎn)分散盤表面上液滴的形成取決于許多條件，如料液的粘度、表面張力、分散盤上液體的慣性以及液體釋放時(shí)與空氣界面的相互摩擦作用等。分散盤在較低轉(zhuǎn)速的情況下，液體的性質(zhì)，特別是粘度和表面張力是主要因素。在工業(yè)生產(chǎn)中霧化器的轉(zhuǎn)速往往較高，此時(shí)的慣性和摩擦作用是形成液滴的主要因素。當(dāng)料液的粘度和表面張力占主要地位時(shí)，液滴會單獨(dú)形成，并從分散盤邊緣釋放以產(chǎn)生均勻的霧滴群。因料液的粘度產(chǎn)生較強(qiáng)的內(nèi)力，而該內(nèi)力阻止液體在分散盤邊緣的破裂，因而需要較大的能量才能獲得較高的分散度。較高的表面張力會產(chǎn)生大的顆粒，由分散盤邊緣較厚的液膜中產(chǎn)生，低表面張力會使液絲拉長，斷裂時(shí)產(chǎn)生較小的液滴。對于高粘度、高表面張力料液通常產(chǎn)生球形顆粒，并且通過改變操作條件比較容易控制霧滴直徑。離心式霧化器產(chǎn)生的霧群基本在同一水平面上，而不象另外兩種霧化器噴出液體時(shí)有一定的角度。
離心式霧化基本可以歸納為料液直接分裂成液滴、絲狀割裂成液滴和膜狀分裂成液滴三種情況。
1.料液直接分裂成液滴
當(dāng)料液的進(jìn)料量較少時(shí)，料液受離心力作用，迅速向分散盤的邊緣移動，分散盤周邊上隆起半球狀液體環(huán)，形狀取決于料液的粘度、表面張力、離心力及分散盤的形狀和光滑程度。當(dāng)離心力大于表面張力時(shí)，分散盤邊緣的球狀液滴立即被拋出而分裂霧化，液滴中伴隨有少量大液滴。
2．絲狀割裂成液滴
當(dāng)料液流量較大而且轉(zhuǎn)速加快時(shí)，半球狀料液被拉成許多絲狀液體線。流量增加，分散盤周邊的液絲數(shù)量也在增加。如果達(dá)到一定數(shù)量后，液絲就會變粗，而液絲的數(shù)量不再增加，拋出的液絲也不穩(wěn)定。液絲運(yùn)動的波動和不均勻性，在分散盤邊緣附近使之?dāng)嗔?，受表面張力的作用收縮成球狀。
3．膜狀分裂成液滴
當(dāng)液體的流量繼續(xù)增加時(shí)，液絲數(shù)量與絲徑都不再增加，液絲間相互粘合形成薄膜。離心力將液膜拋出分散盤周邊一定距離后，被分裂成分布較廣的液滴。若再進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速，液膜便向分散盤周邊收縮，液膜帶變窄。若液體在分散盤表面上的滑動能減到最小，可使液體以高速度噴出，在分散盤周邊與空氣發(fā)生摩擦而分裂霧化。
從上面的分析可以看出，三種霧化機(jī)理可能出現(xiàn)在不同的操作階段，也可能同時(shí)出現(xiàn)，但總有一種是主要的霧化形式。以哪一種霧化為主則與分散盤的形狀、直徑、轉(zhuǎn)速、進(jìn)料量、料液的表面張力和粘度有關(guān)。
（二）霧化器的結(jié)構(gòu)型式
１．氣動式
氣動式驅(qū)動方式主要是在主軸上安裝一個透平輪，通過壓縮空氣驅(qū)動透平輪帶動主軸轉(zhuǎn)動，以帶動霧化分散盤高速旋轉(zhuǎn)。這種霧化器的特點(diǎn)是通過調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力和氣量實(shí)現(xiàn)無級變速,幾乎沒有機(jī)械磨損問題。霧化器結(jié)構(gòu)簡單，不需要維修，壓縮空氣的壓力在0.2～1.0MPa，主要適用于小型實(shí)驗(yàn)裝置。
２．機(jī)電一體式
機(jī)電一體式霧化器采用高速電機(jī)直接驅(qū)動分散盤，省去了較復(fù)雜的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)，減少了機(jī)械磨損，而且輸入功率隨著處理量的變化而自行調(diào)整，因此，能耗是機(jī)械傳動的50%～60%，比氣動式也要節(jié)省30%。這種結(jié)構(gòu)是把電機(jī)的線圈安裝在霧化器的殼體內(nèi)，分散盤安裝在相當(dāng)于電機(jī)的主軸上，通過調(diào)節(jié)電機(jī)的頻率以改變主軸的轉(zhuǎn)速，也是無級調(diào)節(jié)變速。
３．機(jī)械傳動式
機(jī)械傳動式有兩種結(jié)構(gòu)，一種是齒輪傳動，另一種是皮帶傳動。齒輪傳動是電機(jī)帶動大齒輪，大齒輪與主軸上的小齒輪嚙合。齒輪的傳動比不同，主軸的轉(zhuǎn)速也不同，這種結(jié)構(gòu)在物料進(jìn)料量波動時(shí)，轉(zhuǎn)速恒定，機(jī)械效率較高。但齒輪傳動結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生熱量，齒輪箱需要潤滑并用油泵強(qiáng)制循環(huán)冷卻，設(shè)備抗沖擊能力較弱。
皮帶傳動是通過電機(jī)帶動大皮帶輪，再通過皮帶帶動主軸上的小皮帶輪工作。理論上，轉(zhuǎn)速比等于大、小皮帶輪直徑的反比。皮帶傳動的優(yōu)點(diǎn)是傳動系統(tǒng)不需要冷卻和潤滑，抗沖擊能力較強(qiáng)。缺點(diǎn)是主軸轉(zhuǎn)速會隨進(jìn)料量的變化有一定波動。
對于大型的機(jī)械傳動霧化器，因工作環(huán)境的關(guān)系，必須采用冷卻系統(tǒng)以排出霧化器因機(jī)械傳動和干燥過程傳入的熱量。目前，冷卻方式主要有水冷和氣冷。水冷的結(jié)構(gòu)要求有良好的密閉性，通過水泵打循環(huán)水。風(fēng)冷是通過風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)強(qiáng)制冷卻。一個口進(jìn)入冷風(fēng)，另一個口排出，結(jié)構(gòu)比較簡單。
（三）霧化器分散盤的型式
分散盤的高速旋轉(zhuǎn)還產(chǎn)生如下三個作用：
① 分散盤對空氣產(chǎn)生的壓力；
② 由于分散盤表面與空氣之間摩擦而形成的吸引力；
③ 霧化時(shí)傳給空氣的動量。
前面已經(jīng)提到，離心式霧化器基本原理就是通過動力驅(qū)動主軸，主軸帶動固定在其上的分散盤高速旋轉(zhuǎn)。分散盤的型式主要有轉(zhuǎn)杯分散盤、多管分散盤、直線翼型分散盤和曲線翼型分散盤。
１．轉(zhuǎn)杯分散盤
轉(zhuǎn)杯分散盤如倒置的杯子，表面光滑，具有銳利的周邊。進(jìn)料管設(shè)置在中心處，料液首先落到液體分配器上，使之均勻地沿杯狀體向下流動，當(dāng)?shù)竭_(dá)杯口處，料液受離心力的作用被甩出霧化，這種結(jié)構(gòu)適用于獲得較細(xì)顆粒的場合。主要由進(jìn)料管、主軸、液體分配盤和轉(zhuǎn)杯組成。
２．多管分散盤
在分散盤上均勻布置若干個噴管，這些噴管多以耐磨材料制成，可以在分散盤轉(zhuǎn)速不高時(shí)獲得較大的線速度?？讖降拇笮『蜕斐龅拈L短可以控制產(chǎn)品的粒度，目前在食品干燥中被廣泛采用。
3.直線翼型分散盤
直線翼型分散盤是在分散盤周向均勻分布若干個液體通道，通道口中心線是以分散盤為中心的放射線形狀，通道有圓形、方形和長圓形。這種分散盤的加工費(fèi)用較低，料液不易堵塞通道，但通道內(nèi)有時(shí)能進(jìn)入空氣。
為了降低加工難度，常把分散盤分體加工后再進(jìn)行組裝，在盤蓋和分散盤間形成許多直線通道，噴霧時(shí)周邊影響小。這種結(jié)構(gòu)比較合理，料液的滑動根據(jù)液膜在盤面上的運(yùn)動速度而定。離盤中心較近的地方運(yùn)動速度不大，因此滑動也不大。在離軸中心一定距離設(shè)置通道，目的是防止料液滑動，增加潤濕面的周邊，使薄膜沿通道垂直移動。這種結(jié)構(gòu)可以在不改變分散盤直徑的情況下，通過改變通道的截面積提高處理量，而產(chǎn)生的霧距基本相同。有研究表明，通道的截面積越小，產(chǎn)生的霧滴越小，反之霧滴就大。
4．曲線翼分散盤
曲線翼型分散盤的基本結(jié)構(gòu)與直線翼型基本相同，不同的是曲線翼型的通道是曲線的溝槽，在這種分散盤中，又分為高曲線型、低曲線型和雙曲線型等多種。與直線翼型相比，加工費(fèi)用略高一些，但產(chǎn)品的堆密度約比前者高7％～10％。
選擇離心式噴霧干燥器時(shí)選擇霧化器的型式對干燥效果有非常密切的關(guān)系，前面已經(jīng)介紹了霧化器的性能差異，旨在為選擇時(shí)提供參考。
三、氣流式噴霧干燥
氣流式噴霧干燥也是幾種典型的噴霧干燥型式之一，是以氣流式霧化器(噴嘴)而得名。該噴霧干燥器的性能以及干燥器主體形狀主要是由氣流式霧化器的特點(diǎn)決定的，主要應(yīng)用在要求產(chǎn)品粒度較細(xì)，如醫(yī)藥等行業(yè)。氣流式噴霧干燥器直徑較?。ㄅc其它兩種干燥器相比），特別對一些粘度較高而有觸變性的物料更合適。氣液兩相的接觸也比較靈活，并流、混流、逆流均可以操作。但由于氣流式霧化器的霧距較長，如果采用上噴下并流操作時(shí)干燥器的高度要適當(dāng)加長，以保證霧滴有足夠的停留時(shí)間。通常氣流式霧化器消耗的動力要高于其它二種，一般是另兩種的6～8倍。但由于它可以霧化較高粘度的料液，是其它型式霧化器所不及的，還可以處理較高含固率的料液，降低了干燥能耗，在某種程度上彌補(bǔ)了它的缺點(diǎn)，使這種最早出現(xiàn)的機(jī)型到目前仍在工業(yè)化中大量使用。
（一）氣流式霧化器
１．氣流式霧化器的工作原理
氣流式霧化器的工作原理是利用高速氣流使液膜產(chǎn)生分裂，高速氣流可以采用壓縮空氣，也可以采用蒸汽，使用蒸汽要比壓縮空氣經(jīng)濟(jì)。使用蒸汽受物料耐熱溫度等限制，所以只有當(dāng)物料的耐熱溫度允許的情況下才可以使用。當(dāng)壓縮空氣或蒸汽以很高的環(huán)隙速度（一般在200m/s左右,有時(shí)甚至達(dá)到超聲速）從霧化器噴出時(shí)，料液的流速很低，因此兩者存在著很大的相對速度差，使氣液之間產(chǎn)生摩擦力和剪切力，液體在瞬間被拉成一條條細(xì)長的絲，接著這些液絲在較細(xì)處很快斷裂而形成微小的霧滴。絲狀體的存在時(shí)間取決于氣液間的相對速度和料液的物理性質(zhì)。相對速度越高，產(chǎn)生的液絲愈細(xì)，存在時(shí)間就愈短，噴霧的分散度也愈高。如果料液的粘度愈大，絲狀體存在的時(shí)間就增長。為此，當(dāng)以氣流式噴霧干燥處理某些高粘度料液時(shí)，所得到的產(chǎn)品往往是粉狀或絮狀，絮狀產(chǎn)品就是產(chǎn)生液絲直接干燥得到的。
2．氣流式霧化器的基本結(jié)構(gòu)
氣流式霧化器也有許多結(jié)構(gòu)形式，但不論怎樣變化，基本結(jié)構(gòu)是不變的。也就是說，霧化器主要是由進(jìn)氣管、進(jìn)料管、調(diào)節(jié)部件以及氣體分散器組成。在霧化器中，調(diào)節(jié)部件主要是調(diào)節(jié)氣管端面與料管端面的相對位置，以調(diào)節(jié)氣液兩相的混合狀態(tài)。氣體分散器是對進(jìn)入氣管的氣體進(jìn)行均勻分布，以保證在氣管出口處均勻射出。另外，氣體還可以通過氣體分散器調(diào)整流向，可以使氣體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，以強(qiáng)化料液的分散效果和干燥過程。
氣流式霧化器按氣液混合方式可以分為內(nèi)部混合式（簡稱內(nèi)混式）和外部混合式（簡稱外混式）兩種。內(nèi)混式就是料液與氣體在霧化器內(nèi)進(jìn)行混合，霧化過程不僅有氣體的摩擦力，在霧化器內(nèi)部還產(chǎn)生撞擊的分散作用，所以比外混式更節(jié)省能量。但因料液在霧化器內(nèi)部就開始分散，如果操作溫度較高時(shí)，霧化器很容易被未干的粉末形成的固塊堵塞，所以在干燥操作中應(yīng)謹(jǐn)慎使用。外混式氣流霧化器其區(qū)別是料液與霧化氣體在噴出后再進(jìn)行接觸而使料液分散，這種操作比較穩(wěn)定。
氣流式霧化器如果按氣液進(jìn)入霧化器的通道數(shù)又可分為二流式、三流式以及四流式等。二流式是一氣一液式，即外管走氣體，內(nèi)管走液體。三流式為二氣一液式，內(nèi)管和外管走氣體，中間走液體，理論上三流式霧化器所得到的粒度比二流式小約15％左右。此外還有四流式，四流式與三流式基本相同，只是在最里層又增加了氣流管，這個氣管走高溫?zé)釟饬鳎康氖前褵崃恳氲届F焰中心處，以強(qiáng)化傳熱過程。但這種結(jié)構(gòu)使用不多，工業(yè)上使用最多的是外混式兩流霧化器。
氣流噴霧干燥的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、操作彈性大、易于調(diào)節(jié)。但在安裝時(shí)要注意霧化器與干燥器的同心度，否則會出現(xiàn)粘壁等現(xiàn)象。
四、壓力式噴霧干燥器
壓力式噴霧干燥器（因設(shè)備高大而呈塔形，又稱噴霧干燥塔）在生產(chǎn)中使用最為普遍。壓力式噴霧干燥器的產(chǎn)品成微粒狀，一般平均粒度可以達(dá)到150～200 m左右。產(chǎn)品有良好的流動性、潤濕性等應(yīng)用性能，所以深受用戶的歡迎。
壓力式噴霧干燥主要是由壓力式霧化器的工作原理所決定的，使這一干燥系統(tǒng)有自己的特點(diǎn)。由于壓力式噴霧干燥所得產(chǎn)品是微粒狀，不論是霧滴還是產(chǎn)品的粒徑都比其它二種型式大，造成了霧滴干燥時(shí)間比較長。另外，噴出的霧化角也較小，一般在20°～70°之間，所以干燥器的外形也以高塔形為主，這樣才能使霧滴有足夠的停留時(shí)間。給料液施加一定的壓力,通過霧化器霧化，所以系統(tǒng)中要有高壓泵。另外，因霧化器孔徑很小，為防雜物堵塞霧化器孔道，一定要在料液進(jìn)入高壓泵前進(jìn)行過濾。采用壓力式噴霧干燥，多以獲得顆粒狀產(chǎn)品為目的，因此，經(jīng)壓力式噴霧干燥的最終產(chǎn)品都有其獨(dú)特的應(yīng)用性能。
壓力式霧化器（有些專著中稱壓力式噴嘴）是壓力式噴霧干燥器的重要部件，壓力式霧化器在有些文獻(xiàn)中也稱單流體霧化器或機(jī)械式霧化器。霧化機(jī)理是液體在高壓泵的壓力下從霧化器的切向通道高速進(jìn)入旋轉(zhuǎn)室，使液體在旋轉(zhuǎn)室內(nèi)產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。根據(jù)旋轉(zhuǎn)動量矩守恒定律，旋轉(zhuǎn)速度與旋轉(zhuǎn)室的半徑成反比，因此越靠近軸心處旋轉(zhuǎn)速度愈大，靜壓力也愈小。當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到某一值時(shí)，霧化器中心處的壓力等于大氣壓力時(shí)，噴出的液體就形成了繞空氣心旋轉(zhuǎn)的錐形環(huán)狀液膜。隨著液膜的延長，空氣的劇烈擾動所形成的波不斷發(fā)展，液膜分裂成細(xì)線。并受湍流徑向分速度和周圍空氣相對速度的影響，最后導(dǎo)致液膜破裂成絲。液絲斷裂后受表面張力的作用，最后形成由無數(shù)霧滴組成的霧群，水分蒸發(fā)后形成微粒狀產(chǎn)品。
多年來，國內(nèi)外許多干燥專家對壓力式霧化器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究工作，目前也開發(fā)出許多結(jié)構(gòu)形式。壓力式霧化器的共同特點(diǎn)是使液體在高壓下進(jìn)入霧化器進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，獲得足夠的離心力后從霧化器孔噴出。因其結(jié)構(gòu)較多，為設(shè)計(jì)和使用方便，又把壓力式霧化器分為旋轉(zhuǎn)壓力式和離心壓力式兩大類，這兩類霧化器都能使液體在霧化器內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，只是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)不同。
壓力式噴霧干燥也有自身的缺點(diǎn)：
①在生產(chǎn)過程中流量無法調(diào)節(jié)。流量的決定因素主要取決于霧化器出口的孔徑和操作壓力，而操作壓力的改變會影響產(chǎn)品的粒度，因此，如果想改變流量，只有更換霧化器孔徑或調(diào)節(jié)操作壓力；
②壓力式噴霧干燥不適用于處理帶有纖維狀或顆粒狀物料，這些物料易堵塞霧化器孔道；
③不適于處理高粘度物料或有固液相分界面的懸浮液，它會造成產(chǎn)品含量的嚴(yán)重不均；
④與其它二種型式相比，壓力式噴霧干燥的體積蒸發(fā)強(qiáng)度較低。
在相關(guān)內(nèi)容中已介紹了噴霧干燥生產(chǎn)的生品，但這里提到的是壓力式噴霧干燥造粒技術(shù)已用于下列產(chǎn)品。
化工類：催化劑、樹脂、合成洗衣粉、油脂類、硫酸銨、染料、染料中間體、白炭黑、石墨、硫酸銨、農(nóng)藥、氟化鉀、增白劑CXT。
食品類：氨基酸、調(diào)味料、蛋白質(zhì)、淀粉、乳制品、咖啡提取油、全脂奶粉、胳朊、可可奶粉、乳粉、蛋清（黃）、燕麥、雞汁、速溶茶、調(diào)味香料肉、蛋白質(zhì)、大豆、花生蛋白、玉米漿、玉米淀粉、葡萄糖、果膠、麥芽糖、山梨酸鉀、南瓜粉。魚粉、肉精。
藥品類：中成藥、抗生素、中藥沖劑、中藥浸膏、藥膠、酵母、維生素、抗生素、淀粉酶、脂肪酶。
陶瓷類：氧化鎂、瓷土、各種金屬氧化物、白云石、高嶺土、氧化鋁、滑石。
塑料類：ABS乳液、尿醛樹脂、密膠（脲）甲醛樹脂、聚乙烯、聚氯乙烯。
