Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Распылительная сушилка лабораторного уровня.
А ) раствор или суспензия для сушки; Б ) Распыление газа в; 1 ) Сушка газа в; 2 ) Подогрев сушильного газа; 3 ) Распыление раствора или суспензии; 4 ) Сушильная камера; 5 ) Часть между сушильной камерой и циклоном; 6 ) Циклон ; 7 ) Осушающий газ отводится; 8 ) Емкость для сбора продукта.
Стрелки указывают , что это прямоточная лабораторного spraydryer.

Распылительная сушка - это метод получения сухого порошка из жидкости или суспензии путем быстрой сушки горячим газом. Это предпочтительный метод сушки многих термочувствительных материалов, таких как пищевые продукты и фармацевтические препараты . Постоянное распределение частиц по размеру является причиной для распылительной сушки некоторых промышленных продуктов, таких как катализаторы. Воздух - это нагретая сушильная среда; однако, если жидкость представляет собой легковоспламеняющийся растворитель, такой как этанол, или продукт чувствителен к кислороду, используется азот . [1]

Во всех распылительных сушилках используются распылители или распылительные насадки того или иного типа для диспергирования жидкости или суспензии в распылитель с контролируемым размером капель. Наиболее распространенными из них являются вращающийся диск и одинарные вихревые форсунки высокого давления. Колеса распылителя, как известно, обеспечивают более широкое распределение частиц по размеру, но оба метода позволяют обеспечить согласованное распределение частиц по размеру. [2] В качестве альтернативы для некоторых применений используются двухжидкостные или ультразвуковые форсунки . В зависимости от требований процесса при соответствующем выборе могут быть достигнуты размеры капель от 10 до 500 мкм. Чаще всего применяется диапазон диаметров от 100 до 200 мкм. Сухой порошок часто сыпучий. [3]

Самый распространенный вид распылительных сушилок называется однокомпонентным. В верхней части камеры находится единственный источник осушающего воздуха (см. № 4 на схеме). В большинстве случаев воздух выдувается в том же направлении, что и распыляемая жидкость (прямоток). Производится мелкий порошок, но он может иметь плохую текучесть и производить много пыли. Чтобы преодолеть пыль и плохую текучесть порошка, было выпущено новое поколение распылительных сушилок, называемых многоэффективными распылительными сушилками. Вместо одностадийной сушки жидкости, сушка выполняется в два этапа: первый вверху (как для одного эффекта), а второй - со встроенным статическим слоем внизу камеры. Слой создает влажную среду, которая заставляет более мелкие частицы слипаться, производя более однородные частицы, обычно в диапазоне от 100 до 300 мкм.Эти порошки являются сыпучими из-за большего размера частиц.

Мелкодисперсные порошки, полученные в результате сушки на первой стадии, могут быть повторно использованы в непрерывном потоке либо в верхней части камеры (вокруг распыляемой жидкости), либо в нижней части внутри интегрированного псевдоожиженного слоя . Сушка порошка может быть завершена на внешнем вибрирующем псевдоожиженном слое.

Горячий сушильный газ может подаваться прямотоком, в том же направлении, что и распылитель распыляемой жидкости, или противотоком, когда горячий воздух течет против потока из распылителя. При прямоточном потоке частицы проводят меньше времени в системе и в сепараторе частиц (обычно в циклонном устройстве). При противоточном потоке частицы проводят больше времени в системе и обычно работают в паре с системой псевдоожиженного слоя. Параллельный поток обычно позволяет системе работать более эффективно.

Альтернативы распылительным сушилкам: [4]

  1. Сублимационная сушилка : более дорогостоящий периодический процесс для продуктов, разлагающихся при распылительной сушке. Сухой продукт не сыпучий.
  2. Барабанная сушилка : менее затратный непрерывный процесс для малоценных продуктов; вместо сыпучей пудры образует хлопья.
  3. Сушилка с импульсным сжиганием: менее дорогостоящий непрерывный процесс, который может обрабатывать более высокие вязкости и загрузку твердых частиц, чем распылительная сушилка, и иногда дает легко сыпучий порошок качества сублимационной сушки.

Распылительная сушилка [ править ]

Форсунки для распылительной сушки.
Схематическое изображение процесса распылительной сушки.

Распылительная сушилка принимает поток жидкости и разделяет растворенное вещество или суспензию в виде твердого вещества и растворитель на пар. Твердое вещество обычно собирается в барабане или циклоне. Входящий поток жидкости распыляется через сопло в поток горячего пара и испаряется. Твердые частицы образуются, поскольку влага быстро покидает капли. Форсунка обычно используется для того, чтобы капли были как можно меньше, обеспечивая максимальную теплопередачу и скорость испарения воды. Размер капель может составлять от 20 до 180 мкм в зависимости от сопла. [3] Существует два основных типа форсунок: одинарная форсунка высокого давления (от 50 до 300 бар) и двухжидкостная форсунка: одна жидкость - жидкость для сушки, а вторая - сжатый газ (обычно воздух под давлением от 1 до 7 бар). .

Распылительные сушилки могут сушить продукт очень быстро по сравнению с другими методами сушки. Они также превращают раствор (или суспензию) в высушенный порошок за одну операцию, что упрощает процесс и увеличивает рентабельность.

В фармацевтическом производстве распылительная сушка используется для производства аморфных твердых частиц путем равномерного диспергирования активных фармацевтических ингредиентов в полимерной матрице. Это состояние переводит активные соединения (лекарство) в более высокое энергетическое состояние, что, в свою очередь, способствует диффузии лекарственных специй в организме пациента. [5]

Микроинкапсуляция [ править ]

Распылительная сушка часто используется в пищевой и других отраслях промышленности в качестве метода инкапсуляции . Вещество, подлежащее инкапсуляции (нагрузка), и амфипатический носитель (обычно какой-то модифицированный крахмал ) гомогенизируют в виде суспензии в воде (суспензия). Затем суспензия подается в распылительную сушилку, обычно в башню, нагретую до температуры выше точки кипения воды .

Когда суспензия поступает в башню, она распыляется. Частично из-за высокого поверхностного натяжения воды и частично из-за гидрофобных / гидрофильных взаимодействий между амфипатическим носителем, водой и загрузкой распыленная суспензия образует мицеллы . Небольшой размер капель (в среднем 100 микрометров в диаметре) приводит к относительно большой площади поверхности, которая быстро сохнет. По мере высыхания воды носитель образует твердую оболочку вокруг груза. [6]

Потеря нагрузки обычно зависит от молекулярной массы. То есть более легкие молекулы имеют тенденцию выкипать в больших количествах при температурах обработки. Потери сводятся к минимуму в промышленных масштабах за счет распыления на более высокие башни. Чем больше объем воздуха, тем ниже средняя влажность по мере протекания процесса. По принципу осмоса вода будет поощряться разницей в летучести.в паровой и жидкой фазах покидать мицеллы и попадать в воздух. Следовательно, такой же процент воды может быть высушен из частиц при более низких температурах, если используются колонны большего размера. В качестве альтернативы суспензию можно распылять в частичном вакууме. Поскольку точка кипения растворителя - это температура, при которой давление пара растворителя равно давлению окружающей среды, снижение давления в колонне приводит к снижению точки кипения растворителя.

Применение метода инкапсулирования с помощью распылительной сушки заключается в приготовлении «обезвоженных» порошков веществ, не содержащих воды для обезвоживания. Например, растворимые смеси для напитков представляют собой сушки распылением различных химикатов, входящих в состав напитка. Когда-то этот метод использовался для удаления воды из пищевых продуктов. Одним из примеров является приготовление обезвоженного молока. Поскольку молоко не инкапсулировалось и сушка распылением вызывает термическое разложение , обезвоживание молока и аналогичные процессы были заменены другими методами обезвоживания. Сухое обезжиренное молокодо сих пор широко производятся с использованием технологии распылительной сушки, как правило, с высокой концентрацией твердых частиц для максимальной эффективности сушки. Термическое разложение продуктов можно преодолеть, используя более низкие рабочие температуры и камеры большего размера для увеличения времени пребывания. [7]

Недавние исследования предполагают, что использование технологий распылительной сушки может быть альтернативным методом кристаллизации аморфных порошков во время процесса сушки, поскольку температурное воздействие на аморфные порошки может быть значительным в зависимости от времени пребывания при сушке. [8] [9]

Применение сушки распылением [ править ]

Пища: сухое молоко, кофе, чай, яйца, злаки, специи, ароматизаторы, кровь, [10] крахмал и производные крахмала, витамины, ферменты, стевия, нутракутики, красители, корм для животных и т. Д.

Фармацевтика: антибиотики, медицинские ингредиенты, [11] [12] добавки.

Промышленность: пигменты для красок, керамические материалы, носители для катализаторов, микроводоросли.

Ссылки [ править ]

  1. ^ AS Mujumdar (2007). Справочник по промышленной сушке . CRC Press. п. 710. ISBN 978-1-57444-668-5.
  2. ^ "Контрактная распылительная сушилка и распылительная сушка | Elan" .
  3. ^ a b Вальтер Р. Ниссен (2002). Процессы сжигания и сжигания . CRC Press. п. 588. ISBN. 978-0-8247-0629-6.
  4. ^ Onwulata стр.66
  5. ^ Поозеш, Садех; Лу, Кун; Марсак, Патрик Дж. (Июль 2018 г.). «Об образовании частиц в процессе распылительной сушки для био-фармацевтических применений: исследование новой модели с помощью вычислительной гидродинамики». Международный журнал тепломассообмена . 122 : 863–876. DOI : 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2018.02.043 .
  6. ^ Аджай Кумар (2009). Биосепарационная инженерия . ИК Интернешнл. п. 179. ISBN. 978-93-8002-608-4.
  7. ^ Onwulata pp.389-430
  8. ^ Onwulata p.268
  9. ^ Chiou, D .; Лэнгриш, ТАГ (2007). «Кристаллизация аморфных компонентов в порошках распылительной сушки». Технология сушки . 25 (9): 1427–1435. DOI : 10.1080 / 07373930701536718 .
  10. ^ Heuzé В .; Тран Дж. (2016) [Последнее обновление 31 марта 2016 г., 10:31]. «Кровавая мука» . Feedipedia . программа INRA, CIRAD, AFZ и FAO.
  11. ^ Тинг, Джеффри М .; Портер, Уильям У .; Мекка, Джоди М .; Бейтс, Фрэнк С .; Рейнеке, Тереза ​​М. (10.01.2018). «Достижения в разработке полимеров для повышения растворимости и доставки пероральных лекарств». Биоконъюгатная химия . 29 (4): 939–952. DOI : 10.1021 / acs.bioconjchem.7b00646 . ISSN 1043-1802 . PMID 29319295 .  
  12. ^ Ricarte, Ralm G .; Ван Зи, Николас Дж .; Ли, Цзян; Джонсон, Линдси М .; Лодж, Тимоти П .; Хиллмайер, Марк А. (05.09.2019). «Последние достижения в понимании микро- и наномасштабных явлений аморфных твердых дисперсий». Молекулярная фармацевтика . 16 (10): 4089–4103. DOI : 10.1021 / acs.molpharmaceut.9b00601 . ISSN 1543-8384 . PMID 31487183 .  

Библиография [ править ]

  • Чарльз Онвулата (2005). Инкапсулированные и порошковые продукты . CRC Press. п. 268. ISBN 978-0-8247-5327-6.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Кей, РБ (1992). Сушка сыпучих материалов и твердых частиц, 1-е изд., Taylor & Francis, ISBN 0-89116-878-8 
  • Пищевая оценка пищевой промышленности, второе издание (1975), Роберт С. Харрис, доктор философии. и Эндель Кармас доктор философии. (ред.)
  • Кук, Е.М., и Дюмон, HD (1991) Практика сушки , McGraw-Hill, Inc., ISBN 0-07-012462-0 

Внешние ссылки [ править ]

  • Анимация стандартной концепции распылительной сушки
  • Обучающая бумага по распылительной сушке