一、前言
 （一）喷雾干燥技术简介
 出于不同的需要，喷雾干燥器也有许多分类方法，如按气液流向分有并流式（顺流式）、逆流式和混流式；按雾化器的安装方式分有上喷下式、下喷上式；按系统分有开放式，部分循环式和密闭式等等。众所周知，喷雾干燥的雾分器有多种，但按其雾化基理，雾化器分为离心式、压力式和气流式三种。习惯上，人们对喷雾干燥器按雾化方式进行分类，也就是按雾化器的结构分类。将喷雾干燥分为转盘式（离心式）、压力式（机械式）、气流式等三种型式。大量使用喷雾干燥器是近二十年的事，我国最早工业化的应是气流式喷雾干燥器。但随着离心式、压力式喷雾干燥器的成功开发，气流式喷雾干燥器能量消耗大的缺点就显现出来（雾化器消耗的能量是另两种的4～8倍）。最近几年，这种机型在大工业生产中逐渐被其它两种机型所取代，但由于制药行业的特殊需要仍在使用。离心式喷雾干燥器的高速雾化器是关键设备，放大问题具有很高的技术要求，我国目前不但具备生产气流、机械及机电一体的离心雾化器的能力，而且可以达到每小时处理量45t水。在杭州、西宁、无锡、靖江等地有专业的雾化器制造厂。目前离心式喷雾干燥器从每小时处理量几千克到几十吨已经形成了系列化机型。生产制造技术基本成熟。压力式喷雾干燥器所得产品为微粒状，在合成洗涤剂、染料、水处理剂等方面都有大量应用。目前，我国自行设计制造的压力式喷雾干燥器直径可达8m，总高达50多米，蒸发能力达每小时几吨水之多。
 目前，在众多的干燥设备中，喷雾干燥器是产值较高的干燥器之一，每台套从几十万到几百万之间。在温州、上海、无锡、江阴、西宁等地有多家喷雾干燥器的专业制造厂，每年向用户提供上百套喷雾干燥设备。从研究方面，每次全国干燥会的学术论文中，喷雾干燥技术的研究内容占各机型之首，理论的不完善性和应用的广泛性始终吸引着大批研究人员的目光。
 丹麦Niro公司开发的离心雾化器以高精度、高转速和节能著称，不仅可达到均匀和可控粒度的雾化，而且最大的单机处理能力已达到200t/h。这为大型喷雾干燥器的发展提供了强有力的雾化手段。Anhydro公司的离心雾化器采用皮带传动并改进了润滑系统，也取得很好的效果。这些成就是离心雾化的应用迅速增长的重要原因之一。我国已开发到每小时蒸发几十吨，与国外水平仍有不小的差距。
 喷雾干燥器是处理溶液、悬浮液或泥浆状物料的干燥设备。它是用喷雾的方法，使物料成为雾滴分散在热空气中，物料与热空气呈并流、逆流或混流的方式互相接触，使水分迅速蒸发，达到干燥目的。采用这种干燥方法，可以省去浓缩、过滤、粉碎等单元操作，可以获得30~500μm的粒状产品。而干燥时间极短，一般干燥时间为5~30s。适用于高热敏性物料和料液浓缩过程中易分散的物料的干燥，产品流动性和速溶性好。
 喷雾干燥器中气固两相接触表面积大，但是气固两相呈稀相流动，故容积传热系数小，一般为20~100kcal/m3•h•℃，热空气进口温度在并流操作时为250~500℃，逆流操作时为200~300℃。工业规模的喷雾干燥器，热效率一般为30~50%。国外带有废热回收的喷雾干燥，热效率可达到70%，但这种设备只有在大于100kg（水）/h的生产能力时才有经济意义。
 喷雾干燥的基本流程如下，料液通过雾化器，喷成雾滴分散在热气流中。空气经鼓风机送入空气加热器加热，然后进入喷雾干燥器，与雾滴接触干燥。产品部分落入塔底，部分由一级引风机吸入一级旋风分离器，经分离后，将尾气放空。塔底的产品和旋风分离器收集的产品，由二级抽风机抽出，经二级旋风分离器分离后包装。
 喷雾干燥的产品为细粒子，为了适应环境保护的要求，喷雾干燥系统只用旋风分离器分离产品、净化尾气还是不够的，一般还要用袋式除尘器净化。使尾气中的含尘量低于50mg/Nm3气体，或用湿式洗涤器，可将尾气含尘量降到15~35mg/Nm3气体。
 （二）喷雾干燥技术进展
 喷雾干燥因其可直接由溶液或悬浮体制得成分均匀的粉状产品的特殊优点，目前在化工、轻工、食品等工业中仍有广泛的应用，化学工业中以染料行业应用最为普遍。经过近年来广大工程技术人员的努力，喷雾干燥技术已比较成熟，塔尺寸的确定也有成功的计算方法。采用的雾化器仍然是压力式、离心式和气流式三种，但近几年来离心喷雾干燥器的应用呈上升趋势。对于真溶液喷雾干燥，值得注意的是，不同亲水性溶质要求的干燥介质温度不同。如无机盐类强亲水性物质，其水溶液蒸发脱水主要在溶液沸点下进行，出塔气体温度低于130℃就难以操作。我国虽然和国外相比还有明显的差距，但喷雾干燥装置的制造和操作水平也都有较大幅度的提高。近20年来喷雾干燥技术和设备的改进和革新主要有以下几个方面：
 （1）解决粘壁问题
 粘壁现象迄今仍然是妨碍喷雾干燥器正常操作的一个突出问题。一般说来，增大直径可以减轻粘壁；但为此目的而采用非常大的设备直径显然也不经济。国外专家研究了干燥过程中的粘壁和结块问题，认为造成粘壁的主要宏观因素是壁温。在关于橙汁喷雾干燥的专利中提出的解决办法是使塔壁冷却至已干产品的温度以下，并在进料液中加入助干剂。Masters提出了防止粘壁的三种可能途径：
 ①采用夹壁干燥塔，其间用空气冷却，使壁温保持在50℃以下，粘结性特别强的物料宜采用平底塔；
 ②通过塔壁旋气片切向引入二次空气冷却塔壁；
 ③塔内近壁处安装由一排喷嘴组成的气扫帚，并使之沿壁缓慢转动。
 显然，这些措施试图达到的基本效果是相同的，即冷却塔壁。这些方法在中药浸膏的干燥中已经应用了，有一定效果。另外，塔内壁抛光也可以减轻粘壁。
 （2）改善产品物性
 科学技术发展和生活水平的提高对喷雾干燥产品的物理性质提出了越来越高的要求。例如，有的要求堆密度特别大（≥1.0）或特别小（≤0.6），一些有复水性的粉体如食品、中药冲剂等则往往要求速溶性。一般说来，改变雾化的分散度以及适当改变操作条件以控制干燥速率，可以制得具有不同堆密度的产品，但变化的幅度是有限的。在改善物性方面值得一提的是泡沫喷雾干燥，即将进料液体先泡沫化后再行喷雾干燥。该方法最初是为提高热效率而提出的，后来用以调整产品的物性。现已证明，泡沫喷雾干燥制得的奶粉等产品粒径大、多孔、多凹陷、表面粗糙，具有良好的速溶性。80年代以来，该技术已用于工业生产。
 （3）开发多目标过程
 把喷雾干燥与其它单元过程结合方面，已成功地开发应用的主要有两类。一类是喷雾干燥-反应过程，人们熟知的喷雾干燥-聚合一步法制取三聚磷酸钠就是典型实例之一。但从能耗的观点来看，它不是一个成功的例子，单位产品能耗比二步法高。看来，要经济地实现这种结合，必要的条件之一是干燥和反应要求的物料温度基本相同或相近。另一类已开发，并较成功地应用的多目标过程是喷雾造粒-干燥，即把溶液或悬浮液在细粒物料上喷雾涂布造粒与颗粒的干燥结合起来。颗粒的干燥通常在流化床中进行（也有的采用转鼓），根据粒度要求不同，溶液雾化器可置于颗粒床层的内部或上方。喷雾造粒-干燥技术出现和应用都比较早，并已做过大量的基础研究。由于有许多产品，如肥料、染料等，制成颗粒状对贮存、运输和使用都更为有利，这些年来对这类技术的兴趣正在增长。根据已掌握的技术，床层直径在1m以内的装置设计和操作都容易解决，但对很大的装置，看来放大问题还需要进一步研究。
 （4）开发组合干燥装置
 能从液体直接干燥成粉体，这是喷雾干燥的最大优点。但喷雾干燥热效率低、体积庞大、生产能力低、投资高也是最大缺点，近年来，中外干燥专家对以喷雾干燥为第一级的多级组合干燥进行了大量的研究。利用它将液体干燥成固体后再进入下一级干燥器进一步干燥。这样克服了喷雾干燥器的缺点，有关这方面的情况将在后面的内容中介绍。