I. Принцип работы распылительной сушки
Распылительная сушка — это процесс, при котором распылители диспергируют жидкий материал в мелкие капли, а растворитель быстро испаряется в горячей сушильной среде, образуя сухой порошок. В целом, распылительная сушка состоит из четырех этапов: а) распыление жидкого материала; б) контакт и смешивание тумана с горячей сушильной средой; в) испарение и сушка капель; г) отделение высушенного продукта от сушильной среды.
Исходным материалом может быть раствор, эмульсия или суспензия, а также расплавленная жидкость или паста — любая жидкая форма, которую можно перекачивать. Продукт может представлять собой порошок, гранулы, полые сферы или агломераты.
II. Типичные распылительные сушилки. Распылительные сушилки используют распылитель для распыления разбавленной жидкости (например, раствора с содержанием воды 75–85% или выше) на капли, диспергируя их в потоке горячего воздуха. Это приводит к быстрому испарению влаги, в результате чего образуется твердый продукт. Время сушки обычно составляет от нескольких секунд до десятков секунд. Распылитель является ключевым компонентом распылительной сушки, в основном это центробежные, напорные и пневматические распылители.
1. Напорная распылительная сушилка. Напорная распылительная сушилка использует давление 2–20 МПа для распыления отфильтрованной жидкости на мелкие капли. Эти распыленные капли (со значительно увеличенной площадью поверхности) полностью контактируют с горячим воздухом, быстро завершая процесс сушки в течение 10–30 секунд. Полученный порошок или мелкие гранулы затем разделяются.
2. Центробежная распылительная сушилка. Воздух проходит через фильтр и нагреватель, поступая в воздухораспределитель в верхней части центробежной распылительной сушилки. Горячий воздух равномерно поступает в сушилку по спирали. Жидкость подается из подающего резервуара через фильтр в центробежный распылитель в верхней части сушилки, где она распыляется на очень мелкие капли. Жидкость и горячий воздух текут параллельно, вызывая быстрое испарение влаги и сушку готового продукта за очень короткое время. Готовый продукт выгружается из нижней части сушильной башни и циклонного сепаратора, а отработанные газы отводятся вентилятором.
3. Воздушная распылительная сушилка.
Этот тип сушилки в основном использует высокоскоростное распыление воздуха или водяного пара из форсунок. Трение заставляет подаваемую жидкость образовывать мелкие капли, позволяя ей контактировать с горячим воздухом для теплообмена. Весь процесс занимает менее половины минуты. Этот метод очень эффективен для высоковязких материалов и прост в эксплуатации.
III. Области применения распылительных сушилок
1. Распылительная сушка для гранулирования специальной керамики
Формирование заготовки перед спеканием керамических материалов напрямую влияет на характеристики готового продукта. Характеристики порошка значительно влияют на однородность заготовки и плотность после сухого прессования. Технология распылительного гранулирования широко используется при получении специальных керамических порошков. Для гранулирования специальных керамических порошков обычно используется напыление под давлением. При подходящих условиях процесса полученный порошок обладает хорошей химической однородностью, высокой тонкостью помола, хорошей сыпучестью и высокой плотностью уплотнения, что делает его пригодным для процессов сухого или изостатического прессования.
2. Применение распылительной сушки для катодного материала из литий-железофосфата (LiFePO4) для литий-ионных батарей
Литий-ионные батареи в основном состоят из катодных материалов, анодных материалов, электролитов и сепараторов. Стоимость и характеристики катодных материалов ограничивают развитие литий-ионных батарей; поэтому исследования и разработки катодных материалов имеют решающее значение для технологического прогресса в литий-ионных батареях. В настоящее время основными катодными материалами в Китае являются оксид кобальта лития, оксид никеля лития, фосфат железа лития и тройные материалы. Среди них фосфат железа лития обладает такими преимуществами, как высокая безопасность, длительный срок службы, хорошая термическая стабильность, широкая доступность сырья и низкая цена, но страдает от низкой насыпной плотности и плохой проводимости при низких температурах.
Простой процесс приготовления катодного материала фосфат железа лития/углерод: LiOH и FePO4 добавляют в шаровую мельницу с очищенной водой. После шарового измельчения добавляют определенное количество источника углерода. После 3 часов шарового измельчения суспензию удаляют и распыляют в распылительной сушилке. Распыление проводят при определенных температурах на входе и выходе (вход 200-250℃, выход <100℃). После сушки материал сначала прокаливают при низкой температуре в течение 2 часов в атмосферной печи, а затем прокаливают при высокой температуре в течение 6 часов для получения катодного материала LiFePO4/C.
Эксперименты показывают, что этап распылительной сушки придает исходному материалу хорошую сферичность перед спеканием, с размером частиц 20-20 микрометров. В условиях распылительной сушки химический состав материала относительно однороден. Во время прокаливания не происходит изменения твердой фазы между сферическими частицами, и образование зерен LiFePO4/C ограничивается одной сферической частицей, что приводит к образованию мелких зерен LiFePO4/C. Эти мелкие зерна благоприятно влияют на электрические свойства LiFePO4/C.
3. Распылительная сушка осажденного диоксида кремния (также известного как белый технический углерод) является важным армирующим сырьем в резиновой промышленности. Поскольку его микроструктура и морфология агрегации аналогичны техническому углероду, и он обладает схожими армирующими свойствами с резиной, его называют белым техническим углеродом. Существует два основных метода получения осажденного диоксида кремния: газофазная сушка и осадительная сушка. Газофазная сушка позволяет получать высокочистые и высокоэффективные продукты, но она потребляет много энергии, является технически сложной и дорогостоящей.
В отличие от этого, осадительная сушка — это зрелый, простой и экономически эффективный метод. Однако в процессе сушки и обезвоживания ультрадисперсные частицы склонны к агломерации, что влияет на их характеристики. Исследования показали, что распылительная сушка позволяет получать осажденный диоксид кремния с равномерным распределением частиц, высокой удельной поверхностью и высоким значением маслопоглощения, соответствующим рекомендуемым кривым соответствия значения маслопоглощения и удельной поверхности, что делает его подходящим в качестве армирующего агента для высокоэффективных шин и цветных шин.
4. Применение распылительной сушки в фармацевтических препаратах
Сушка играет решающую роль в фармацевтическом производстве, особенно в традиционной китайской медицине. Препараты, полученные методом распылительной сушки, обладают следующими характеристиками:
а. a. Хорошая однородность готового продукта: В процессе распылительной сушки фармацевтическая жидкость распыляется в виде мелкодисперсной дисперсии при непрерывном перемешивании, обеспечивая мгновенную сушку и, следовательно, хорошую однородность.
b. Хорошая текучесть, рыхлость и растворимость готового продукта: В процессе распылительной сушки вода быстро испаряется, что приводит к малому размеру частиц, хорошей текучести и гладкому таблетированию; это также обеспечивает более точную дозировку при фракционной упаковке. При контакте с водой она легче проникает внутрь частиц, облегчая растворение лекарственного средства.
c. Упрощенный производственный процесс: Распылительная сушка позволяет проводить концентрирование и сушку в один этап, а время сушки относительно короткое, что благоприятно для сохранения эффективности термочувствительных лекарственных средств.
d. Чистое производство: Закрытая среда распыления исключает бактериальное загрязнение лекарственного средства и снижает пылевое загрязнение в цехе.
Продукты традиционной китайской медицины требуют высокой чистоты, поэтому часто используются несколько воздухоочистителей; следовательно, распылительная сушка очень подходит для процесса сушки в производстве традиционной китайской медицины.
