喷雾干燥：壁沉积、工艺和建模概述

摘要

喷雾干燥过程被认为是将液体转化为粉末的传统方法，其中挥发性化合物的降解和氧化程度可以接受。喷雾干燥是基于溶液的制备、均质、雾化、分散和随后的脱水。壁面沉积是喷雾干燥器颗粒的关键加工问题，直接影响产品的质量和数量。喷雾干燥器的操作参数、类型和尺寸以及喷雾干燥器壁特性等因素都会影响壁面沉积的程度。喷雾干燥器内壁沉积的发展会降低产品的产量，从而增加制造和维护成本。构建模型对于理解壁沉积机理非常有帮助，这将为食品工业带来直接的经济效益。本综述的目的是给出壁沉积机理的物理和化学描述，并介绍分类模型来模拟和可视化喷雾干燥器中的这种行为。

介绍

喷雾干燥是一种通过将原料喷射到热干燥介质中，将原料从流体状态转变为干燥颗粒形式的过程（Masters，1994）。进料可以是溶液、悬浮液、乳液或糊状。干燥产品的性质取决于进料的物理和化学性质、干燥器的设计和操作。喷雾干燥技术在牛奶和洗涤剂行业的工业应用始于20世纪20年代。然而，Samuel Percy（Percy，1872）是第一个获得专利的人，其标题为“雾化干燥和浓缩液体物质的改进”（Masters，1994）。如今，喷雾干燥技术的应用已扩展到各种食品生产，如蛋制品、饮料、植物蛋白、果蔬提取物、碳水化合物、茶提取物、酸奶和许多其他粉状产品。表1列出了之前关于喷雾干燥和所用添加剂（载体）的一些工作。

喷雾干燥技术的优点包括能够生产特定粒径和含水量的粉末，而与干燥器容量无关。它是一种连续、简单的操作，全自动控制，响应时间快，也适用于热敏和耐热材料。从本质上讲，喷雾干燥过程是一个连续的干燥操作，它结合了图1所示的过程中的几个阶段（Masters，1994）：

每个阶段都是根据干燥器的设计和操作设置进行的，这决定了干燥产品的特性。雾化阶段必须为最佳蒸发条件创建喷雾，以实现所需产品的经济生产（Masters，1994）。喷雾-空气接触由雾化器相对于干燥空气入口的位置决定。在合流设计中，喷雾蒸发很快，随着干燥空气的冷却，蒸发时间也相应缩短。该产品不会发生热降解。当喷雾与干燥空气接触时，液滴会发生蒸发，直到水分含量变得太低，无法通过干燥的液滴表面扩散。最后，在旋风分离器、滤袋或静电除尘器中回收干粉（Keshani，2013）。

喷雾干燥过程主要受几个参数的影响，如图2所示。由于喷雾干燥通常是一个过程的终点，它也会影响最终产品的质量，因此在过去二十年中，它吸引了更多的关注。喷雾干燥器的一个关键加工问题是颗粒的壁沉积，通过沉积颗粒的降解和主要产品的污染间接影响产品质量。它的理解为选择喷雾干燥器的操作条件提供了指导，这将最大限度地减少壁沉积，从而有助于提高产品质量。图3给出了喷雾干燥器内壁沉积工作的示意图。目前，喷雾干燥机生产粉末的主要挑战是开发所需的粉末特性和成本。因此，重要的是确定最佳操作标准和加工条件，以确保在喷雾干燥过程中保持或提高干燥产品的质量。