單液滴干燥

      生活中常見的粉體如奶粉、面粉等都是由一粒粒的小顆粒組成，而顆粒的性質(zhì)如它的大小、形貌、表面化學(xué)組成等決定了粉體品質(zhì)特性，比如說顆粒的大小與均一度影響粉體的堆積密度與振實密度，顆粒的球形度與表面光滑程度可以改變顆粒與顆粒間的相互作用力，影響粉體的流動性，而顆粒表面的化學(xué)組成是顆粒與其他物質(zhì)接觸的一層物質(zhì)，直接或間接決定了多種粉體特性，比如粉體在空氣或氮氣環(huán)境中的穩(wěn)定性、粉體在復(fù)溶時的可浸潤性與溶解速率等。

      噴霧干燥是在工業(yè)中應(yīng)用廣泛的制粉技術(shù)之一，在食品、藥劑、日化、材料等行業(yè)中都有廣泛應(yīng)用，各種材料首先配制成液相的進料液，經(jīng)霧化器霧化形成數(shù)以億計的小液滴，與噴霧塔中的熱空氣混合后，液體部分蒸發(fā)而固形物部分形成顆粒產(chǎn)品。有趣的是，即使是*相同的進料液，在不同噴霧干燥條件下，可以得到性質(zhì)差異很大的粉體，進一步分析其中的顆粒，有時會發(fā)現(xiàn)，顆粒的大小、形貌、甚至是表面化學(xué)組成都各不相同，說明液滴在干燥過程中經(jīng)歷了不同的顆粒形成過程。然而，在大型噴霧塔中，每小時產(chǎn)粉量可高達噸計，監(jiān)測其中液滴轉(zhuǎn)化為顆粒的過程具挑戰(zhàn)性，為此，科學(xué)家們從一顆液滴入手，研究單一液滴在類似噴霧干燥的條件下表現(xiàn)出來的干燥歷程與顆粒形成過程，這一類實驗通稱為單液滴干燥與測量實驗，或者SDD實驗（取Single Droplet Drying的縮寫）。

      依據(jù)實驗中支撐小液滴的方法不同，單液滴干燥技術(shù)可分為多種類型，可以讓液滴自由下落、通過超聲波駐場來懸空支撐液滴、或者把液滴固定在某種固體表面，目前在學(xué)界中應(yīng)用的是玻璃纖維懸掛式單液滴干燥技術(shù)，它是一種固著式單液滴干燥技術(shù)，將小液滴附著在特制玻璃絲的末端，在熱空氣中進行對流干燥，它的強大之處在于：

    （1）可以準確地測量液滴干燥動力學(xué)，包括液滴重量變化、溫度變化與直徑變化；

    （2）可以監(jiān)測伴隨水分蒸發(fā)進行的液滴變化、固形物沉淀過程，直觀展示不同材料的顆粒形成過程；

   （ 3）可以在不同的干燥中間階段對半干液滴進行分析測試，比如取樣分析液滴中的生物活性物質(zhì)，或者附加一滴溶質(zhì)液滴，監(jiān)測半干顆粒的復(fù)水特性，從而理解顆粒形成過程中顆粒特性的演化過程。

      由于性能強大，玻璃纖維懸掛式單液滴干燥技術(shù)在噴霧干燥研究與顆粒形成機理研究中倍受青睞，由單液滴干燥實驗測定得到的液滴干燥動力學(xué)，已用于建立噴霧干燥數(shù)學(xué)模型，利用CFD或其他軟件進行全塔仿真；用于模擬液滴的干燥行為，預(yù)測顆粒形成過程與干燥終點；用于計算液滴干燥中伴隨的其他復(fù)雜物理、化學(xué)或生物過程，比如結(jié)晶過程或生物活性物質(zhì)的活性變化。而它也是現(xiàn)有的多種單液滴干燥實驗中，可以在干燥中間階段對初始表殼形成與顆粒性能演化進行分析表征的技術(shù)，一直應(yīng)用于研究揭示復(fù)雜顆粒的形成機理。