スプレー乾燥と噴霧化の概要

スプレー乾燥

スプレー乾燥は、ミルク、コーヒーパウダー、鶏卵パウダーなど食品を脱水乾燥する上で重要な手法で、医薬品･化学薬品産業でも幅広く使用されています。この手法では、加熱チャンバで液体を噴霧化することにより、溶液やスラリーを急速に乾燥させて粒子を精製します。通常、スプレー乾燥は水性システムを使用して行われますが、溶剤ベースのシステムを利用して制御環境下で実行する場合もあります。

スプレー乾燥は次の装置オペレーションから成り立っています。

• 液体の前濃縮（蒸発は高価なプロセスであるため、これは経済的手法といえます）
• 噴霧化（小滴の精製）
• 高熱乾燥気体（通常は空気）のストリームでの乾燥
• 湿気を帯びた気体からパウダーを分離
• 冷却
• 製品の梱包

スプレー乾燥オペレーションは比較的高温で行われます。しかし、必要不可欠な乾燥期間における蒸発冷却効果と、それに続くドライ材料の高温への露出時間がごく短時間であるため、加熱による製品の損傷は一般にごく僅かです。通常、連続乾燥中の粒子の表面温度は45～50 °Cです。このため、懸濁する細菌の有機体を破壊することなくスプレー乾燥することも可能です。製品の物理的特性は、スプレー乾燥中に生成されたパウダー構成と深く関連しています。希望の特性を得るために、パウダー構成に影響を与える要因の多くをコントロールすることも可能です。

サイクロン式スプレードライヤーは最も広く使用されています。一般に、液体濃縮製品は噴霧化装置にポンプ注入され、多くの小滴に分けられます。これらの小滴は高温ガスのストリームに入って乾燥エア中に浮遊して急速に水分を失います。ここで精製されたドライパウダーは、遠心力作用によってサイクロンで湿気を含んだ空気から分離します。アトマイザーは、スピンディスク（回転速度は2000～20,000 rpm）または固定された高速ジェットノズルで構成されています。

スプレー乾燥の平均的オペレーション条件は、アプリケーションとドライヤー装置によって異なります。均一な粒度分布を得るためにはこれらの条件の調整が必要です。最終的な含水分と最終粒子サイズは、オペレーション条件を変えることによって制御できます。最終的な含水分は排出する空気中の相対湿度によって決定し、その値が高すぎる場合は、水分を失うべきパウダー粒子は逆に水分を吸収していまいます。

オペレータが直接コントロールできる主要な条件は下記の通りです。

• 入口温度
• 液体フィードのフロー率（ポンプ速度と圧力）
• エアフロー率
• 粒子径（噴霧機の調整）

出口の温度と出口エアの相対湿度も重要ですが、この制御は主要条件の調整を通じて間接的にしかできません。

噴霧化

噴霧化は粉末生成に関して金属産業の関心を集めています。一般には、不活性キャリアガスを使用して実行します。このガスは、溶解したパウダー（特にアルミニウムやはんだ）をノズルに通し、小滴を冷却して球状率の高いパウダーに変化させます。メタルパウダーの噴霧化過程には、多段階ガスフロー、熱伝達、噴霧中粒子形成、凝固が関連しています。これら個々のメカニズムが相互作用を起こすため理解とプロセスのモデル作成が複雑になります。また、金属間の化学反応によってもさらに状況が複雑になります。