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スプレー乾燥機の仕組み

噴霧乾燥機は現代の高効率乾燥設備であり、食品、製薬、化学工業などの業界に広く応用されている。その動作原理は原料液の霧化、熱空気生成、混合接触乾燥、蒸発形成粉末、乾燥段階の区分、材料空気分離、微小材料収集及び排気ガス排出処理などを含む複数の重要な段階に関連する。次は、これらのフェーズの詳細な説明です。

原料液の霧化は噴霧乾燥の第一歩である。この段階で、原料液（溶液、乳濁液、懸濁液であってもよく、溶融液やペーストなどのポンプで輸送可能な液体であってもよい）は、蠕動ポンプまたは他の輸送設備を介して噴霧乾燥機の頂部に送り込まれる。そして、原料液を霧化器により微小な霧滴に分散させる。アトマイザは、特定のノズルを介して原料液を微細な小水滴に変換し、ミスト状に形成する。霧化の目的は、原料液の表面積を増大させ、熱空気と接触した際に水分を迅速に蒸発させることである。

噴霧乾燥機では、空気はまずフィルターで浄化され、ほこりや不純物を除去する。その後、ヒータを経て指定温度に加熱する。加熱された空気は、噴霧乾燥機上部の空気分配器を通過し、螺旋状に乾燥塔内部に送り込まれ、回転する熱気流を形成する。熱空気の温度と流量は、異なる乾燥需要に応じて調整することができる。

霧化した原料液は乾燥塔内部に入った後、回転する熱気流と十分に混合して接触する。これは熱伝達過程であり、熱空気は迅速に霧状物質の水分を蒸発させ、乾燥を実現する。霧滴と空気との接触方式、混合と流動状態が熱風分配器の構造型式、霧化器の乾燥機内への取り付け位置及び排気ガス排出方式などに決定される。

熱気流の作用の下で、霧滴中の水分は急速に蒸発し、材料を徐々に乾燥させる。この過程で、材料の内部では同時に熱伝達と水分の外部への拡散と移動が発生し、表面気化と内部拡散が同時に行われる。水分が蒸発するにつれて、材料は徐々に粉末状または微粒子状に変化していく。

乾燥プロセスは、定速乾燥段階と降速乾燥段階に分けることができる。定速乾燥段階では、乾燥速度の速度は主に材料表面の水分の蒸発速度に依存し、外部条件によって制御される。乾燥過程の進行に伴い、材料の水分率は徐々に低下し、減速乾燥段階に入り、この時の乾燥速度は主に材料内部の水分拡散速度の影響を受ける。