喷雾干燥是工业中最常见的一种把液体干燥成粉末产品的干燥技术，从最早的奶粉喷雾干燥至今已经有一百多年的历史。但是，在目前的实际应用中依然存在着诸多问题，最常见的如干燥塔内的粘壁问题、干燥产品的粒径和形态控制不过关、干燥产品的品质被破坏等，所以，喷雾干燥依然是国内外干燥技术的热门研究方向。另外，从国际唯一的关于干燥技术的专业期刊《Drying Technology》发表论文的情况也说明了这一点，如2008 年该刊全年发表论文224 篇，其中关于喷雾干燥的有22 篇，占了10 %。
本文试图从掌握的近两年国内外关于喷雾干燥研究的主要成果着手，介绍此领域内的最新研究进展，并对未来喷雾干燥的研究与发展进行展望。
1、现有喷雾干燥技术的创新与发展
喷雾干燥技术出现至今已有一百多年历史，喷雾干燥应用的领域已非常广泛，从最早的奶粉领域，发展到现在几乎涉及到所有的加工和生产领域，例如医药、食品、环保、化工、催化剂、染料、颜料、色素、精细化工品、林化产品、天然提取物、环境保护等领域。目前在喷雾干燥方面，大部分集中在对于该技术的应用性研究，特别是对于一些特殊物料如含糖量高、带有活性物质等的喷雾干燥。
关于喷雾干燥技术的四大组成部分，没有很多突破性研究成果。例如喷雾干燥的核心技术———雾化机装置，目前只有Niro 公司可以提供200t/h 喷雾量的高速离心雾化机，国内只有林洲干燥机厂可以生产雾化能力为50 t/h 的雾化机。近年来国际上已出现超声波雾化的小型喷雾干燥设备，超声波雾化可以获得较小粒径分布的粉体产品。国内目前对此研究较少，但小型超声波雾化器国内已有产品。
由于喷雾干燥采用的是高温气体介质在短时间内干燥雾滴，使得干燥介质的排出温度较高，特别是对于干燥产品中残留溶剂量要求很低的产品，其排出气体介质温度更高，有的甚至高达180℃以上，如直接排入环境，会造成能源的大量浪费。虽然有一些节能技术，如热管技术、热泵技术已经被开发并应用，但在喷雾干燥上应用很少。在全球能源紧张的前提下，节能型喷雾干燥将是今后需要大力研究的课题。
2、新型喷雾干燥技术研究与进展
2.1 喷雾冷冻干燥
喷雾干燥的最大特征是蒸发和干燥的表面积非常大，例如1cm3 的液体雾化成100μm 的液滴，其表面积将增加19000 多倍，因而使得干燥速率急剧增大。冷冻干燥则需要较长的升华干燥时间，但可以保持干燥产品的原有品质，不至于造成物料变性。因此，结合上述两种干燥方法可以发挥两种干燥技术的优势，在达到缩短干燥时间的同时可保持物料的品质要求。黄立新等介绍了目前国际上有两种方式来实现上述过程，即采用液氮喷雾制冰粉加真空冷冻干燥的方法和低温空气制冰粉加流化床干燥的方法。采用前一种方法进行了蛋白质喷雾冷冻干燥的研究。结果表明：蛋白质可以保持原有的品质，而干燥时间比原来直接采用盘式真空冷冻干燥缩短30%。采用第2 种方法，研究了药品的喷雾冷冻干燥。结果表明：采用流化床干燥其干燥时间可以由48h 缩短到10h 左右，且物料品质保持不变。但是，由于该试验装置采用干冰冷冻除水，要实现工业化比较困难。
目前，研究开发了新型的喷雾冷冻干燥装置，采用冷冻除湿脱水连续制备低温低湿空气，结合特殊设计的雾化装置，实现了料液的连续制冰粉和干燥。其工艺流程如图1。

喷雾冷冻干燥工艺流程图
2.2 超临界喷雾干燥
超临界流体技术是一种比较新的技术。研究以不同的干燥技术制备蛋白质脂质体粉末，其中就采用了超临界喷雾干燥和亚临界喷雾干燥技术，并且比较了利用不同方法获得的粉体性质，包括粒径分布和形态等。利用超临界喷雾干燥技术干燥糖和鸡蛋白等，研究表明：其干燥产品的颗粒粒径在1~60μm之间，且颗粒呈球形，表面较光滑。
因流体本身的特殊性质使得超临界流体在不同的领域得到了逐步推广和应用，例如超临界流体萃取技术、超临界流体干燥技术、超临界流体反应等。但是，超临界流体和水的相容性较差，直接采用超临界干燥有困难，必须借助其他的溶剂夹带，而喷雾干燥经常面临的是水溶液的干燥。因此，把超临界流体和喷雾干燥结合，形成新的超临界流体喷雾干燥技术是一个值得研究的领域和方向。国外已有研究人员开展此项技术研究，国内尚未见有相关的报道。
3、喷雾干燥的数学模型与分析
随着计算机技术的发展，快速获得复杂数学模型的数学解变得可行。国际上运用计算流体力学（Computational Fluid Dynamic，简称CFD）技术来模拟整个喷雾干燥过程，已取得了相当的成果。
进行了一系列利用计算流体力学研究喷雾干燥过程的工作，主要集中在模型的建立、模型的修正和校核，新型干燥塔的研究，水平喷雾干燥、离心式喷雾干燥和大型工业化压力喷雾干燥研究等方面。研究结果表明：目前商业CFD 软件可以在一定的范围内用来分析喷雾干燥塔内气体介质的温度场、速度场、湿度场以及物料的飞行轨迹、湿度变化、温度变化等。若要更好地获得雾滴的干燥特性，还必须有针对性地加入用户的自定义程序，特别是干燥模型。另外，由于干燥塔内的气体处于紊流状态，适当的紊流模型也会对模拟结果产生较大影响，特别是当干燥介质采用旋转式进风方式时，紊流影响更大。
最近，对喷雾干燥的瞬态进行了模拟研究。结果表明：干燥塔内的流场随着时间的变化在变化，使得雾滴在干燥塔内的运动呈不规则状态，因此，即使采用相同雾滴状况的设定，也将得到不同干燥过程的干燥颗粒；虽然允许一定的残余溶剂要求，但雾滴实际飞行过程中依然存在着返回高温区域的可能性。这些现象尚待进一步的分析和验证。
4、展望
（1）喷雾干燥技术已经在工业生产中应用很久，但依然存多种问题，直接影响了产品的品质。针对不同的原料液的特性，采用有针对性的试验和设计是一个重要的环节，在没有准确的数学模型可以确认时，试验仍然是解决这些问题的最好办法。
（2）喷雾干燥由于针对不同的料液特点其干燥工艺参数不同，同时为了确保干燥产品的残留溶剂含量，需要有一定温度的干燥介质排出。目前，常用方法是直接排入大气，造成了很大的能源浪费。因此，节能技术在喷雾干燥中的应用是一个值得深入研究和推广的课题。
（3）虽然目前数学的方法尚不足以直接解决喷雾干燥的设计和验证工作，但是计算流体力学技术在喷雾干燥上的研究值得深入，因为一旦取得了突破，则可以大大减少试验量，并可降低成本。
（4）交叉其他新型技术为喷雾干燥技术的开发提供新的思路，例如喷雾冷冻干燥、热管加热型喷雾干燥、超声波喷雾干燥、微波喷雾干燥等。 


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