분무건조(spray drying)

1. 정의 및 원리

  1) 분무건조는 열에 민감한 액상, 유기용액, 유화액, 분산액, 현탁액 등을

     건조분말로 바꾸는 가장 광범위한 건조방법이다.

  2) 액상원료를 미립화(10~100㎛)한 후 열풍기류 속에 분무하여

     수분이 순간적(1~10초)으로 증발, 건조되어서 분립상 제품을 생산하는 기술

  3) 초기 수분 함량이 높은 액체의 건조에 유리하며 열변성에 의한 품질의 저하 방지 효과가 높음

 

2. 특징

  1) 건조 대상물이 액상 원료이며 바로 분립상 제품 생산 가능

     → 농축, 여과, 분쇄 등의 추가 공정이 필요하지 않음

  2) 열풍에 노출되는 분무 입자의 표면적이 커서 단시간에 건조

  3) 연속공정 및 대량생산과 완전자동화가 가능

  4) 입자의 온도가 증발잠열로 인해 습구온도 이상 상승하지 않음

      → 열에 민감한 식품의 건조 가능

      → 영양분, 방향성분 등의 소실이 적다.

  5) 제품의 성상 조정이 가능

      → 수분, 입도, 회수율, 형태 등

  6) 장치의 크기가 크며 운전조건이 어려움

 

3. 건조기 구성

  1) 공기가열부, 분무장치, 제품회수장치(건조탑, 진동냉각기, cyclone)

  2) nozzle 종류 : 고압nozzle, 이류체nozzle, 원반형nozzle

 

4. 분류

  1) 1단계 건조기

    ① 분무건조실 내에서 모든 건조 완료 (수분함량 2~4%)

    ② 배출되는 공기 온도가 높아 에너지 손실이 크다

    ③ 배출되는 제품의 온도가 높아 용해도와 같은 품질이 하락한다.

    ④ 항율건조와 감율건조가 동시에 진행

  2) 2단계 건조기

    ① 1단계 분무건조실에서 수분함량이 10~15%에 도달하면

        2단계 진동식 유동층 건조기에서 잔여 수분을 제거한다

    ② 배출되는 제품의 온도가 낮아 용해도가 높다

    ③ 1단계에서 항율건조가 진행되고 2단계에서 감율건조가 진행된다

  3) 3단계 건조기

    ① 분무건조실-고정식 유동층 건조기-진동식 유동층 건조기로 구성

    ② 물에 잘 분산되고 용해도가 높은 제품 생산

    ③ 1단계에서 항율건조가 진행되고 2, 3단계에서 감율건조가 진행된다

    

5. 방법

  1) 전처리

      → 원료는 pump로 이송 가능하여야 하며 불순물이 없고 균일해야 한다

  2) 분무/열풍 접촉

      → 원료 및 건조제품의 특성을 고려하여 nozzle 선택

          (two fluid nozzle, rotary disk nozzle, pressure nozzle, ultrasonic nozzle)

  3) 증발/건조

    ① 병류흐름 : 원료와 열풍의 흐름이 동일

                      열에 민감한 제품에 적합

    ② 향류흐름 : 원료와 열풍의 흐름이 반대

                      열에 안정한 제품에 적합

    ③ 교차흐름 : 병류흐름과 향류흐름의 장점을 병합

                      열에 의한 제품의 손상을 최소화

   4) 분리/배출

      → cyclone을 사용하여 최종제품을 분리

 

6. 적용분야

   1) 식품분야

     분유, 전분, 포도당, 간장, 된장, 계란, 커피, 홍차, 녹차, 마이크로캡슐 등

   2) 의약품

     penicillin, 항생물질, Vitamin, 혈액, 농약 등