I. Prinsip Kerja Pengeringan Semprot
Pengeringan semprot adalah proses di mana alat penyemprot mendispersikan umpan cair menjadi tetesan halus, dan pelarut menguap dengan cepat dalam media pengering panas untuk membentuk bubuk kering. Secara umum, pengeringan semprot terdiri dari empat tahap: a) atomisasi umpan cair; b) kontak dan pencampuran kabut dengan media pengering panas; c) penguapan dan pengeringan tetesan; d) pemisahan produk kering dari media pengering.
Cairan bahan baku dapat berupa larutan, emulsi, atau suspensi, atau dapat berupa cairan cair atau pasta—bentuk cairan apa pun yang dapat dipompa. Produk dapat berupa bubuk, butiran, bola berongga, atau aglomerat.
II. Pengering Semprot Umum Pengering semprot menggunakan alat pengering semprot untuk mengatomisasi cairan encer (seperti larutan dengan kadar air 75%-85% atau lebih tinggi) menjadi tetesan, menyebarkannya dalam aliran udara panas. Hal ini menyebabkan uap air menguap dengan cepat, menghasilkan produk padat. Waktu pengeringan umumnya hanya beberapa detik hingga puluhan detik. Alat penyemprot adalah komponen kunci dari pengeringan semprot, terutama penyemprot sentrifugal, bertekanan, dan aliran udara.
1. Pengering Semprot Bertekanan Pengering semprot bertekanan menggunakan tekanan 2-20 MPa untuk mengatomisasi cairan yang telah disaring menjadi tetesan kecil. Tetesan yang diatomisasi ini (dengan luas permukaan yang meningkat secara signifikan) bersentuhan penuh dengan udara panas, dengan cepat menyelesaikan proses pengeringan dalam waktu 10-30 detik. Bubuk atau butiran halus yang dihasilkan kemudian dipisahkan.
2. Pengering Semprot Sentrifugal Udara melewati filter dan pemanas, memasuki distributor udara di bagian atas pengering semprot sentrifugal. Udara panas masuk ke pengering secara merata dalam pola spiral. Cairan umpan dipompa dari tangki umpan melalui filter ke alat penyemprot sentrifugal di bagian atas pengering, di mana cairan tersebut disemprotkan menjadi tetesan yang sangat kecil. Cairan umpan dan udara panas mengalir secara paralel, menyebabkan penguapan kelembapan yang cepat dan pengeringan produk jadi dalam waktu yang sangat singkat. Produk jadi dikeluarkan dari bagian bawah menara pengering dan pemisah siklon, sementara gas buang dikeluarkan oleh kipas.
3. Pengering Semprot Aliran Udara
Jenis pengering ini terutama menggunakan penyemprotan udara atau uap air berkecepatan tinggi dari nosel. Gesekan memaksa cairan umpan menjadi tetesan halus, memungkinkan cairan tersebut bersentuhan dengan udara panas untuk pertukaran panas. Seluruh proses memakan waktu kurang dari setengah menit. Pengering ini sangat efektif untuk material yang sangat kental dan mudah dioperasikan.
III. Area Aplikasi Pengering Semprot
1. Pengeringan Semprot untuk Granulasi Keramik Khusus
Pembentukan badan hijau sebelum sintering material keramik secara langsung memengaruhi kinerja produk jadi. Karakteristik bubuk sangat memengaruhi keseragaman benda mentah dan kepadatan setelah pengepresan kering. Teknologi granulasi semprot banyak digunakan dalam pembuatan bubuk keramik khusus. Penyemprotan bertekanan umumnya digunakan untuk menggranulasi bubuk keramik khusus. Di bawah kondisi proses yang sesuai, bubuk yang dihasilkan menunjukkan homogenitas kimia yang baik, kehalusan tinggi, kemampuan mengalir yang baik, dan kepadatan pemadatan yang tinggi, sehingga cocok untuk proses pengepresan kering atau pengepresan isostatik.
2. Aplikasi Pengeringan Semprot pada Material Katoda Lithium Besi Fosfat (LiFePO4) untuk Baterai Lithium-ion
Baterai lithium-ion terutama terdiri dari material katoda, material anoda, elektrolit, dan pemisah. Biaya dan kinerja material katoda membatasi pengembangan baterai lithium-ion; oleh karena itu, penelitian dan pengembangan material katoda sangat penting untuk mendorong kemajuan teknologi dalam baterai lithium-ion. Saat ini, material katoda utama di Tiongkok meliputi lithium kobalt oksida, lithium nikel oksida, lithium besi fosfat, dan material terner. Di antara berbagai jenis katoda, litium besi fosfat memiliki keunggulan seperti keamanan yang baik, masa pakai siklus yang panjang, stabilitas termal yang baik, ketersediaan bahan baku yang luas, dan harga yang rendah, tetapi memiliki kelemahan berupa densitas curah yang rendah dan konduktivitas suhu rendah yang buruk.
Proses persiapan sederhana material katoda litium besi fosfat/C: LiOH dan FePO4 ditambahkan ke dalam wadah penggiling bola dengan air murni. Setelah penggilingan bola, sejumlah sumber karbon ditambahkan. Setelah 3 jam penggilingan bola, bubur dikeluarkan dan dikeringkan dengan semprotan dalam pengering semprot. Pengeringan semprot dilakukan pada suhu masuk dan keluar tertentu (masuk 200-250℃, keluar <100℃). Setelah pengeringan, material pertama-tama dikalsinasi pada suhu rendah selama 2 jam dalam tungku atmosfer, dan kemudian dikalsinasi pada suhu tinggi selama 6 jam untuk mendapatkan material katoda LiFePO4/C.
Percobaan menunjukkan bahwa tahap pengeringan semprot memberikan bentuk bulat yang baik pada bahan prekursor sebelum sintering, dengan ukuran partikel 20-20 mikrometer. Dalam kondisi pengeringan semprot, komposisi kimia material relatif seragam. Selama kalsinasi, tidak terjadi perubahan fase padat antara partikel bulat, dan produksi butiran LiFePO4/C terbatas pada satu partikel bulat, sehingga menghasilkan butiran LiFePO4/C yang kecil. Butiran halus ini bermanfaat untuk sifat listrik LiFePO4/C.
3. Pengeringan semprot untuk silika presipitasi (juga dikenal sebagai karbon hitam putih) merupakan bahan baku penguat penting dalam industri karet. Karena mikrostruktur dan morfologi agregasinya mirip dengan karbon hitam, dan memiliki sifat penguat yang serupa dalam karet, maka disebut karbon hitam putih. Ada dua metode utama untuk menghasilkan silika presipitasi: pengeringan fase gas dan pengeringan presipitasi. Pengeringan fase gas menghasilkan produk dengan kemurnian tinggi dan kinerja tinggi, tetapi mengkonsumsi banyak energi, secara teknis menantang, dan mahal.
Sebaliknya, pengeringan presipitasi adalah metode yang matang, sederhana, dan hemat biaya. Namun, selama proses pengeringan dan dehidrasi, partikel ultrahalus rentan terhadap aglomerasi, yang memengaruhi kinerja. Studi menunjukkan bahwa pengeringan semprot dapat menghasilkan silika presipitasi dengan dispersi partikel yang seragam, luas permukaan spesifik yang tinggi, dan nilai penyerapan minyak yang tinggi, sesuai dengan kurva pencocokan nilai penyerapan minyak dan luas permukaan spesifik yang direkomendasikan, sehingga cocok sebagai agen penguat untuk ban berkinerja tinggi dan ban berwarna.
4. Aplikasi Pengeringan Semprot dalam Sediaan Farmasi
Pengeringan memainkan peran penting dalam produksi farmasi, terutama dalam pengobatan tradisional Tiongkok. Sediaan yang dikeringkan dengan semprotan memiliki karakteristik sebagai berikut:
a. Keseragaman produk jadi yang baik: Selama pengeringan semprot, cairan farmasi disemprotkan ke dalam dispersi yang diatomisasi di bawah pengadukan terus menerus, mencapai pengeringan instan, sehingga menghasilkan keseragaman yang baik.
b. Produk jadi memiliki daya alir, kelonggaran, dan kelarutan yang baik: Selama pengeringan semprot, air menguap dengan cepat, menghasilkan ukuran partikel kecil, daya alir yang baik, dan pembentukan tablet yang halus; ini juga memastikan dosis yang lebih akurat selama pengemasan fraksinasi. Saat bersentuhan dengan air, air lebih mudah menembus ke dalam partikel, sehingga memudahkan pelarutan obat.
c. Proses produksi yang disederhanakan: Pengeringan semprot memungkinkan konsentrasi dan pengeringan satu langkah, dan waktu pengeringan relatif singkat, yang bermanfaat untuk menjaga khasiat obat yang sensitif terhadap panas.
d. Produksi yang bersih: Lingkungan semprot tertutup menghilangkan kontaminasi bakteri pada obat dan mengurangi polusi debu di bengkel.
Produk obat tradisional Tiongkok membutuhkan kebersihan yang tinggi dan oleh karena itu sering menggunakan beberapa pembersih udara; oleh karena itu, pengeringan semprot sangat cocok untuk proses pengeringan dalam pembuatan obat tradisional Tiongkok.