स्प्रे ड्रायर के आम प्रकार और इस्तेमाल

I. स्प्रे ड्राइंग का वर्किंग प्रिंसिपल

स्प्रे ड्राइंग एक ऐसा प्रोसेस है जिसमें एटमाइज़र लिक्विड फीड को बारीक बूंदों में फैलाते हैं, और सॉल्वेंट गर्म ड्राइंग मीडियम में तेज़ी से इवैपोरेट होकर सूखा पाउडर बनाता है। आम तौर पर, स्प्रे ड्राइंग में चार स्टेज होते हैं: a) लिक्विड फीड का एटमाइज़ेशन; b) मिस्ट का गर्म ड्राइंग मीडियम के साथ कॉन्टैक्ट और मिक्स होना; c) बूंदों का इवैपोरेशन और ड्राइंग; d) सूखे प्रोडक्ट को ड्राइंग मीडियम से अलग करना।

रॉ मटेरियल लिक्विड एक सॉल्यूशन, इमल्शन, या सस्पेंशन हो सकता है, या यह पिघला हुआ लिक्विड या पेस्ट हो सकता है—कोई भी लिक्विड फॉर्म जिसे पंप किया जा सके। प्रोडक्ट पाउडर, दाने, खोखले गोले या ढेर हो सकते हैं।

II. आम स्प्रे ड्रायर स्प्रे ड्रायर एक स्प्रे ड्रायर का इस्तेमाल करके पतले लिक्विड (जैसे 75%-85% या उससे ज़्यादा पानी वाला सॉल्यूशन) को बूंदों में बदल देते हैं, और उन्हें गर्म हवा की धारा में फैला देते हैं। इससे नमी तेज़ी से उड़ जाती है, जिससे एक ठोस प्रोडक्ट बनता है। सूखने में आम तौर पर कुछ सेकंड से लेकर दस सेकंड तक का समय लगता है। स्प्रेयर स्प्रे ड्राइंग का मुख्य हिस्सा है, खासकर सेंट्रीफ्यूगल, प्रेशर और एयरफ्लो स्प्रेयर।

1. प्रेशर स्प्रे ड्रायर एक प्रेशर स्प्रे ड्रायर फिल्टर किए गए लिक्विड को छोटी बूंदों में बदलने के लिए 2-20 MPa का इस्तेमाल करता है। ये एटमाइज़्ड बूंदें (जिनका सरफेस एरिया काफी बढ़ा हुआ होता है) गर्म हवा के पूरे संपर्क में आती हैं, और 10-30 सेकंड में तेज़ी से सूखने का प्रोसेस पूरा कर लेती हैं। इसके बाद बनने वाले पाउडर या बारीक दानों को अलग कर दिया जाता है।

2. सेंट्रीफ्यूगल स्प्रे ड्रायर हवा एक फिल्टर और हीटर से गुज़रती है, और सेंट्रीफ्यूगल स्प्रे ड्रायर के ऊपर एयर डिस्ट्रीब्यूटर में जाती है। गर्म हवा ड्रायर में एक जैसे स्पाइरल पैटर्न में अंदर जाती है। फीड लिक्विड को फीड टैंक से एक फिल्टर के ज़रिए ड्रायर के ऊपर सेंट्रीफ्यूगल एटमाइज़र में पंप किया जाता है, जहाँ इसे बहुत छोटी बूंदों में स्प्रे किया जाता है। फीड लिक्विड और गर्म हवा एक साथ बहती हैं, जिससे नमी तेज़ी से इवैपोरेट होती है और बहुत कम समय में तैयार प्रोडक्ट सूख जाता है। तैयार प्रोडक्ट को ड्राइंग टावर और साइक्लोन सेपरेटर के नीचे से डिस्चार्ज किया जाता है, जबकि एग्जॉस्ट गैस को एक पंखे से डिस्चार्ज किया जाता है।

3. एयरफ्लो स्प्रे ड्रायर

इस तरह के ड्रायर में मुख्य रूप से नोजल से हवा या पानी की भाप का तेज़ स्प्रे होता है। फ्रिक्शन फीड लिक्विड को छोटी बूंदों में बदल देता है, जिससे यह हीट एक्सचेंज के लिए गर्म हवा के संपर्क में आ पाता है। इस पूरे प्रोसेस में आधे मिनट से भी कम समय लगता है। यह बहुत चिपचिपे मटीरियल के लिए बहुत असरदार है और इसे चलाना आसान है।

III. स्प्रे ड्रायर के इस्तेमाल की जगहें

1. स्पेशल सिरेमिक ग्रेनुलेशन के लिए स्प्रे ड्राइंग

सिरेमिक मटीरियल को सिंटरिंग करने से पहले ग्रीन बॉडी बनाना सीधे तौर पर तैयार प्रोडक्ट की परफॉर्मेंस पर असर डालता है। पाउडर की खासियतें ग्रीन बॉडी की एक जैसी बनावट और ड्राई प्रेसिंग के बाद डेंसिटी पर बहुत असर डालती हैं। स्प्रे ग्रेनुलेशन टेक्नोलॉजी का इस्तेमाल स्पेशल सिरेमिक पाउडर बनाने में बहुत ज़्यादा होता है। प्रेशर स्प्रेइंग का इस्तेमाल आमतौर पर स्पेशल सिरेमिक पाउडर को ग्रेनुलेट करने के लिए किया जाता है। सही प्रोसेस कंडीशन में, तैयार पाउडर में अच्छी केमिकल एकरूपता, हाई फाइननेस, अच्छी फ्लोएबिलिटी और हाई कॉम्पैक्शन डेंसिटी होती है, जो इसे ड्राई प्रेसिंग या आइसोस्टैटिक प्रेसिंग प्रोसेस के लिए सही बनाती है।

2. लिथियम-आयन बैटरी के लिए लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO4) कैथोड मटीरियल में स्प्रे ड्राइंग का इस्तेमाल

लिथियम-आयन बैटरी में मुख्य रूप से कैथोड मटीरियल, एनोड मटीरियल, इलेक्ट्रोलाइट्स और सेपरेटर होते हैं। कैथोड मटीरियल की कीमत और परफॉर्मेंस लिथियम-आयन बैटरी के डेवलपमेंट में रुकावट डालते हैं; इसलिए, लिथियम-आयन बैटरी में टेक्नोलॉजिकल तरक्की के लिए कैथोड मटीरियल की रिसर्च और डेवलपमेंट बहुत ज़रूरी है। अभी, चीन में मुख्य कैथोड मटीरियल में लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड, लिथियम निकल ऑक्साइड, लिथियम आयरन फॉस्फेट और टर्नरी मटीरियल शामिल हैं। इनमें से, लिथियम आयरन फॉस्फेट के फायदे हैं जैसे अच्छी सेफ्टी, लंबी साइकिल लाइफ, अच्छी थर्मल स्टेबिलिटी, कच्चे माल की आसानी से उपलब्धता और कम कीमत, लेकिन इसमें कम टैप डेंसिटी और खराब लो-टेम्परेचर कंडक्टिविटी की दिक्कत है।

लिथियम आयरन फॉस्फेट/C कैथोड मटीरियल बनाने का आसान तरीका: LiOH और FePO4 को शुद्ध पानी के साथ बॉल मिल जार में मिलाया जाता है। बॉल मिलिंग के बाद, थोड़ी मात्रा में कार्बन सोर्स मिलाया जाता है। 3 घंटे की बॉल मिलिंग के बाद, स्लरी को हटा दिया जाता है और स्प्रे ड्रायर में स्प्रे-ड्राई किया जाता है। स्प्रे ड्राइंग खास इनलेट और आउटलेट टेम्परेचर (इनलेट 200-250℃, आउटलेट <100℃) पर की जाती है। सुखाने के बाद, मटीरियल को पहले एटमॉस्फियर फर्नेस में 2 घंटे के लिए कम टेम्परेचर पर कैल्साइन किया जाता है, और फिर LiFePO4/C कैथोड मटीरियल पाने के लिए 6 घंटे के लिए हाई टेम्परेचर पर कैल्साइन किया जाता है।

एक्सपेरिमेंट से पता चलता है कि स्प्रे ड्राइंग स्टेप सिंटरिंग से पहले प्रीकर्सर मटीरियल को अच्छी स्फेरिसिटी देता है, जिसका पार्टिकल साइज़ 20-20 माइक्रोमीटर होता है। स्प्रे ड्राइंग कंडीशन में, मटीरियल का केमिकल कंपोजिशन काफी हद तक एक जैसा होता है। कैल्साइनेशन के दौरान, स्फेरिकल पार्टिकल के बीच कोई सॉलिड-फेज चेंज नहीं होता है, और LiFePO4/C का ग्रेन प्रोडक्शन एक सिंगल स्फेरिकल पार्टिकल तक ही सीमित रहता है, जिससे छोटे LiFePO4/C ग्रेन मिलते हैं। ये बारीक ग्रेन LiFePO4/C की इलेक्ट्रिकल प्रॉपर्टीज़ के लिए फायदेमंद होते हैं।

3. प्रेसिपिटेटेड सिलिका (जिसे व्हाइट कार्बन ब्लैक भी कहा जाता है) के लिए स्प्रे ड्राइंग रबर इंडस्ट्री में एक ज़रूरी रीइन्फोर्सिंग रॉ मटीरियल है। क्योंकि इसका माइक्रोस्ट्रक्चर और एग्रीगेशन मॉर्फोलॉजी कार्बन ब्लैक जैसा होता है, और रबर में भी इसकी मज़बूती देने वाली प्रॉपर्टीज़ होती हैं, इसलिए इसे व्हाइट कार्बन ब्लैक कहा जाता है। प्रेसिपिटेटेड सिलिका बनाने के दो मुख्य तरीके हैं: गैस-फ़ेज़ ड्राइंग और प्रेसिपिटेशन ड्राइंग। गैस-फ़ेज़ ड्राइंग से हाई-प्योरिटी, हाई-परफ़ॉर्मेंस वाले प्रोडक्ट बनते हैं, लेकिन इसमें बहुत ज़्यादा एनर्जी लगती है, यह टेक्निकली मुश्किल है, और महंगा है।

इसके उलट, प्रेसिपिटेशन ड्राइंग एक मैच्योर, आसान और सस्ता तरीका है। हालांकि, ड्राइंग और डिहाइड्रेशन प्रोसेस के दौरान, बहुत छोटे पार्टिकल्स के जमा होने का खतरा रहता है, जिससे परफ़ॉर्मेंस पर असर पड़ता है। स्टडीज़ से पता चला है कि स्प्रे ड्राइंग से एक जैसा पार्टिकल डिस्पर्शन, हाई स्पेसिफ़िक सरफ़ेस एरिया, और हाई ऑयल एब्ज़ॉर्प्शन वैल्यू वाला प्रेसिपिटेटेड सिलिका बन सकता है, जो रिकमेंडेड ऑयल एब्ज़ॉर्प्शन वैल्यू और स्पेसिफ़िक सरफ़ेस एरिया मैचिंग कर्व्स के हिसाब से होता है, जिससे यह हाई-परफ़ॉर्मेंस टायरों और रंगीन टायरों के लिए एक मज़बूती देने वाले एजेंट के तौर पर सही है।

4. फ़ार्मास्यूटिकल तैयारियों में स्प्रे ड्राइंग का इस्तेमाल

फ़ार्मास्यूटिकल प्रोडक्शन में, खासकर पारंपरिक चीनी दवा में, ड्राइंग एक ज़रूरी भूमिका निभाती है। स्प्रे-ड्राइड तैयारियों की ये खासियतें होती हैं:

a. तैयार प्रोडक्ट का एक जैसा होना: स्प्रे ड्राइंग के दौरान, दवा के लिक्विड को लगातार हिलाते हुए एक एटमाइज़्ड डिस्पर्शन में स्प्रे किया जाता है, जिससे तुरंत सूख जाता है, जिससे अच्छी एक जैसी बनावट मिलती है।

b. तैयार प्रोडक्ट का अच्छा फ्लोएबिलिटी, ढीलापन और घुलनशीलता: स्प्रे ड्राइंग के दौरान, पानी तेज़ी से भाप बन जाता है, जिससे पार्टिकल साइज़ छोटा होता है, फ्लोएबिलिटी अच्छी होती है, और टैबलेट आसानी से बनते हैं; इससे फ्रैक्शनेशन पैकेजिंग के दौरान ज़्यादा सही डोज़ भी मिलती है। पानी के संपर्क में आने पर, यह पार्टिकल के अंदर ज़्यादा आसानी से घुस जाता है, जिससे दवा घुलने में आसानी होती है।

c. आसान प्रोडक्शन प्रोसेस: स्प्रे ड्राइंग से एक-स्टेप कंसंट्रेशन और ड्राइंग हो पाती है, और ड्राइंग का समय काफ़ी कम होता है, जो हीट-सेंसिटिव दवाओं का असर बनाए रखने के लिए फ़ायदेमंद है।

d. साफ़ प्रोडक्शन: बंद स्प्रे वाला माहौल दवा के बैक्टीरियल कंटैमिनेशन को खत्म करता है और वर्कशॉप में धूल के प्रदूषण को कम करता है।

पारंपरिक चीनी दवा के प्रोडक्ट्स में बहुत सफ़ाई की ज़रूरत होती है और इसलिए अक्सर कई एयर प्यूरीफायर इस्तेमाल किए जाते हैं; इसलिए, पारंपरिक चीनी दवा बनाने में सुखाने की प्रक्रिया के लिए स्प्रे ड्राइंग बहुत उपयुक्त है।