CN101340957B - 喷雾干燥机的空气扩散器及设计空气扩散器的方法 - Google Patents

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Abstract

空气扩散器(1)包括：进气口(2)；限定配备有一个或多个雾化装置(4)的空气出口区域的筒管(3)；外壁(7)；以及由筒管壁(9)和空气扩散器的外壁(7)限定的空间(8)。空间(8)中具有多个沿轴向基本竖直设置，且基本设置在筒管壁(9)和空气扩散器的外壁(7)之间的半径上的导流片(10a-10h)。导流片中的至少一个(10e)从筒管壁(9)沿朝向空气扩散器的外壁(7)的方向覆盖整个半径的至少90％，其余的所述导流片沿筒管(3)的周向分布在半径上。

Description

喷雾干燥机的空气扩散器及设计空气扩散器的方法
技术领域
本发明涉及一种喷雾干燥机的空气扩散器，包括：进气口；限定配备有一个或多个雾化装置的空气出口区域的筒管，所述筒管具有限定轴向的纵向轴线和基本上垂直于所述轴向的径向；外壁；以及由筒管壁和空气扩散器的外壁限定的空间，所述空间中具有多个导流片。另外，本发明还涉及一种设计空气扩散器的方法。
背景技术
为了对要雾化的液体进行更均匀的干燥，喷雾干燥机内必须包含空气扩散器。干燥用空气通过配备有一个或多个喷嘴的筒管与要雾化的液体接触，液体从筒管中流过。干燥用空气从空气扩散器进入筒管。因此，目的是获得干燥用空气在空气扩散器中的均匀的分布，以使空气在筒管里均匀且对称地向下流动，并进一步进入喷雾干燥机的干燥室。
在已知的空气扩散器中，可能难以使干燥用空气均匀且对称地流动。这些困难常常是源于干燥用空气的供应管上游的结构，但也可能是源于空气扩散器的设计。如果干燥用空气在空气扩散器中的分布不均匀，那么在干燥用空气和要雾化的液体汇集的位置，干燥用空气的流将不会均匀地分布。因此，将执行非均匀的干燥过程，导致例如干燥室内壁上形成沉积，生产出低品质的产品和生产能力的下降。
为了改善空气扩散器中干燥用空气的分布，很多年前就已经知道将导流片结合到空气扩散器里。例如在专利文献US4,227,896(Niro)中描述了一种用于向雾化室供应处理用气体的气体分布装置，所述装置包括两个彼此相对设置的叶片组，以获得干燥用空气更均匀的向下的流动。但是这种设计是针对旋流。
作为可替换的方案，穿孔板已经被引入这种空气扩散器中(如参见专利文献FR 1.289.871(Niro))，以避免气流中产生紊流，从而获得更均匀的空气分布。但是，这种穿孔板的使用已经显示出在保持穿孔板的清洁方面造成困难。尤其是当喷雾干燥机被用在食品或制药工业中时，产品卫生方面的设计非常重要。
发明内容
本发明的目的是，通过使干燥用空气基本上对称地流动，来提供一种具有改良性能的用于喷雾干燥机的空气扩散器。
在本发明的一方面，通过为上文所提及类型的喷雾干燥机提供空气扩散器来实现所述目的，该空气扩散器的特征还在于，至少一个导流片从筒管壁沿朝向空气扩散器的外壁的方向覆盖整个半径的至少90％，其余的导流片沿筒管的周向分布在半径上。
按照由本发明提供的将多个导流片结合到空气扩散器中的方式，导流片分配引入的干燥用空气。以最佳的方式这么做，又会避免在干燥室的壁内侧上产生沉积，也能显著改善干燥能力和干燥经济性。此外，作为导流片的该设计的结果，所述导流片和整个空气扩散器很容易保持清洁，因此，这种设计非常适合用在食品工业和制药工业中。另外，该空气扩散器中的压降要低于现有的空气扩散器中的压降，因此，与现有的空气扩散器相比，明显降低了能量的消耗。
这里使用的术语“空气扩散器”意思是供应喷雾干燥机中要使用的干燥用气体的任何扩散器。技术人员应知道，当要雾化的液体是水溶液时，经常使用空气作为干燥用气体，而当要雾化的液体是非水溶液时，更可能使用惰性气体作为干燥用气体。因此，术语“干燥用空气”涵盖可以使用在喷雾干燥工艺中的所有类型的干燥用气体。另外，术语“喷雾干燥”应解释为含有包括进料的干燥、冷却和调节的任何工艺。
优选地，导流片以任意两个相邻导流片之间的弯筒管壁的长度基本上相等的方式彼此间隔开。当目标是获得筒管中干燥用空气的均匀且对称的向下流动时，导流片的这种对称分布已经显示出能提供空气扩散器的最佳性能。当然，在某些设计中可以改变导流片之间的距离。
在本发明的一个实施例中，每个导流片的形状基本是平的，而在本发明的另一实施例中，每个导流片的形状在轴向和/或径向上是弯曲的。在给出的方案中，优选的形状取决于空气扩散器的其它设计，例如干燥用空气的供应管的设计。
干燥用空气可以以不同方式进入空气扩散器。因此，干燥用空气可以例如径向地提供、切向地提供、或从空气扩散器的顶部沿向下的方向提供。
在空气扩散器的一种设计中，空气扩散器中的进气口是径向进气口。在这种空气扩散器中，导流片的数量介于3-20个之间，优选地是5-12个。在空气扩散器中可以有或没有设置在进气口处的导流片。因此，当没有设置在进气口处的导流片时，其余的导流片仅仅设置在离进气口10°-350°之间的范围内。
各个导流片的尺寸取决于空气扩散器的设计、以及为了获得可接受的干燥所需要的气流。因此，在一个优选实施例中，与进气口相对的导流片从筒管壁沿朝向空气扩散器的外壁的方向至少覆盖整个半径的90％。在另一个优选实施例中，与进气口相对的导流片基本上覆盖筒管壁与空气扩散器的外壁之间的整个半径。但是，与进气口相对的导流片可以覆盖半径的90％到整个半径之间的任何半径长度。该导流片的目的是防止引入空气的旋转。
在又一优选实施例中，导流片的尺寸这样增加：最靠近进气口的导流片是覆盖筒管壁和空气扩散器的外壁之间的半径的最小部分的最小的导流片，与进气口相对的导流片是覆盖筒管壁和空气扩散器的外壁之间的半径的绝大部分的最大的导流片。在进气口处没有导流片的情况下，最靠近进气口的两个导流片是最小的导流片。或者，最靠近进气口的两个导流片中只有一个是最小的。在导流片的位置和尺寸方面，在最优选的实施例中，导流片定位成相对于从进气口到与该进气口相对的导流片看过去的竖直面对称。
在空气扩散器的另一种设计中，进气口是切向进气口。在这种设计中，导流片优选的数量介于4-30个，优选12-24个。此外，在这种设计中，从筒管壁沿朝向空气扩散器的外壁的方向覆盖整个半径的至少90％的导流片是定位在离进气口大约360°处的导流片。在另一优选实施例中，定位在离进气口大约360°处的导流片覆盖筒管壁与空气扩散器的外壁之间的整个半径。
各个导流片的尺寸可以根据空气扩散器的设计而变化。但是在优选实施例中，导流片以这样一种方式增加尺寸，即，从进气口进来的空气首先遇到覆盖筒管壁和空气扩散器的外壁之间的半径的最小部分的最小的导流片，定位在离进气口大约360°处的覆盖筒管壁和空气扩散器的外壁之间的半径的绝大部分的导流片是最大的导流片。当目标是获得筒管中干燥用空气的均匀且对称的向下流动时，导流片的这种定位已经显示出能提供空气扩散器的最佳性能。
与进气口的位置无关地，在又一个优选实施例中，除了一个基本覆盖整个半径的导流片外，每个导流片的尺寸是相同的。导流片之间的距离可以相同也可以不同。
当执行喷雾干燥工艺时，筒管里的干燥用空气的轴向速度范围可以是1-60m/s。而且轴向速度的归一化标准偏差(normalized standard deviation)小于8％，优选小于6％。
本发明的另一方面提供了一种设计空气扩散器的方法。这种方法包括以下步骤：
在空气扩散器的确定的设计中选择导流片的数量；
在空气扩散器的确定的设计中选择各个导流片的尺寸；
选择各个导流片的位置。
技术人员应知道，当考虑上游管道系统和流动、根据本发明来确定空气扩散器的设计的最佳方式时，可以使用任何类型的计算流体力学程序(CFD程序)作为辅助手段。作为适于使用在本发明中的这种计算流体力学程序的例子，可以提及FLUENT。
而且，在根据本发明的方法的优选实施例中，在加工定型的导流片并将其焊接到空气扩散器中之前，可通过使用可调的导流片来改变各个导流片的尺寸，以进行试验。
附图说明
图1示出了用于喷雾干燥机的空气扩散器的平面图，该空气扩散器具有径向进气口和本发明第一实施例中的导流片的布置；
图2示出了图1所示的空气扩散器的侧视图；
图3示出了用于喷雾干燥机的空气扩散器的平面图，该空气扩散器具有切向进气口和本发明第二实施例中的导流片的布置；
图4示出了图3所示的空气扩散器的侧视图。
具体实施方式
图1和2示出了用于喷雾干燥机(未示出)的空气扩散器1的一个优选实施例，包括作为径向进气口的进气口2(箭头2a示出了流动方向)、限定配备有八个喷嘴4的空气出口区域的筒管3，所述筒管具有限定轴向5的纵向轴线以及基本垂直于所述轴向延伸的径向6。空气扩散器1具有外壁7和由筒管壁9与空气扩散器的外壁7限定的空间8，在示出的实施例中，所述空间中具有八个导流片10(用10a至10h表示)。在图1示出的空气扩散器中，导流片沿轴向基本竖直地定位，且基本定位在筒管壁9和空气扩散器的外壁7之间的半径上。在图1示出的实施例中，导流片中的一个10e覆盖筒管壁和空气扩散器的外壁之间的整个半径，其余的导流片沿筒管的周向分布在半径上。最后，空气扩散器1具有用于使微粒返回到干燥室里的筒管11。如果包括多于一个的喷嘴，则筒管3可以由多个环绕各个喷嘴的筒管组成。空气扩散器1安装在喷雾干燥机的干燥室的顶板上。根据干燥室的尺寸，可以在干燥室的顶板上安装多于一个的这种空气扩散器，例如三个。
在图1所示的实施例中，空气扩散器的导流片以任意两个相邻导流片10h和10a之间的弯筒管壁9的长度a基本上相等的方式彼此间隔开。在图1所示的实施例中，每个导流片10a-10h的形状基本是平的。
最好参见图1，导流片的尺寸这样增加，即：最靠近进气口2的导流片10a是覆盖筒管壁9和空气扩散器的外壁7之间的半径的最小部分的最小的导流片，定位成与进气口2相对的导流片10e是覆盖筒管壁9和空气扩散器的外壁7之间的整个半径的最大的导流片。在导流片的位置和尺寸方面，导流片定位成相对于从进气口2到与该进气口相对的导流片10e看过去的竖直面对称。
图3和4示出了用于喷雾干燥机的空气扩散器101的另一优选实施例，包括作为切向进气口的进气口102、限定配备有旋转雾化器112的空气出口区域的筒管103，所述筒管具有限定轴向105的纵向轴线以及基本垂直于所述轴向的径向106。空气扩散器101具有外壁107和由筒管壁109与空气扩散器的外壁107限定的空间108，所述空间中具有十二个导流片110(用110a至110l表示)。在图3示出的空气扩散器中，导流片沿轴向基本竖直地定位，且基本定位在筒管壁109和空气扩散器的外壁107之间的半径上。在图3示出的实施例中，导流片中的一个110l覆盖筒管壁109和空气扩散器的外壁107之间的整个半径，其余的导流片沿筒管壁109的周向分布在半径上。空气扩散器101例如通过凸缘111安装在喷雾干燥机的干燥室的顶板上。与第一实施例相同，在干燥室里可以有多于一个的空气扩散器。
图3中示出的空气扩散器包括十二个不同尺寸的导流片，每个导流片的形状基本是平的。在图3的实施例中，导流片以任意两个相邻导流片之间的弯筒管壁的长度基本上相同的方式彼此间隔开。一个导流片(110l)覆盖筒管壁和空气扩散器的外壁之间的整个半径。这是设置在离进气口大约360°处的导流片。在图3中非常清楚地示出，这个导流片110l在进气口102与外壁107交叉的位置固定在外壁107上。这样，空气能在空间108中沿逆时针方向流动，直到最终遇到覆盖整个半径的导流片110l，但不能进一步旋转。其余的导流片以这样一种方式增加尺寸，即，从进气口进来的空气首先遇到覆盖筒管壁和空气扩散器的外壁之间的半径的最小部分的最小的导流片，设置在离进气口大约360°处覆盖筒管壁和空气扩散器的外壁之间的半径的绝大部分的导流片是最大的导流片。
应当理解的是，这里作为径向或切向示出的任何类型的干燥用空气的进口，可以结合任何相应的雾化装置以雾化进料。这里示出的是喷嘴装置和旋转雾化盘。本领域技术人员可在喷嘴装置例如压力喷嘴和双流体喷嘴、旋转雾化器、或其它雾滴发生装置例如使用超声波或单雾滴发生器的雾滴发生装置之间进行选择。
对于上文详细描述的两个实施例中的任何一个来说，筒管里的干燥用空气的轴向速度的范围是1-60m/s，而且轴向速度的归一化标准偏差小于8％，优选小于6％。
不应该认为本发明只限于示出的实施例和上文的描述，而是可以对特征进行各种改变和组合而不脱离下面的权利要求的范围。

Claims (24)

1.一种喷雾干燥机的空气扩散器，包括：进气口；限定配备有一个或多个雾化装置的空气出口区域的筒管，所述筒管具有限定轴向的纵向轴线和基本上垂直于所述轴向的径向；外壁；以及由筒管壁和空气扩散器的外壁限定的空间，所述空间中具有多个导流片，其特征在于，导流片沿轴向基本竖直地定位，且基本定位在筒管壁和空气扩散器的外壁之间的半径上；所述导流片中的至少一个从筒管壁沿朝向空气扩散器的外壁的方向覆盖整个半径的至少90％，其余的导流片沿筒管的周向分布在半径上。
2.如权利要求1所述的空气扩散器，其特征在于，导流片以任意两个相邻导流片之间的弯筒管壁的长度基本上相等的方式彼此间隔开。
3.如权利要求1或2中任一项所述的空气扩散器，其特征在于，各个导流片的形状基本是平的。
4.如权利要求1或2中任一项所述的空气扩散器，其特征在于，各个导流片沿轴向和/或径向是弯曲的。
5.如权利要求1所述的空气扩散器，其特征在于，进气口是径向进气口。
6.如权利要求5所述的空气扩散器，其特征在于，导流片的数量介于3-20个。
7.如权利要求6所述的空气扩散器，其特征在于，导流片的数量介于5-12个。
8.如权利要求5-7中任一项所述的空气扩散器，其特征在于，导流片仅设置在离进气口10°-350°之间的范围内。
9.如权利要求5-7中任一项所述的空气扩散器，其特征在于，与进气口相对的导流片从筒管壁沿朝向空气扩散器的外壁的方向覆盖整个半径的至少90％。
10.如权利要求5-7中任一项所述的空气扩散器，其特征在于，与进气口相对的导流片基本上覆盖筒管壁和空气扩散器的外壁之间的整个半径。
11.如权利要求5-7中任一项所述的空气扩散器，其特征在于，导流片的尺寸这样增加：最靠近进气口的导流片是覆盖筒管壁和空气扩散器的外壁之间的半径的最小部分的最小的导流片，与进气口相对的导流片是覆盖筒管壁和空气扩散器的外壁之间的半径的绝大部分的最大的导流片。
12.如权利要求5-7中任一项所述的空气扩散器，其特征在于，导流片定位成相对于从进气口到与该进气口相对的导流片看过去的竖直面对称。
13.如权利要求1所述的空气扩散器，其特征在于，进气口是切向进气口。
14.如权利要求13所述的空气扩散器，其特征在于，导流片数量介于4-30个。
15.如权利要求14所述的空气扩散器，其特征在于，导流片数量介于12-24个。
16.如权利要求13-15中任一项所述的空气扩散器，其特征在于，从筒管壁沿朝向空气扩散器的外壁的方向覆盖整个半径的至少90％的导流片是定位在离进气口大约360°处的导流片。
17.如权利要求13-15中任一项所述的空气扩散器，其特征在于，定位在离进气口大约360°处的导流片覆盖筒管壁和空气扩散器的外壁之间的整个半径。
18.如权利要求13-15中任一项所述的空气扩散器，其特征在于，导流片的尺寸增加成使得从进气口进来的空气首先遇到覆盖筒管壁和空气扩散器的外壁之间的半径的最小部分的最小的导流片，定位在离进气口大约360°处的导流片是覆盖筒管壁和空气扩散器的外壁之间的半径的绝大部分的最大的导流片。
19.如权利要求1-2和13-15中任一项所述的空气扩散器，其特征在于，除了一个导流片外，各个导流片的尺寸相同。
20.如权利要求1所述的空气扩散器，其特征在于，筒管里的干燥用空气的轴向速度在1-60m/s范围内。
21.如权利要求20所述的空气扩散器，其特征在于，轴向速度的归一化标准偏差小于8％。
22.如权利要求21所述的空气扩散器，其特征在于，轴向速度的归一化标准偏差小于6％。
23.一种设计如权利要求1-22中任一项所述的空气扩散器的方法，包括以下步骤：
在空气扩散器的确定的设计中选择导流片的数量；
在空气扩散器的确定的设计中选择各个导流片的尺寸；
选择各个导流片的位置，其中，用计算流体力学程序模拟所述步骤。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，在加工定型的导流片并将其焊接到空气扩散器中之前，通过使用可调的导流片来改变各个导流片的尺寸，以进行试验。
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