CN101823229A - 用于喷射研磨的不平衡湿度控制 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于喷射研磨的不平衡湿度控制，提供了一种用于在喷射研磨工艺中研磨颗粒的方法，该方法包括：将水引入所述工艺中，引入的水的量超过平衡条件中允许的限度，而不产生水凝结激波。本发明提供了一种用于喷射研磨颗粒的方法，其中将水蒸气加入喷射研磨系统中。保持并调节水蒸气的温度、压力和相对湿度，以确保微粉化过程中存在的水蒸气大于平衡条件下允许的限度，但是保持高于其威尔逊点。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2009年2月12日的美国临时申请61/152,047的优先权。
技术领域
本发明涉及用于在喷射研磨操作中制造微粉化材料的改进的方法。更具体地说，本发明涉及在受控的温度、压力和相对湿度下，使用增湿的气体流，以在喷射研磨操作中获得最大的不平衡水分含量，而不产生自发的水凝结激波。
背景技术
喷射研磨是广泛使用的技术，尤其可用于通过微粉化工艺制造细颗粒的制药工业中。许多不同的研磨技术经过多年的发展导致在20世纪30年代至40年代之间出现了第一个喷射磨机。在二战后的年代里，喷射研磨技术被用于各种用途，包括杀虫剂和颜料。喷射研磨的最初的原理是：通过文丘里管系统由加压的空气或氮气将粉末颗粒沿切向送入平坦的圆柱形研磨室中。所述颗粒通过许多围绕该室的周边设置的喷嘴，在所述研磨室内以螺旋移动的方式加速。
微粉化作用通过进入的颗粒与那些业已加速进入螺旋通道中的颗粒之间的碰撞而发生。在离心力保留住在研磨室周边的较大颗粒的同时，较小颗粒从该室的中心与废气一同离开。粒度分布通过调节许多参数来控制，其中两个主要的参数是压力和进料速率。
在喷射研磨操作中，具有约6-12巴(barg)氮气供给压力的超音速喷嘴夹杂含有要研磨的材料的进料气。实际的研磨操作在接近大气压力下在喷嘴的下游处发生，并具有以毫秒计的持续时间。喷射研磨操作的最终出口温度通常为较暖和的温度(约室温)。即，气体在约室温下引入磨中，并在约室温下离开磨。其间，随着气体离开超音速喷嘴(较低的压力和温度)以及随后由喷射研磨操作中释放的能量温暖化，气体将产生显著的温度变化。
据认为：有利的是用增湿的气体(通常是空气或氮气)实施微粉化工艺，以产生在尺寸、稳定性和其它有价值的性能方面最好的颗粒。还认为：有利的是将在微粉化工艺过程中存在的水蒸气的量最大化，而不产生液体凝结。本发明的发明人发现了一种方法，用于将参与微粉化工艺的气体流中存在的非凝结水的量最大化。
发明内容
在本发明的第一个实施方式中，公开了一种用于在喷射研磨工艺中研磨颗粒的方法，该方法包括：以不产生水凝结激波的量将水蒸气引入所述工艺中。
在本发明的另一个实施方式中，公开了一种用于在喷射研磨工艺中研磨颗粒的方法，该方法包括：将水以水蒸气的形式引入所述工艺中而不产生水凝结。
在本发明的另一个实施方式中，公开了一种用于在喷射研磨工艺中研磨颗粒的方法，该方法包括：在保持水蒸气高于威尔逊(Wilson)点的条件下将水蒸气引入所述工艺中。
另外，本发明公开了一种用于将水蒸气引入喷射研磨工艺中的方法，该方法包括：控制所述水蒸气的温度、压力和相对湿度，使得所述水蒸气的温度高于其威尔逊点。
在本发明的另一个实施方式中，公开了一种喷射研磨的方法，该方法包括：将高于威尔逊点的水蒸气引入喷射研磨系统中。
在本发明的方法中，通过一根或多根缩放管供给增湿气体流，来将水蒸气引入喷射研磨操作中。所述水蒸气对喷射研磨工艺的作用将改善最终形成的喷射研磨的颗粒。理想的是：将喷射研磨系统中存在的水蒸气的量最大化，同时避免水蒸气的凝结。该凝结会显著地减少微粉化过程中存在的水蒸气的量，而该量被认为对于优化颗粒性能是关键的。
本发明的发明人还发现，可通过调节供给所述喷射研磨工艺的高压气体流的温度、压力和相对湿度，以得到在微粉化工艺中达到的这一最大水蒸气含量。进行这些调节以确保在微粉化工艺过程中所述水蒸气保持高于其威尔逊点，使得水保持在蒸汽态，并且不在喷射研磨工艺中凝结出来。
具体实施方式
本发明的发明人开发了一种将进入喷射研磨系统的不可凝结的水的量最大化的方法。
恰在超音速喷嘴的下游的水/蒸汽/氮气流的温度(喷射磨机涡流区的上游发生微粉化和大量能量的释放)将是明显降低的温度。在理想的等熵的喷嘴中，温度会下降100℃以上。例如，在10巴(bara)和20℃下，氮气等熵膨胀到1巴会导致-122℃的温度。实践中，喷嘴并非是理想的，在一些喷嘴中可能夹杂要微粉化的材料，这会明显降低温度的下降量。然而，温度会低至足以在平衡热力学条件下凝结水蒸气。但是，该方法足够快，使得必需要考虑不平衡热力学。仅考虑进口气流的水蒸气部分(例如，使用水蒸气分压)，则水蒸气可被冷却到低于其凝结温度约30-50℃，而不会自发地发生凝结。这就是所谓的威尔逊点，可参阅例如Moore和Sieverding编辑的“涡轮和分离器中的两相蒸汽流(Two-Phase Steam Flow in Turbines and Separators)”(第151-153页)。
在低于威尔逊点的快速温度下降时(其取决于局部压力、组成和膨胀速率)，会自发地发生冷凝。该自发的冷凝用术语“凝结激波”表示。平衡凝结(即使没有凝结激波)最终也会发生，但是会经过较长一段时间(以比用数毫秒计的喷射磨机中的一般停留时间大得多的时间单位测定)。具体操作条件的威尔逊点的位置是基于经验分析和半理论分析。但是，其与平衡湿度的量有关，该量可在凝结激波的下游产生(平衡湿度定义为在绝热平衡工艺中产生的假设湿度)，约为3％湿度。其相当于在与本发明相关的低压下约30-50℃的低温冷却。
对该工艺的这一理解的有利的利用是：供给喷射磨机以增湿的气体，该气体通常是处于温度、压力和相对湿度的组合的条件下的氮气，由此使得在一个或多个喷嘴下游(但是是中心喷射研磨涡流区的上游)的最大温度下降处，增湿的气体流被暖热至高于其与操作条件相关的威尔逊点。这确保了在整个喷射研磨操作中存在最大量的水蒸气，但是没有凝结(液体水)形成。如果发生凝结激波，则存在的水蒸气的量会显著地下降，并且用增湿的气体流进行微粉化的有利特点会明显地减少。有利的是这一点可以通过进入的水蒸气(相对湿度控制)以及进口温度(其可升高或降低在喷嘴下游达到的最低温度)和进入的压力(其也可改变在喷嘴下游达到的最低温度)的组合来达到。一种用于制造稳定的增湿的气流的有利的方法示于提交于2009年2月12日的待审申请61/152,023，该申请作为整体在本文中引用作为参考。
虽然本发明已经参照具体实施方式进行了描述，但是显而易见的是，本发明许多其它形式和修改对于本领域技术人员而言是显而易见的。本发明所附的权利要求书一般应理解为覆盖所有这些显而易见的形式和改变，这些形式和改变落入本发明的精神和范围之内。
Claims (19)
1.一种用于在喷射研磨工艺中研磨颗粒的方法，该方法包括：将水引入所述工艺中，引入的水的量超过平衡条件中允许的限度，而不产生水凝结激波。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水冷却至低于其凝结温度约30-50℃。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水通过缩放管引入所述喷射研磨工艺中。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水保持在蒸汽状态。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工艺的平衡湿度小于约3％湿度。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水与非凝结气体一同送入。
7.一种用于在喷射研磨工艺中研磨颗粒的方法，该方法包括：将水作为水蒸气引入所述工艺中，引入的水的量超过平衡条件中允许的限度，而不产生水凝结物。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述水冷却至低于其凝结温度约30-50℃。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述水通过缩放管引入所述喷射研磨工艺中。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述水保持在蒸汽状态。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述工艺的平衡湿度小于约3％湿度。
12.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述水与非凝结气体一同送入。
13.一种用于在喷射研磨工艺中研磨颗粒的方法，该方法包括：在保持水蒸气高于其威尔逊点的条件下，将水蒸气引入所述工艺中，引入的水蒸气的量超过平衡条件中允许的限度。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述水冷却至低于其凝结温度约30-50℃。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述水通过缩放管引入所述喷射研磨工艺中。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述水保持在蒸气状态。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述工艺的平衡湿度小于约3％湿度。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述水与非凝结气体一同送入。
19.一种用于将水蒸气引入喷射研磨工艺中的方法，该方法包括：控制所述水蒸气的温度、压力和相对湿度，使得所述水蒸气的温度高于其威尔逊点。
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