CN104812474B - 涡流室装置及用于处理粉末颗粒或粉末颗粒前驱体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种涡流室装置包括：‑反应器，该反应器包括截面呈大致圆形的至少一个室；‑用于将至少一种气态或液态的流体给送到室中的装置；‑用于将所述一种或更多种流体从室中移除的装置；‑用于将粉末颗粒或粉末颗粒前驱体给送至所述室的装置；其中，所述流体移除装置包括用于将所述至少一种流体从室中移除的至少一个排放口。本发明还提供了一种用于处理粉末颗粒或粉末颗粒前驱体的方法。

Description

涡流室装置及用于处理粉末颗粒或粉末颗粒前驱体的方法
技术领域
本发明涉及涡流室装置。
背景技术
US2009/0022632中描述了这种装置的示例，特别地如旋转流化床装置。该已知的装置包括：
反应器，该反应器包括至少一个圆筒形或圆形室；
用于给送至少一种气态或液态流体的装置，其中，所述流体给送装置围绕所述圆筒形或圆形室的圆筒形或圆形壁设置；
用于移除所述一种或更多种流体的装置；
用于在所述圆筒形或圆形室的一侧上给送固体颗粒的装置；
用于在所述圆筒形或圆形室的相反侧上移除所述固体颗粒的装置；
其中，所述流体移除装置包括纵向穿过或者透入所述圆筒形或圆形室中的中央管道，所述中央管道的壁包括用于经由所述中央管道将所述至少一种流体从圆筒形或圆形室中移除的至少一个排放口；其中，所述流体给送装置包括围绕所述圆筒形或圆形壁分布的流体喷射器，用于沿着所述圆筒形或圆形壁喷射呈连续层形式的所述至少一种流体，并且使连续层形式的所述至少一种流体围绕所述中央管道旋转，同时使所述固体颗粒做旋转运动，由此，离心力将所述固体颗粒朝向所述圆筒形或圆形壁强推通过所述层；
其中，所述离心力平均至少等于重力的三倍，从而所述固体颗粒形成旋转流化床，该旋转流化床在距所述中央管道一定距离处围绕所述中央管道旋转，同时沿着所述圆筒形或圆形壁滑动，并且同时由所述至少一种流体的所述层至少部分地支撑，所述至少一种流体在经由所述中央管道的所述排放口被移除之前穿过所述流化床；并且
其中，向心力由施加于所述固体颗粒的所述离心力抵消。
根据US’632，该装置的使用方法可以包括用于干燥所述固体颗粒或从所述固体颗粒中去除挥发性成分的方法。US’632还提供了该装置用于灌注或涂覆所述固体颗粒的使用方法。在特别优选的实施方式中，装置的使用方法可以是干燥、提取、灌注或涂覆的方法，其中，所述固体颗粒是谷粒、粉末或者其它农产品碎粒。
US’632示出了该装置的多种示例，比如示例1，在示例1中，使用了厚度为5mm的多个流体喷射缝口(例如17个缝口)。在另一示例(US’632的示例3)中，使用了厚度为5mm的29个喷射缝口用于喷射活性流体。在所公开的内容中并未公开实际处理粉末的示例。
粉末的生产和处理是一项重要的技术领域。常用的处理步骤是对粉末进行涂覆。目前，涂覆粉末的最重要的方法是常规的流化床涂覆。在常规的流化床中，涂覆气体流动通过粉末颗粒床。该床体膨胀并且在某一时刻被流化，这意味着床作用为单流体(例如见食品工程期刊(Journal of Food Engineering)53(2002)325-340)。通过引入涂覆流体喷雾能够涂覆颗粒。
尽管经常使用，但使用常规的流化床进行涂覆存在一些弊端。首先，所能够涂覆的颗粒的类型有限。相对细小的且密度相对较低的粉末(根据熟知的Geldart分类被分类为C组颗粒的颗粒，例如见粉末技术(Powder Technology)，7(1973)285-292)不能通过常规方法被流化。此外，涂覆是相对较慢的过程，从而导致相对较低的生产量。如食品工程期刊(Journal of Food Engineering)53(2002)325-340中所估计的，这还导致至少的通常较高的成本。因此，涂覆通常仅用于附加值相对较高和/或生产量相对较低的产品。
尽管如此，但将涂覆应用于高生产量的产品(例如食用粉)将会是非常有利的。对于食用粉而言，通过保护所谓的游离脂肪而降低粘性、提高流动性以及延长保质期，涂覆将会是有利的。因此，本发明的目的是获得一种快速的且适于较大范围的粉末的粉末颗粒涂覆方法。
从溶液或悬液中产生粉末的最常用的方法是喷雾干燥法(在K.Masters的喷雾干燥法指南中能够找到喷雾干燥法技术的概述)。喷雾干燥法基本上包括使待转化成粉末的雾状液滴与热干燥空气接触。喷雾干燥法存在一些弊端。这些弊端大体上与干燥期间存在的由干燥气体与所要干燥的微滴之间的速度差很小引起的小的热质传递效率有关。因此，喷雾干燥器通常非常大，这导致投资成本高。大尺寸的喷雾干燥器还难以控制所有的颗粒经受相同的处理。其难以实现导致粉末颗粒的性能非最优。喷雾干燥还限制了处理的操作窗口使得处理就例如能量效率而言并不是最优的。对此，本发明的目的是获得高热质传递速率的粉末干燥方法。
而且，目的在于提供一种通过干燥将液滴转化成固体颗粒即，制粒的有效方法。
发明内容
鉴于所提出的目的，本发明提供了一种改进的装置。特别地，根据本发明的装置的特征在于权利要求1所述的特征。已经发现，所发明的装置能够非常高效、经济地处理粉末颗粒。特别地，已经发现，根据本发明的装置能够成功地流化相对大量的粉末。
特别地，涡流室装置可以包括：
-反应器，该反应器包括截面呈大致圆形的至少一个室；
-用于将至少一种呈气态或液态的流体给送到室中的装置；
-用于将所述一种或更多种流体从室中移除的装置；
-用于将粉末颗粒或粉末颗粒前驱体给送至所述室的装置；
其中，所述流体移除装置包括用于将所述至少一种流体从室中移除的至少一个排放口；
其中，所述流体给送装置包括流体喷射器，该流体喷射器绕所述室壁分布用于沿所述壁喷射所述至少一种流体，以将动量传递至所述粉末颗粒或所述粉末颗粒前驱体以能够进行旋转运动，由此，离心力将颗粒或前驱体朝向所述壁强推通过所述喷射出的流体；
由此，所述粉末颗粒或所述粉末颗粒前驱体形成旋转流化床，该旋转流化床在距所述流体排放口一定距离处围绕所述流体排放口旋转，同时沿着所述室壁滑动并且同时由所述至少一种流体至少部分地支撑，所述至少一种流体在经由所述排放口被移除之前穿过所述流化床；
其中，所述流体给送装置包括多于11个的主流体喷射器，流体喷射器中的每个流体注入器均包括具有小于1mm的缝口宽度的流体喷射缝口。
所述流体给送装置可以包括至少30个流体喷射器。通过包括至少50个流体喷射器例如至少70个流体喷射器的装置已经获得了好的效果。
在另一实施方式中，流体喷射器中的每个流体喷射器均具有小于0.5mm的缝口宽度，例如具有在约0.1mm至0.2mm的范围内的宽度。
在又一实施方式中，涡流室装置可以具有包括第一部段和第二部段的室，第一部段包括所述主流体喷射器，第二部段与第一部段邻接，室第二部段包括多个副流体喷射器，这些副流体喷射器用于将例如在成分、温度、喷射压力和/或流速方面与由主流体喷射器喷射的流体不同的流体给送到室中。
在另外的实施方式中，该装置可以包括用于将室第一部段与室第二部段彼此分开的隔件。
在又一方面中，该装置能够包括用于将液体给送到室中的液体喷射器例如喷雾器。特别地，喷射器能够构造成将液滴例如雾状或喷雾状液体给送到室中。
在操作期间，例如向心力(或气固径向阻力)可以由施加于所述固体颗粒或所述前驱体的所述离心力抵消。
本发明的方面提供了一种用于例如使用根据本发明的涡流室装置对粉末颗粒或粉末颗粒前驱体进行处理的方法，该方法包括下述步骤：
-沿着截面呈大致圆形的室的壁喷射至少一种流体；
-经由流体排放口从室中移除所述一种或更多种流体；
-将粉末颗粒或粉末颗粒前驱体给送至所述室，其中，喷射出的流体将动量传递至所述粉末颗粒或所述粉末颗粒前驱体以能够进行旋转运动，由此，离心力将颗粒或前驱体朝向所述壁强推通过所述喷射出的流体，其中，粉末颗粒或粉末颗粒前驱体形成旋转流化床，该旋转流化床在距所述流体排放口一定距离处围绕所述流体排放口旋转，同时沿着所述壁滑动并且同时由所述至少一种流体至少部分地支撑，所述至少一种流体在经由所述排放口被移除之前穿过所述流化床；
其中，所述流体经由多于11个的主流体喷射器喷射，每个流体喷射器在相应的流体喷射器处产生层厚度小于1mm的流体层，其中，优选地使用多于30个的主流体喷射器11，优选地在相应的流体喷射器处产生层厚度小于0.5mm的流体层。
例如，该方法包括将湿颗粒给送至室，并且在室中对所述颗粒进行干燥。
根据另外的实施方式，该方法包括将含有颗粒的流体喷射到室中，所述喷射特别地包括使所述含有颗粒的流体雾化，所述流体特别地为液体。
更具体地，该方法能够包括将液体粉末颗粒前驱体给送至室，并且在室中大致干燥前驱体以产生粉末颗粒。
在有利方面中，该方法包括将流体粉末颗粒前驱体喷射到室中，所述喷射特别地包括使所述流体雾化，所述流体特别地为液体。
特别地，所述粉末颗粒前驱体可以是溶液或分散液。所述前驱体例如可以是液体。如本领域技术人员将理解的，例如可以干燥所述前驱体(例如溶液或分散液)以便将所述前驱体转化成粉末(即粉末颗粒)。
可选地，该方法包括将涂覆物质给送至室以便涂覆粉末颗粒。
在优选实施方式中，所述粉末颗粒的密度(特别地为真密度)可以低于2500kg/m3，例如低于1500kg/m3。如本领域技术人员将理解的，例如可以通过测比重法来测量所述密度。
特别地，所述粉末颗粒的密度可以低于1000kg/m3。
所述粉末颗粒的尺寸密度(D50)小于500微米。
所述尺寸密度能够被定义为如下数值：其中，粉末颗粒数的一半高于该数值，并且粉末颗粒数的一半低于该数值。如本领域技术人员所熟知的，对于颗粒尺寸分布而言，中间值称为D50。D50为将体积分布分成一半高于该直径并且一半低于该直径的尺寸(以微米为单位)。如本领域技术人员将清楚的是，例如可以通过激光衍射分析来测量该颗粒尺寸分布。
在另外的实施方式中，所述粉末颗粒的至少90％的最大尺寸(例如宽度或直径)小于1mm，特别地最大尺寸小于0.75mm。而且，在另外的实施方式中，所述粉末颗粒中的至少一些例如约至少10％的粉末颗粒的最大尺寸可以小于100微米，例如最大尺寸小于50微米。
所述粉末颗粒可以是固体颗粒。
所述粉末的非限制性实施方式可以包括：食用粉末或食品粉末、乳制品粉末、牛奶粉末、脱脂牛奶粉末、乳清蛋白粉末或包含乳清蛋白的粉末、乳糖粉末或包含乳糖的粉末、奶精粉末、香料粉末、胶囊粉末，鱼油胶囊粉末、婴儿和学步孩子营养粉末、售货设备用粉末或者不同类型的粉末。
在非限制性实施方式中，所述颗粒为例如密度低于1500kg/m3且体积平均尺寸小于300微米的乳制品粉末。市售的体积平均尺寸(d50)为约140微米并且真密度约为1000kg/m3的的全脂牛奶粉末为一示例。
附图说明
从属权利要求中描述了本发明的另外的有利实施方式。根据附图中示出的下文所描述的非限制性实施方式，本发明的这些及其它方面将会是明显的，将参照附图中示出的下文所描述的非限制性实施方式对本发明的这些及其它方面进行说明。
图1示意性地描绘了根据本发明的第一实施方式的装置的部分剖开的侧视图；
图2示意性地描绘了第一实施方式的部分剖开的正视图；
图3示意性地描绘了第二实施方式的与图2类似的部分剖开的正视图；
图4示意性地描绘了第三实施方式的与图2类似的部分剖开的正视图；
图5示意性地描绘了第四实施方式的与图2类似的部分剖开的正视图；
图6示意性地描绘了第五实施方式的与图2类似的部分剖开的正视图；
图7示意性地描绘了第六实施方式的与图2类似的部分剖开的正视图；
图8示意性地描绘了第七实施方式的与图2类似的部分剖开的正视图；以及
图9示意性地描绘了第八实施方式的与图2类似的部分剖开的正视图；
相同或相应的特征用相同或相应的附图标记表示。
具体实施方式
本发明的方面涉及在静态几何旋转流化床(RFB-SG)中由液体(即，粉末前驱体)形成颗粒或者对的小颗粒进行涂覆。US2009/002632(de Broqueville)中描述了RFB-SG系统的示例，其中，该项申请的全部内容通过引用并入到本专利申请中。
图1至图9示出了本申请的实施方式，其示出了特别有利的涡流室装置(具有静态几何结构)，已经发现该涡流室装置适于且能够提供包括粉末或粉末前驱体的旋转流化床。
参照图1至图2，在第一非限制性实施方式中提供了涡流室装置1，该涡流室装置1包括反应器2，该反应器2包括截面呈大致圆形的至少一个室3。室3的直径在图2中用双箭头D表示。该直径可以相对较小，例如可以在20cm至50cm的范围内例如约25cm，或者可以为不同值的直径。可选地，室的宽度X可以在约3cm至20cm的范围内例如约5cm，或者可以为另一宽度值。本领域技术人员将理解的是，本发明不限于这些尺寸。
该室3由两个相对的侧壁3b、3c以及在侧壁3b、3c之间延伸、截面呈大致圆形的周向壁3a限定而成(壁3a、3b、3c在其间限定了涡流室内部)。
涡流装置包括用于将至少一种流体给送到室室中的装置4，所述流体是气态或液态的。所述流体给送装置4可以至少部分围绕所述室3的壁3b设置。在示例中，流体给送装置4包括：多个流体喷射器4a，多个流体喷射器4a具体为缝口4a，其延伸穿过室中间/周向壁3a；以及例如流体给送室4b，流体给送室4b围绕涡流室3延伸用于将流体给送至喷射器4a。可以设置泵8用于特别地通过流体给送室4b将流体G朝向多个流体喷射器4a泵送，并且更特别地用于将流体给送室4b增压至产生涡流所需的工作压力。
在另外的实施方式中，喷射器缝口4a均彼此大致平行地延伸。而且，喷射器缝口4a均可以相对于涡流室3的中心线大致平行地延伸。在另外的实施方式中，喷射器缝口4a形成为使得其沿相应的大致切向的方向(即，大致沿着周向壁的内侧)将流体喷射到室3中，特别地用于在室中产生所述涡流。
另外，涡流室装置1包括用于将所述一种或更多种流体从室3中移除的装置5，以及用于将粉末颗粒P或者粉末颗粒前驱体F给送至所述室3的至少一个装置6、7。图1至图2的示例示出了第一给送装置6和第二给送装置7。特别地，第一给送装置6可以为粉末给送装置，将粉末颗粒给送到室中。第二给送装置7例如可以构造用于将液体L给送到室中。特别地，第二给送装置7可以为用于将液体L给送到室中的液体喷射器，例如喷雾器室。这种第二给送装置例如可以是雾化器，并且例如可以包括至少一个液体雾化喷嘴(如本领域技术人员所熟知的那样)。如图1至图2所示，可以以发散的(大致锥形)喷束的形式将液体L喷射到室中以提高处理效率，但这并不是必需的。在优选实施方式中，所述发散的大致锥形喷束的顶角β大于5度，例如顶角在约10度至25度的范围内(例如约15度)，或者为不同值的顶角。喷束顶角可以小于20度，但这并不是必需的。
在优选实施方式中，液体喷射器装置7包括用以将液体L排放到室中的下游液体排放口(例如喷嘴)，如在该示例中，下游液体排放口远离室3的壁3a、3b、3c。在非限制性实施方式中，下游液体排放口可以定位在室3的中心附近。在又一实施方式中，下游液体排放口可以定位成与用于将所述至少一种流体从室中移除的所述排放口5a相对(见图1)。
在优选实施方式中，液体喷射器装置7构造成将液体沿大致径向方向朝向周向壁3a引导到室中。例如，液体喷射器装置7可以具有接近或沿着室的轴向中心线延伸到室中的上游给送部段7a，其中，下游液体喷射喷嘴部分7b从上游给送部段7a大致径向向外延伸而将液体大致径向向外地喷射到室中。在大致锥形喷束的情况下，这种喷束的中心线可以从喷嘴部分7b大致径向向外地指向到室中。本领域技术人员将理解的是，也可以采用不同的液体喷射方向。
在替代性实施方式中，周向壁同样也可以包括一个或更多个液体喷射器(例如一个或更多个喷雾喷嘴)，以便将液体L喷射到室中。而且，在又一实施方式中，可以在室侧壁3b、3c中的一者或两者中定位有一个或更多个液体喷雾喷嘴。
在仅需喷射粉末颗粒的情况下，涡流室装置可以没有所述液体给送装置7。另外，在另一实施方式中，在操作期间，在仅粉末颗粒喷射器6用于将粉末给送到室中的情况下，所述液体给送装置7(如果设有的话)可以是不工作的(即，没有液体经由所述装置7被给送到室中)。
类似地，在仅需喷射液体L的情况下，装置可以没有所述粉末给送装置6。图3至图9中描绘了这种装置(特别地，粉末前驱体干燥装置)的示例。此外，在另一实施方式中，在操作期间，在仅液体喷射器7用于将液体L给送到室中的情况下，所述粉末给送装置6(如图1至图2中那样，如果设有的话)可以是不工作的(即，没有粉末经由所述装置6被给送到室中)。
而且，如附图(图1至图2)中那样，可以一起实施且使用至少一个液体给送装置7和至少一个粉末给送装置6，例如用于使用液体(经由液体给送装置7所喷射的)来处理粉末(经由粉末给送装置6所喷射的)。
在示例中，流体移除装置5包括用于将所述至少一种流体从室中移除的至少一个排放口5a。在示例中，排放口5a相对于室居中定位，即，在相应的侧壁3b中居中地定位。排放管5可以设置并且连接至侧壁3b用于接纳排出的流体，例如用于进一步加工或处理、再生，并且例如用于将排出的流体送回至系统的上游部段(例如泵8)。在另外的示例中，如图1至图2的实施方式中那样，所述液体给送装置7的至少一部分(例如上游给送管7a)可以经由排放口5a延伸到室中。
特别地，流体给送装置4包括围绕相应的室壁3a(即，在周向方向上观察沿着室壁3a)分布的、用于沿着室的壁3a喷射所述至少一种流体(特别地呈连续层)的流体喷射器4a。在操作期间，喷射出的流体可以将动量传递至所述粉末颗粒P或粉末颗粒前驱体以能够进行旋转运动，由此，离心力将颗粒P或前驱体朝向所述壁强推通过所述层。特别地，在操作期间，粉末颗粒P或粉末颗粒前驱体从而可以形成旋转流化床(见图1至图2)，该旋转流化床围绕所述流体排放口5a且与其相距一定距离旋转，该旋转流化床同时沿着周向壁滑动并且同时由所述至少一种流体的所述层至少部分地支撑，所述至少一种流体在经由所述排放口被移除之前的穿过所述流化床。
在优选实施方式中，所述流体给送装置包括多于11个的主流体喷射缝口4a。在流体给送装置包括至少30个流体喷射器缝口4a的情况下能够获得好的效果。在另外的优选实施方式中，例如在室3的直径约为24cm的情况下，所述流体给送装置包括至少50个流体喷射器缝口，例如包括至少70个流体喷射器缝口。
在另外的优选实施方式中，沿着室3的周向方向观察，流体喷射器缝口4a均匀/一致地分布，例如分布成对于整个缝口序列而言每两个相邻缝口之间的距离大致相等。
在另外的实施方式中，沿着室3的周向方向观察，流体喷射器缝口4a定位成彼此相对靠近(即，提供了非常高的缝口分布率)。图1中的双箭头Q表示两个相邻缝口4a之间的距离(该距离是沿室3的周向方向测量的)。在优选实施方式中，该距离Q小于7cm，例如小于3cm，更具体地小于2cm。在流体喷射器缝口4a定位成彼此相距——沿着室3的周向方向测量——的距离Q在约1cm至1.5cm范围内，或者更小的范围例如约0.5cm至约1cm范围内室的情况下能够获得好的效果。可以发现的是，在这种相对密集的缝口分布的情况下，可以高效地执行粉末的处理或者粉末前驱体的干燥以产生粉末，并且具有好的效果。
此外，根据优选实施方式，流体喷射缝口4a相对较窄。流体喷射器中的每个流体喷射器均能够包括具有小于1mm的缝口宽度W(图1中所示)的流体喷射缝口4a。优选地，流体喷射器中的每个流体喷射器均包括具有小于0.5mm的缝口宽度W，例如具有在约0.1mm至0.2mm的范围内的宽度W。最小缝口宽度例如可以是0.1mm，但这并不是必需的。另外，缝口4a优选地沿着纵向的狭口方向观察具有恒定的缝口宽度，但这并不是必需的。可以发现的是，通过这种相对窄的缝口并且优选地与相对密集的缝口分布相结合，可以以良好的效果来执行对粉末的处理或者例如对粉末前驱体的干燥以产生粉末。
在另外的实施方式中，设置了用于经由所述室的远离所述流体喷射器的侧部来移除粉末颗粒的装置9。
图1至图2中示出的装置的优选操作模式可以包括用于处理粉末颗粒或粉末颗粒前驱体的方法。
在操作期间，可以执行下列步骤：
-沿着室壁3a喷射至少一种流体G；
-经由流体排放口5、5a将所述一种或更多种流体从室中移除；
-将粉末颗粒(例如经由喷射器6)或粉末颗粒前驱体(例如经由喷射器7)给送至室。喷射出的流体G将动量传递至所述粉末颗粒或粉末颗粒前驱体以能够进行旋转运动，由此，离心力将颗粒或前驱体朝向所述壁3a强推通过所述层，其中，粉末颗粒或粉末颗粒前驱体形成了旋转流化床，该旋转流化床在距所述流体排放口5一定距离处围绕所述流体排放口5旋转，同时沿着所述壁3a滑动并且同时由在经由所述排放口被移除之前穿过所述流化床的所述至少一种流体的所述层至少部分地支撑；
经由多于11个的主流体喷射器喷射流体，每个主流体喷射器在相应的流体喷射器处产生层厚度小于1mm的流体层。根据上述内容，优选地使用多于30个的主流体喷射器11，优选地在相应的流体喷射器处产生层厚度小于0.5mm的流体层。
一种操作模式可以包括经由第一喷射器6将粉末颗粒给送到室中，并且使用经由第二喷射器7给送到室中的物质(例如喷雾L)来处理粉末颗粒例如以便涂覆颗粒。为此，可以将涂覆物质供给送至室用于涂覆流化了的粉末颗粒。
在另一操作模式中，喷雾喷射器7用以将液体粉末颗粒前驱体给送至室3。前驱体能够在室中大致干燥以便从前驱体中产生粉末颗粒。例如，干燥可以包括将流体粉末颗粒前驱体L喷射到室中，所述喷射特别地包括使流体L雾化，所述流体特别地为液体。
该装置和方法可以用于处理或产生例如密度低于2500kg/m3，例如低于1500kg/m3的粉末颗粒。在实施方式中，粉末颗粒的密度可以低于1000kg/m3。
类似地，该装置和方法可以用于处理或产生如前所述尺寸密度(D50)小于500微米的粉末颗粒。
图3至图9示意性地示出了装置的一些优选示例101、201、301、401、501、601、701，其中，室3包括第一部段B1，该第一部段B1包括用于喷射流体G的所述主流体喷射器。每个第一部段B1的构型可以与上述图1至图2中示出的具有流体喷射缝口4a以及例如泵8、流体给送室4b的室相同或类似。而且，设置了与第一部段B1邻接的第二部段B2，室第二部段B2包括多个副流体喷射器，这些副流体喷射器用于将与主流体喷射器4a喷射的流体G不同的副流体K给送到室中。室第二部段B2例如可以为需被干燥的粉末前驱体提供“最终干燥”以产生粉末。
用于将副流体K给送到相应的室第二部段B2中的多个副流体喷射器例如可以具有与第一部段B1的缝口喷射器4a相同的构型。
根据附图，在这些示例中，室第二部段B2的远离室第一部段B1的侧壁可以包括用于将粉末(“固体”)从室中移除的排放口，其中，粉末可以是操作期间在装置中形成的，特别地粉末是由粉末前驱体(经由相应的喷射器7被喷射到室第一部段B1中)的干燥所产生的。
流体之间的差别例如可以从下述参数中进行选择：流体成分、流体温度、流体喷射压力和/或流体流速。
在另外的实施方式中，给送到第一部段B1中的流体G具有与给送到室第二部段B2中的流体K相同的成分。
在另外的实施方式中，给送到第一部段B1中的流体G的温度比给送到室第二部段B2中的流体K的温度高。
在另外的实施方式中，给送到第一部段B1中的流体G的压力或喷射速度分别比给送到室第二部段B2中的流体K的压力或喷射速度高。
在优选实施方式中，给送到第一部段B1中的流体G的压力、喷射速度和温度分别比给送到室第二部段B2中的流体K的压力、喷射速度和温度高。因而，能够实现高效地处理粉末颗粒或者干燥粉末颗粒前驱体，其中，能够保持粉末的期望属性(例如通过防止颗粒过度受热)。
特别地，室第一部段B1可以用作主处理或干燥部段，其中，室第二部段B2可以用作副处理或干燥部段。
根据图3，室第二部段B2的轴向宽度例如可以比室第一部段B1的轴向宽度大。在该示例中，室第二部段B2的轴向宽度至少为第一部段B1的轴向宽度的两倍。
更具体地，图3示出了第一示例，在第一示例中没有隔件将室第一部段B1与室第二部段B2彼此隔开。
图4示出了另外的实施方式201，该实施方式201包括(居中)隔件202，隔件202将室第一部段与室第二部段彼此部分地隔开。隔件202例如可以为相对较薄的壁或者包括室相对较薄的壁，例如大致圆形的壁，所述壁将室大致分成多个部段。
在示例中，隔件202的外缘以及室周向壁的与隔件202的外缘相对的一侧封闭成至少一个空隙203，例如大致环形缝口，用于允许已处理的粉末前驱体和/或粉末颗粒从室第一部段通向室第二部段。
图5示出了另外的实施方式301，该实施方式301包括(居中)隔件302，隔件302将室第一部段与室第二部段彼此部分地隔开。在示例中，隔件302的外缘以及室周向壁的与隔件302的外缘相对的一侧封闭成至少一个间隙303a，例如大致环形的缝口，用于允许已处理的粉末前驱体和/或粉末颗粒从室第一部段通向室第二部段。而且，隔件302包括中央开口303b，该中央开口303b允许主流体G高效居中地通向室第二部段B1(以便经由下游排放口5被排出)。
图6示出了替代性实施方式401，该替代性实施方式401与图3中示出的示例的不同之处在于，室第一部段B1设置有专用流体出口405(在示例中背离第二部段B2并定位在相应的侧壁3c中)，用于将大部分主流体G从室第一部段B1中排放出。室第二部段B2的流体出口5可以操作用于将大部分副流体K从室中排放出(在该示例中，沿与第一流体G的排放方向相反的方向)。图7示出了优选示例501，该优选示例501为图6和图4中示出的实施方式的组合。根据图7，优选地，能够设置隔件502用于将室第一部段与室第二部段彼此部分地隔开，其中，两个室部段均设置有相应的(优选地为居中、同心的)流体排放口5、505(在该示例中定位成彼此成一直线)。
图8描绘了替代性实施方式601，该替代性实施方式601与图7的示例的不同之处在于，设置有从室分隔隔件602经由室第二部段B2的流体出口5居中地延伸到装置外的主流体出口605。在图8的实施方式中，隔件602的外缘以及室周向壁的与隔件602的外缘相对的一侧封闭成至少一个间隙603例如大致环形缝口，用于允许已处理的粉末前驱体和/或粉末颗粒从室第一部段通向室第二部段。
图9描绘了替代性实施方式701，该替代性实施方式701与图8的示例的不同之处在于，隔件702在居中的流体出口705附近包括至少一个间隙703例如大致环形的缝口)，用于允许已处理的粉末前驱体和/或粉末颗粒从室第一部段通向室第二部段。在这种情况下，例如隔件702可以以流体密封的方式(即，没有与周向壁封闭成至少一个间隙)与室周向壁邻接。
参照图1至图9，RFB-SG构型的特别之处在于，可以通过流体G的流体流动特别地气体流动(见图1)的作用使颗粒或微滴做圆周运动。微滴/颗粒的圆周运动能够产生对微滴/颗粒进行作用的离心力。RFB-SG几何构型可以特别地形成为使得离心力由气体对颗粒/微滴施加的阻力抵抗。这使微滴/颗粒能够持续地做圆周运动。在另外的实施方式中，所述阻力等于离心力，从而气体与颗粒之间存在很大的(相当高的)速度差。这能够使旋转流化床中的热质传递率比常规床体中的高很多，通常高10倍至100倍。这是使用RFB-SG优于常规流化床的主要益处。
可以看出的是，还存在与本文中描述的静态几何旋转流化床相似的设备本身旋转的旋转流化床(例如见US6197369)。这种RFB可能更贵并且使用范围更难以扩大，因此不是本发明的一部分。
在现有技术的方法中，成功地流化了大范围的颗粒。然而，直到有了本发明才流化了密度例如低于1500kg/m3且尺寸小于500微米的颗粒(特别地粉末颗粒)。已经发现，这种类型的颗粒的流化并不是不重要的。能够得出的是，为了实现成功的流化需满足以下条件：
其中，ρs为颗粒的密度，ρg为气体的密度，εs为床体的固体体积分数，η为描述沿切向方向从气体传递至颗粒的动量的效率的系数，D为RFB直径(见图2)，dp为颗粒直径，n为气体喷射穿过的缝口的个数，并且s为缝口宽度。式(1)说明密度较低的颗粒和尺寸较小的颗粒对缝口的宽度的要求更加严格。动量传递的效率能够根据下式进行计算：
其中，并且
许多食用粉末并且特别地乳制粉末的密度低于1500kg/m3并且体积平均尺寸小于300微米。市售的体积平均尺寸(d50)为140微米且真密度为1000kg/m3的全脂奶粉为一示例。应当指出的是，这些细小粉末通常可以具有相当宽的尺寸分布。对于全脂奶粉而言，例如粉末颗粒体积的10％的尺寸小于50微米。在常规方法中，细小颗粒会被吹出流化床。本发明的实施方式可以解决或缓解此问题。
特别地，实施方式提供了适于使这种粉末流化的RFB-SG设计。RFB-SG能够有利地用于进行制粒，即，通过干燥将液滴转化成固体颗粒的这一事实也是本发明的一部分。
在不希望受到理论约束的情况下，能够提出下述内容。力平衡决定固体颗粒是否会被气体带到烟囱状管道中，并且同样决定颗粒床密度和均匀性。为了避免固体颗粒被带到烟囱状管道(即，流体出口5和相应的管道5a)中，离心力应大于气固径向阻力。这两个力都是由气体流产生的，但能够通过RFB-SG设计以及特别地气体入口设计来改变离心力与气固径向阻力的比值。颗粒床旋转速度由使用气体所喷射的切向动量Sinjρinjuinjuinj的量决定，其中，Sinj为气体入口总表面积(Sinj＝n·s·L)。因此，对于给定的气体质量进给流速Sinjρinjuinj，能够通过经由Sinj来改变uinj从而改变所喷射的切向动量的量。Sinj由气体入口缝口的个数及其尺寸决定。作用于颗粒的离心力能够根据下式进行理论计算：
颗粒床的切向速度vt与气体喷射速度有关：
其中，忽略了气相密度的变化。为了说明喷射出的气体与颗粒床之间的切向动量传递的效率，引入系数η，其中，所述气体没有均匀分布：
<ut-vt>＝η·(ut，inj-vt) (2b)
因此：
系数η取决于气体入口缝口之间的距离，并因此取决于气体入口缝口的个数(Trujillo and De Wilde，2012b)：
两个连续的气体入口缝口之间的切向滑动速度的演化能够根据下式进行计算：
在入口条件为下式的情况下：
(2e)的积分结果为：
然后(2d)的积分得出：
其中：
并且
对于紊流的且密度极高的气固流，阻力系数能够根据下式进行计算(Ergun，1952)：
假设滑动速度主要沿切向方向并且线性化得：
因此：
气固径向阻力能够根据下式进行计算：
其中：
假设在距气体出口缝口一定距离处没有固体的净径向传送，能够基于|u-v|约等于ur的假设来计算(5)中的阻力系数β。根据(1)至(5)，能够得到避免固体颗粒损失于烟囱状管道且获得静态几何旋转颗粒床的条件：
图1至图2给出了可能的喷射构型，即，可以由喷射器7沿壁3a的方向沿径向方向进行喷射。替代性地，可以沿床体的旋转方向沿角度方向进行喷射。可以使用一个或更多个喷嘴来完成喷射。当沿角度方向进行喷射时，例如当使用旋转盘雾化器时，喷射例如会超过360℃。
此外，参照图3至图9，在这些示例中可以采用2级干燥，但同一设计方案还能够用于包括更多级干燥或者能够用作单级干燥器。当干燥变为受扩散限制时，偏向使用多级干燥以防止颗粒受热过度。在一些设计方案中，第一级和之后的级由挡件(即，隔件202、302、502、602、702)隔开，例如以便调节颗粒从第一级到之后的级的流动。在一些设计(见图6至图9)中，第一级的出口流体G和之后的级的出口流体K是分开的，例如以便于热量回收。图3至图9中的所有设计在端壁中的一个端壁(例如壁板)处均具有用于颗粒的出口9。
替代性地，个人能够设置与室的圆形壁3a相切的用于颗粒的出口。这样，颗粒在离心力的作用下离开室3，即，RFB-SG合为一体地既用作旋风器又用作干燥室。替代性地，可以使用例如具有会聚底部的旋风器类设计方案。
在下文中，描述了利用新型RFB-SG设计方案的优点的各种途径A至F。下面提供了一些非限制性示例。
A.RFB-SG对粘性产品进行干燥
在实施方式中，所需干燥的微滴/颗粒能够被持续地吹离室壁：因而，RFB-SG能够用于对粘性产品进行干燥。
B.RFB-SG用于在出口湿度高的情况下进行第一级干燥
不同于常规的干燥器，在RFB-SG中，与所需干燥的微滴/颗粒接触的干燥气体(例如，主流体G和可选的副流体G)是不断更新的。这使得能够在出口气体(出口流体G)的湿度高的条件下进行干燥的第一部分，这会更高效的地使用干燥空气。在该干燥步骤后能够进行一个或更多个后续干燥阶段(例如，通过至少一个室第二部段B2)。
C.RFB-SG用于半连续式喷雾干燥
RFB-SG的占地面积可以很小，允许由许多较小的RFB-SG来替代常规的干燥器。这样，不需要停止生产以进行清洁，能够大大节省潜在成本。
D.RFB-SG用于对敏感产品进行低温干燥
热敏产品的干燥会需要使用低温空气。这导致干燥较慢、产量较低并因此导致成本较高。RFB-SG中的高热质传递率使RFB-SG对于这种影响不太敏感，从而可以使用较高温度的处理流体G。
E.RFB-SG用于进行低温干燥而具有高效的热量回收
当在低温下进行干燥时，例如使用沸石能够更高效地进行能量回收。在常规喷雾干燥器中，这种益处会被大幅增大的资本成本抵消，但是这对于RFB-SG而言情况将不会是如此。
F.RFB-SG通过潜在热量回收流而连接
小占地面积的RFB-SG允许由多个较小的RFB-SG来替代常规干燥器。例如使用沸石进行能量回收的问题在于，回收期间沸石所产生的蒸汽用在何处。当在RFB-SG技术的帮助下将干燥器分成数个较小的干燥器时，回收期间所产生的蒸汽能够用于对邻近的RFB-SG的入口空气进行加热，等等。
下面提供了装置设置和处理的一些另外的示例，这些示例能够用附图中示出的实施方式来实施。
涂覆
设置
流化室3具有72个流体喷射缝口4a(每个缝口宽0.2mm)，该室的直径D为24cm，宽度X为5cm(例如，体积约为2.26 10-3m3)。装置可以包括液体喷射器，该液体喷射器构造为具有0.5mm喷射孔口的喷雾压力喷嘴7b(例如Schlick 121)，其在室3中居中安装(进行气液逆流操作)。主流体G可以是例如流速设定为200Nm3/h至700Nm3/h、入口温度为50℃至120℃的空气。益生元(Vivinal)粉可以经由第一喷射器6被给送至室。粉末的平均直径可以为70μm，密度可以为260kg/m3(Geldart-C型粉末)。粉末流速可以是2g/s至20g/s。为了对粉末进行涂覆，可以经由第二喷射器6例如将50wt％至50wt％的麦芽糖糊精水溶液喷射到室中例如，微滴尺寸为60μm至70μm。溶液入口温度例如可以是50℃至90℃；溶液流速可以是0.5g/s至4g/s。
特别地，细小颗粒涂覆在制药工业和食品/饲料工业中具有重要的用途。能够使用两个主要的途径：湿法涂覆和干法涂覆。流化床技术广泛地用于颗粒湿法涂覆。然而，在涂覆粘性Geldart-C型颗粒时常规(即重力型的)流化床的性能有限。根据上述内容，静态几何旋转流化床(RFB-SG)能够特别有利地用于使用聚合物水溶液对细小颗粒进行涂覆。
结果
在实验中使用了图1至图2中描绘的直径为24cm，长度为5cm，设置有72个0.2mm的气体入口缝口4a的装置。所需涂覆的颗粒经由室3的前侧(喷射器6)被给送，而液体溶液通过使用居中安装在室中的15°喷雾器(喷射器7)被喷射并且指向反应器的外壁3a(图1)。平均直径为70微米且密度为260kg/m3的颗粒以2g/s的速率被给送。液体溶液在喷射之前被加热到90℃，并且离开喷雾喷嘴的液体微滴平均为65微米。液体流速和液固接触时间是变化的。在形成稳定的旋转颗粒床之后液体溶液被喷射。实验是在不同的空气流速(250Nm3/h和400Nm3/h的)下进行的。给送的空气借助电阻被加热至平均给送温度，介于55℃与70℃之间。对间歇及连续的颗粒涂覆进行了研究。已经发现，这样就能够以可再生产的方式生产涂覆颗粒。
制粒
设置
流化室3具有72个流体喷射缝口4a(每个缝口宽0.2mm)，该室的直径D为24cm，宽度X为5cm(例如体积约为2.26 10-3m3)。装置可以包括孔口为0.5mm的2个流体喷嘴(Schlickmod970S4)(多达三个喷嘴)。设置能够用作如图4中示出的形式，其中，喷射&初始干燥区域B1与随后的干燥室B2通过圆盘被隔开。为了进行制粒，能够将流速例如为200Nm3/h至700Nm3/h并且入口温度例如为150℃至250℃的空气用作处理流体。为了进行制粒，能够在例如50℃至90℃的溶液温度并且例如为0.5g/s至3g/s的溶液流速下使用溶液例如50-50wt％的麦芽糖糊精水溶液喷射到装置中(微滴尺寸：例如为10μm至50μm)。
根据以上内容，本发明的方面能够提供高效节能的干燥、低温干燥(对产品的损害较小)和/或提供相对较小或紧凑、相对便宜的装置来处理或产生颗粒。期望的是，该RFB设计方案能够比提供同等干燥能力的常规喷雾干燥系统小50倍。而且，能够以直接的方式将粉末从处理流体流(特别地但不限于空气流G)中分离出来。另外，该装置能够相对较快地进行干燥以产生粉末，从而大大提高了干燥经济性。
应当理解的是，尽管已参照附图对本发明的说明性实施方式进行了更详细的描述，但本发明不限于这些实施方式。在不脱离如权利要求中所限定的本发明的范围或精神的情况下，本领域技术人员可以进行各种改变和修改。
应当理解的是，在本申请中，术语“包括”并不排除其他元件或步骤。
而且，术语“一”和“一个”中的每一者均不排除多个。
例如，在替代性构型中，涡流室装置可以包括11个或更少的流体喷射器缝口4a，其中，沿着室3的周向方向观察，缝口4a仍定位成彼此相对靠近(即，提供非常高的缝口分布率)。在这种实施方式中，每两个相邻缝口之间的距离Q例如可以小于3cm，更具体地小于2cm，特别地距离Q——沿着室3的周向方向所测量的——可以在例如约1cm至1.5cm的范围内或者更小的范围，例如约0.5cm至约1cm的范围内。
此外，在实施方式中，反应器室可以不被分成不同部段，或者反应器室可以被分成两个部段B1、B2，或者被分成多于两个的部段(例如，通过使用多于一个的隔件)。

Claims (21)

1.一种涡流室装置，包括：
-反应器，所述反应器包括截面呈大致圆形的至少一个室；
-用于将至少一种气态或液态的流体给送到所述室中的装置；
-用于将所述一种或更多种流体从所述室中移除的装置；
-用于将粉末颗粒或粉末颗粒前驱体给送至所述室的装置；
其中，所述流体移除装置包括用于将所述至少一种流体从所述室中移除的至少一个排放口；
其中，所述流体给送装置包括流体喷射器，所述流体喷射器围绕所述室的壁分布用于沿所述壁喷射所述至少一种流体，以将动量传递至所述粉末颗粒或所述粉末颗粒前驱体以能够进行旋转运动，由此，离心力将所述颗粒或所述前驱体朝向所述壁强推通过所述喷射出的流体；
由此，所述粉末颗粒或所述粉末颗粒前驱体形成旋转流化床，所述旋转流化床在距所述流体排放口一定距离处围绕所述流体排放口旋转，同时沿着所述壁滑动并且同时由所述至少一种流体至少部分地支撑，所述至少一种流体在经由所述排放口被移除之前穿过所述流化床；
其中，所述流体给送装置包括多于11个主流体喷射器，所述流体喷射器中的每个流体喷射器均包括具有小于1mm的缝口宽度的流体喷射缝口。
2.根据权利要求1所述的涡流室装置，其中，所述流体给送装置包括至少30个流体喷射器。
3.根据权利要求1所述的涡流室装置，其中，所述流体给送装置包括至少50个流体喷射器。
4.根据权利要求3所述的涡流室装置，其中，所述流体给送装置包括至少70个流体喷射器。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的涡流室装置，其中，所述流体喷射器中的每个流体喷射器均具有小于0.5mm的缝口宽度。
6.根据权利要求5所述的涡流室装置，其中，所述流体喷射器中的每个流体喷射器均具有在0.1mm至0.2mm的范围内的宽度。
7.根据权利要求1、2、3、4及6中的任一项所述的涡流室装置，包括用于经由所述室的远离所述流体喷射器的一侧将粉末颗粒移除的装置。
8.根据权利要求1、2、3、4及6中的任一项所述的涡流室装置，所述室包括第一部段和第二部段，所述第一部段包括所述主流体喷射器，所述第二部段与所述第一部段邻接，所述第二部段包括多个副流体喷射器，所述多个副流体喷射器用于将与由所述主流体喷射器喷射的流体不同的流体给送到所述室中。
9.根据权利要求8所述的涡流室装置，所述多个副流体喷射器用于将在成分、温度、喷射压力和/或流速方面与由所述主流体喷射器喷射的流体不同的流体给送到所述室中。
10.根据权利要求8所述的涡流室装置，包括用于将所述第一部段与所述第二部段彼此部分地分开的隔件。
11.根据权利要求1、2、3、4、6、9及10中的任一项所述的涡流室装置，包括用于将液体给送到所述室中的液体喷射器。
12.根据权利要求11所述的涡流室装置，包括用于将液体给送到所述室中的喷雾器。
13.一种用于使用根据前述权利要求中的任一项所述的涡流室装置对粉末颗粒或粉末颗粒前驱体进行处理的方法，所述方法包括下述步骤：
-沿着截面呈大致圆形的室的壁喷射至少一种流体；
-经由流体排放口从所述室中移除所述一种或更多种流体；
-将粉末颗粒或粉末颗粒前驱体给送至所述室，其中，所述喷射出的流体将动量传递至所述粉末颗粒或所述粉末颗粒前驱体以能够进行旋转运动，由此，离心力将所述颗粒或所述前驱体朝向所述壁强推通过所述喷射出的流体，其中，所述粉末颗粒或所述粉末颗粒前驱体形成旋转流化床，所述旋转流化床在距所述流体排放口一定距离处围绕所述流体排放口旋转，同时沿着所述壁滑动并且同时由所述至少一种流体至少部分地支撑，所述至少一种流体在经由所述排放口被移除之前穿过所述流化床；
其中，所述流体经由多于11个的主流体喷射器被喷射，每个主流体喷射器在相应的所述主流体喷射器处产生具有小于1mm的层厚度的流体层。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述流体使用多于30个主流体喷射器被喷射，每个主流体喷射器在相应的所述主流体喷射器处产生具有小于0.5mm的层厚度的流体层。
15.根据权利要求13所述的方法，包括将液体粉末颗粒前驱体给送至所述室，并且在所述室中大致干燥所述前驱体以产生粉末颗粒。
16.根据权利要求13或14所述的方法，包括将流体粉末颗粒前驱体喷射到所述室中，所述喷射包括使所述流体雾化，所述流体为液体。
17.根据权利要求13所述的方法，包括将涂覆物质给送至所述室以涂覆所述粉末颗粒。
18.根据权利要求13、14、15及17中的任一项所述的方法，其中，所述粉末颗粒的密度低于2500kg/m3。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述粉末颗粒的密度低于1500kg/m3。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述粉末颗粒的密度低于1000kg/m3。
21.根据权利要求13、14、15、17、19及20中的任一项所述的方法，其中，所述粉末颗粒的尺寸密度D50小于500微米。
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