CN105683692A - 用于清洗喷雾干燥设备中的喷嘴装置的方法和用于执行该方法的喷雾干燥设备 - Google Patents

Abstract

在喷雾干燥设备中，以通常的方式包括干燥腔、空气分散器和至少一个压力喷嘴装置(4)，用于在来自进料系统(5)的进料的供应被停止之后并且在喷嘴装置(4)被从干燥腔移除并且定位在清洗系统(7)中之前排空喷嘴装置(4)中的进料的机构被提供。在喷嘴装置(4)中保持雾化的同时进行排空。进料排空系统(6)包括泵(60)、压缩空气/气体源(61)和导管(62)，并且喷雾干燥设备的至少一个阀(45、53、63、64、65、66)允许从进料系统(5)切换到进料排空系统(6)。

Description

用于清洗喷雾干燥设备中的喷嘴装置的方法和用于执行该方法的喷雾干燥设备

技术领域

本发明涉及用于在操作过程中清洗喷雾干燥设备的压力喷嘴装置的方法，包括以下步骤：提供具有干燥腔的喷雾干燥设备，设置插入干燥腔中并且具有进料入口和进料出口的至少一个压力喷嘴装置，设置进料导管以用于在预定压力下将液体进料供应至每个喷嘴装置的进料入口以用于雾化液体进料，提供用于清洗至少一个喷嘴装置的系统，在操作过程中暂停待清洗的喷嘴装置的进料供应，从干燥腔移除所述至少一个喷嘴装置，并且在清选系统中清洗喷嘴装置。本发明还涉及喷雾干燥设备。

背景技术

在该喷雾干燥设备中，通过使雾化液体进料与干燥空气或气体接触，液体产物变成粉末产物。干燥发生在干燥腔中，其中干燥空气与雾化进料接触，并且雾化通过一个或多个喷嘴或诸如转动式喷雾器的其它形式的喷雾器发生。干燥空气经由定位在干燥腔的顶部处或附近的空气分散器进入干燥腔中。另一干燥机构可以设置在该干燥系统中，例如流化床。一个和相同的喷雾干燥设备可以被用于干燥相同的或多个不同的液体进料。

喷雾干燥设备的部件需要每隔一定间隔被清洗，例如按照预定清洗时间表。规律的清洗是必要的以满足政府条例和/或产品说明书设置的要求。该清洗以适当时间间隔被执行以避免产物退化、污染和沉淀物在构件中的积累。清洗通常借助于所谓的原位清洗(CIP)系统发生，以在尽可能拆卸很少构件的情况下，保持用于清洗的时间尽可能短。清洗流体可以是水或可能地是水和适当的洗涤剂或清洗剂的交替使用。为了一些目的，CIP可以与另一灭菌过程组合使用。在CIP之后，干燥在系统外发生。

构件的内部，诸如干燥腔，和喷雾干燥设备的其它单元形成部件，诸如旋流器、袋式滤器、流体床腔、过程腔、容器、槽、输送管或任何类似的导管，通过将清洗流体分配进入腔或导管自身中的清洗喷嘴被清洗。在利用喷嘴用于雾化液体的喷雾干燥设备中，喷嘴从干燥腔被移除以用于清洗并且被放置在干燥腔上方的CIP支架中，以清洗喷嘴、多孔喷枪和上游进料管。整个喷雾干燥设备的清洗通常在停机时被执行，但是设备的部件也在操作过程中被CIP清洗。

喷雾器喷嘴主要地包括两个类别，即压力喷嘴和双流体式喷嘴。还存在许多其它类型的喷嘴，包括上述提到的类型的组合。在压力喷嘴中，液体进料在高压下被提供，然而双流体式喷嘴雾化通过冲击液体进料的高速压缩空气/气体被气动地实现。双流体式喷嘴适合于其中流动性能通过剪切导致粘性急剧增加的产品。该产品通常不适合于在压力喷嘴中雾化，但是在双流体式喷嘴中被成功地处理，其中雾化通过应用非常低的剪切应力而被实现。用于在双流体式喷嘴中雾化的动能被压缩空气提供，并且因此，由于生成压缩空气的成本，双流体式喷嘴的应用被限制。

现在在清洗过程中处理压力喷嘴，例如作为在清洗时间表中的步骤，可能地连接到相应的多孔喷枪的喷嘴通常地以例如4到12个喷嘴一组被从干燥腔移除，并且放置在干燥腔上方上的CIP支架中。在移除一组喷嘴之前，即在操作中的喷嘴的总数量的子集，例如通过切换用于进料的供应阀，液体进料到该组喷嘴的供应被停止，并且喷嘴、多孔喷枪和上游进料供应管道通过吹洗空气或气体以被冲洗以排空喷嘴、多孔喷枪和上游进料供应管道。在清洗过程之后，喷嘴再插入干燥腔中，并且进料的供应被再次启动，通常地都被控制系统控制。该程序然后针对喷嘴的另一子集被执行。根据喷雾干燥机尺寸、类型和涉及的进料，一组喷嘴的该转变过程通常地占用30分钟。一组喷嘴的清洗可以例如通常地通过相关蒸发器和/或其它进料处理设备的上游清洗被确定并且连接到所述上游清洗。

虽然该转变和清洗步骤非常令人满意起作用，但是已经证明经过一段时间，沉淀物在喷雾干燥设备的部件上，特别在干燥腔内侧的侧面和顶壁上，的积累和形成是不可避免的。如此，沉淀物从多个观点是有害的，特别在清洗、产品质量、容量和甚至过热方面。

因而，已经进行多次尝试以减少沉淀物的形成，一个示例被示出在申请人的国际公开物WO2011/063808A1(商业产品在名称JETSWEEP^TM下进行销售)中，并且测量操作以检测沉淀物，例如如申请人的国际公开物WO2011/063808中所示，其中在操作过程中通过红外照相机执行对喷雾干燥机的监控。

然而，尽管上述公开物提供了数个优点，但是避免或减少沉淀物的问题仍然是决定性的。

并且，具有一体式阀的压力喷嘴是已知的，但是对于上述提到的目的具有许多缺点，使这些压力喷嘴不会用于食物或制药喷雾干燥过程中的许多目的。该缺点例如是功能和密封性的可靠性、CIP可能性和从耐磨零件发射部件进入产品中的危险。

发明内容

在该背景下，本发明的目的是提供在背景技术中提到的一种方法，形成沉淀物的危险通过该方法被减少。

在第一方面，该目的和其他目的被在操作过程中用于清洗喷雾干燥设备的压力喷嘴装置的方法满足，所述方法包括以下步骤：

提供具有干燥腔的喷雾干燥设备，

设置插入干燥腔中并且具有进料入口和进料出口的至少一个压力喷嘴装置，

设置进料导管以用于在预定压力下将液体进料供应至每个喷嘴装置的进料入口以用于雾化液体进料，

提供用于清洗至少一个喷嘴装置的系统，

在操作过程中停止待清洗的喷嘴装置的进料供应，

在操作过程中从干燥腔移除喷嘴装置，

在清选系统中清洗喷嘴装置，

其中在进料供应被停止之后并且在喷嘴装置被从干燥腔移除之前，喷嘴装置通过从以下各项选择的方法步骤被排空用于进料：

i)在与进料供应的预定压力大致相同的压力下向喷嘴装置的进料入口供应液体，

ii)以至少16巴的压力向喷嘴装置的进料入口供应压缩空气或气体，

iii)从喷嘴装置的进料入口施加吸力，和

iv)施加与喷嘴装置的进料出口同轴的附加压缩空气流或气体流。

通过提供排空进料的该方法步骤，确保在暂停进料供应之后剩余在喷嘴装置和上游设备中的进料同样被雾化。在不希望被理论限制的情况下，本发明中的原理基于承认，在喷嘴的进料供应的停止之后进入干燥腔中的进料是在喷雾干燥腔的内部表面上的沉淀物的一个源。在现有技术方法中，在该转变过程中出现不充分的雾化。随着进入干燥腔中的所有进料通过根据本发明的方法被合适地雾化，在壁上的进料的沉淀物的危险被消除或至少在很大程度上被减少。

在方法中，术语“喷嘴装置”被限定为包括喷嘴自身、喷嘴杆和单独喷嘴的隔离阀的下游的任何管道。

术语“压缩空气或气体”旨在包括适合于目的并且能够与条例等兼容的任何气体。

然而用于清洗的方法可以作为在涉及设备的数个部件的整体清洗过程中的步骤而用于清洗喷嘴装置，特别有利的是包括在没有中断干燥腔中的其它喷嘴装置的操作的情况下，将喷嘴装置再插入干燥腔中的另一步骤。此外，如果大致地与针对喷嘴装置的另一子集的进料供应被停止以被排空和移除以用于清洗的同时，针对已经被清洗和再插入干燥腔中的喷嘴装置的进料供应被停止，则附加的整体过程效率被获得。

在发明方法的替换例i)的情况下，如果在第一预定时间周期内应用方法步骤i)，并且随后在第二预定时间周期内进行以与进料中的溶剂的浓度对应的量的供应液体的另一步骤，则这是有利的。由于在第一时间周期中排空之后，干燥空气和溶剂/液体在干燥腔中的平衡在第二时间周期中被保持原状，因而该措施确保干燥腔中的干燥状态尽可能被维持恒定。

优选地，步骤i)的液体是水，并且进料供应的预定压力和步骤i)的压力优选地位于100巴-250巴的范围中。

在替换例ii)的情况下，方法步骤ii)有利地在至少30巴下，优选地在高于50巴的压力下，被执行。在16巴的极限下，在供应停止之后，在喷嘴装置中剩余的进料发生充分的雾化。在30巴的有利下限下，在喷嘴出口处基本没有“溅射”的情况下发生排空。

在替换例iii)中，在相对于干燥腔中的压力的负压下执行方法步骤iii)，干燥腔中的压力至少为2.5kPa、更优选地至少为5kPa、并且最优选地至少为10kPa。用于建立该负压的机构在本领域是已知的。

在替换例iv)中，方法步骤iv)在至少0.5巴的压力下被执行，实际压力根据进料粘性而被选择。在排空过程中用于雾化进料的压力例如可以是1或3或5或8或12巴。应注意到，与进料出口同轴地提供附加的压缩空气/气体流仅在排空阶段中发生，而适度的压力同时被施加到喷嘴装置以将进料传导至喷嘴。该压力可以与上述提到的用于雾化的压力相同，但是根据进料性能也可以不同。当然如果相同的空气/气体源可以用于两个目的，布局明智当然是方便的。用于附加流的供应系统可以遵循本文中规定的另一个供选方案的教义。

在更大的设备内特别有利的一个实施例中，方法包括以多个组提供多个喷嘴装置的步骤，并且所述组被相继顺序地清洗。

在另一方面，喷雾干燥设备包括：干燥腔、空气分散器、至少一个喷嘴装置、进料系统、进料排空系统，并且清选系统被提供，具有如下特征，即进料排空系统包括用于排空进料而同时在至少一个喷嘴装置中保持雾化的机构。通过这种方式，剩余在喷嘴装置中的进料的完全雾化被实现。

在当前优选实施例中，进料排空系统包括泵、压缩空气/气体源和导管，并且喷雾干燥设备的至少一个阀允许从进料系统切换到进料排空系统。该系统为喷嘴装置提供很好的功能和从进料至排空介质，即此处为压缩空气或任何适当的气体，的可靠切换。

在上述实施例的优选新构想中，进料系统包括将液体进料抽吸至至少一个喷嘴装置的高压泵，并且喷雾干燥设备进一步包括阀以允许进料或压缩空气/气体通过，并且进料排空系统包括单向阀、排泄阀、止回阀和用于提供至压缩空气/气体的切换的另外的阀。

喷雾干燥设备中的通过根据本发明的方法被清洗的喷嘴装置原则上可以包括单个喷嘴装置。然而，通常至少两个喷嘴装置存在于干燥腔中，并且本发明在以下实施例中是特别有利的，其中喷嘴装置被设置为在多个组中的多个喷嘴装置。

在该优选实施例的另一新构想中，清选系统适于同时容纳一组喷嘴装置。

从其余从属权利要求和用于执行下文阐述的方法的优选实施例和示例的详细描述中看出其他细节和优点。

附图说明

图1示出在本发明的一个实施例中的喷雾干燥设备的示意性侧视图；

图2示出在本发明的另一实施例中的喷雾干燥设备的示意性侧视图；

图3是图1的实施例中的喷雾干燥设备的顶视示意图；

图4是图2的实施例中的喷雾干燥设备的顶视示意图；

图5示出从本发明的一个实施例中的干燥腔的内侧所示的局部视图；

图6以更大的比例尺度示出喷雾干燥设备的另一实施例的细节的局部截面图；

图7是与图6相比更小的比例尺度的图6的实施例的另一细节的局部侧视图；

图8从喷雾干燥设备的还一实施例的细节的另一角度示出与图2示出的实施例基本上对应的侧视图；

图9示出图8示出的喷雾干燥设备的实施例的细节的顶视图；并且

图10是表示在本发明的还一实施例中的喷雾干燥设备进料系统的细节的流程图。

具体实施方式

在图1中，大致表示为1的喷雾干燥设备的实施例被示出。以本身已知的一定方式，喷雾干燥设备1包括干燥腔2和位于干燥腔2的顶部处的空气分散器3。成喷嘴装置形式的大致表示为4的喷雾器机构在干燥腔2的顶部区段中插入干燥腔2中，以相对于干燥腔的竖直或高度方向成角度延伸。喷嘴装置4被示意性地表示为围绕干燥腔2的上区段的圆周平均地分布的四个喷嘴装置4。下文将进一步详述单独的喷嘴装置4的构造。

相应地，图2和4的实施例包括四个喷嘴装置4，但是定位在空气分散器3的顶部处。总的来说，喷嘴装置的位置和角度是任意的并且被选择成使得令人满意的干燥发生。在多个实施例的整个描述中，具有相同或类似功能的元件将被表示为相同的附图标记。

在图5的实施例中，喷嘴装置4被定位成大致水平地延伸进入干燥腔2中。

现在参照图6和7，在另一实施例中示出喷雾干燥设备1的上区段的部件，喷嘴装置4通过空气分散器3的竖直壁区段插入干燥腔2中，并且以相对于竖直方向成角度延伸，此处以所述角度设置连接至空气分散器3的相应插座部件21。适当的密封和锁定装置可以被提供(未具体地示出)。如图7所示，在本实施例中在喷雾干燥设备中设置十六个喷嘴装置4。

每个喷嘴装置4都包括定位在喷嘴杆42的一个端部处的压力喷嘴41。在喷嘴杆42的相反端部处，喷嘴装置4设置有连接至进料系统(未在图示该实施例的图6和7中示出)的进料入口43以用于供应在示出的实施例中的供应管44中的液体进料，供应管44又经由阀连接至上游有管进料系统。喷嘴41在朝向干燥腔2的内部的端部处具有进料出口(未示出)。在本文中，术语“喷嘴装置”被限定为包括喷嘴自身、喷嘴杆和单独喷嘴的隔离阀的下游的任何管道。将如下文进一步详述排空和清洗这些元件。

该喷嘴41的构造是已知的并且例如是可购买到的由GEA过程工程A/S提供的压力喷嘴。诸如喷嘴杆42的其他构件和诸如托架、安装装置、密封件、管道等的配件部件同样是标准设备。

在图8和9的又一实施例中，八个喷嘴装置4定位在空气分散器3的顶部中，并且喷嘴杆42从进料入口43大致竖直地延伸至位于干燥腔2中的喷嘴41处的进料出口。如图9所示，进料供应管44连接到喷雾干燥设备的大致表示为5的进料系统。

上述实施例的喷雾干燥设备被示出分别地具有四个、十六个和八个喷嘴装置4。喷嘴装置可以基本定位在任何构造中并且通常被布置在例如4-12个喷嘴装置的组中。喷嘴装置的组然后可以相继地从干燥腔中移除以被清洗。

图10示出表示本发明的还一实施例中的喷雾干燥设备的进料系统5的构造的细节的流程图。此处，喷嘴装置被布置成三组104、204、304，每组都包括九个喷嘴装置4。将进一步地详细描述仅一组104喷嘴装置4。此外，大致表示为7的清洗系统被示出在图10中。

进料系统5包括从未示出的供应源抽吸液体进料的高压泵50。泵50将液体进料抽吸通过主进料导管51并且进一步地通过分支进料导管52到组104的在图10左侧的四个喷嘴装置4的子组，来自主进料导管52的其余进料供应组104的在图10中右侧的五个喷嘴装置4的另一个子组。阀53提供在喷嘴装置4附近打开和关闭进料供应的可能性。另外的阀45被设置在供应管44的上游端部处，以允许通过进料或排空介质的导管46，在图10示出的实施例中，进料或排空介质为压缩空气或任何适当的气体，将如下文进一步详述。

进料排空系统6被设置成在排空进料的过程中保持雾化。进料排空系统包括泵60、压缩空气源61、分支导管62、单向阀63、排泄阀64和止回阀65。另外的阀66使得可以将进入导管46中的流体从进料切换至压缩空气，或适合于目的的任何其它气体。

在上述实施例中的任一个中的喷雾干燥设备的操作过程中，待雾化的液体进料经由进料供应管44从进料系统5供应至喷嘴装置4。进料从进料入口43经由喷嘴杆42和在喷嘴41处的进料出口进入干燥腔2中。

当单独的喷嘴装置4或喷嘴装置4的组104、204、304在清洗系统中将被清洗时，或作为在操作过程中的清洗程序中的清洗步骤，或为了提供从一个进料管线至另一进料管线的进料转变，以下过程被启动：

首先，用于待清洗的喷嘴装置的进料供应被停止。清洗通常在包括喷雾干燥设备的机械设备的操作过程中被执行。单独的喷嘴被移除，或喷嘴装置的整个组被移除，同时在通过存在于干燥腔中的其余喷嘴装置进行雾化的情况下，喷雾干燥设备的操作被继续行进。喷嘴装置在喷雾干燥设备的清洗系统中被清洗。

在进料供应被停止之后并且在至少一个喷嘴装置被从干燥腔移除之前，喷嘴装置通过从以下供选方案中的一个选择的方法步骤被排空进料：

i)在与进料供应的预定压力大致地相同的压力下向喷嘴装置的进料入口供应液体，

ii)以至少16巴的压力向喷嘴装置的进料入口供应压缩空气或气体，

iii)从喷嘴装置的进料入口施加吸力，并且

iv)施加与压力喷嘴装置的进料出口同轴的附加压缩空气流或气体流。

参见图10，根据步骤ii)的排空过程被描述。

应注意到，压力值的单位被称为本领域的技术人员通常使用的“巴”、“kPa”和“MPa”，并且值的转换位于现有技术范围内。

在一组104喷嘴装置的排空、移除和清洗后，该组喷嘴装置可以在其余组的继续操作过程中被再插入干燥腔中，并且可以针对另一组204或304执行对应的过程。这可以根据预编程时间表以被执行以有序地相继地清洗各组。

示例

所有奶的液体进料通过压力喷嘴装置被雾化。通过方法步骤ii)以在下文表格1中列出的不同压力排空喷嘴装置的进料。在视觉上评估结果。液体进料具有48cP的粘性和47.3％的固体含量。

结果随着利用的压力的而改变。

10巴的压力不提供雾化。

16巴的压力提供雾化，然而该雾化为稍微地不均匀的雾化。

30巴的压力提供令人满意的雾化。接近排空过程的结尾时，观察到来自喷嘴的轻微溅射。

50-75巴的压力提供令人满意的雾化。接近排空过程的结尾时，几乎观察不到来自喷嘴的溅射。

表格1

压力[巴]	雾化	溅射
			75	是	否
50	是	否
			30	是	否
16	是	是
			10	否	N/A
8	否	N/A

本发明应该不被认为受限于上文示出和描述的实施例。在随附权利要求的范围内可想到数个修改例和实施例。

Claims (17)

1.一种用于在操作过程中清洗喷雾干燥设备的喷嘴装置的方法，包括以下步骤：

提供具有干燥腔的喷雾干燥设备，

设置插入干燥腔中并且具有进料入口和进料出口的至少一个压力喷嘴装置，

设置进料导管以用于在预定压力下将液体进料供应至每个喷嘴装置的进料入口以用于雾化液体进料，

提供用于清洗所述至少一个喷嘴装置的系统，

在操作过程中停止待清洗的喷嘴装置的进料供应，

从干燥腔移除喷嘴装置，

在清选系统中清洗喷嘴装置，

其中在进料供应被停止之后并且在喷嘴装置被从干燥腔移除之前，喷嘴装置通过从以下各项选择的方法步骤被排空用于进料：

i)在与进料供应的预定压力大致相同的压力下向喷嘴装置的进料入口供应液体，

ii)以至少16巴(1.6MPa)的压力向喷嘴装置的进料入口供应压缩空气或气体，

iii)从喷嘴装置的进料入口施加吸力，和

iv)施加与喷嘴装置的进料出口同轴的附加压缩空气流或气体流。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述方法包括在未中断干燥腔中的其它喷嘴装置的操作的情况下，将喷嘴装置再插入干燥腔中的另一步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

大致地与针对喷嘴装置的另一子集的进料供应被停止以被排空和移除以用于清洗的同时，针对已经被清洗和再插入干燥腔中的喷嘴装置的进料供应被停止。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中：

在第一预定时间周期内应用方法步骤i)，并且随后在第二预定时间周期内进行以与进料中的溶剂的浓度对应的量的供应液体的另一步骤。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中：

步骤i)中的液体是水。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中：

进料供应的所述预定压力和步骤i)中的压力位于100巴至250巴(10MPa至25MPa)的范围中。

7.根据权利要求1到3中的任一项所述的方法，其中：

在至少30巴(3MPa)的压力下，优选地在高于50巴(5MPa)的压力下执行方法步骤ii)。

8.根据权利要求1到3中的任一项所述的方法，其中：

在相对于干燥腔中的压力的负压下执行方法步骤iii)，干燥腔中的压力至少为2.5kPa、更优选地至少为5kPa、并且最优选地至少为10kPa。

9.根据权利要求1到3中的任一项所述的方法，其中：

在至少0.5巴(50kPa)的压力下执行方法步骤iv)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：

相同的空气/气体源供应喷嘴装置的进料入口并供应与进料出口同轴的附加压缩空气/气体流。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，所述方法包括以多个组提供多个喷嘴装置的步骤，并且所述组被相继顺序地清洗。

12.一种喷雾干燥设备(1)，包括：

干燥腔(2)，

空气分散器(3)，

至少一个压力喷嘴装置(4)，

进料系统(5)，

进料排空系统(6)，和

清洗系统(7)，

其特征在于：

进料排空系统(6)包括在所述至少一个喷嘴装置(4)中保持雾化的同时用于排空进料的机构。

13.根据权利要求12所述的喷雾干燥设备，其中：

进料排空系统(6)包括泵(60)、压缩空气/气体源(61)和导管(62)，并且喷雾干燥设备包括允许从进料系统(5)切换到进料排空系统(6)的至少一个阀(45、53、63、64、65、66)。

14.根据权利要求13所述的喷雾干燥设备，其中：

进料系统(5)包括将液体进料抽吸到所述至少一个喷嘴装置(4)的高压泵(50)，并且喷雾干燥设备进一步包括允许进料或压缩空气/气体通过的阀(45)。

15.根据权利要求14所述的喷雾干燥设备，其中：

进料排空系统包括单向阀(63)、排泄阀(64)、止回阀(65)和用于提供至压缩空气/气体的切换的另外的阀(66)。

16.根据权利要求12至15中的任一项所述的喷雾干燥设备，其中：

喷嘴装置被设置为位于多个组(104、204、203)中的多个喷嘴装置。

17.根据权利要求16所述的喷雾干燥设备，其中：

清选系统(7)适于同时容纳一组喷嘴装置。