CN106536034B - 用于对粒子进行包衣或制粒的流化床装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对粒子进行包衣或制粒的流化床装置(10)及方法，流化床装置(10)包括旋风发生器(70)其中旋风发生器(70)安装在流化床装置(10)的喷枪枪体(62)上并且穿过空气分配板(40)连接压缩空气气源，旋风发生器(70)具有围绕喷枪枪体(62)的周围延伸的管状套筒(71)，在套筒(71)与喷枪枪体(62)之间限定有空气室(74)，并且套筒(71)具有多个导向槽口(79)，来自压缩空气气源的空气经由空气室(74)通过导向槽口(79)被引导旋转向外以在流化床装置(10)的导流筒(50)中提供相对于喷枪(60)沿圆周向外的旋风气流。该装置优化了喷雾区域内的喷雾形态和粒子流形态的流动特性，提高了流化床的性能。

Description

用于对粒子进行包衣或制粒的流化床装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于对粒子进行包衣或制粒的流化床装置的旋风发生器、包括该旋风发生器的流化床装置及用于在该流化床装置中对粒子进行包衣或制粒的方法。本发明还涉及一种用于对粒子进行包衣或制粒的流化床装置的用于代替单一导流筒的双导流筒、还包括该双导流筒结合旋风发生器的流化床装置及用于在该流化床装置中对粒子进行包衣或制粒的方法。
背景技术
已知已经有多种专门的设备和装置用于包衣或制粒的目的，这类装置通常包括垂直置于容器内的圆筒形的导流筒以及与导流筒同心安装的喷枪，该导流筒被悬置于具有开孔的、其上衬有金属网的空气分配板之上，并且导流筒将容器分隔出位于中央的上行流动床区及周边的下行流动床区。该空气分配板的处于导流筒的垂直投影区域内的中央区域的开孔孔径较大而处于导流筒的垂直投影区域外的周边区域开孔孔径较小。在导流筒和空气分配板之间垂直地存在环状的间隙，作为粒子从下行流动床区到上行流动床区的环状通道。
由于通过空气分配板中央区域上升的较强上升气流的高速率，使得在导流筒筒壁下方的环状的间隙以及导流筒下方的空气分配板上的环状边界区域向内产生了极小的静压，同时由于通过空气分配板周边区域上升的较弱上升气流使得粒子保持在一种悬浮的半流化状态，该较弱上升气流在空气分配板的周边区域之上产生流化层，刚好能够防止流化层中待处理粒子的粘连并且保持粒子轻微运动。因此，由于较强上升气流产生的极小静压作用，在导流筒外侧的流化层的待处理粒子将通过导流筒筒壁下方的环状的间隙向导流筒内侧移动。
通过空气分配板上升的高速率较强上升气流携带着粒子在导流筒内向上运动，粒子在此经过由喷枪的喷嘴释出的喷雾而被包衣或制粒，粒子随后在导流筒上方的膨胀区遇到低速率较弱上升气流，当气流速率不足以支持粒子，粒子在重力作用下落入下行流动床区，粒子在存在于环状的间隙的吸力作用下而重新进入导流筒内侧并遭遇高速率较强上升气流，因此得以实现在上行流动床区进行包衣或制粒、在下行流动床区进行干燥的一个循环。在现有技术中，该较强上升气流有待优化以提高工艺和产品的质量。
此类装置的一种改进型(见US6773747B2)包括在喷雾过程中将粒子吹离喷嘴的气流转向器，该气流转向器包括围绕喷枪枪体延伸并在临近喷嘴处有多个圆孔的套筒。该套筒可操作性地与压缩空气气源连接，该压缩空气气源推动空气通过套筒上的圆孔在径向上沿圆周向外排出，当转向气流与通过空气分配板的较强上升气流相遇后即产生径向向外的转向上升气流，该转向上升气流允许喷雾形态更加充分的发育而增加喷雾区域的有效面积，因此该转向上升气流将粒子推离喷嘴且防止粒子在通过喷雾区域前向喷嘴坍塌，所以该工艺在降低过湿、不均匀润湿和结块时允许以更高速率喷雾。然而，由于该工艺中的转向气流在径向上的速度矢量高，使得粒子可能以径向上的高速度矢量碰撞导流筒内壁，从而出现对包衣膜或颗粒损害的风险。
该已有技术装置的一系列实施例(见US5718764和US6492024B1)包括为提高和促进工艺的空气涡流发生器、垂直置于喷嘴上方且与该喷嘴同心定位的圆筒形的导流筒，该喷嘴被安装在空气分配板上的圆形孔内且与所述空气分配板放置于同一水平面上，从而围绕喷嘴形成环状槽口，该空气涡流发生器被定位于空气分配板下方且位于充气基座内，其包括位于空气分配板下方且装配在环状槽口边缘的空气导向壁，该空气导向壁分隔出具有水平横截面积向下扩张的旋转对称空间并且可以典型地实施成向下扩张的锥体，偏转片被旋转对称地构建在空气导向壁的下部并且每个偏转片可以典型地具有垂直部分和倾斜部分以使得气流朝同一方向偏转，空气涡流由此生成并通过喷嘴周围的环状槽口，随后该空气涡流携带粒子在导流筒内沿螺旋上升的路径通过喷雾区域和上行流动床区。已经证实如此受控的空气涡流经过喷雾区域时，由于粒子的螺旋上升运动而有助于增加粒子与释出的雾滴接触的机会。然而，由于在轴向上的高速度矢量，该空气涡流在粒子进入喷雾区域前妨碍了喷雾形态和粒子流形态充分的发育，可能出现过湿、不均匀润湿和结块的风险。
此类装置的另一种改进型(见US2011/0315079A1)包括另一种空气涡流发生器，以在工艺中相对于传统装置获得更加均匀的粒子包衣、减少粒子的粘连和适用于更小的粒子，该圆盘形的空气涡流发生器具有向外开放且与垂直方向呈夹角的多个配置槽，该空气涡流发生器装配在圆筒形的导流筒下方的空气分配板中央区域且与在此的一支喷枪同轴，并且将上升空气转向为涡流以作为多个槽的倾斜的结果，该空气涡流将粒子送入导流筒内的喷雾区域以获得包衣喷涂，作为在轴向流动方向距离上的更长路径的结果，该空气涡流提高了双相流动的热交换，因为更好的热交换，因此可期待得到更加均匀的粒子包衣、减少粒子的粘连和克服更小粒子包衣工艺中的问题。然而，一方面，由于空气涡流的轴向速率与切线速率不具有单独控制性，所以其轴向速率与切线速率的比率不具有可改变性，空气涡流不能满足特定工艺在批量、粒径和工艺属性等方面变化的个性化要求，这意味着空气涡流不能被优化以适应特定工艺。另一方面，该圆盘形的空气涡流发生器产生的空气涡流具有围绕喷枪的中央区域较强而远离喷枪的周边区域较弱的特点，使得空气涡流损害了喷雾形态的发育从而干扰了雾滴的充分雾化，可能出现过湿、不均匀润湿的风险。再一方面，由于空气涡流通过发生器后的瞬间膨胀和粒子在发生器上的突然加速，使得空气涡流损害了粒子流形态的发育从而干扰了粒子的运动，这意味着在工艺中粒子被赋予不良的不规则的运动。
显而易见，有助于喷雾形态和粒子流形态发育的气动动力学方法可有利地改进产品和工艺的质量，由此改进后的气动动力学方法一方面允许喷雾形态和粒子流形态的充分发育，另一方面优化后的产品的对流路径使得粒子能够接受均匀的喷涂，在增加喷雾速率的情况下保证了喷雾效率的最大化和非常稳定的操作，并且产生具有优良物理性状的高质量产品。喷嘴的型号通常采用气动雾化的，例如采用高速空气射流以便将液体射流分散成圆锥状云或喷雾形态的小雾滴，优选地采用双流喷嘴。
发明内容
为此，本发明的构思是一种在导流筒中上行流动床区内喷枪附近引入旋转上升气流的气动动力学方法，以便有助于喷雾形态和粒子流形态的发育，同时通过将粒子置于旋转上升路径并允许粒子因与导流筒内壁之间存在极小的摩擦而分别自转，从而增加了粒子在随后经过喷嘴上方的喷雾区域时得到更加均匀的喷涂机会，如此得以保证流化床装置中的粒子在喷雾形态充分发育使得雾滴浓度降低之前不会进入喷雾区域在此与雾滴接触，并且由于粒子沿导流筒的内壁呈螺旋状上升运动而使得粒子的磨损减小。与现有技术中基于垂直方向产生/水平方向导向而形成的空气涡流不同，本发明的构思基于水平方向产生/垂直方向导向以形成旋风气流，使得旋风气流可以在导流筒的预定的垂直区间对粒子进行持续稳定地切线加速，有助于喷雾形态和粒子流形态的发育，优化了产品的对流路径。并且，根据本发明的旋风发生器能够以附件的方式对传统流化床装置进行简单的改造加装以提高性能。
本发明的另一个构思是一种代替使用单一导流筒而采用双导流筒并在两个导流筒之间的沉降流动床区内引入沉降气流的气动动力学方法，使得对经过喷涂的粒子可以根据粒子的粒径加以区分，并分别对不同粒径的粒子进行区别性的处理，从而在包衣或制粒工艺中避免小粒子因具有高表面能而形成的粘连，并且小粒子由此被选择性地连续循环处理而快速增加粒径，使全部粒子形成均匀的粒径，同时消除或减少了由于粒子间的相互遮挡效应而产生的粒子间喷涂不均的不良影响，提高了本发明的流化床装置对于具有高表面能粒子的适应能力，拓展了包衣和制粒工艺的应用范围。
为了实现以上目的，本发明提供一种用于对粒子进行包衣或制粒的流化床装置的旋风发生器，该流化床装置包括产品容器、位于下部的充气基座、设置在产品容器与充气基座之间的空气分配板、和导流筒，所述流化床装置还包括至少一支喷枪，该喷枪包括喷枪枪体并且其上端配备有喷嘴、其下端穿过空气分配板。导流筒在产品容器内与喷枪同轴垂直地定位并且悬置于空气分配板上方，旋风发生器安装在喷枪枪体上。根据本发明，旋风发生器穿过空气分配板连接压缩空气气源，并且旋风发生器具有围绕喷枪枪体的周围延伸的管状的套筒，在套筒与喷枪枪体之间限定有空气室，并且套筒具有多个导向槽口，来自压缩空气气源的空气经由空气室通过导向槽口被引导旋转向外以在导流筒中提供相对于喷枪沿圆周向外的旋风气流。
根据本发明的一个优选方案，导向槽口在套筒的壁内以径向切线向外延伸。
根据本发明的一个优选方案，导向槽口在套筒的壁内以径向渐进切线向外延伸。
根据本发明的一个优选方案，导向槽口在套筒的壁内以径向切线向外和向上延伸，气流通过导向槽口被引导旋转向外和向上。
根据本发明的一个优选方案，导向槽口与水平面呈5°至80°的仰角。
根据本发明的一个优选方案，导向槽口与水平面呈15°至60°的仰角。
根据本发明的一个优选方案，在导流筒的预定的垂直区间提供旋风气流，以避免对导流筒外的气流和粒子产生扰动。
根据本发明的一个优选方案，套筒包括上端和下端，导向槽口在上端和下端之间沿轴向延伸。
根据本发明的一个优选方案，套筒的下端固定有复合件，自压缩空气气源延伸的空气管线连接到复合件，并且其下端还固定有盖圈，空气分配板被夹在复合件与盖圈之间。
根据本发明的一个优选方案，设有延伸穿过复合件和盖圈的扩展开孔，该扩展开孔适于装配接头以连接空气管线、进而连接压缩空气气源。
根据本发明的一个优选方案，套筒的上端和下端之间覆盖圆筒形的金属网，以当流化床装置运行中断时防止粒子通过导向槽口进入。
根据本发明的一个优选方案，旋风发生器可以具有多种形状的套筒和/或复合柱。
根据本发明的一个优选方案，导流筒是圆筒形的或近似圆筒形的。
本发明的另一方案在于，提供一种用于对粒子进行包衣或制粒的流化床装置，包括：
产品容器，具有用于容纳粒子的膨胀室；
充气基座，设置在产品容器下方并且包括自第一气源延伸的进气管道；
空气分配板，定位安置在膨胀室的底部，空气分配板具有多个空气通道开孔，来自充气基座的气流通过空气通道开孔进入所述产品容器；
至少一支喷枪，垂直定位在空气分配板上方，用于喷射向上的溶液喷雾进入膨胀室以便对粒子进行包衣或制粒；
至少一个导流筒，该导流筒在产品容器内与喷枪同轴垂直地定位并且悬置于空气分配板上方；
其中，空气分配板的处于导流筒的垂直投影区域内的开孔的孔径大于处于导流筒的垂直投影区域外的开孔的孔径，从而在孔径较大的开孔的区域形成风量较大、风速较高的较强上升气流而在孔径较小的开孔的区域形成风量较小、风速较低的较弱上升气流，由此对于粒子而言在膨胀室中在气动动力学方面形成由导流筒分隔的上行流动床区和下行流动床区；以及
喷枪与如前所述的旋风发生器结合，并且旋风发生器通过空气室和多个导向槽口提供相对于喷枪沿圆周向外的旋风气流，在由孔径较大的开孔提供的较强上升气流和旋风气流的共同作用下在导流筒中产生旋转上升气流，使得粒子沿着在上行流动床区旋转向上并且在下行流动床区坠落向下的循环路径运行。
根据本发明的一个优选方案，导流筒具有开放的上端和下端，所述上端向上延伸进入在气动动力学方面在上行流动床区与下行流动床区之间的膨胀区，所述下端悬置于空气分配板上方并且与空气分配板形成环状的间隙。
根据本发明的一个优选方案，在导流筒的预定的垂直区间产生旋转上升气流。
根据本发明的一个优选方案，还设有至少一个第二导流筒，该第二导流筒具有比导流筒更大的直径并且与导流筒同轴地定位以在导流筒和第二导流筒之间形成近似圆环形的空气通道。
根据本发明的一个优选方案，空气分配板的处于导流筒和第二导流筒之间的环状的垂直投影区域内不具有开孔。
根据本发明的一个优选方案，第二导流筒具有开放的上端和下端。
根据本发明的一个优选方案，第二导流筒的上端与导流筒的上端处于同一水平面并且共同形成环状的开口。
根据本发明的一个优选方案，第二导流筒的下端与导流筒的下端共同形成另一环状的开口，同时，第二导流筒的下端与空气分配板形成第二环状的间隙。
根据本发明的一个优选方案，在导流筒和第二导流筒之间形成沉降流动床区，粒径较小的粒子由于较小的动量沿着在上行流动床区旋转向上并且在沉降流动床区坠落向下的循环路径运行。
根据本发明的一个优选方案，第二导流筒是圆筒形的或近似圆筒形的。
本发明的又一方案在于，提供一种用于在如前所述的流化床装置中对粒子进行包衣或制粒的方法，该方法包括：
在流化床装置的产品容器中对于粒子而言引导较强上升气流在气动动力学方面形成由导流筒分隔的上行流动床区和下行流动床区，其中较强上升气流携带粒子向上通过上行流动床区并在此通过用于喷射溶液喷雾进入膨胀室的至少一支喷枪对所述粒子进行包衣或制粒；以及
引导旋风气流在气动动力学方面使粒子相对于喷枪沿圆周向外产生旋转运动；
因此在较强上升气流和旋风气流的共同作用下在导流筒中产生旋转上升气流，由此使得粒子沿着在上行流动床区旋转向上并且在下行流动床区和/或所述沉降流动床区坠落向下的循环路径运行。
根据本发明的一个优选方案，引导粒子在进入喷雾区域前产生旋转运动向外飞离喷枪。
根据本发明的一个优选方案，在导流筒的预定的垂直区间产生旋转上升气流，以便在所述预定的垂直区间对粒子产生旋转及上升方向的加速。
根据本发明的一个优选方案，单独控制较强上升气流和旋风气流，以便分别改变旋转上升气流的轴向速率与切线速率，从而在两个维度上最佳地优化旋转上升气流的运行特征。
根据本发明的一个优选方案，粒子由于与导流筒的内壁之间的轻微摩擦而被赋予自转运动，使得旋风气流对粒子产生较好的切线加速效果，从而有利于粒子均匀地接受喷涂。
通过根据本发明的旋风发生器，允许喷雾形态的充分发育和喷射溶液的充分雾化，并且该旋风发生器使得旋转上升气流允许粒子流形态的充分发育并携带粒子在上行流动床区内沿旋转上升路径运动，如此一方面保证粒子在经过喷雾区域时获得均匀地喷涂，另一方面防止粒子因高速撞向导流筒内壁而造成的损害。此外，根据本发明的旋风发生器能够消除或减少润湿的粒子的粘连。
通过根据本发明的流化床装置，其中的旋风发生器使得旋转上升气流携带粒子在上行流动床区内进入旋转上升路径，粒子由此形成在导流筒内垂直地呈螺旋状上升运动的粒子流形态，如此使得临近导流筒的内壁具有高的粒子密度而核心区域的粒子密度相对很低，同时，释出的雾滴在较少或没有粒子干扰的情况下同心地飞向螺旋状粒子流附近，因此增加了粒子同心地与雾滴在螺旋状粒子流内壁附近相遇的机会，并且由于能够防止雾滴到达导流筒的内壁而消除或减小了现有工艺中的粘壁效应。
在根据本发明的流化床装置中，流过旋风发生器的风量和气压可以得到监测和控制，以便在随着产品粒径增大的整个工艺过程中提高流化床装置的性能。此外，通过根据本发明的流化床装置，由于自旋风发生器的空气导向槽口释放的压缩空气的膨胀而在上行流动床区产生相对低温，该相对低温减少了来自于释出的雾滴和润湿的粒子的蒸发，从而有利于包衣膜或颗粒的形成，并且由于消除或减小了工艺中的喷雾干燥效应因此而提高了喷雾的利用率。此外，通过根据本发明的流化床装置，能够优化喷雾区域内喷雾形态和粒子流形态的流动特性，从而提高了喷雾速率。
以上及其它目的通过本发明的下列描述将得以明晰。
术语用法的定义：
在本文限定及所附上下文范围内，术语“空气”用于广泛的方面，也包括大气和人工气体。
在本文限定及所附上下文范围内，术语“粒子”用于广泛的方面，也包括待包衣的粒状物料和待制粒的细粉。
在本文限定及所附上下文范围内，术语“产品”用于广泛的方面，也包括制备过程中的半成品和最终成品。
附图说明
图1示出了根据本发明第一实施例的流化床装置的轴向截面侧视图，
图2示出了根据本发明第一实施例的旋风发生器的透视图，其中旋风发生器的圆柱状金属网呈现展开状，
图3示出了根据本发明第一实施例的喷枪连同装配在其上的旋风发生器的轴向截面侧视图，
图4示出了根据本发明第一实施例的套筒连同喷枪的径向截面俯视图，
图5示出了根据本发明第一实施例的流化床装置的轴向截面侧视图，其中示出了产品的对流路径，
图6示出了根据本发明第一实施例的截面示意图，其中流化床装置具有多个喷嘴和导流筒，
图7示出了图6所示的第一实施例的流化床装置的水平截面图，以及
图8示出了根据本发明第二实施例的流化床装置的轴向截面侧视图，其中示出了产品的对流路径。
具体实施方式
参照图1，流化床装置10包括具有膨胀室21的用于容纳粒子的产品容器20、位于产品容器20下部的充气基座30、以及置于产品容器20和充气基座30之间的空气分配板40。产品容器20的上端22可以开放以连接于位于其上方的过滤器外罩(未显示)，其具有空气过滤器结构和空气出口。进气管道31自第一气源(未显示)通入充气基座30。
空气分配板40具有多个空气通道开孔41、42，来自下部的充气基座30的气流可以通过所述空气通道开孔41、42进入产品容器20。通常为圆筒形的导流筒50悬置于容器20的中央并在容器20中分隔出位于中央的上行流动床区23和位于周边的下行流动床区24。导流筒50具有开放的上端51、下端52，其上端51向上延伸进入在气动动力学方面位于上行流动床区23与下行流动床区24之间的膨胀区25，而其下端52悬置于空气分配板40上方并且与空气分配板40形成环状的间隙53。空气分配板40的处于导流筒50的垂直投影区域内的开孔41的孔径大于处于导流筒的垂直投影区域外的开孔42的孔径，从而在开孔41的区域形成风量较大、风速较高的较强上升气流而在开孔42的区域形成风量较小、风速较低的较弱上升气流，由此对于粒子而言在容器20中在气动动力学方面形成由导流筒50分隔的位于中央的上行流动床区23和位于周边的下行流动床区24。喷枪60垂直地安装在导流筒50的中央同心轴上并且延伸通过空气分配板40进入容器20的上行流动床区23。喷枪60的顶部配备有喷嘴61，该喷嘴61接收通过空气供源(未显示)提供的压缩空气并且带压喷射通过液体供源(未显示)提供的溶液。
以上结构是本领域常见的流化床装置的惯常结构，如行业内所周知。
第一实施例
根据本发明的第一实施例，额外提供一种能够与上述常见流化床装置中的喷枪60结合的旋风发生器70以提供相对于喷枪60的沿圆周向外的旋风气流。特别地，旋风发生器70包括可装配在喷枪枪体62上的套筒71，该套筒71包括上端77和下端78，导向槽口79在上端77和下端78之间沿轴向延伸。并且旋风发生器70还包括固定在下端78的复合件81和盖圈82，其中自压缩空气气源延伸的空气管线73通过接头72连接到盖圈82和复合件81，复合件81的底部包括适合于被嵌入空气分配板40的中央开孔的凸出部83，因此空气分配板40被夹在复合件81和盖圈82之间，套筒71、复合件81和盖圈82一起拧紧或紧固在喷枪枪体62上并且共同装配在空气分配板40上，喷枪60的螺帽64被拧紧在喷枪枪体62上，如图2、图3和图5所示。套筒71还包括内槽91，其适于嵌入密封件，例如O形环92。相似地，复合件81也包括内槽93，其适于嵌入密封件，例如O形环94。
旋风发生器70还设有沿轴向延伸穿过复合件81和盖圈82的扩展开孔84、85，扩展开孔84适于装配接头72，其连接第二空气管线73，并继而连接压缩空气气源(未显示)。扩展开孔85适于装配接头65，其连接液体管线63和第一空气管线66，并继而分别相对应地连接液体供源(未显示)和压缩空气供源(未显示)。液体导管67在喷枪枪体62内向上延伸以便为喷嘴61提供来自于液体管线63的液体用于释放喷雾，如图2和图3所示。
装配于喷枪枪体62上的旋风发生器70在套筒71的内壁76和喷枪枪体62的外壁68之间形成通常为圆筒形的空气室74，其具有扩展的下端75。O形环92、94分别将空气室74的上、下两端密封，如图3所示。
旋风发生器70的套筒71是中空的管状或圆筒状部件，其外周覆盖有圆筒形的金属网95以当流化床装置10运行中断时防止粒子通过导向槽口79进入。导向槽口79在管状套筒部件71的壁内以径向切线向外延伸。特别地，导向槽口79沿套筒71圆周呈旋转对称排列且在套筒71的壁内以径向渐进切线向外延伸。导向槽口79可以被导向为与水平面呈仰角，例如与水平面呈5°至80°或优选15°至60°，如图3和图4所示。当空气从空气室74经过槽口79进入上行流动床区23时，导向槽口79的这种特征使得能够实现空气的旋风运动。重要的是槽口79在套筒71的壁内以相同的切线方向向外延伸，这意味着槽口79应该提供相同的顺时针或者逆时针方向的在喷枪60附近流动的气流，因而提升了气流的旋风运动效果。
图5示出了在使用根据本发明的旋风发生器70的流化床装置10中产品的对流路径。以传统方式由第一气源经过第一空气管道31提供的带压空气分别穿过空气分配板40的开孔41和42被排出以形成上升气流，而由第二气源经过第二空气管线73及接头72的压缩空气进入空气室74，气流通过槽口79被排出以产生相对于喷枪60旋转向外的旋风气流，如图5中箭头A所示。在较强上升气流和旋风气流的共同作用下，在上行流动床区23产生旋转上升气流。高速率的旋转上升气流允许粒子流形态充分地发育并携带粒子进入旋转上升路径，同时，粒子由于与导流筒50的内壁之间的轻微摩擦而被赋予自转运动(未显示)，使得粒子在随后经过喷嘴61上方的喷雾区域时增加了更加均匀喷涂的机会，如图5中箭头B所示，旋转上升气流的风量允许喷雾形态在与旋转上升的粒子接触前得到充分地发育。当通过喷雾区域润湿的粒子进入导流筒50上方的膨胀区25时，粒子遇到的低速率气流使得粒子在下行流动床区24内向下坠落，如图5中箭头C所示。粒子在向下路径中被干燥的程度使得通过空气分配板40周边区域的较弱上升气流足以避免流化层中出现结块。由于旋转上升气流在环状的间隙53处形成的吸力，粒子随后通过该间隙53被吸入上行流动床区23。故而，粒子在上行流动床区23中的喷涂和在下行流动床区24中的干燥形成了循环。旋风发生器70提供了一种具有旋转上升气流的气动动力学方法，这一方面有益于喷雾形态和粒子流形态的充分发育，另一方面优化了产品的对流路径使得粒子获得均匀的喷涂。
第二实施例
如图8所示，本发明的第二实施例是基于本发明的第一实施例的改进方案，其中除了导流筒50之外还设有第二导流筒54以在导流筒50和第二导流筒54之间提供向下的沉降气流。通常也呈圆筒形的第二导流筒54具有比导流筒50更大的直径并且与导流筒50同轴地定位以在导流筒50和第二导流筒54之间形成圆环形的空气通道26。例如为圆筒形的导流筒50和第二导流筒54安装于容器20的中央并在容器20中共同分隔出位于中央的上行流动床区23、位于周边的下行流动床区24以及夹在导流筒50和第二导流筒54之间的沉降流动床区27。第二导流筒54具有开放的上端55和下端56，特别地，其上端55与导流筒50的上端51处于同一水平面并且共同形成环状的开口57，而其下端56在垂直高度上低于导流筒50的下端52从而在两者之间存在一个预定的高度差，并且其下端56与导流筒50的下端52共同形成另一环状的开口58，同时其下端56与空气分配板40形成第二环状的间隙59。空气分配板40的处于导流筒50和第二导流筒54之间的环状的垂直投影区域内不具有开孔。
图8示出了在使用根据本发明第二实施例的第二导流筒54结合导流筒50和旋风发生器70的流化床装置10中产品的对流路径。图8所示的本发明第二实施例与图5所示的本发明第一实施例的相似之处在于，以传统方式由第一气源经过第一空气管道31提供的带压空气分别穿过空气分配板40的开孔41和42被排出以形成上升气流，而由第二气源经过第二空气管线73及接头72的压缩空气进入空气室74，气流通过槽口79被排出以产生相对于喷枪60旋转向外的旋风气流，如图8中箭头A所示。在较强上升气流和旋风气流的共同作用下，在上行流动床区23产生旋转上升气流。高速率的旋转上升气流允许粒子流形态充分地发育并携带粒子进入旋转上升路径，同时，粒子由于与导流筒50的内壁之间的轻微摩擦而被赋予自转运动(未显示)，使得粒子在随后经过喷嘴61上方的喷雾区域时增加了更加均匀喷涂的机会，如图8中箭头B所示，旋转上升气流的风量允许喷雾形态在与旋转上升的粒子接触前得到充分地发育。图8所示的本发明第二实施例与图5所示的本发明第一实施例的不同之处在于，由于额外提供的第二导流筒54的下端56在垂直高度上低于导流筒50的下端52从而在两者之间存在一个预定的高度差，使得旋转上升气流在第二导流筒54的下端56和导流筒50的下端52之间的环状的开口58形成吸力，并继而在导流筒50和第二导流筒54之间的圆环形的空气通道26的沉降流动床区27形成沉降气流。当通过喷雾区域润湿的粒子进入导流筒50和第二导流筒54之间环状的开口57上方的沉降区28时，小粒子由于动量小而随沉降气流落入环状的开口57，如图8中箭头D所示，而大粒子由于动量大而继续飞行进入导流筒50上方的膨胀区25，大粒子在此遇到的低速率较弱上升气流使得大粒子在下行流动床区24内向下坠落，如图8中箭头C所示。小粒子在位于导流筒50和第二导流筒54之间的圆环形的空气通道26的沉降流动床区27内下落并被干燥，由于小粒子比表面积较大而且处于高速流动的气流中使得其在沉降路径中被干燥的程度足以避免小粒子之间出现粘连。而大粒子在向下路径中被干燥的程度使得通过空气分配板40周边区域的较弱上升气流足以避免流化层中出现结块。由于旋转上升气流在环状的间隙53处并继而在环状的开口58处形成的吸力，小粒子随后通过环状的开口58并继而通过环状的间隙53被吸入上行流动床区23。由于旋转上升气流在环状的间隙53处并继而在第二环状的间隙59处形成的吸力，大粒子随后通过第二环状的间隙59并继而通过环状的间隙53被吸入上行流动床区23。故而，小粒子在上行流动床区23中的喷涂和在沉降流动床区27中的干燥形成了循环，而大粒子在上行流动床区23中的喷涂和在下行流动床区24中的干燥形成了循环。由于在沉降流动床区27内不存在通过空气分配板40排出的上升气流，小粒子的循环相对于大粒子的循环周期更短，接受喷涂的机会相对较大。由此，导流筒50与第二导流筒54结合以在位于导流筒50和第二导流筒54之间的圆环形的空气通道26的沉降流动床区27内提供一种具有沉降气流的气动动力学方法，使得对经过喷涂的粒子可以根据粒子的粒径加以区分，并分别对由于不同喷涂效果形成不同粒径的粒子进行区别性地处理。
应该注意到，在图8所示的根据本发明第二实施例的产品的对流路径中，粒子进入旋转上升气流并在导流筒50的预定的垂直区间沿旋转上升方向得到持续的加速，使得通过喷雾区域润湿的全部粒子以近乎相同的切线速度飞离导流筒50的上端51，粒子的粒径决定了粒子的质量从而决定了其飞行的动量，在沉降区28的沉降气流的作用下，粒子飞行的动量决定了其飞行的径向距离和所下落的径向区间，使得沉降区28的沉降气流对不同粒径的粒子具有区分作用。而通过调节较强上升气流和旋风气流的风量和压力可以改变旋转上升气流的速度从而改变粒子飞离导流筒50的上端51的切线速度，使得可以选择性地对落入沉降流动床区27的粒子的粒径范围加以调节，从而提高了流化床装置10针对工艺需求的优化能力。
还应该注意到，本发明第二实施例在实际应用中的意义在于，一方面，由于小粒子具有较高的表面能，在包衣或制粒工艺中避免其落入流化层可以防止其与大粒子形成粘连，而小粒子由于处于高速流动的气流之中而避免互相粘连，从而消除或减少了产品的结块。另一方面，小粒子被选择性地连续循环处理，使其缩小了与大粒子在粒径上的差距，直至全部产品形成粒径均匀的粒子，提高了产品的质量，在制粒工艺中尤其如此。再一方面，在经过喷雾区域时由于粒子间的相互遮挡效应而未经喷涂的粒子，由于其质量小而被选择性地经由沉降流动床区27循环，消除或减少了由于粒子间的相互遮挡效应而产生的粒子间喷涂不均的不良影响，提高了粒子喷涂的质量，尤其对于需要包衣的粒子，其表面可以形成更加均匀的包衣膜。又一方面，由于上述几个方面的优点，根据本发明第二实施例的流化床装置10提高了对于处理具有高表面能粒子的工艺需求的适应能力和优化能力，拓展了包衣和制粒工艺的应用范围。
显而易见，通过对本发明的第一实施例和第二实施例的描述充分展示了本发明的旋风发生器70相对于现有技术的气流转向器和空气涡流发生器的优点。一方面，本发明的旋风发生器70被同轴安装在导流筒50内，其提供的旋风气流被限定在导流筒50内，避免了对导流筒外的气流和产品的对流路径的干扰。另一方面，本发明的旋风发生器70在导流筒50的预定的垂直区间提供旋风气流，使得由较强上升气流和旋风气流共同作用产生的旋转上升气流具有稳定的气动动力学特征，有助于喷雾形态和粒子流形态的充分发育从而能够稳定地促进雾滴的雾化和粒子的加速。再一方面，本发明的旋风发生器70提供的旋风气流可以通过改变其风量和压力来加以调节，使得旋转上升气流的气动动力学特征具有精确的可控性，提高了本发明的流化床装置10对于特定工艺需求的适应能力和优化能力。又一方面，本发明的旋风发生器70可以直接地和简单地加装在传统流化床装置上从而实现改进和性能提升，可以节约大量的社会资源，提高了本发明的应用和推广价值。
经由旋风发生器70排出的气流的风量和压力可以容易地通过使用阀门和仪表(未显示)得到控制和监测。
尽管在此仅描述了本发明第一实施例的一个单循环，待处理粒子在上行流动床区23和下行流动床区24之间可多次循环直到达到期望处理的程度，随后经处理的产品从容器20被移去。相似地，尽管在此仅描述了本发明第二实施例的一个单循环，待处理粒子经过喷涂后可以根据粒子的粒径被区分，不同粒径的粒子被进行区别性地处理，小粒子在上行流动床区23和在沉降流动床区27之间可多次循环直到达到期望处理的程度，而大粒子在上行流动床区23和下行流动床区24之间可多次循环直到达到期望处理的程度，随后经处理的产品从容器20被移去。
相应地，根据本发明的流化床装置10和根据本发明的方法为出自喷嘴61的喷雾形态和处于导流筒内的粒子流形态提供了更加充分发育的可能，使得出自喷嘴61的喷液得到更加充分地雾化，粒子在经过喷雾区域时能够得到更加均匀的喷涂，消除或减少了产品的结块。根据本发明的流化床装置10和根据本发明的方法还对经过喷涂的粒子根据粒子的粒径进行区分和区别性地处理，进而提高了流化床装置10的性能和产品的质量。
鉴于根据本发明的流化床装置10的优点，该流化床装置10可以充分地用于现有的工艺，例如包衣、制粒和干燥。另外，根据本发明的方法可以充分地用于所有物料，例如细粉、粒状物料、颗粒、小珠、小球、小丸、胶囊和微型片剂。
此外，根据本发明的方法可以作为联合工艺中的一个步骤，优选地采用根据本发明的装置10。
以上描述的实施例可以具有各种变型。例如，喷枪60及根据本发明的旋风发生器70可被应用在需要采用气动动力学方法的流化床装置10之外的其它系统，此系统可能不需要将喷枪60竖直朝上安装，而是喷枪60可以与容器20的主轴呈一个夹角。喷枪60及根据本发明的旋风发生器70也可在没有导流筒50的情况下被应用。另外，选择性地，旋风发生器70可以同喷枪60整合为一体以防止粒子对于喷雾形态和粒子流形态的干扰。
根据本发明的旋风发生器70具有沿轴向延伸的多个导向槽口79，尽管本发明实施例描述了四个导向槽口79及其构建方式，显而易见，数量更多或更少的导向槽口79也可以用于实现本发明的目的。在符合本发明的旋风发生器70的气动动力学特征的前提下，每个导向槽口79也可以由在旋风发生器70的套筒71的壁内以彼此相同或相似的构建方式沿径向延伸的多个沿轴向排列的导向圆孔或空气喷嘴组合形成，气流通过导向圆孔或空气喷嘴被排出以产生相对于喷枪60旋转向外的旋风气流。
对应于每个喷枪60，根据本发明的导流筒的数量可以是一个单独应用的导流筒50或导流筒50与第二导流筒54的组合，甚至可以是更多数量导流筒的组合。在符合本发明的导流筒的气动动力学特征的前提下，本发明的导流筒的形状可以呈旋转对称的圆筒形，也可以呈近似圆筒形，例如旋转对称的文丘里形(Venturi-like)或部分文丘里形。组合应用的多个导流筒可以呈现相同或相似的形状，也可以呈现不同的形状。尽管本发明第二实施例中描述两个组合应用的导流筒的上端处于同一水平面，在符合本发明的导流筒的气动动力学特征的前提下，两个或多个组合应用的导流筒的上端也可以存在一定的高度差。另外，各个导流筒和空气分配板40之间的环状的间隙可以调节以适应整个工艺过程中产品的批量增长和产品的对流路径的变化。
本发明实施例描述了空气分配板40，上升气流也可以通过其它结构或分配方式产生而进入流化床装置10。尽管为了便于理解的原因，本发明实施例描述空气分配板的开孔41具有较大的孔径而开孔42具有较小的孔径，然而由于通过调节旋风发生器70的风量和压力可以改变旋风气流的轴向速率与切线速率，使得可以通过增加旋风气流的风量和轴向速率以部分补偿或全部代替较强上升气流的功能，从而开孔41的孔径不是必需大于开孔42的孔径。另外，选择性地，本发明的空气分配板40可以呈水平圆板形状，也可以呈圆锥形或其它向导流筒50内侧的中央区域倾斜的形状，以利于处于空气分配板40上导流筒50外侧的流化层的粒子向导流筒50内侧的中央区域移动。
在如图6和图7所示的包括多个处理模块的第一实施例中，所述模块以相同或相似的配置和结构被放置在普通的圆形的空气分配板40上。待处理粒子在每一处理模块中以实质相同的形态进行循环，使得粒子在经过喷雾云时实质上消耗相同的时间，在此获得高质量的均匀处置，由此提高了喷雾速率并且加快了操作，也使得粒子粘连和喷嘴61堵塞的风险消除或减小，因粒子聚集成团而造成流动阻力变化的风险也被排除，并且由于粒子在导流筒50内的粒子流形态呈螺旋状上升运动的事实从而使得粒子的磨损减小。相似地，第二实施例也可以包括多个处理模块(未附图示)，所述模块以相同或相似的配置和结构被放置在普通的圆形的空气分配板40上。待处理粒子在每一处理模块中区别性地以实质相同的形态进行循环，使得对经过喷涂的粒子可以根据粒子的粒径加以区分，并分别对不同粒径的粒子进行区别性地处理，从而在包衣或制粒工艺中避免因小粒子形成的粘连，并且小粒子被选择性地连续循环处理，使产品形成均匀的粒径，同时消除或减少了由于粒子间的相互遮挡效应而产生的粒子间喷涂不均的不良影响，提高了本发明的流化床装置10对于具有高表面能粒子的适应能力，拓展了包衣和制粒工艺的应用范围。
鉴于在此结合优选的实施例已经对本发明进行了演示和描述，显而易见，在符合本发明权利要求预期的广泛范围内可以进行变型、替换和附加。

Claims (31)

1.一种用于对粒子进行包衣或制粒的流化床装置(10)的旋风发生器(70)，该流化床装置(10)包括产品容器(20)、位于下部的充气基座(30)、设置在所述产品容器(20)与所述充气基座(30)之间的空气分配板(40)、和导流筒(50)，所述流化床装置(10)还包括至少一支喷枪(60)，该喷枪(60)包括喷枪枪体(62)并且所述喷枪(60)的上端配备有喷嘴(61)、所述喷枪(60)的下端穿过所述空气分配板(40)，所述导流筒(50)在所述产品容器(20)内与所述喷枪(60)同轴垂直地定位并且悬置于所述空气分配板(40)上方，旋风发生器(70)安装在所述喷枪枪体(62)上，其特征在于，所述旋风发生器(70)穿过所述空气分配板(40)连接压缩空气气源并且所述旋风发生器(70)具有围绕所述喷枪枪体(62)的周围延伸的管状的套筒(71)，在所述套筒(71)与所述喷枪枪体(62)之间限定有空气室(74)，并且所述套筒(71)具有多个导向槽口(79)，来自所述压缩空气气源的空气经由所述空气室(74)通过所述导向槽口(79)被引导旋转向外以在所述导流筒(50)中提供相对于所述喷枪(60)沿圆周向外的旋风气流。
2.根据权利要求1所述的旋风发生器(70)，其特征在于，所述导向槽口(79)在所述套筒(71)的壁内以径向切线向外延伸。
3.根据权利要求2所述的旋风发生器(70)，其特征在于，所述导向槽口(79)在所述套筒(71)的壁内以径向渐进切线向外延伸。
4.根据权利要求2所述的旋风发生器(70)，其特征在于，所述导向槽口(79)在所述套筒(71)的壁内以径向切线向外和向上延伸，气流通过所述导向槽口(79)被引导旋转向外和向上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的旋风发生器(70)，其特征在于，所述导向槽口(79)与水平面呈5°至80°的仰角。
6.根据权利要求5所述的旋风发生器(70)，其特征在于，所述导向槽口(79)与水平面呈15°至60°的仰角。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的旋风发生器(70)，其特征在于，在所述导流筒(50)的预定的垂直区间提供所述旋风气流。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的旋风发生器(70)，其特征在于，所述套筒(71)包括上端(77)和下端(78)，所述导向槽口(79)在所述上端(77)和所述下端(78)之间沿轴向延伸。
9.根据权利要求8所述的旋风发生器(70)，其特征在于，在所述套筒(71)的下端(78)固定有复合件(81)，自所述压缩空气气源延伸的空气管线(73)连接到所述复合件(81)，并且所述套筒(71)还包括盖圈(82)，所述空气分配板(40)被夹在所述复合件(81)与所述盖圈(82)之间。
10.根据权利要求9所述的旋风发生器(70)，其特征在于，设有沿轴向延伸穿过所述复合件(81)和所述盖圈(82)的扩展开孔(84)，该扩展开孔(84)适于装配接头(72)以连接空气管线(73)、进而连接所述压缩空气气源。
11.根据权利要求8所述的旋风发生器(70)，其特征在于，在所述套筒(71)的上端(77)和下端(78)之间覆盖圆筒形的金属网(95)，以当流化床装置(10)运行中断时防止粒子通过所述导向槽口(79)进入。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的旋风发生器(70)，其特征在于，所述导流筒(50)是圆筒形的或近似圆筒形的。
13.一种用于对粒子进行包衣或制粒的流化床装置(10)，包括：
产品容器(20)，具有用于容纳粒子的膨胀室(21)；
充气基座(30)，设置在所述产品容器(20)下方并且包括自第一气源延伸的进气管道(31)；
空气分配板(40)，定位安置在所述膨胀室(21)的底部，所述空气分配板(40)具有多个空气通道开孔(41、42)，来自所述充气基座(30)的气流通过所述空气通道开孔(41、42)进入所述产品容器(20)；
至少一支喷枪(60)，垂直定位在所述空气分配板(40)上方，用于喷射向上的溶液喷雾进入所述膨胀室(21)以便对粒子进行包衣或制粒；
至少一个导流筒(50)，该导流筒(50)在所述产品容器(20)内与所述喷枪(60)同轴垂直地定位并且悬置于所述空气分配板(40)上方；
其特征在于，所述空气分配板(40)的处于所述导流筒(50)的垂直投影区域内的开孔(41)的孔径大于处于所述导流筒(50)的垂直投影区域外的开孔(42)的孔径，从而在所述开孔(41)的区域形成风量较大、风速较高的较强上升气流而在所述开孔(42)的区域形成风量较小、风速较低的较弱上升气流，由此对于所述粒子而言在所述容器(20)中在气动动力学方面形成由所述导流筒(50)分隔的上行流动床区(23)和下行流动床区(24)；以及
所述喷枪(60)与根据权利要求1至12中任一项所述的旋风发生器(70)结合，并且所述旋风发生器(70)通过空气室(74)和多个导向槽口(79)提供相对于所述喷枪(60)沿圆周向外的旋风气流，在所述旋风气流和由孔径较大的所述开孔(41)提供的所述较强上升气流的共同作用下在所述导流筒(50)中产生旋转上升气流，使得所述粒子沿着在所述上行流动床区(23)旋转向上并且在所述下行流动床区(24)坠落向下的循环路径运行。
14.根据权利要求13所述的流化床装置(10)，其特征在于，所述导流筒(50)具有开放的上端(51)和下端(52)，所述导流筒(50)的上端(51)向上延伸进入在气动动力学方面在所述上行流动床区(23)与所述下行流动床区(24)之间的膨胀区(25)，所述导流筒(50)的下端(52)悬置于所述空气分配板(40)上方并且与所述空气分配板(40)形成环状的间隙(53)。
15.根据权利要求13或14所述的流化床装置(10)，其特征在于，在所述导流筒(50)的预定的垂直区间产生旋转上升气流。
16.根据权利要求13或14所述的流化床装置(10)，其特征在于，还设有至少一个第二导流筒(54)，该第二导流筒(54)具有比所述导流筒(50)更大的直径并且与所述导流筒(50)同轴地定位以在所述导流筒(50)和所述第二导流筒(54)之间形成近似圆环形的空气通道(26)。
17.根据权利要求16所述的流化床装置(10)，其特征在于，所述空气分配板(40)的处于所述导流筒(50)和所述第二导流筒(54)之间的环状的垂直投影区域内不具有开孔。
18.根据权利要求16所述的流化床装置(10)，其特征在于，所述第二导流筒(54)具有开放的上端(55)和下端(56)。
19.根据权利要求18所述的流化床装置(10)，其特征在于，所述第二导流筒(54)的上端(55)与所述导流筒(50)的上端(51)处于同一水平面并且共同形成环状的开口(57)。
20.根据权利要求18所述的流化床装置(10)，其特征在于，所述第二导流筒(54)的下端(56)与所述导流筒(50)的下端(52)共同形成另一环状的开口(58)，同时，所述第二导流筒(54)的下端(56)与所述空气分配板(40)形成第二环状的间隙(59)。
21.根据权利要求16所述的流化床装置(10)，其特征在于，在所述导流筒(50)和所述第二导流筒(54)之间形成沉降流动床区(27)，粒径较小的粒子由于较小的动量沿着在所述上行流动床区(23)旋转向上并且在所述沉降流动床区(27)坠落向下的循环路径运行。
22.根据权利要求16所述的流化床装置(10)，其特征在于，所述第二导流筒(54)是圆筒形的或近似圆筒形的。
23.一种用于在根据权利要求13至22中任一项所述流化床装置(10)中对粒子进行包衣或制粒的方法，该方法包括：
在所述流化床装置(10)的产品容器(20)中对于所述粒子而言引导所述较强上升气流在气动动力学方面形成由导流筒(50)分隔的上行流动床区(23)和下行流动床区(24)，其中所述较强上升气流携带所述粒子向上通过上行流动床区(23)并在此通过用于喷射溶液喷雾进入所述膨胀室(21)的至少一支喷枪(60)对所述粒子进行包衣或制粒；以及
引导旋风气流在气动动力学方面使所述粒子相对于所述喷枪(60)沿圆周向外产生旋转运动；
因此在所述较强上升气流和所述旋风气流的共同作用下在所述导流筒(50)中产生旋转上升气流，由此使得所述粒子沿着在所述上行流动床区(23)旋转向上并且在所述下行流动床区(24)坠落向下的循环路径运行。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，还设有至少一个第二导流筒(54)，该第二导流筒(54)具有比所述导流筒(50)更大的直径并且与所述导流筒(50)同轴地定位以在所述导流筒(50)和所述第二导流筒(54)之间形成近似圆环形的空气通道(26)，其中，在所述导流筒(50)和所述第二导流筒(54)之间形成沉降流动床区(27)，粒径较小的粒子由于较小的动量沿着在所述上行流动床区(23)旋转向上并且在所述沉降流动床区(27)坠落向下的循环路径运行。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使得所述旋风气流通过所述旋风发生器(70)的围绕在所述喷枪(60)的喷枪枪体(62)周围的套筒(71)形成。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使得旋风气流通过所述套筒(71)以旋转向外和向上方向排出。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，其特征在于，引导所述粒子在进入喷雾区域前产生旋转运动向外飞离所述喷枪(60)。
28.根据权利要求27所述方法，其特征在于，其中，通过所述喷枪(60)附近旋转向外的旋风气流引导所述粒子旋转向外飞离所述喷枪(60)。
29.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，其特征在于，在所述导流筒(50)的预定的垂直区间产生旋转上升气流，以便在所述预定的垂直区间对所述粒子产生旋转及上升方向的加速。
30.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，其特征在于，单独控制所述较强上升气流和所述旋风气流，以便分别改变所述旋转上升气流的轴向速率与切线速率。
31.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，其特征在于，所述粒子由于与所述导流筒(50)的内壁之间的轻微摩擦而被赋予自转运动。
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