CN113028742A - 一种流化床物料沸腾控制方式 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流化床物料沸腾控制方式，流化床的物料沸腾共设置三种模式，具体为：悬浮模式：物料上平面局部出现起伏，物料不向风斗内流动；微沸腾模式：物料上平面全部出现起伏状态；强沸腾模式：物料上平面局部出现起伏，其起伏高度大于悬浮模式和微沸腾模式的物料起伏高度，以使物料不会黏连，本发明具有既能阻止物料透过床板上的孔落入床板下方的风斗或总风道内，又能通过自动控制孔板阀门的开关解决跑粉、塌床问题的优点。

Description

一种流化床物料沸腾控制方式

技术领域

本发明涉及流化床技术领域，尤其涉及一种流化床物料沸腾控制方式。

背景技术

流化床是目前制药行业内较为常见的干燥设备，其主要功能是将湿法制粒或连续制粒机中混合的湿颗粒进行干燥。湿颗粒由流化床进料口进入床身，并平铺在流化床床板上，床板下方风斗或总风道引入热空气，热空气从床板下方吹入，吹动物料使物料处于沸腾状态并与物料进行热交换，对物料进行干燥，同时床身内热空气不断从流化床顶部排出，保证热空气也能够持续不断地吹入床板上对物料进行完全干燥。床板多使用直孔、斜孔搭配或全斜孔的形式，使热空气吹动物料沸腾的同时能够推动物料向出料口方向运动。

物料干燥过程中需要大量的热空气流经床板与物料进行热交换，这就需要床板的开孔面积足够大，以保证通风量。增加开孔面积有两种方法：一是增加单个孔的直径，二是增加开孔数量。目前床板开孔多为1-4mm孔，由于所需干燥的物料直径小，物料很容易透过孔进入床板下方风斗内，则会出现漏料的问题。

并且为使物料达到沸腾状态需要有大量热空气通过床板进入沸腾干燥腔吹动物料，同时排风风机不断将热空气自沸腾干燥腔吸出，如果进风排风过大很容易将细粉吸出，就会出现跑粉的问题。而如果进风排风过小则会出现物料无法沸腾塌床的问题。

因此，针对以上不足，需要提供一种流化床物料沸腾控制方式。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有流化床不能同时解决漏料、跑粉和塌床的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种流化床物料沸腾控制方式，流化床的物料沸腾共设置三种模式，具体为：

悬浮模式：物料上平面局部出现起伏，物料不向风斗内流动；

微沸腾模式：物料上平面全部出现起伏状态；

强沸腾模式：物料上平面局部出现起伏，其起伏高度大于悬浮模式和微沸腾模式的物料起伏高度，以使物料不会黏连。

作为对本发明的进一步说明，优选地，若干个风斗把床板分成若干个区域，每个区域都能实现悬浮模式、微沸腾模式和强沸腾模式。

作为对本发明的进一步说明，优选地，风斗下设有阀门，阀门关闭仍有气体流入风斗；在总风道内风量不变的条件下，

当开启的阀门数量占总数的1％～30％时，处于关闭状态的阀门正上方物料处于悬浮模式，处于开启状态的阀门正上方物料处于强沸腾模式；

当编号为单数的阀门全部开启，编号为双数的阀门全部关闭，处于开启状态的阀门正上方物料处于微沸腾模式，处于关闭状态的阀门正上方物料处于悬浮模式。

作为对本发明的进一步说明，优选地，每个风斗底部均设有风机，风机通过变频控制流入风斗内的风量。

作为对本发明的进一步说明，优选地，通过程序控制阀门的开启数量以及持续时间；或调节风机的开启功率以及持续时间。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

1、本发明通过设计简易的控制系统解决漏粉、跑粉、塌床问题:

a)阀门关闭时有少量热空气经过风斗和床板吹入沸腾干燥腔，吹动物料，使物料处于悬浮状态，防止物料透过床板的孔落入风斗及风道内，解决漏粉问题；

b)一半的阀门打开时使物料处于微沸腾状态，杜绝大量细粉飘至沸腾床腔体顶部，解决了跑粉的问题，因此可取消沸腾床内部设置的各种过滤器，减少沸腾干燥腔内排出细粉量的同时简化结构、降低成本；

c)数量稀少的阀门由关闭状态打开时大量热空气在短时间内经过风斗和床板吹入沸腾干燥腔，使物料进入强沸腾模式，对床板上方的物料形成冲击，可有效的将粘黏在一起的物料冲散，解决物料板结的问题，减少大颗粒，提高干燥后物料的合格率；同时强气流将板结的物料冲散，解决塌床问题。

2、此控制模式下减少了系统运行时人工辅助的工作量，系统可自动运行调整。

附图说明

图1是本发明的第一种实施例结构图；

图2是本发明的第二种实施例结构图；

图3是本发明的第三种实施例结构图；

图4是本发明的三种模式下物料状态图；

图5是本发明对连花清瘟颗粒干燥效果对比表；

图6是本发明对氯化钾颗粒干燥效果对比表；

图7是本发明对硝酸硫胺颗粒干燥效果对比表；

图8是本发明对碳酸钙颗粒干燥效果对比表；

图9是本发明对维C颗粒干燥效果对比表。

图中：1、流化床体；11、风压传感器；12、沸腾干燥腔；13、床板；14、网道；15、压力传感器；2、总风道；3、风筒；4、阀门；5、驱动件；6、风斗。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种流化床物料沸腾控制方式，共设置三种模式，具体为：

1、当物料上平面局部出现起伏时，流化床处于悬浮模式，此时物料不向风斗6内流动；

2、当物料上平面全部出现起伏状态时，流化床处于微沸腾模式，此时物料贴于床板13上且不流向风斗6内流动；

3、当物料上平面局部出现起伏，其起伏高度大于悬浮模式和微沸腾模式的物料起伏高度时，流化床处于强沸腾模式，此时周围的物料不会黏连。

如图4所示，风斗6内流动有热空气，热空气通过床板13上的孔洞将物料吹起，以相对铺料的平面出现起伏，同时根据流化床内的物料的各种物理性质，控制风斗6内的风量大小来实现物料的不同起伏高度。同时根据物料的各种物理性质，通过程序控制各种模式的持续时间和切换时间，以求更好地干燥物料。

本发明提供三种实施例以实现上述三种模式并对其效果进行验证。

第一种：如图1所示，包括流化床体1、总风道2、风筒3、阀门4、驱动件5和风斗6，总风道2架设在流化床体1底部且从下至上依次与风筒3、阀门4和风斗6相通，总风道2外设有进风机，流化床体1外设有排风机，排风机与流化床上部相通，总风道2内风速由进风机控制，或由进风机和排风机共同控制。总风道2内风速通过控制器和变频器进行变频调节，驱动件5与阀门4相连，该实施例中，驱动件5选用旋转气缸或电机。

如图1所示，流化床体1中部设有床板13，床板13上开设有若干个通孔，所述通孔轴线倾斜且倾斜方向偏向出料口；风斗6与床板13相接，风斗6内腔与床板13上的通孔相通。床板13与进料口之间的空间为沸腾干燥腔12，物料可从进料口穿过沸腾干燥腔12落到床板13上，沸腾干燥腔12上部设有若干个风压传感器11，用于测量穿过物料的空气压力，通过测得的风压通过伯努利方程可换算出穿过物料的空气风速。总风道2为直筒管道，总风道2长度方向与床板13长度方向相同，若干个风筒3沿总风道2长度方向间隔分布在总风道2上，风筒3与总风道2相通。阀门4为圆管状，阀门4插接在风筒3顶部，驱动件5固定端固定在流化床体1侧壁上，驱动件5输出端通过连杆固连有转轴，转轴上固连有阀板，阀板外形为圆盘形，阀板上可开设有气孔，气孔分布范围与该阀门4相接的风斗6覆盖床板13面积呈正比例关系；气孔形状可以为圆形或多边形，气孔分布形式可以为环状、联排状或发散状，气孔的形状、口径和分布形式根据物料特性和床板13的规模进行适应性设计，有利于流化床能够在使用最少能源达到最高的干燥效率。

第二种：如图2所示，包括流化床体1、总风道2、风筒3、阀门4、驱动件5和风斗6，总风道2架设在流化床体1底部且从下至上依次与风筒3、阀门4和风斗6相通，总风道2外设有进风机，流化床体1外设有排风机，排风机与流化床上部相通，总风道2内风速由进风机控制，或由进风机和排风机共同控制。总风道2内风速通过控制器和变频器进行变频调节，驱动件5与阀门4相连，该实施例中，驱动件5选用电机。

如图2所示，流化床体1中部设有床板13，床板13上开设有若干个通孔，所述通孔轴线倾斜且倾斜方向偏向出料口；风斗6与床板13相接，风斗6内腔与床板13上的通孔相通。床板13与进料口之间的空间为沸腾干燥腔12，物料可从进料口穿过沸腾干燥腔12落到床板13上，沸腾干燥腔12上部设有若干个风压传感器11。总风道2为直筒管道，总风道2长度方向与床板13长度方向相同，若干个风筒3沿总风道2长度方向间隔分布在总风道2上，风筒3与总风道2相通，阀门4为圆管状，阀板外形为方片形，阀板与阀门4内壁之间设有间隙，阀板上还可以既开设气孔也与阀门4内壁之间设有间隙，阀板的多样化设计有助于流化床能够针对不同粒径的物料进行不同的防漏料处理，相比现有的流量阀门4制造成本低，更换维护更为方便。设置方片形的阀板，且设计尺寸可近似为阀门4内腔的内接四边形，通过合理的边长设计，无需在阀板上打孔即可使热空气流过床板13进入沸腾干燥腔12中，节省加工成本。

第三种：如图3所示，包括流化床体1、风筒3、风机和风斗6，流化床体1底部从下至上依次连接风机、风筒3和风斗6，流化床体1外设有排风机，排风机与流化床上部相通，风筒3内风速由风机控制，或由风机和排风机共同控制。风机开启的功率通过控制器和变频器进行变频调节，以实现控制风筒3和风斗6内风量大小的作用。

如图3所示，流化床体1中部设有床板13，床板13上开设有若干个通孔，所述通孔外径均大于第一种和第二种流化床的床板13通孔外径，所述通孔轴线倾斜且倾斜方向偏向出料口；风斗6与床板13相接，风斗6内腔与床板13上的通孔相通。床板13与进料口之间的空间为沸腾干燥腔12，物料可从进料口穿过沸腾干燥腔12落到床板13上，沸腾干燥腔12上部设有若干个风压传感器11。若干个风筒3沿床板13长度方向间隔分布在风斗6下部，风筒3与风斗6相通。风机安装在流化床床体1外的风筒3上，将风机外置，可便于随时更换维修，并且在拆装时无需顾虑流化床体1下方复杂的拆卸环境，便于工作人员进行操作。

如图3所示，床板13下方的流化床体1上通过螺栓固连有网道14，网道14为多层叠合的金属网，网道14沿床板13长度方向分布，且网道14向出料口倾斜，以便从床板13漏下的物料可向出料口下方的出渣口流动。网道14底部固连有压力传感器15，用于感应物料漏下床板13的量。

结合图1-图4，无论采用哪种结构，均通过控制进入床板13内的风量实现对物料的吹动起伏，此外通过控制不同位置的阀门4或风机来控制实现不同位置模式的切换。若干个风斗6把床板13分成若干个区域，每个区域内都包含数量大于等于三个的风斗6，以使每个区域都能实现悬浮模式、微沸腾模式和强沸腾模式。且每个风斗6上方均分布有风压传感器11，可观测各个风斗6的运转状态，同时可判断物料在流动过程中哪个位置出现了问题。且通过理论估算，将原有单一的对物料通入热空气的方式改为灵活采用三种模式对物料进行鼓吹的方式，能在相同气压和流量下使物料能够均匀受热，相比现有的干燥方式所需的气压和流量，该方式能够更为节省热能和电能；同时在干燥过程中切换不同的工作模式，有助于减少塌床现象的问题出现，使物料干燥时间减少，提高干燥效率。

本发明还提供根据上述结构实现三种模式的具体操作流程，包括以下步骤：

I.向风斗6内持续鼓入热空气，热空气对床板13进行预热。流化床体1外设置有PLC控制器，PLC控制器与驱动件5管道上的电磁阀或风机通过电线电性连接，PLC控制器内存有根据不同的物料特性控制各个驱动件5或风机工作的时间节点以及工作时的持续时间的程序，设置利用PLC控制器内置程序对驱动件5或风机进行正常干燥工作的启闭控制，无需人为操作，节省人力。

Ⅱ.物料从流化床体1一侧的进料口流入并落到床板13一侧，物料在空气的吹动下沿床板13长度方向向出料口流动，各个阀门4关闭，此时仍有少量热空气流出床板13外，使物料出现肉眼可见的较小起伏，但不会造成全部物料的起伏运动，因此通过流化床的观察窗口可见物料表面仅是大范围的局部起伏，此时物料处于悬浮模式。而使用风机时，则开启其额定功率的20％左右即可将物料轻微吹起，实现悬浮模式。

其中驱动件5和风机切换工作状态和原始状态的时间介于3～10s，具体时间根据实际情况进行确定。以一个流化床内置30个阀门4或风机，待干燥物料是维生素C湿颗粒为例，从流化床进料口向出料口依次为各个阀门4或风机进行1-30的编号，则开始进行干燥时，奇数号的阀门4全部打开或奇数号的风机启动至额定功率的60％左右，偶数号的阀门4全部关闭或偶数号的风机启动至额定功率的20％左右，奇数号的阀门4或风机持续时间为3s，之后奇数号阀门4关闭或奇数号的风机往小变频，偶数号阀门4开启或偶数号的风机往大变频，偶数号阀门4或风机持续时间也为3s，此6秒构成一个沸腾干燥的初始周期，此周期内完成整个所有孔板阀门4以及风机的开关动作，此时处于开启状态的阀门4以及变频至较大功率的风机正上方物料处于微沸腾模式；而处于关闭状态的阀门4以及变频至较小功率的风机正上方物料处于悬浮模式。

Ⅲ.当某些风压传感器11数值变小，说明物料产生了黏连滞留，此时进入强沸腾模式阶段，具体做法则是：风压传感器11正下方的阀门4逐二开启，即每次仅开启相邻的两个阀门4，若风斗6以及对应的阀门4数量较多，则每次开启的数量介于总数的1％～30％，其余阀门4全部关闭。亦或者每次使相邻的两个风机开启功率达到100％，其余风机功率开启至20％左右，此时物料起伏高度明显高于悬浮模式和微沸腾模式的物料起伏高度，起伏高度高的物料处于强沸腾模式，起伏高度低的物料处于悬浮模式。

待前两个阀门4或风机工作完成后，后两个阀门4或风机开始启动或变频进行工作，每次开启时间持续3～5s；此时风斗6内风量增加，风压增强，将黏连的物料冲散开，风压传感器11的数值开始变大。即使物料尚未板结也可通过控制器定时开启强沸腾模式进行冲击，提前介入避免物料板结，有效减少后期专门处理踏床的工作时间，提高干燥效率。

Ⅳ.阀门4和风机开启的具体时间也根据物料湿度进行判断，湿度大时则重复上述步骤，湿度小时则延长阀门4和风机关闭时间(实验所用的物料湿度均为13％)，只要风压传感器数值在预定范围内，则阀门4全部关闭，风机低功率启动，此时依然有风能够穿过床板13，以使物料在悬浮状态下进行完全干燥，此时无需电力输出，大大节约能源输出，节省成本。而且靠近流化床体1出料口一侧的阀门4或风机开启总时间小于其他阀门4或风机开启总时间，因物料在流向出料口一侧时基本干燥完全，则靠近出料口的阀门4或风机开启时间减少还能起到进一步节省能源的作用，有助于降低干燥物料的能源消耗。

其中，通过控制器进行模式转换时，需要满足：

当0.01<a<0.2时,该区域内的相邻两个阀门4开启或相邻两个风机全功率开启，使物料处于强沸腾模式；

当0.2<a<0.5时,该区域内的阀门4单双数交替开启或使风机单双数交替变频，使物料处于微沸腾模式；

当0.5<a<0.8时,该区域内的阀门4关闭或控制风机开启功率为额定功率的20％左右，使物料处于悬浮模式；

a仅为经验公式得出的比值，无实际意义，其经验公式如下：

其中：

F为风压传感器所测的数值，单位为P；

ω为物料颗粒比重，g/cm³；

h为物料铺设厚度，单位为cm；

k为常数1.3；

v为风斗6内的风速，单位为m/s；

γ为物料含水率，单位为％。

V.在进行干燥过程中，还可通过目测物料的方式控制模式切换，当某处的物料完全与床板13贴合时，可手动开启PLC控制器以控制该区域的阀门4或风机进入工作状态，其余阀门4或风机关闭，此时大量热空气在短时间内经过风斗6和床板13吹入沸腾干燥腔12，对床板13上方的物料形成冲击，可有效的将粘黏在一起的物料冲散，解决物料板结的问题，减少大颗粒，提高干燥后物料的合格率。

通过上述方式，利用间隔使阀门4或风机进入工作状态的方式，不仅能使流化床内各处温度相同，避免局部温度较高而使热空气与温度较低的区域进行热交换而影响对物料的干燥，还能在相同气压和流量下使物料能够均匀受热，相比阀门4和风机全部打开所需的气压和流量，该方式能够更为节省热能和电能；同时在干燥过程中自动切换不同的阀门4和风机工作模式，有助于减少塌床现象的问题出现，使物料干燥时间减少，提高干燥效率。

结合图5-图9，通过上述流化床结构结合阀门4和风机的控制方法，在进料量、物料温度、风速和风量均相同的情况下，无论从进出料差额(即物料因各种原因的总损失量)、风道内存料(塌床的物料)、设备内部以及过滤器粘料(黏连的物料)，还是从物料最终的含湿量以及合格物料上看，本发明的装置及方式均明确优于现有技术，并且各项指标的差距较大，说明本发明具有较高的优越性。而且无论何种物料，采用本发明的装置和运行方式，总的合格颗粒收率均高达95％以上。此外采用上述控制方式，还发现在流化床外配的旋风分离器/二次除尘装置处细粉的量也大大减少，说明物料随空气流出流化床的量也大大减少，物料损失量大幅降低，产生了意外的优良技术效果。

综上所述，相比现有的其他设备，本发明具有极高的经济价值，不仅因结构简单可降低购置和生产成本，而且物料损失量大大减少，合格率大大增加，在大批量进行干燥工作后，能够为企业获得更大的商业利益，进而能够达到获得巨大商业成功的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种流化床物料沸腾控制方式，其特征在于：流化床的物料沸腾共设置三种模式，具体为：

悬浮模式：物料上平面局部出现起伏，物料不向风斗内流动；

微沸腾模式：物料上平面全部出现起伏状态；

强沸腾模式：物料上平面局部出现起伏，其起伏高度大于悬浮模式和微沸腾模式的物料起伏高度，以使物料不会黏连。

2.根据权利要求1所述的一种流化床物料沸腾控制方式，其特征在于：若干个风斗把床板分成若干个区域，每个区域都能实现悬浮模式、微沸腾模式和强沸腾模式。

3.根据权利要求1所述的一种流化床物料沸腾控制方式，其特征在于：风斗下设有阀门，阀门关闭仍有气体流入风斗；在总风道内风量不变的条件下，

当开启的阀门数量占总数的1％～30％时，处于关闭状态的阀门正上方物料处于悬浮模式，处于开启状态的阀门正上方物料处于强沸腾模式；

当编号为单数的阀门全部开启，编号为双数的阀门全部关闭，处于开启状态的阀门正上方物料处于微沸腾模式，处于关闭状态的阀门正上方物料处于悬浮模式。

4.根据权利要求1所述的一种流化床物料沸腾控制方式，其特征在于：每个风斗底部均设有风机，风机通过变频控制流入风斗内的风量。

5.根据权利要求3-4任意一项所述的一种流化床物料沸腾控制方式，其特征在于：通过程序控制阀门的开启数量以及持续时间；或调节风机的开启功率以及持续时间。

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