CN1143410A - 喷雾干燥设备 - Google Patents

Abstract

在一种带有干燥腔并在干燥腔底部有保持在多孔板(9，21)上的流化床的喷雾干燥设备中，借助于一个隔离构件(12，24)将流化层分成两个区(13，14和22，23)，其中来自喷射干燥腔的颗粒只供给一个区，而第二区基本上只由第一区供给颗粒，第二区被设计为处理以一种基本上不回混的流动流过该区的颗粒。该设备无需经后处理就可生产出大致无尘的产品，而且颗粒尺寸分布、潮湿的程度和表面处理均符合要求。此外还能提高能量的利用率。

Description

喷雾干燥设备

本发明涉及一种喷雾干燥设备，它包括一个干燥腔，该腔带有至少一个流体喷射装置和将干燥空气导入上述腔使之在上述喷射装置四周流动的装置，上述干燥腔具有圆锥形朝下逐渐变细的部分，其底部有一块多孔板和为了将流化颗粒层保持在上述板上部而使空气流向上流动通过板孔的装置。

为了喷雾干燥多种不同产品，近十年来人们对上述那类喷雾干燥设备特别感兴趣，也就是说对那种开始象传统的喷雾干燥设备一样在干燥室内对被喷射的液滴进行干燥然后将还含有相当多水份时形成的颗粒收集到保持在设备底部的流化床中的设备特别感兴趣。在这种流化床中对潮湿颗粒进行后干燥处理并可能形成潮湿颗粒团块。此外，太细的颗粒在一定程度上被吹走而被送到喷射室中以形成团块，按这种方式从流化床回收的产品颗粒尺寸分布比从传统的没有流化床的喷雾干燥设备中回收到的产品颗粒要理想得多。

此外，上述设备还可以具有很多其它优点，这些优点在后期的情况中可能与颗粒尺寸的分布一样重要或者更重要。上述其它优点的例子可以是能特别理想地节约能源，与干燥能力相当的结构非常紧凑，以及平稳地处理待干燥材料，这点对热敏材料而言尤其重要。

对这类喷雾干燥设备的更详细的描述在已公开的丹麦专利申请第2670/82号和相应的欧洲专利EP97484与美国专利4490403以及法国专利1526478中已有披露。

在上述这类喷雾干燥设备的底部设置流化床的主要作用是从有效的喷雾干燥过程中收集较湿的颗粒，由于流化层高度高将阻止从流化层下部吹走细颗粒，为此，要求流化层的高度比除尘效果最佳的流化层高度高。此外，由于流化层的整个表面不断地收集来自喷雾干燥区的潮湿颗粒，该流化层由在层中停留时间大不相同的颗粒组成，因此，它们的含水量不均匀，所以通常从流化床排出的产品含水量高于所要求的最终产品的含水量。

于是，在上述那类公知的喷雾干燥设备上常补充附加的分级和/或后干燥装置，例如附加一个振动式或固定式流化床或一个直立式风力分级装置。

如果需要对产品进行后处理，这种后处理包括在液体上进行喷射和紧接着的干燥处理(例如考虑到涂覆或表面改性)。根据现有技术，首当其冲的是要采用特殊的后处理装置，其中，在液体上进行喷射是在流化床中或者例如在鼓室中进行的。

这种后处理装置附有收集由排出的空气携带的细颗粒的装置，如旋风分离器，电子过滤器，滤袋或洗涤塔等，因此需要空间，而且操作复杂，费用增高。

在无尘、结块的程度及颗粒尺寸的分布方面喷雾干燥粉末的质量的要求亦在不断提高。在全过程中，即既在粉末的生产期间又在对它们的后期使用过程中对过敏现象和工作环境的关注的增加已取得了一定效果，接近无尘是今天在很多技术领域中对粉末材料的基本需求。

同时对粉末材料的工作性能的需求也越来越严格。对粉末的增湿、粉末的再溶解速度或粉末的再扩散能力、它们的机械稳定性，可压缩性及更特殊的性能如控制活性组分释放的能力也提出了一些特殊需求。为了满足这些需求，需要通过结团作用、粒化作用、涂覆或类似过程对喷雾干燥粉末进行后续处理。

这种不断增长的对质量的要求使得不断增长的工业喷雾干燥工艺部分必须在包括如上所述的几个处理单元的装置中才能完成。

但是，正如上所描述的那样，在这些装置中存在的明显不足是：除有一个与流化床成一体的喷雾干燥设备外还包括一个用于后续干燥、粉尘排除、涂覆等的后处理单元。

因此，本发明的任务是提供一种喷雾干燥设备，该设备由一个单一的紧凑单元构成，它能直接生产符合质量要求的粉末产品，换言之，若将上面提到过的后处理装置与之相连，则只需采用与流化床成一体的传统喷雾干燥设备。

上述任务可借助于本说明书第一段中所描述的那类喷雾干燥设备来完成，上述设备的特征在于用隔离构件将流化的颗粒层分成包括第一区和第二区的至少两个区，在第一区中吸收形成于干燥腔中的潮湿颗粒，第一区适于将颗粒充分而持久地混合，第二区与干燥腔隔开，因此干燥腔不直接向其供给颗粒，第二区与将颗粒从第一区引入其中的机构和将颗粒从第二区排出的机构相连，将上述引入颗粒的机构和排出颗粒的机构都设置成使颗粒通过第二区时基本上不产生回混。

借助于将流化颗粒层按上所述隔开，可以维持第一区的工艺条件大致与在传统的带有一体的流化床的喷雾干燥设备的底部的流化颗粒层工艺条件相同，即：具有较高的颗粒层，在该颗粒层中来自喷射腔到达其中的颗粒与已存在于该层的颗粒不断进行混合，因此，平均颗粒湿度略高于传统设备中的平均颗粒湿度。颗粒不直接从喷射腔进入第二区，因此在第二区可维持所谓的团状流，粉末基本上不回混，故而所有颗粒的停留时间相同并相继受到相同的处理。通常，这种处理可以是后干燥，也可以是涂覆或由在液体上喷射和随后干燥组成的相应处理。在第二区中，流化层的高度可以低到能有效地吹走细颗粒的程度，也就是说进行除尘。

与传统的带一体的流体层的设备相比，本发明的一个特点是在干燥期间，对水的蒸发作用更多的部分不是在喷雾干燥区进行，而是在流化层中进行。这是因为后干燥可以在流化层的多个区中的一个第二区中进行，因此，设备可在收集于流化层中的喷雾干燥颗粒的含水量比传统设备中的含水量高的条件下运行。正如本领域普通专业人员所熟知的那样，就能源的消耗而言，在流化层中进行干燥比喷雾干燥更经济，因此本发明的设备可节约总能源。

正如在从属权利要求和下面结合附图说明进行描述中将看到的那样，可以用各种方式实现对上述两个区的有效隔离和防止来自干燥腔的潮湿颗粒大致只进到上述区域中的第一区。

在这些附图中：

图1为本发明的喷雾干燥设备实施例的示意图；

图2为图1中点划线表示的圆所包围的设备部分的放大示意图；

图3为沿图2中III-III截面从上面看到的平面示意图；

图4示出了图1中点划线所包围的设备部分的另一实施例；

图5示出了上述部分的又一实施例。

在图1中，标号1代表带有液体喷射装置2的干燥腔，在该示出的实施例中，液体喷射装置在所示实施例中是一个旋转的喷射轮，当然，上述喷射装置也可以是一个或多个喷嘴。待干燥的溶液或悬浮液经输入管道3送到喷射装置。

在干燥腔的顶部有一个以空气分配器的形式出现的装置4，该装置接收流过输送管道5的一次干燥空气。

在本说明书和权利要求书中所使用的“干燥空气”一词从广义上讲包括任一种在所考虑的温度范围内具有干燥能力的气态媒介物。因此该词并不只限定为常压下的空气。

干燥空气从装置4流入干燥腔1，在该腔中空气在喷射装置2的四周朝上流，最好使干燥空气在最初时刻沿螺旋形通道流动。

从喷射装置2喷出的待干燥的液滴由来自装置4的干燥气流夹带，借此使液滴中的液相的主要部分蒸发而形成潮湿颗粒，这些颗粒随干燥气流一道在干燥腔中朝下流。

在如图1所示的一个典型的实施例中，由装置4提供的干燥空气形成一股在中心朝下流的气流，这股气流在到达干燥腔底部之前朝外转向，并沿干燥腔的周壁竖直流动，再通过干燥腔的上部从靠近干燥腔周壁的出口6排出。

上述干燥腔具有圆锥形朝下逐渐变细的部分7，该部分的底部与流化室8相通，流化室的结构从图2和3中可更清楚地看出。

在上述流化室中，装有一块大致为水平的多孔板9，该板起空气分配器的作用并可使流化的粉末颗粒层保持在板的上部。

板9可按公知的方式设置按特定方式、特定尺寸和方向分布的孔以便对工作期间出现在板上方的流化的粉末层的运动进行控制。

根据图1、2和3所示的实施例，在多孔板9的下方设有一个送气室10，该室接收流过输入管道11的干燥空气并向多孔板提供按要求流化所需要的空气量。

在本发明设备的图1、2和3所示的实施例中，上述多孔板为圆形，重要的是多孔板的直径应大于干燥腔圆锥部分7下部的直径，并应将它同轴地安装在圆锥形部分下方的流化室中。

紧挨着多孔板9的上方设有一块圆柱形竖直间壁12，该间壁在多孔板上将第一区13和第二区14分开。

在图1、2和3所示的实施例中，圆柱形间壁12的直径和紧接着的第一区13的直径都大于干燥腔的圆锥形部分7的下部直径。

设备运行时，通过对由喷射装置2提供的液滴进行干燥可形成颗粒，上述颗粒的大部分或者直接达到流化室8，或者沉积在部分7的斜壁上之后再下滑到流化室中。在流化室中这些颗粒被收集在第一区13中，该区保持了较高的流化颗粒层。

在上述第一区中，由于流化层的高度较高，可以收集含水份很多的颗粒，这是人们所希望的，而且在其后对颗粒进行干燥的过程中耗能所需的费用也比较理想。

对颗粒停留在第一区13中的时间进行调节使之达到理想的干燥程度，再将粉末连续地或有规律地从第一区送至第二区14。

通过一个位于多孔板上方高度可调的间壁12中的溢流口15可将颗粒从第一区送到第二区，当然，还可考虑采用其它从工艺上讲具有更多优点的系统控制颗粒的传送。

通过上述溢流口15或控制粉末传送的类似装置传送的颗粒在第二区中形成流化层，在上述附图所示的实施例中第二区为环形，其边界由流化室8的壁和圆柱形间壁12限定。在间壁12和流化室8的壁之间还设有另一块间壁16，该间壁与设有溢流口15并紧靠该溢流口的间壁12相接。在间壁16与流化室壁相接之处的附近设有一个出口17(参见图3)，上述出口装有一个控制颗粒排出的装置，该装置例如也可以是一个溢流口。

由于已流化颗粒自身水平散开的趋势，经溢流口15到达第二区的颗粒可以由位于区14下方的多孔板9的某部分上以特殊方式排列的孔支承，例如由具有所谓的鳃形缝形式的孔支承而平稳地流过区14，直到到达出口17为止，从出口17颗粒被排出。

在颗粒流过区14期间，颗粒是团状流，基本上没有回混，这可使颗粒在该区内停留的时间相等。

在区14内可使流化床的高度维持在低到可非常有效地将细颗粒吹走的程度，因此，可得到几乎是无粉末的产品。此外，还可在区14内设置一些喷嘴(未示出)，通过这些喷嘴可将合适的液体喷出以获得更大的团块或覆盖层或颗粒的其它表面改性处理。就最后所提到的处理而论，重要的是能保持区14的流动平稳、均匀，基本上没有回混。

保持第二区14中这些要求的条件的前提是不能有大量的颗粒从喷雾干燥腔1落入第二区中。

在图1、2和3所示的实施例中主要通过使第一区13的直径大于或等于干燥腔锥形部分7的下部最窄部分因而可将沿部分7的斜面下滑的颗粒或没有与上述壁相碰而落下的颗粒都收集在第一区13中来实现。

为了进一步限制从干燥腔可能直接落入第二区14的颗粒量，可使环形间壁12朝上延伸到大致高于分隔开的流化床的高度，也可以延伸到与流化室的料上壁18一道构成一条较小的环形通道19的高度，通过此环形通道，离开第二区向上流入干燥腔的空气的速度可高到足以逆向阻止颗粒从干燥腔流入第二区14。

这种原理也可以作为唯一的措施用于防止颗粒从干燥腔直接被收集在第二区14中。如果需要的话，与图2示出的情况相比，在牺牲第一区13的条件下扩大第二区14可实现上述要求。

从第二区14被朝上吹的细颗粒和来自该区的空气一道通过通道19均匀地被送入干燥腔的底部，在干燥腔的底部按所要求的方式使颗粒在锥形部分7的壁上达到粉末化的效果，使之与潮湿颗粒接触，和潮湿颗粒结团从而达到所要求的颗粒尺寸。

在如图4所示的本发明设备的某些不同实施例中亦运用了上述原理(即：使第二区上方通道变窄以便获得足够的用于阻止来自干燥腔的颗粒进入的空气速度)。

在该实施例中，流化室由管状部分20构成，此部分是干燥腔的下部圆锥形部分7的圆筒形延伸部分。在该流化室中，设有一块直径与锥形部分7的下部直径大致相同的圆形多孔板21。

一块圆柱形垂直间壁24将第一区22与第二区23分开，上述间壁的流化高度以上部分形成一个朝上延伸的漏斗形部分25，该漏斗形部分的上边缘与管状部分20的壁一道构成一条狭窄通道26，来自第二区的空气夹带细颗粒通过上述通道朝上流动的速度可高到足以使来自上方的颗粒不能进入第二区23。

图4所示的实施例尤其适用于对现有的一体构成的流化床的喷雾干燥设备进行改造。

图2中示出的设备部分是与图4所示的一种设备紧密相关的变型。

参见图5，结合对图4的描述人们将发现图5也反映出与图4相同的意图。

在图5所示的实施例中，干燥腔斜壁7朝下延伸超出壁7与壁20相汇合之处。在延伸部分30与漏斗形部分25的上边缘之间设有通道31，从流化床经该通道流入干燥腔的空气的速度足以有效地阻止来自干燥腔的颗粒落入流化床23。

最理想的是不考虑设备的上述实施例而能对进入上述两个区的干燥空气或冷却空气的量和温度进行独立控制。

在图4和5所示的实施例中，用一个圆柱形壁27将流化床以下的室分隔开是为了能通过管28将干燥空气送入第一区下部中心区，同时通过管29将干燥空气送入第二区23。

作为一种可供选择的方案或补充方案，为了将位于多孔板以下的室隔开，多孔板9或21上的孔可以是在两个区下部的不同等级的孔。

如上述结合图1所描述的那样，所使用的干燥和处理空气一部分由通过5送入的干燥空气组成，一部分由通过11或28和29导入的干燥和处理空气组成，这些气体从干燥设备经出口6排出。随空气一道夹带的大量细颗粒可以通过未示出的措施被分离出来并可以再送回到工艺流程中。上述细颗粒的量可能非常大，可以将它们以不同的方式再送到不同的地方，例如：吹入邻近的喷射装置2，或吹入喷射腔的中心区，或吹入第一区13或22的流化层等，这些都是本领域普通专业人员所公知的。

Claims (11)

1.一种喷雾干燥设备，包括一个干燥腔(1)，该腔带有至少一个流体喷射装置(2)和将干燥空气导入上述腔使之在上述喷射装置四周流动的装置(5)，上述干燥腔具有圆锥形朝下逐渐变细的部分、一块装于其底部的多孔板(9，21)以及产生流过板孔用以将流化颗粒层保持在上述板上部的朝上空气流的装置，其特征在于，用一个隔离构件(12，24)将上述流化颗粒层分成包括第一区(13，22)和第二区(14，23)的至少两个区，在第一区中吸收形成于干燥腔(1)中的潮湿颗粒，第一区适于将颗粒充分而持久地混合，第二区与干燥腔(1)隔开，干燥腔不直接向其供给颗粒，第二区与将颗粒从第一区(13，22)引入其中的机构(15)和将颗粒从第二区排出的机构(17)相连，上述引入颗粒机构(15)和排出颗粒的机构(17)都设置成使颗粒通过第二区(14，23)时基本上不产生回混。

2.如权利要求1所述的喷雾干燥设备，其特征在于，多孔板(9)的面积大于干燥腔(1)的圆锥形部分(7)的下部，该多孔板装于流化室(8)中，该室与干燥腔圆锥形部分的下部相连的朝上的圆锥部分(18)相连，一个大致垂直的隔离构件(12)紧接上述多孔板(9)的上方，上述隔离构件将构成第一区(13)的、具有面积等于或大于干燥腔的圆锥形部分的下部(7)面积的延伸部分的中心区与一个构成第二区(14)、并设在构成第一区的区域四周的区域分开。

3.如权利要求1或2所述的喷雾干燥设备，其特征在于，多孔板(9)为圆形，其直径大于干燥腔(1)的圆锥部分(7)下部的直径，它被同轴地装于流化室(8)底部的下方，用一块同心地放置在多孔板上的圆筒状垂直间壁(12)限定出圆形的第一区(13)与第二区(14)的界限，第二区(14)位于上述间壁和流化室(8)的壁之间，第一区(13)的直径大于或等于干燥腔的圆锥部分的下部直径，上述另一区(14)装有一块从上述隔离构件(12)延伸到流化室(8)的周壁的竖直间壁(16)，紧靠该间壁(16)的一侧设有一条使流化颗粒从圆形的第一区(13)流到环形的第二区(14)的通道，紧靠间壁(16)的另一侧设有一条当颗粒以流化状态流入一条环形通道后将颗粒从第二区(14)排出的出口通道(17)。

4.如上述任一项权利要求所述的喷雾干燥设备，其特征在于，设备运动期间，在第二区(14)的上方，在高出它形成流化颗粒层表面的高度上，设置一个隔离件，该隔离件限定出干燥腔(1)和第二区(14)之间的通道(19)，使设备运行期间，从第二区的流化层上升的气流在上述通道内的上行速度足以阻止干燥腔内形成的颗粒下落到第二区(14)的流化层中。

5.如权利要求2、3或4所述的喷雾干燥设备，其特征在于，上述隔离件由分成两个区的间壁(12)的上部延伸部分构成。

6.如权利要求1所述的喷雾干燥设备，其中上述多孔板(21)为圆形，其直径与干燥腔的圆锥形部分(7)的下部直径相等，它被安装在圆锥形部分下方的管状流化室(20)中，其特征在于，借助于一块圆筒形竖直间壁(24)分隔出第一和第二区(22和23)，间壁高于流化层高度的部分形成朝上延伸的漏斗形(25)，该漏斗形的上边缘与流化室(20)的管状壁一起限定出处于干燥腔(1)和第二区(23)之间的通道(26)。

7.如权利要求1所述的喷雾干燥设备，其中多孔板(21)为圆形，其直径与干燥腔的圆锥形部分(7)的下部直径相等，它被安装在干燥腔的圆锥形部分下方的管状流化室(20)中，其特征在于，借助一块圆筒状竖直间壁(24)分隔出第一和第二区(22和23)，间壁高于流化层高度的部分形成朝上延伸的漏斗形(25)，该漏斗形的上边缘与形成干燥腔的圆锥部分(7)的斜壁的延伸部分(30)一起限定出处于干燥腔(1)和第二区(23)之间的通道(31)。

8.如上述任一项权利要求所述的喷雾干燥设备，其特征在于，在多孔板(9)的下方设置一个送气室(10)，该室与提供干燥和流化的气源相连，该送气室既将干燥和流化空气提供给导入第一区(13)的孔，又将干燥和流化空气提供给导入第二区(14)的孔。

9.如权利要求1～6中任一项所述的喷雾干燥设备，其特征在于，在多孔板(21)的下方设置将干燥和流化空气分开提供给位于第一区(22)下方的多孔板部分和位于第二区(23)下方的多孔板部分的装置(27，28，29)。

10.如上述任一项权利要求所述的喷雾干燥设备，其特征在于，上述使流化颗粒从第一区(13)流到第二区(14)的通道(15)是一个溢流口，其高度在多孔板的上方可调。

11.如上述任一项权利要求所述的喷雾干燥设备，其特征在于，用于将第二区的颗粒排出的出口通道(17)是一个位于流化室(8)的周壁上的溢流口，其高度在多孔板的上方可调。

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