CN115682636A - 一种螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥系统，包括悬浮流化连续干燥装置、进风装置和抽风机；悬浮流化连续干燥装置包括进风室、螺杆输送室、脉冲悬浮流化连续干燥室、布袋除尘室，进风室前侧设有N个交变脉冲进风口，后侧设有N个基本风速进风口。本发明进风装置设有交变脉冲球阀和电动比例调节阀，分别用于调节交变脉冲进风口和基本风速进风口风速，使各干燥分室内的湿颗粒做周期性交变脉冲上下往复悬浮流化干燥运动，并确保交变脉冲进风口风速为0时螺杆输送室内形成一恒定最小悬浮流化风速，实现矩形均匀分风板上方持续悬浮流化和颗粒悬浮流化区域的连续输送功能，大幅降低高温气体流化风量消耗和抽风机功率，节省了系统能耗。

Description

一种螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥系统

技术领域

本发明涉及固体口服制剂生产流化干燥技术领域，尤其涉及一种螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥系统。

背景技术

在固体口服制剂生产中，湿法制粒的湿颗粒需要进行流化干燥工序。目前固体口服制剂生产主要采用间歇式批量生产模式，其湿颗粒均采用间歇式批量流化床干燥技术。随着国际固体口服制剂迈进连续化可控制造时代，迫切需要连续化流化干燥技术与装备。目前主要有德国GEA公司的六腔旋转式流化干燥技术，其主要缺陷是属于半连续干燥技术，现有的间歇批量式流化床干燥技术和半连续流化干燥技术存在流化悬浮湿颗粒高温气体流量远大于干燥所需高温气体流量，而干燥又处于微负压干燥操作，需要大流量流化高温气体和配置大功率抽风机，这必然导致其大流量悬浮流化高温气体能源无法回收利用，普遍存在系统综合能耗高，粉尘污染排放大等缺陷。

同时随着药品市场向多品种少批量个性化制造方向发展，需要依据用户制造工艺和品种不同，能自动在线调控流化干燥的残余停留时间和持有质量，使其实现一机多用，以快速响应多品种少批量个性化柔性制造市场需求。为此迫切需要能实现在残余停留时间和持有质量能在线可控调节，并大幅降低悬浮流化湿颗粒的高温流化气体用量的新型通用性连续流化干燥技术与装置。此外，现有的流化干燥技术存在干颗粒残余湿度及其均匀性难以调控，为此，要实现全流程可控的连续化固体制剂的科学制造，迫切需要研发基于干颗粒残余湿度及其均匀性在线实时可控的连续化流化干燥系统。

发明内容

为解决上述现有流化干燥技术需要大流量流化高温气体和配置大功率抽风机，系统综合能耗高，粉尘污染排放大，不能在线调控流化干燥的残余停留时间和持有质量，无法适应多品种少批量个性化柔性制造市场需求，干颗粒残余湿度及其均匀性难以调控的问题，本发明提供了一种螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥系统，其特征在于包括悬浮流化连续干燥装置、进风装置和抽风机；

所述悬浮流化连续干燥装置包括从下往上依次连接的进风室、螺杆输送室、脉冲悬浮流化连续干燥室、布袋除尘室，所述进风室前侧设有N个交变脉冲进风口，后侧设有N个基本风速进风口，所述N为大于1的自然数，所述进风室与螺杆输送室之间设有矩形均匀分风板，所述矩形均匀分风板上设有若干阵列均布的通风孔，所述脉冲悬浮流化连续干燥室设为上大下小的倒梯形结构，内腔设有多块均布的隔板，将内腔分成多个并排设置的干燥分室，所述干燥分室均与螺杆输送室连通，脉冲悬浮流化连续干燥室左侧壁中间设有连续进料装置，所述布袋降尘室与脉冲悬浮流化连续干燥室连通，所述布袋除尘室内设有若干个阵列均布的圆柱形粉尘过滤布袋，用于实现连续化干燥系统除尘，所述布袋除尘室顶端通过抽风管与抽风机连接，抽风机将干燥分室内的高温空气排放至室外，同时使干燥分室内形成微负压干燥工作环境；

所述螺杆输送室内设有输送螺杆，所述输送螺杆左、右两端均支承于轴承座内，左端头与第一变频电机连接，所述螺杆输送室右端头底部设有密封旋转出料阀，所述密封旋转出料阀用于保证连续出料的同时使出料口与外界大气环境隔绝密封，防止抽风机将出料口外空气吸入干燥分室，破坏微负压干燥工作环境；

所述进风装置包括鼓风机、总进风管、基本进风主管、交变脉冲球阀和交变进风箱，所述鼓风机进风口与加热器连接，出风口与总进风管一端连接，所述基本进风主管一端与总进风管连通，另一端绕至进风室后侧，外侧壁上设有N根基本进风分管与进风室后侧N个基本风速进风口连接；所述总进风管另一端与交变脉冲球阀一端连接，所述交变脉冲球阀另一端与交变进风箱上方进风口连接，所述交变进风箱后侧设有N根交变进风分管分别与进风室前侧的N个交变脉冲进风口连接；

所述交变脉冲球阀的气体流道面积呈周期性交变脉冲变化，使进入各干燥分室内的高温干燥空气流速呈周期性交变脉冲变化，使各干燥分室内的湿颗粒做周期性交变脉冲上下往复悬浮流化干燥运动，周期性交变脉冲上下往复悬浮流化干燥运动的湿颗粒与高温悬浮流化空气进行热交换，实现强化传热流化干燥；

所述基本进风主管与总进风管连接端设有电动比例调节阀，所述电动比例调节阀可以根据不同待干燥颗粒调节基本进风风速，确保交变脉冲球阀的气体流道面积为0时螺杆输送室和干燥分室内形成一恒定最小悬浮流化风速，此时待干燥湿颗粒向下运动至螺杆输送室，在螺杆输送室内实现持续悬浮流化，待干燥颗粒持续悬浮流化区域被输送螺杆由左往右缓慢推进，依次通过各干燥分室，实现待干燥颗粒上下往复周期性脉冲悬浮流化强化传热干燥和待干燥颗粒悬浮流化区域的连续输送功能，最后从螺杆输送室底部的连续出料装置出料。

作为本技术的进一步改进，所述交变脉冲球阀包括第二变频电机、球形阀芯、阀杆和球形阀体；

所述球形阀芯设于球形阀体内，所述球形阀芯内设有一个完全贯通的圆形通孔，该圆形通孔轴线与球形阀芯的球心重合，所述阀杆与球形阀芯连接，阀杆轴线穿过球形阀芯球心且与圆形通孔轴线垂直；

所述球形阀体上端设有圆柱形进风口，下端设有圆柱形出风口，圆柱形进风口与圆柱形出风口同轴，且轴线穿过球形阀体球心，所述球形阀芯套设于球形阀体内，所述圆形通孔轴线与圆柱形进风口轴线、圆柱形出风口轴线在同一竖直平面内，且所述圆形通孔孔径与圆柱形进风口、圆柱形出风口内径均一致，所述球形阀体上与阀杆对应位置设有轴套，所述阀杆穿过该轴套与第二变频电机输出轴连接，第二变频电机驱动阀杆旋转，阀杆带动球形阀芯在球形阀体内旋转；

在初始状态，圆形通孔轴线与圆柱形进风口轴线、圆柱形出风口轴线同轴，气体流道面积处于最大，为圆形通孔的横截面积，当球形阀芯随阀杆旋转360度时，其气体流道面积会逐渐由最大气体流道面积减小为零，然后又回到最大气体流道面积，气体流道面积随着阀杆旋转增加，形成周期性交变脉冲变化的规律演化；

所述第二变频电机可以根据不同待干燥颗粒调节转速来调节气体流道面积周期性交变脉冲的周期和气体流速。

作为本技术的进一步改进，所述气体流道面积具体变化规律为：当阀杆旋转角度由0增至45度，流道面积由最大值减为零。由45度转至135度，流道面积恒定为零，由135度转至180度，流道面积由零增至为最大，由180度转至225度，流道面积由最大值减为零，由225度转至315度，流道面积又恒定为零，由315度转至360度，流道面积由0增至为最大值。

作为本技术的进一步改进，所述密封旋转出料阀包括锥形出料斗、输送出口、六叶片旋转阀芯、出料阀体和第三变频电机，所述锥形出料斗上端与螺杆输送室右端底部连接，下端与出料阀体上端连接，所述六叶片旋转阀芯套设于出料阀体内，并与第三变频电机输出轴连接，所述出料阀体下端连接输送出口，第三变频电机带动六叶片旋转阀芯旋转，六叶片连续推动干颗粒向下方输送出口出料。

作为本技术的进一步改进，所述矩形均匀分风板上设有若干个阵列均布的矩形通风孔，所述相邻排矩形通风孔错位排列，所述矩形通风槽宽度≤0.3mm。

作为本技术的进一步改进，所述干燥分室外侧壁上均设有温度传感器，用于实时检测干燥分室内温度，所述温度传感器与控制器相联，所述控制器接收温度传感器的检测数据，并根据温度检测数据控制加热器温度，从而控制干燥分室内温度。

作为本技术的进一步改进，所述第一变频电机和第二变频电机的转轴上均设有转速传感器，用于实时检测输送螺杆和交变脉冲球阀的转速，所述转速传感器与控制器相联，所述控制器接收转速传感器检测数据并根据检测数据调控第一变频电机和第二变频电机的转速，实现对输送螺杆转速和交变脉冲球阀的脉冲频率控制，以此实现对颗粒残余停留时间与持有质量的在线实时动态调控；

所述基本进风主管靠近电动比例调节阀端外侧壁上设有压力传感器，用于检测基本进风口处的进风压力，所述压力传感器与控制器相联，所述控制器接收压力传感器检测数据，并根据压力检测数据调节电动比例调节阀的基本进风风速。

作为本技术的进一步改进，所述锥形出料斗侧壁上设有数字微波湿度传感器，用于实时检测干颗粒的温度和残余湿度，所述数字微波湿度传感器与控制器相联，所述控制器接收数字微波湿度传感器的检测数据并根据检测数据计算干颗粒温度和残余湿度分布均匀性RSD。

作为本技术的进一步改进，实现周期性交变脉冲上下往复悬浮流化强化传热干燥运动和待干燥颗粒悬浮流化区域连续输送功能的最优周期性交变脉冲流化风速计算公式为：V＝2+（0.01×ρ+2）×sin（15.7×t）其中ρ为待干燥颗粒密度，t为干燥时间；

当周期性脉冲流化风速降至波谷恒定最小悬浮流化风速2m/s时，湿颗粒悬浮流化区域会自动下落至底部螺杆输送室，且湿颗粒在矩形均匀分风板上方完全处于悬浮流化状态，抑制湿颗粒穿透矩形均匀分风板，落入进风室。

作为本技术的进一步改进，所述输送螺杆的转速≤100rpm。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

1、本发明通过隔板将脉冲悬浮流化连续干燥室分成若干燥分室，通过交变脉冲球阀的气体流道面积随着第二变频电机的旋转产生周期性交变脉冲变化，使各干燥分室内的悬浮流化高温空气风速呈现周期性交变脉冲变化演化规律，从而实现待干燥颗粒在各干燥分室内产生周期性交变脉冲上下往复悬浮流化强化传热干燥运动，提高了湿颗粒表面与高温气体的微对流，强化了其对流传热和混合传热，提高了流化干燥停留时间和颗粒残余湿度分布均匀性和颗粒收率，相对于现有的恒速高温气体悬浮流化，本发明采用周期性交变脉冲高温气体悬浮流化，所需的高温气体流化风量降低约50%,大幅降低高温气体流化风量消耗和抽风机功率，节省了系统能耗；另一方面，湿颗粒在做周期性交变的脉动悬浮上下往复流化干燥运动，大幅减小了细粉尘颗粒与布袋除尘器接触，可有效延长清灰的周期，提高了系统运行的稳定性；

2、本发明增设基本风速进风口、电动比例调节阀和螺杆输送室，在交变脉冲球阀的气体流道面积为零时，确保在螺杆输送室和各干燥分室内形成一恒定最小悬浮流化风速，湿颗粒下降至螺杆输送室内和矩形均匀分风板上方形成持续悬浮流化状态，湿颗粒悬浮流化区域被输送螺杆连续向出口方向缓慢输送，依次通过各干燥分室，实现湿颗粒周期性交变脉冲上下往复悬浮流化运动连续干燥；在颗粒悬浮流化区域的连续输送时，旋转输送螺杆表面会形成气垫层，通过此气垫层将颗粒与旋转输送螺杆表面隔离，有效抑制了颗粒与螺杆表面的直接接触，大幅降低干颗粒与旋转输送螺杆表面碰撞诱发干颗粒破碎的概率，提高了制粒收率，有效抑制输送螺杆表面结垢而降低输送螺杆的驱动扭矩，可降低系统能耗；同时矩形均匀分风板上方形成悬浮气垫层，有效防止湿颗粒在矩形均匀分风板上形成湿颗粒堆积层，并抑制湿颗粒穿透矩形均匀分风板狭小的通风孔，落入进风室，导致系统清洗困难和交叉污染；

3、本发明通过设置温度传感器、转速传感器、压力传感器、数字微波湿度传感器分别检测干燥分室温度、输送螺杆转速、交变脉冲球阀转速、基本进风口压力、终点干颗粒残余湿度和温度，通过控制器接收所有检测数据，并对输送螺杆转速、交变脉冲球阀的脉冲频率、基本进风口风速和流化干燥分室温度在线实时动态调控，实现终点干颗粒残余干燥湿度及其分布均匀性RSD的在线实时控制，控制输送螺杆转速≤100rpm，保证终点干颗粒残余干燥湿度及温度的均匀性RSD均满足≤5%技术标准参数要求，确保颗粒制品关键质量属性的一致性和工艺的可重现性。

4、本发明最优周期性交变脉冲流化风速计算公式为：V＝2+（0.01×ρ+2）×sin（15.7×t），可以通过此公式设计最优周期性交变脉冲流化风速可以实现周期性交变脉冲上下往复悬浮流化强化传热干燥运动和待干燥颗粒悬浮流化区域连续输送功能，确定当周期性脉冲流化风速降至波谷恒定最小悬浮流化风速2m/s时，颗粒悬浮流化区域会自动下落至底部螺杆输送区，且湿颗粒在在矩形均匀分风板上方完全处于悬浮流化状态，同时使湿颗粒悬浮流化区域连续推进输送特性处于最优状态；

5、本发明增设密封旋转出料阀，使连续出料口既密封又能实现连续出料功能，防止出料口与外界大气环境直接接触，破坏干燥分室的微负压真空操作状态，防止抽风机将出料口附近大气环境的空气倒吸入干燥分室内而增加抽风机的功率损耗，同时防止脉冲流化高温气体从此出料口排放，造成高温气体能源浪费。

附图说明

图1为本发明实施例结构示意图；

图2为本发明实施例后视结构示意图；

图3为本发明实施例进风室、螺杆输送室、干燥分室结构示意图；

图4为图3左视结构示意图；

图5为本发明实施例圆柱形粉尘过滤布袋与干燥分室分布结构示意图；

图6为本发明实施例交变脉冲球阀结构示意图；

图7为本发明实施例交变脉冲球阀的球形阀心旋转0、20、30、45、135、155度时气体流道面积变化示意图；

图8为本发明实施例密封旋转出料阀结构示意图；

图9为本发明实施例矩形均匀分风板通风孔阵列均布局部放大图；

图10为本发明实施例周期性脉冲流化风速交变幅度与待干燥颗粒密度协同演化规律曲线图；

图11为本发明实施例颗粒密度为1000Kg/m³的最优周期性交变脉冲悬浮流化风速曲线图；

图12(a)为本发明实施例颗粒密度为1000Kg/m³的最优状态湿颗粒周期性连续脉冲上下往复悬浮流化运动t=3.69时效果图；

图12(b)为本发明实施例颗粒密度为1000Kg/m³的最优状态湿颗粒周期性连续脉冲上下往复悬浮流化运动t=3.88时效果图；

图13为本发明实施例输送螺杆转速为760rpm第六个干燥分室顶部区域干颗粒温度分布图；

图14为本发明实施例输送螺杆转速为100rpm第六个干燥分室顶部区域干颗粒温度分布图。

图中：1、进风室，2、螺杆输送室，3、脉冲悬浮流化连续干燥室，301、干燥分室，302、进料口，303、隔板，4、布袋除尘室，401、圆柱形粉尘过滤布袋，5、抽风分管，6、抽风管，7、抽风机，8、鼓风机，9、进风总管，10、电动比例调节阀，11、交变脉冲球阀，111、球形阀芯，1111、圆形通孔，112、球形阀体，1121、圆柱形进风口，1122、圆柱形进风口，1123、轴套，113、阀杆，12、第二变频电机，13、交变进风箱，14、交变进风分管，15、基本进风主管，16、基本进风分管，17、连续进料装置，18、输送螺杆，19、轴承座，20、第一变频电机，21、密封旋转出料阀，211、锥形出料斗，212、六叶片旋转阀芯，213、出料阀体，214、输送出口，215、第三变频电机，22、矩形均匀分风板，221、矩形通风孔。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动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。

如图1至4所示，本发明实施例包括悬浮流化连续干燥装置、进风装置和抽风机7；

悬浮流化连续干燥装置包括从下往上依次连接的进风室1、螺杆输送室2、脉冲悬浮流化连续干燥室3、布袋除尘室4，进风室1前侧设有3个交变脉冲进风口，后侧设有3个基本风速进风口，进风室1与螺杆输送室2之间设有矩形均匀分风板22，（见图9所示）矩形均匀分风板22上设有若干阵列均布的矩形通风孔221，相邻排矩形通风孔221错位排列，矩形通风槽221宽度≤0.3mm；脉冲悬浮流化连续干燥室设为上大下小的倒梯形结构，内腔设有多块均布的隔板303，将内腔分成多个并排设置的干燥分室301，干燥分室301均与螺杆输送室2连通，脉冲悬浮流化连续干燥室3左侧壁中间设有出料口302，出料口302处设有连续进料装置17，布袋降尘室4与脉冲悬浮流化连续干燥室3连通，布袋除尘室4内设有24个阵列均布的圆柱形粉尘过滤布袋401（如图5所示），用于实现连续化干燥系统除尘，布袋除尘室2顶端设有两个抽风口，两个抽风口通过两根抽风分管5与抽风管6连接，抽风管6与抽风机7连接，抽风机7将干燥分室301内的高温空气排放至室外，同时使干燥分室301内形成微负压干燥工作环境；

如图3所示，螺杆输送室2内设有输送螺杆18，输送螺杆18左、右两端均支承于轴承座19内，左端头与第一变频电机20连接，螺杆输送室2右端头底部设有密封旋转出料阀21，密封旋转出料阀21用于保证连续出料的同时使出料口与外界大气环境隔绝密封，防止抽风机将出料口外空气吸入干燥分室301内，破坏微负压干燥工作环境；

进风装置包括鼓风机8、总进风管9、基本进风主管15、交变脉冲球阀11和交变进风箱13，鼓风机8进风口与加热器（图中未画出）连接，出风口与总进风管9一端连接，基本进风主管15一端与总进风管9连通，另一端绕至进风室1后侧，外侧壁上设有3根基本进风分管16与进风室1后侧3个基本风速进风口连接；总进风管9另一端与交变脉冲球阀11一端连接，交变脉冲球阀11另一端与交变进风箱13上方进风口连接，交变进风箱13后侧设有3根交变进风分管14分别与进风室1前侧的3个交变脉冲进风口连接；

如图1、6、7所示，交变脉冲球阀11包括第二变频电机12、球形阀芯111、阀杆113和球形阀体112；

球形阀芯111设于球形阀体112内，球形阀芯111内设有一个完全贯通的圆形通孔1111，该圆形通孔1111轴线与球形阀芯111的球心重合，阀杆113与球形阀芯111连接，阀杆113轴线穿过球形阀芯球心且与圆形通孔1111轴线垂直；

球形阀体112上端设有圆柱形进风口1121，下端设有圆柱形出风口1122，圆柱形进风口1121与圆柱形出风口1122同轴，且轴线穿过球形阀体112球心，球形阀芯111套设于球形阀体112内，圆形通孔1111轴线与圆柱形进风口1121轴线、圆柱形出风口1122轴线在同一竖直平面内，且圆形通孔1111孔径与圆柱形进风口1121、圆柱形出风口1122内径均一致，球形阀体112上与阀杆113对应位置设有轴套1123，阀杆113穿过该轴套1123与第二变频电机12输出轴连接，第二变频电机12驱动阀杆113旋转，阀杆113带动球形阀芯111在球形阀体112内旋转；

在初始状态（图7中(a)所示），圆形通孔1111轴线与圆柱形进风口1121轴线、圆柱形出风口1122轴线同轴，气体流道面积处于最大，为圆形通孔1111的横截面积，当球形阀芯111随阀杆113旋转360度时，其气体流道面积会逐渐由最大气体流道面积减小为零，然后又回到最大气体流道面积，气体流道面积随着阀杆112旋转增加，形成周期性交变脉冲变化的规律演化，使进入各干燥分室301内的高温干燥空气流速呈周期性交变脉冲变化，使各干燥分室301内的湿颗粒做周期性交变脉冲上下往复悬浮流化干燥运动，周期性交变脉冲上下往复悬浮流化干燥运动的湿颗粒与高温悬浮流化空气进行热交换，实现强化传热流化干燥；

第二变频电机12可以根据不同待干燥颗粒（不同颗粒密度）调节转速来调节气体流道面积周期性交变脉冲的周期和气体流速。

基本进风主管15与总进风管9连接端设有电动比例调节阀10，电动比例调节阀10可以根据不同待干燥颗粒调节基本进风风速，确保交变脉冲球阀11的气体流道面积为0时螺杆输送室2和干燥分室301内形成一恒定最小悬浮流化风速，此时待干燥湿颗粒向下运动至螺杆输送室2，在螺杆输送室2内实现持续悬浮流化，待干燥颗粒持续悬浮流化区域被输送螺杆18从左往右缓慢推进，依次通过各干燥分室301，实现待干燥颗粒上下往复周期性脉冲悬浮流化强化传热干燥和待干燥颗粒悬浮流化区域的连续输送功能，最后从螺杆输送室2底部的连续出料装置21出料。

颗粒悬浮流化区域的湿颗粒在干燥分室301内做上下往复脉冲悬浮流化运动的强化传热干燥，提高了湿颗粒表面与高温气体的微对流，强化了其对流传热和混合传热。同时，相对于现有的恒速高温气体悬浮流化，本发明采用周期性脉冲流化高温气体进行湿颗粒悬浮流化，使其流化所需的高温气体流化风量降低约50%,大幅降低高温气体流化风量消耗和抽风机功率，节省了系统能耗。另一方面，颗粒在做周期性交变的脉动悬浮上下往复流化干燥运动，大幅减小了细粉尘颗粒与圆柱形粉尘过滤布袋接触，可有效延长清灰的周期，提高了系统运行的稳定性。

如图6、7所示，气体流道面积具体变化规律为：当阀杆113旋转角度由0增至45度，流道面积由最大值减为零，此时高温空气流速由最大值减到恒定最小悬浮流化风速，待干燥湿颗粒在干燥分室301内由上往下运动，直至螺杆输送室2内；阀杆113由45度转至135度，流道面积恒定为零，此时高温空气流速保持待恒定最小悬浮流化风速，干燥湿颗粒在螺杆输送室2内实现持续悬浮流化状态，且持续悬浮流化区域被输送螺杆18向前缓慢推进；阀杆113由135度转至180度，流道面积由零增至为最大，此时高温空气流速由恒定最小悬浮流化风速增到最大值，待干燥湿颗粒在干燥分室301内由下往上运动至干燥分室301顶部；阀杆113由180度转至225度，流道面积由最大值减为零，由225度转至315度，流道面积又恒定为零，由315度转至360度，流道面积由0增至为最大值，因此阀杆113由180旋转至360度与由0旋转至180度流道面积变化规律一样，高温空气流速变化规律一样，如此循环往复，随着阀杆113的不断旋转，待干燥湿颗粒在螺杆输送室2和各干燥分室3内作周期性交变脉冲上下悬浮流化干燥运动，并实现干燥颗粒持续悬浮流化区域从左往右向出料端缓慢输送。

阀杆113由45度转至135度、由225度转至315度时流道面积恒定为零，此时干燥湿颗粒在螺杆输送室2内实现持续悬浮流化状态，旋转输送螺杆18在连续输送颗粒悬浮流化区域时，可在输送螺杆18表面形成气垫层，通过此气垫层将颗粒与旋转输送螺杆18表面隔离，可大幅降低干颗粒与输送螺杆18表面碰撞诱发干颗粒破碎的概率，提高了制粒收率，有效抑制结垢和降低了输送螺杆18的驱动扭矩，可降低系统能耗；同时可有效抑制待干燥湿颗粒在矩形均匀分风板22上形成湿颗粒堆积，诱发细小颗粒穿透矩形均匀分风板22狭小的通风孔221，落入进风室1内，而造成设备清洗困难和交叉感染。

如图3、4、8所示，密封旋转出料阀21包括锥形出料斗211、输送出口214、六叶片旋转阀芯212、出料阀体213和第三变频电机215，锥形出料斗211上端与螺杆输送室2右端底部连接，下端与出料阀体213上端连接，六叶片旋转阀芯212套设于出料阀体213内，并与第三变频电机215输出轴连接，出料阀体213下端连接输送出口214，第三变频电机215带动六叶片旋转阀芯212旋转，六叶片连续推动干颗粒向下方输送出口出料。

本发明密封旋转出料阀的作用是在干颗粒连续输出口设置密封，防止干燥分室301和螺杆输送室2与外界大气环境连通，破坏了干燥分室301和螺杆输送室2内的微负压真空操作状态，防止抽风机7将出料口附近大气环境的空气倒吸入干燥分室301内而增加抽风机7的功率损耗，同时防止脉冲流化高温气体从此出料口排放，造成高温气体能源浪费。

密封旋转出料阀工作原理是：先在密封旋转出料阀内形成一定层厚的干颗粒密封层，取到密封作用，然后启动第三变频驱动电机215，使六叶片旋转阀芯212慢速旋转，推动干颗粒运动至颗粒连输输送出口214，使干颗粒连续自由下落排出，控制第三变频驱动电机215转速，可以确保输送出口214的自由下落排出的干颗粒流量与干颗粒落入锥形进料斗211的干颗粒流量相同，确保系统连续等流量稳定运行，且保证阀内始终有一层能取到密封作用的干颗粒堆积层。

干燥分室301外侧壁上均设有温度传感器（图中未示出），用于实时检测干燥分室301内温度，温度传感器与控制器相联，控制器接收温度传感器的检测数据，并根据温度检测数据控制加热器温度，从而控制干燥分室301内温度。

第一变频电机20和第二变频电机12的转轴上均设有转速传感器（图中未示出），用于实时检测输送螺杆18和交变脉冲球阀11的转速，转速传感器与控制器相联，控制器接收转速传感器检测数据并根据检测数据调控第一变频电机18和第二变频电机11的转速，实现对输送螺杆转速和交变脉冲球阀11的脉冲频率控制，以此实现对颗粒残余停留时间与持有质量的在线实时动态调控；

基本进风主管15靠近电动比例调节阀10端外侧壁上设有压力传感器（图中未示出），用于检测基本进风口处的进风压力，压力传感器与控制器相联，控制器接收压力传感器检测数据，并根据压力检测数据调节电动比例调节阀10的基本进风风速。

锥形出料斗211侧壁上设有数字微波湿度传感器（图中未示出），用于实时检测干颗粒的温度和残余湿度，数字微波湿度传感器与控制器相联，控制器接收数字微波湿度传感器的检测数据并根据检测数据计算干颗粒温度和残余湿度分布均匀性RSD。

最终基于终点数字微波湿度传感器和控制器，通过输送螺杆18转速、交变脉冲球阀11的脉冲频率、基本风速进口风速和干燥分室301温度的在线实时动态调控，实现终点干颗粒残余干燥湿度及其分布均匀性RSD的在线实时控制，确保终点干颗粒残余干燥湿度均匀性RSD满足≤5%技术标准参数要求，确保颗粒制品关键质量属性的一致性和工艺的可重现性。

形成湿颗粒周期性连续脉冲上下往复悬浮流化运动的悬浮流化高温气体流速为：V=V₀+A×sin(ω×t)（1）

其中：V为悬浮流化高温气体流速；V₀为基本流化风速（即恒定最小悬浮流化风速）；A为周期性脉冲流化风速交变幅度；ω为周期性脉冲频率；t为干燥时间。

针对不同待干燥颗粒的密度和形貌，确定和调控公式（1）的基本流化风速V₀、周期性脉冲流化风速交变幅度A和周期性脉冲频率ω，是实现其螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥的技术前提。本发明实施例构建了颗粒悬浮流化运动特性-颗粒悬浮流化区域连续推进输送特性-脉冲流化风速的协同耦合关联模型，以颗粒悬浮流化运动特性和颗粒悬浮流化区域连续推进输送特性为最优目标，构建了周期性脉冲流化风速交变幅度A与待干燥颗粒密度协同演化规律曲线（见图10），由图10可得出周期性脉冲流化风速交变幅度A=0.01·ρ+2，基于上述研究结果，得出了确定最优周期性交变脉冲流化风速计算公式为：V＝2+（0.01×ρ+2）×sin（15.7×t）(2)。式中：基本流化风速（即恒定最小悬浮流化风速）为2m/s,ρ为颗粒密度，周期性脉冲频率ω为15.7Hz。

本发明实施例颗粒密度为1000Kg/m³,依据最优周期性交变脉冲流化风速计算公式，可确定其最优脉冲流化风速为：V＝2+12×sin（15.7×t）

图11为颗粒密度为1000Kg/m³的最优周期性交变脉冲流化风速曲线，图12(a)、(b)为颗粒密度为1000Kg/m³的最优状态湿颗粒周期性连续脉冲上下往复悬浮流化运动效果图。

由图11、图12（a）可以看出：当上下往复悬浮流化运动t=3.69时，周期性脉冲流化风速降至恒定最小悬浮流化风速2m/s，颗粒悬浮流化区域会自动下落至底部螺杆输送室2，且湿颗粒在矩形均匀分风板22上方完全处于悬浮流化状态，不会在矩形均匀分风板22上堆积颗粒，有效抑制了颗粒通过矩形均匀分风板22的狭小通风孔221运动泄漏至进风室1，导致清洗困难和交叉污染；同时使其颗粒悬浮流化区域连续推进输送特性处于最优状态。

由图11、图12（b）可以看出：当上下往复悬浮流化运动t=3.88时，周期性脉冲流化风速增至波峰风速12m/s，颗粒悬浮流化区域在各干燥分室301向上悬浮流化运动，并离开螺杆输送室2，颗粒运动由底部至顶部或由顶部至底部的时间与周期性脉冲流化风速增至波峰或降至恒定最小悬浮流化风速的时间有一定的阻尼延迟效应。

待干燥颗粒温度的均匀性是控制流化干燥颗粒残余湿度及其均匀性的关键调控参数，而干燥颗粒残余湿度是制粒的关键质量属性，为此研究构建螺杆转速与干燥颗粒温度及其均匀性的协同耦合控制关联关系，这对于调控周期性连续脉冲上下往复悬浮流化干燥颗粒残余湿度及其均匀性RSD显得尤为迫切。

对比例：为输送螺杆18转速为760rpm时颗粒温度与干燥时间关联演化规律，温度为25℃的颗粒，从第一个干燥分室左侧入口302进入干燥分室301，颗粒依次在各干燥分室301作现周期性连续脉冲上下往复悬浮流化干燥运动，湿颗粒温度在高温脉冲气流的作用下不断升高；在干燥时间为1.5s时，第二与第三个干燥分室内颗粒温度在57℃左右，随着时间的延长，颗粒温度不断升高，在4.5s时，第六个干燥分室内颗粒温度已升至约90℃左右；图13为第六干燥分室顶部区域干颗粒温度分布图；其第六个干燥分室301顶部采样区域内颗粒温度分布不均匀，较分散，其最大温度为89.3℃，最低温度为55.2℃，平均温度为77.7℃，干颗粒温度分布均匀性相对标准偏差RSD为11.19%，超过了干颗粒温度分布均匀性RSD≤5%的技术指标要求，必然导致干燥颗粒残余湿度分布不均匀，干燥工艺可重现性差。不符合固体口服制剂制粒一致性要求。

对比例由于输送螺杆18转速快，导致颗粒在干燥分室301内停留时间较短，并易使颗粒由于转速过快，导致部分颗粒直接从螺杆输送室2内运动至出口，形成短路，导致颗粒在干燥分室301内停留时间分布不均匀，诱发颗粒不能被均匀干燥。为了解决上述干颗粒温度和残余湿度分布均匀性相对标准偏差RSD过大问题，需要大幅降低其螺旋输送转速，以增大颗粒停留时间及其分布均匀性。本发明研究发现其干颗粒温度和残余湿度分布均匀性相对标准偏差RSD≤5%的临界螺杆转速为100rpm。

实施例：为输送螺杆18转速为100rpm时颗粒温度与干燥时间关联演化规律，见图14为转速为100rpm第六个干燥分室301顶部区域干颗粒温度分布图。在转速为100rpm时，第六个干燥分室301顶部采样区域内颗粒温度分布更加集中，其最高温度为90.6℃，最低温度为61.9℃，其干颗粒平均温度为83℃，转速为760rpm时干颗粒平均温度为77.7℃。在转速降为100rpm时，干颗粒平均温度升高至83℃，其升幅为6.82%，干颗粒温度分布均匀性相对标准偏差RSD为4.5%，其干颗粒温度分布均匀性满足了RSD≤5%的技术指标要求，可认为在转速在100rpm时，颗粒干燥温度分布均匀，必然导致干燥颗粒残余湿度分布均匀，干燥工艺可重现性好。符合固体口服制剂制粒一致性的技术要求。由此可见，在输送螺杆转速低于100rpm时，不仅提高了湿颗粒在设备内的停留时间，提高干颗粒平均温度，同时能有效抑制转速过快诱发部分颗粒形成直接从螺杆输送区运动至出口，形成短路的现象。最终提高了干颗粒流化干燥残余湿度及其分布的均匀性。

因此，输送螺杆18的转速≤100rpm时干颗粒温度和残余湿度分布均匀性相对标准偏差RSD≤5%。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥系统，其特征在于包括悬浮流化连续干燥装置、进风装置和抽风机；

所述悬浮流化连续干燥装置包括从下往上依次连接的进风室、螺杆输送室、脉冲悬浮流化连续干燥室、布袋除尘室，所述进风室前侧设有N个交变脉冲进风口,后侧设有N个基本风速进风口，所述N为大于1的自然数，所述进风室与螺杆输送室之间设有矩形均匀分风板，所述矩形均匀分风板上设有若干阵列均布的通风孔，所述脉冲悬浮流化连续干燥室设为上大下小的倒梯形结构，内腔设有多块均布的隔板，将内腔分成多个并排设置的干燥分室，所述干燥分室均与螺杆输送室连通，脉冲悬浮流化连续干燥室左侧壁中间设有连续进料装置，所述布袋降尘室与脉冲悬浮流化连续干燥室连通，所述布袋除尘室内设有若干个阵列均布的圆柱形粉尘过滤布袋，用于实现连续化干燥系统除尘，所述布袋除尘室顶端通过抽风管与抽风机连接，抽风机将干燥分室内的高温空气排放至室外，同时使干燥分室内形成微负压干燥工作环境；

所述螺杆输送室内设有输送螺杆，所述输送螺杆左、右两端均支承于轴承座内，左端头与第一变频电机连接，所述螺杆输送室右端头底部设有密封旋转出料阀，所述密封旋转出料阀用于保证连续出料的同时使出料口与外界大气环境隔绝密封，防止抽风机将出料口外空气吸入干燥分室，破坏微负压干燥工作环境；

所述进风装置包括鼓风机、总进风管、基本进风主管、交变脉冲球阀和交变进风箱，所述鼓风机进风口与加热器连接，出风口与总进风管一端连接，所述基本进风主管一端与总进风管连通，另一端绕至进风室后侧，外侧壁上设有N根基本进风分管与进风室后侧N个基本风速进风口连接；所述总进风管另一端与交变脉冲球阀一端连接，所述交变脉冲球阀另一端与交变进风箱上方进风口连接，所述交变进风箱后侧设有N根交变进风分管分别与进风室前侧的N个交变脉冲进风口连接；

所述交变脉冲球阀的气体流道面积呈周期性交变脉冲变化，使进入各干燥分室内的高温干燥空气流速呈周期性交变脉冲变化，使各干燥分室内的湿颗粒做周期性交变脉冲上下往复悬浮流化干燥运动，周期性交变脉冲上下往复悬浮流化干燥运动的湿颗粒与高温悬浮流化空气进行热交换，实现强化传热流化干燥；

所述基本进风主管与总进风管连接端设有电动比例调节阀，所述电动比例调节阀可以根据不同待干燥颗粒调节基本进风风速，确保交变脉冲球阀的气体流道面积为0时螺杆输送室和干燥分室内形成一恒定最小悬浮流化风速，此时待干燥湿颗粒向下运动至螺杆输送室，在螺杆输送室内实现持续悬浮流化，待干燥颗粒持续悬浮流化区域被输送螺杆由左往右缓慢推进，依次通过各干燥分室，实现待干燥颗粒上下往复周期性脉冲悬浮流化强化传热干燥和待干燥颗粒悬浮流化区域的连续输送功能，最后从螺杆输送室底部的连续出料装置出料。

2.根据权利要求1所述的一种螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥系统，其特征在于：所述交变脉冲球阀包括第二变频电机、球形阀芯、阀杆和球形阀体；

所述球形阀芯设于球形阀体内，所述球形阀芯内设有一个完全贯通的圆形通孔，该圆形通孔轴线与球形阀芯的球心重合，所述阀杆与球形阀芯连接，阀杆轴线穿过球形阀芯球心且与圆形通孔轴线垂直；

所述球形阀体上端设有圆柱形进风口，下端设有圆柱形出风口，圆柱形进风口与圆柱形出风口同轴，且轴线穿过球形阀体球心，所述球形阀芯套设于球形阀体内，所述圆形通孔轴线与圆柱形进风口轴线、圆柱形出风口轴线在同一竖直平面内，且所述圆形通孔孔径与圆柱形进风口、圆柱形出风口内径均一致，所述球形阀体上与阀杆对应位置设有轴套，所述阀杆穿过该轴套与第二变频电机输出轴连接，第二变频电机驱动阀杆旋转，阀杆带动球形阀芯在球形阀体内旋转；

在初始状态，圆形通孔轴线与圆柱形进风口轴线、圆柱形出风口轴线同轴，气体流道面积处于最大，为圆形通孔的横截面积，当球形阀芯随阀杆旋转360度时，其气体流道面积会逐渐由最大气体流道面积减小为零，然后又回到最大气体流道面积，气体流道面积随着阀杆旋转增加，形成周期性交变脉冲变化的规律演化；

所述第二变频电机可以根据不同待干燥颗粒调节转速来调节气体流道面积周期性交变脉冲的周期和气体流速。

3.根据权利要求2所述的一种螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥系统，其特征在于：所述气体流道面积具体变化规律为：当阀杆旋转角度由0增至45度，流道面积由最大值减为零，由45度转至135度，流道面积恒定为零，由135度转至180度，流道面积由零增至为最大，由180度转至225度，流道面积由最大值减为零，由225度转至315度，流道面积又恒定为零，由315度转至360度，流道面积由0增至为最大值。

4.根据权利要求1所述的一种螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥系统，其特征在于：所述密封旋转出料阀包括锥形出料斗、输送出口、六叶片旋转阀芯、出料阀体和第三变频电机，所述锥形出料斗上端与螺杆输送室右端底部连接，下端与出料阀体上端连接，所述六叶片旋转阀芯套设于出料阀体内，并与第三变频电机输出轴连接，所述出料阀体下端连接输送出口，第三变频电机带动六叶片旋转阀芯旋转，六叶片连续推动干颗粒向下方输送出口出料。

5.根据权利要求1所述的一种螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥系统，其特征在于：所述矩形均匀分风板上设有若干个阵列均布的矩形通风孔，所述相邻排矩形通风孔错位排列，所述矩形通风槽宽度≤0.3mm。

6.根据权利要求1所述的一种螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥系统，其特征在于：所述干燥分室外侧壁上均设有温度传感器，用于实时检测干燥分室内温度，所述温度传感器与控制器相联，所述控制器接收温度传感器的检测数据，并根据温度检测数据控制加热器温度，从而控制干燥分室内温度。

7.根据权利要求6所述的一种螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥系统，其特征在于：所述第一变频电机和第二变频电机的转轴上均设有转速传感器，用于实时检测输送螺杆和交变脉冲球阀的转速，所述转速传感器与控制器相联，所述控制器接收转速传感器检测数据并根据检测数据调控第一变频电机和第二变频电机的转速，实现对输送螺杆转速和交变脉冲球阀的脉冲频率控制，以此实现对颗粒残余停留时间与持有质量的在线实时动态调控；

所述基本进风主管靠近电动比例调节阀端外侧壁上设有压力传感器，用于检测基本进风口处的进风压力，所述压力传感器与控制器相联，所述控制器接收压力传感器检测数据，并根据压力检测数据调节电动比例调节阀的基本进风风速。

8.根据权利要求7所述的一种螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥系统，其特征在于：所述锥形出料斗侧壁上设有数字微波湿度传感器，用于实时检测干颗粒的温度和残余湿度，所述数字微波湿度传感器与控制器相联，所述控制器接收数字微波湿度传感器的检测数据并根据检测数据计算干颗粒温度和残余湿度分布均匀性RSD。

9.根据权利要求1所述的一种螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥系统，其特征在于：实现周期性交变脉冲上下往复悬浮流化强化传热干燥运动和待干燥颗粒悬浮流化区域连续输送功能的最优周期性交变脉冲流化风速计算公式为：V＝2+（0.01×ρ+2）×sin（15.7×t）其中ρ为待干燥颗粒密度，t为干燥时间；

当周期性脉冲流化风速降至波谷恒定最小悬浮流化风速2m/s时，湿颗粒悬浮流化区域会自动下落至底部螺杆输送室，且湿颗粒在矩形均匀分风板上方完全处于悬浮流化状态，抑制湿颗粒穿透矩形均匀分风板，落入进风室。

10.根据权利要求1所述的一种螺杆输送脉冲悬浮流化高效连续化干燥系统，其特征在于：所述输送螺杆的转速≤100rpm。

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