CN115703022A - 用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥机及干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥机及干燥方法，所述低温喷雾干燥机包括热风输送机构、喷雾式送料机构、干燥塔、冷风夹套机构、旋风收料机构、引风风机和气扫机构；热风输送机构通过管道与干燥塔的顶部连通；喷雾式送料机构的液体物料的喷雾口密封连接至干燥塔的顶部；冷风夹套机构包括夹套和冷风风机，夹套密封安装于干燥塔的外周壁上，冷风风机的出气端通过管道与夹套的内腔相连通；气扫机构安装在干燥塔的底部；旋风收料机构的进料端通过管道连接在干燥塔的底部腔壁上，旋风收料机构的出气端与引风风机相连。本发明可有效防止含糖物料在高温下融化粘壁，使干燥后产品的生物活性满足质量要求。

Description

用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥机及干燥方法

技术领域

本发明属于干燥设备技术领域，具体涉及一种用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥机及干燥方法。

背景技术

喷雾干燥机属于热风直接式连续干燥设备，适用于对溶液、悬浮液、糊状物料或胶体状物料的干燥处理。喷雾干燥机通过雾化器将物料雾化成液滴后喷入塔体内，使分散的液滴悬浮在热气流中进行干燥。

现有的喷雾干燥机的物料入口温度均大于100℃，出口温度一般在80-90℃，入口温度过高会导致生物制品原液(含热敏性的生物活性物质的溶液、悬浮液、糊状物料或胶体状物料)中的生物活性分子严重失活，出口温度过高会导致干燥后的粉状生物制品进一步失活，而失活的产品属于报废产品。另外，目前大部分的喷雾干燥机均通过离心泵或柱塞泵来输送待干燥的生物制品原液，离心泵或柱塞泵存在较大的剪切力，而过大的剪切力会从物理上破坏生物活性分子的结构，从而降低其活性。

目前雾干后所得固体产品的生物活性一般为雾干前的80％左右，至多不超过85％，活性损失较大。

发明内容

本发明的目的是解决上述背景技术中提到的缺陷。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥机，包括热风输送机构、喷雾式送料机构、干燥塔、冷风夹套机构、旋风收料机构和气扫机构；所述热风输送机构通过管道与所述干燥塔的顶部连通以向其内输送热风；所述喷雾式送料机构的液体物料的喷雾口密封连接至所述干燥塔的顶部；所述冷风夹套机构包括夹套和冷风风机，所述夹套密封安装于所述干燥塔的外周壁上，所述冷风风机的出气端通过管道与所述夹套的内腔相连通；所述气扫机构安装在所述干燥塔的底部以对其中的干燥物料进行吹扫；所述旋风收料机构的进料端通过管道连接在所述干燥塔的底部腔壁上以接收腔内的干燥物料，所述旋风收料机构的出气端与引风风机相连。

进一步地，所述热风输送机构包括依次设置的第一空气过滤器、送风风机、第二空气过滤器和第一加热器，所述送风风机的进风口连接有所述第一空气过滤器，所述送风风机的出风口连接有所述第二空气过滤器，所述第一加热器安装在所述第二空气过滤器与所述干燥塔二者的连接管道内以对流经其中的空气加热。

进一步地，所述喷雾式送料机构包括依次设置并相互连通的料筒、四元隔膜泵和雾化器，所述雾化器安装于所述干燥塔的顶部。

进一步地，所述旋风收料机构包括第一旋风分离器、第二旋风分离器和第三旋风分离器，所述第一旋风分离器的进料端通过管道连接在所述干燥塔的底部腔壁上，所述第一旋风分离器的出气端连接至所述第二旋风分离器的进料端，所述第二旋风分离器的出气端连接至所述引风风机，所述第一旋风分离器和所述第二旋风分离器的出料端连接至所述第三旋风分离器的进料端，所述第三旋风分离器的出气端连接至所述第一旋风分离器的进料管道上。

进一步地，所述冷风夹套机构还包括出气口，所述出气口设于所述夹套的外壁上并与其内腔连通，所述出气口上外接有连接至所述冷风风机进气口的循环管道。

进一步地，所述气扫机构包括依次设置的第三空气过滤器、除湿机和气扫风机、第二加热器和气扫装置，所述除湿机的进风口连接所述第三空气过滤器，所述除湿机的出风口连接所述气扫风机的进风口，所述第二加热器安装在所述气扫风机的出风口与所述气扫装置二者的连接管道内以对流经其中的空气加热。

进一步地，所述第一旋风分离器的出料端、所述第二旋风分离器的出料端和所述第三旋风分离器的进料端均连通至所述气扫风机与所述第二加热器二者之间的管道。

进一步地，所述第三空气过滤器为初效空气过滤器。

进一步地，所述第一空气过滤器为初效空气过滤器，所述第二空气过滤器为中效空气过滤器或高效空气过滤器。

进一步地，所述干燥塔的中部腔壁上密封设有适于操作人员从外部观察腔内状况的观察窗。

第二方面，本发明提供一种用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥方法，包括如下步骤：(1)向干燥腔内输送温度可控的热风，使干燥腔内保持低于100℃的恒温；(2)向干燥腔入口端泵送流量可控的热敏生物制品原液，同时使其以雾化状态进入干燥腔内进行干燥以得到粉体，所述粉体具有熔点T，使干燥腔内壁的温度低于熔点T；(3)对所述粉体同步进行吹扫和旋风收料，使从干燥腔输出的粉体所流经的管道内的温度低于80℃。

进一步地，所述步骤(2)中采用四元隔膜泵(22)来泵送热敏生物制品原液。

进一步地，所述步骤(2)中，通过在干燥腔内壁多点设置温度传感器及在干燥腔外周壁形成冷却循环风来保持干燥腔的内壁温度低于熔点T。

进一步地，所述步骤(3)中，旋风收料段至少采用三级旋风收料机构。

进一步地，所述步骤(3)中，通过调节吹扫段的风量和温度来使干燥腔输出的粉体所流经的管道内的温度低于80℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少有：

通过冷风夹套机构对干燥塔的腔壁进行降温，不仅可有效防止含糖物料在高温下融化粘壁，还可防止生物制品触碰过热的腔壁而迅速失活；采用具有低剪切力的四元隔膜泵作为热敏生物制品原液的给料泵，使干燥后产品的生物活性满足质量要求；采用三级旋风循环收料机构，可有效提高产品的得率，防止粉尘扩散，并能减少雾干后产品与高温的接触时间，进一步保证制品的生物活性。

附图说明

图1为本发明干燥机一个实施例的结构示意图；

图2为本发明干燥机一个实施例中干燥塔与冷风夹套机构的安装结构示意图；

图3为本发明干燥机及干燥方法一个实施例所制得粉体在雾干前后的活性对照图。

附图中，1、热风输送机构；11、第一空气过滤器；12、送风风机；13、第二空气过滤器；14、第一加热器；2、喷雾式送料机构；21、料筒；22、四元隔膜泵；23、雾化器；3、干燥塔；4、冷风夹套机构；41、夹套；42、冷风风机；出气口43；5、旋风收料机构；51、第一旋风分离器；52、第二旋风分离器；53、第三旋风分离器；6、引风风机；7、气扫机构；71、第三空气过滤器；72、除湿机；73、气扫风机；74、第二加热器；75、气扫装置；8、尾气处理塔；9、观察窗。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如图1所示，本发明的用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥机的一个实施例，包括热风输送机构1、喷雾式送料机构2、干燥塔3、冷风夹套机构4、旋风收料机构5和气扫机构7；所述热风输送机构1通过管道与所述干燥塔3的顶部连通以向其内输送热风；所述喷雾式送料机构2的液体物料的喷雾口密封连接至所述干燥塔3的顶部；所述冷风夹套机构4包括夹套41和冷风风机42，所述夹套41密封安装于所述干燥塔3的外周壁上，所述冷风风机42的出气端通过管道与所述夹套41的内腔相连通；所述气扫机构7安装在所述干燥塔3的底部以对其中的干燥物料进行吹扫；所述旋风收料机构5的进料端通过管道连接在所述干燥塔3的底部腔壁上以接收腔内的干燥物料，所述旋风收料机构5的出气端与引风风机6相连。

具体使用时，还需在物料流经的路径上及空气流经的路径上布设有多个温度传感器(图中未示出)和多个流量传感器(图中未示出)，各所述温度传感器和各所述流量传感器分别电连接至控制器(图中未示出)，所述控制器适于根据实时获得的温度值和流量值实时调节工作温度、热敏生物制品原液的输入流量和风量。在一个实施例中，干燥塔3的入口端的预设温度为80℃，可在干燥塔3的生物制品原液入口端布设第一温度传感器，当监测到的温度高于80℃时，控制器使第一加热器14停止加热；反之，当监测到的温度低于80℃时，控制器使第一加热器14重新启动加热。雾化后的原液与热空气充分接触，使其中的水分快速蒸发而干燥。

在一个实施例中，如图1所示，所述热风输送机构1包括依次设置的第一空气过滤器11、送风风机12、第二空气过滤器13和第一加热器14，所述送风风机12的进风口连接有所述第一空气过滤器11，所述送风风机12的出风口连接有所述第二空气过滤器13，所述第一加热器14安装在所述第二空气过滤器13与所述干燥塔3二者的连接管道内以对流经其中的空气加热。可在送风风机12的出口路径上布设温度传感器和流量传感器，以根据监测到的温度来控制第一加热器14的通断，根据监测到的风量来调节送风风机12的出风量。出风量可通过调节送风风机12的转速来控制，也可在送风风机12的出口路径上设置流量阀来调节。

在一个实施例中，如图1所示，所述喷雾式送料机构2包括依次设置并相互连通的料筒21、四元隔膜泵22和雾化器23，所述雾化器23安装于所述干燥塔3的顶部。四元隔膜泵22具有较低的剪切力，对生物活性分子的破坏力小，可有效保证其活性。可在四元隔膜泵22的出口路径上安装流量传感器以实时监测生物制品原液的输送量，同时在干燥后物料的流通路径上设置含水率传感器，含水率传感器电连接至控制器，当监测到的含水率高于预设值时，说明干燥程度不够，此时控制器可控制四元隔膜泵22降低泵送量，这样可提高物料的干燥度。反之，提高泵送量。具体可通过调节四元隔膜泵22的转速来控制泵送量。也可以在四元隔膜泵22的出口路径上安装流量控制阀来调节生物制品原液的输送流量。

在一个实施例中，如图1所示，所述旋风收料机构5包括第一旋风分离器51、第二旋风分离器52和第三旋风分离器53，所述第一旋风分离器51的进料端通过管道连接在所述干燥塔3的底部腔壁上，所述第一旋风分离器51的出气端连接至所述第二旋风分离器52的进料端，所述第二旋风分离器52的出气端连接至所述引风风机6，所述第一旋风分离器51和所述第二旋风分离器52的出料端连接至所述第三旋风分离器53的进料端，所述第三旋风分离器53的出气端连接至所述第一旋风分离器51的进料管道上。

在一个实施例中，如图2所示，所述冷风夹套机构4还包括出气口43，所述出气口43设于所述夹套41的外壁上并与其内腔连通，所述出气口43上外接有连接至所述冷风风机42进气口的循环管道。这样，冷风风机42输出的冷空气对干燥塔3的腔壁进行降温后，可回流入冷风风机42重新冷却后再输出，形成一个密闭的循环冷却风道，降低废气对外界环境的影响。

在一个实施例中，如图1所示，所述气扫机构7包括依次设置的第三空气过滤器71、除湿机72和气扫风机73、第二加热器74和气扫装置75，所述除湿机72的进风口连接所述第三空气过滤器71，所述除湿机72的出风口连接所述气扫风机73的进风口，所述第二加热器74安装在所述气扫风机73的出风口与所述气扫装置75二者的连接管道内以对流经其中的空气加热。除湿机72可保证进入干燥塔3内的空气干燥，不会对干燥塔3内已雾干的物料的含水率造成影响。可在干燥塔的底部布设第二温度传感器，用于控制该处的工作温度。当监测到的温度高于预设温度时，控制器使第二加热器74停止加热；反之，重启加热。

在一个实施例中，如图1所示，所述第一旋风分离器51的出料端、所述第二旋风分离器52的出料端和所述第三旋风分离器53的进料端均连通至所述气扫风机73与所述第二加热器74二者之间的管道。这样，一方面将三个旋风分离器串联起来，可极大提高物料的分离收集得率，另一方面可将气扫风机73输出的还未经第二加热器74加热的低温空气送至三级旋风分离器内，起到对物料降温的作用，从而使制得的成品物料免受高温影响而失活。

在一个实施例中，第三旋风分离器53物料出口端的预设温度为60℃，在其出口端布设第三温度传感器，当监测到的温度高于60℃时，控制器使气扫风机73加大风量来快速降低出口端温度，则在整个收料路径上的温度都得到降低，有效保证物料的生物活性。

当然，入口端和出口端的预设温度均可根据生物制品原液的种类进行上、下调整，以不影响物料的生物活性为设定标准。

在一个实施例中，可在第三旋风分离器53输出的成品的收料装置中设置重量传感器来实时监测成品的重量，方便生产调度和管理。

在一个实施例中，如图1所示，引风风机6的出气端通过管道连接至废气处理塔8，对整套设备排出的固气混合物进行过滤、除尘、除湿等处理后排出，降低对外部环境的污染。

在一个实施例中，所述第三空气过滤器71为初效空气过滤器。

在一个实施例中，所述第一空气过滤器11为初效空气过滤器，所述第二空气过滤器13为中效空气过滤器或高效空气过滤器。

在一个实施例中，如图1所示，所述干燥塔3的中部腔壁上密封设有适于操作人员从外部观察腔内状况的观察窗，方便操作人员随时监视干燥塔3内的工作情况，必要时可及时采取应对措施。

本发明的用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥方法的一个实施例，包括如下步骤：(1)向干燥腔内输送温度可控的热风，使干燥腔内保持低于100℃的恒温；(2)向干燥腔入口端泵送流量可控的热敏生物制品原液，同时使其以雾化状态进入干燥腔内进行干燥以得到粉体，所述粉体具有熔点T，使干燥腔内壁的温度低于熔点T；(3)对所述粉体同步进行吹扫和旋风收料，使从干燥腔输出的粉体所流经的管道内的温度低于80℃。将干燥腔内温度保持在100℃以下及将粉体出料路径的温度保持在80℃以下，可分别保证干燥过程和收料过程中物料的生物活性不受高温的破坏。当然，具体温度可根据不同物料的特点进行有针对性的设置。

在一个实施例中，所述步骤(2)中采用四元隔膜泵22来泵送热敏生物制品原液，通过在干燥腔内壁多点设置温度传感器及在干燥腔外周壁形成冷却循环风来保持干燥腔的内壁温度低于熔点T。低剪切力的四元隔膜泵作为热敏生物制品原液的给料泵，使干燥后产品的生物活性满足质量要求。冷却循环风对干燥塔的腔壁进行降温，不仅可有效防止含糖物料在高温下融化粘壁，还可防止生物制品触碰过热的腔壁而迅速失活。

在一个实施例中，所述步骤(3)中，旋风收料段至少采用三级旋风收料机构，通过调节吹扫段的风量和温度来使干燥腔输出的粉体所流经的管道内的温度低于80℃。三级及以上的旋风收料机构可有效提高粉体的收率。

经对采用本发明所述的低温喷雾干燥机及干燥方法制得的粉体进行活性测试，并与雾干前生物液体的活性进行对比，具体数据见下表，对照图见图3。

上表中，浓度1、浓度2、浓度3依次增大，雾干温度1、雾干温度2、雾干温度3依次增大，由表中数据可知，雾干后活性最小值为3099，为雾干前活性3837的80.7％。雾干后活性最大值为3567，为雾干前活性3837的92.9％。雾干后活性与雾干前活性比值的中位数在85％以上。

如图3所示，“P”标记的柱状条表示生物液体在温度1时的雾干前活性，“1”标记的三根柱状条为具有浓度1的生物液体在三种不同温度下雾干后活性，其中，图上自左向右，第一根为雾干温度1时，第二根为雾干温度2时，第三根为雾干温度3时。“2”标记的三根柱状条为具有浓度2的生物液体在三种不同温度下雾干后活性，第一根为雾干温度1时，第二根为雾干温度2时，第三根为雾干温度3时。“3”标记的三根柱状条为具有浓度3的生物液体在三种不同温度下雾干后活性，第一根为雾干温度1时，第二根为雾干温度2时，第三根为雾干温度3时。

当然，具体实施时，可选择具有浓度2的生物液体进行雾干，这种浓度的生物液体在三种雾干温度下制得的粉体均保留了较高的活性，雾干后活性与雾干前活性比值的范围为90.3％-92.9％，相较于现有技术取得了预料不到的雾干效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥机，其特征在于，包括热风输送机构(1)、喷雾式送料机构(2)、干燥塔(3)、冷风夹套机构(4)、旋风收料机构(5)、引风风机(6)和气扫机构(7)；所述热风输送机构(1)通过管道与所述干燥塔(3)的顶部连通以向其内输送热风；所述喷雾式送料机构(2)的液体物料的喷雾口密封连接至所述干燥塔(3)的顶部；所述冷风夹套机构(4)包括夹套(41)和冷风风机(42)，所述夹套(41)密封安装于所述干燥塔(3)的外周壁上，所述冷风风机(42)的出气端通过管道与所述夹套(41)的内腔相连通；所述气扫机构(7)安装在所述干燥塔(3)的底部以对其中的干燥物料进行吹扫；所述旋风收料机构(5)的进料端通过管道连接在所述干燥塔(3)的底部腔壁上以接收腔内的干燥物料，所述旋风收料机构(5)的出气端与引风风机(6)相连。

2.根据权利要求1所述的用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥机，其特征在于，所述热风输送机构(1)包括依次设置的第一空气过滤器(11)、送风风机(12)、第二空气过滤器(13)和第一加热器(14)，所述送风风机(12)的进风口连接有所述第一空气过滤器(11)，所述送风风机(12)的出风口连接有所述第二空气过滤器(13)，所述第一加热器(14)安装在所述第二空气过滤器(13)与所述干燥塔(3)二者的连接管道内以对流经其中的空气加热。

3.根据权利要求1所述的用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥机，其特征在于，所述喷雾式送料机构(2)包括依次设置并相互连通的料筒(21)、四元隔膜泵(22)和雾化器(23)，所述雾化器(23)安装于所述干燥塔(3)的顶部。

4.根据权利要求1所述的用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥机，其特征在于，所述旋风收料机构(5)包括第一旋风分离器(51)、第二旋风分离器(52)和第三旋风分离器(53)，所述第一旋风分离器(51)的进料端通过管道连接在所述干燥塔(3)的底部腔壁上，所述第一旋风分离器(51)的出气端连接至所述第二旋风分离器(52)的进料端，所述第二旋风分离器(52)的出气端连接至所述引风风机(6)，所述第一旋风分离器(51)和所述第二旋风分离器(52)的出料端连接至所述第三旋风分离器(53)的进料端，所述第三旋风分离器(53)的出气端连接至所述第一旋风分离器(51)的进料管道上。

5.根据权利要求1所述的用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥机，其特征在于，所述冷风夹套机构(4)还包括出气口(43)，所述出气口(43)设于所述夹套(41)的外壁上并与其内腔连通，所述出气口(43)上外接有连接至所述冷风风机(42)进气口的循环管道。

6.根据权利要求5所述的用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥机，其特征在于，所述气扫机构(7)包括依次设置的第三空气过滤器(71)、除湿机(72)和气扫风机(73)、第二加热器(74)和气扫装置(75)，所述除湿机(72)的进风口连接所述第三空气过滤器(71)，所述除湿机(72)的出风口连接所述气扫风机(73)的进风口，所述第二加热器(74)安装在所述气扫风机(73)的出风口与所述气扫装置(75)二者的连接管道内以对流经其中的空气加热。

7.根据权利要求6所述的用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥机，其特征在于，所述第一旋风分离器(51)的出料端、所述第二旋风分离器(52)的出料端和所述第三旋风分离器(53)的进料端均连通至所述气扫风机(73)与所述第二加热器(74)二者之间的管道。

8.根据权利要求6所述的用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥机，其特征在于，所述第三空气过滤器(71)为初效空气过滤器。

9.根据权利要求2所述的用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥机，其特征在于，所述第一空气过滤器(11)为初效空气过滤器，所述第二空气过滤器(13)为中效空气过滤器或高效空气过滤器。

10.根据权利要求1-9任一项所述的用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥机，其特征在于，所述干燥塔(3)的中部腔壁上密封设有适于操作人员从外部观察腔内状况的观察窗。

11.一种用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)向干燥腔内输送温度可控的热风，使干燥腔内保持低于100℃的恒温；

(2)向干燥腔入口端泵送流量可控的热敏生物制品原液，同时使其以雾化状态进入干燥腔内进行干燥以得到粉体，所述粉体具有熔点T，使干燥腔内壁的温度低于熔点T；

(3)对所述粉体同步进行吹扫和旋风收料，使从干燥腔输出的粉体所流经的管道内的温度低于80℃。

12.根据权利要求11所述的用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用四元隔膜泵(22)来泵送热敏生物制品原液。

13.根据权利要求11所述的用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥方法，其特征在于，所述步骤(2)中，通过在干燥腔内壁多点设置温度传感器及在干燥腔外周壁形成冷却循环风来保持干燥腔的内壁温度低于熔点T。

14.根据权利要求11所述的用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥方法，其特征在于，所述步骤(3)中，旋风收料段至少采用三级旋风收料机构。

15.根据权利要求11所述的用于热敏生物制品原液的低温喷雾干燥方法其特征在于，所述步骤(3)中，通过调节吹扫段的风量和温度来使干燥腔输出的粉体所流经的管道内的温度低于80℃。

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