可快速控制热对流时间的喷雾干燥装置及其方法与流程

本发明涉及喷雾干燥，特别涉及一种可快速控制热对流时间的喷雾干燥装置及其方法。

背景技术：

1、喷雾干燥是一种利用热空气去除液体原料中水分的干燥方式，它已经成为了用于干燥物质的现代干燥技术之一。喷雾干燥的应用场景十分广泛，例如食品领域使用喷雾干燥生产奶粉、咖啡、茶及调味剂等；在材料领域用于生产陶瓷材料、无机纳米粉及催化剂等；在医药领用于生产药物颗粒、抗生素及医药成分等。

2、喷雾干燥装置一般包括进样雾化、热风分散、干燥塔主体、排气及产物收集等部件。干燥开始时，雾化液滴与均匀分散的热风在塔顶接触水分开始大量的蒸发，热风的温度下降；样品由于重力原因从顶部向底部掉落，此时热风对样品进行持续地干燥。在塔底的中下部位，用排气管将含有大量水蒸气的热风排出塔体，干燥后的粉体落到收集装置中。

3、在利用喷雾干燥生产热敏物质时，通常需要控制物料受热强度或热对流时间，以兼顾物料的活性损失与干燥效果。在部分应用中，控制物料受热强度或热对流时间，也可获得目标干燥程度的产品用以下一阶段的干燥。现有控制受热强度或热对流时间的技术有以下三种：

4、1、调整塔体进口气体温度来调整物料受热强度。通过调整进口气体温度调整物料受热强度是最常用的平衡喷雾干燥过程中物料活性损失与干燥效果的手段。升高温度可提高干燥效果，但会造成更多热敏物质的活性损失；而反之则会减少活性损失，但降低干燥效果。这种通过调节进口气体温度的方式存在两个问题：第一，直接调节温度可能触及产品的重要温度阈值，如造成产品发生褐变、焦化等；第二，通过调节温度来调整干燥进程存在较长的时间差，其原因主要是升降气体温度到达所需设定值需要一定时间，而进口气体温度变化过程中容易造成大量“过渡阶段”导致产品损失，该问题在降温时尤为突出，因为降低进口气体温度往往需要启动冷却装置，耗能且耗时可达数分钟。

5、2、调整进料速度或调整气体出口风速来调整物料在塔体停留时间，从而调整热对流时间。在进口温度不变情况下，通过调整进料速度或气流出口风速来调整物料在塔内停留时间是另一种常用的平衡物料活性损失与干燥效果的手段，降低进料速度或降低出口风速可以提高干燥效果，但形成的更长停留时间会增加物料活性损失。而反之则会减少停留时间减少物料活性损失，但同时干燥效果将会降低。该方式存在的问题主要是调整物料流量或出口风速将引发塔内含水量急剧变化，从而导致塔内温度出现较大波动影响干燥稳定性，该波动一般需要联合调节进口气体温度以达到新的平衡后方可稳定，在实际操作中往往需要十分钟以上的时间。此外，调整进料速度也会直接影响喷雾效果从而影响液滴大小，增加雾化不充分液滴粘结等风险。

6、3、调整塔体高度来调整停留时间，从而控制热对流时间。制造可调塔高的喷雾干燥装置是一种理想的平衡物料活性与干燥效果的手段，在不改变温度、进料速度与风速的情况下，直接增加塔高可以有效增加停留时间，从而在极小损失活性的情况下提高干燥效果。然而，该方法只能在研发中得到应用，在实际放大生产中，塔高的变化将影响上下游管道布局，对生产空间与操作人员都具有很高挑战，因此很难在实际应用中得到实现。

7、理想的喷雾干燥塔过程是物料在塔内热对流时间约等于物料达到最佳干燥效果的时间，不产生过度受热从而最大限度保证产品活性保留。特别是对于热敏性原料生产，精确控制热气体温度及其与物料的接触时间，在物料达到干燥目标时及时完成颗粒与热气流分离，是目前喷雾干燥的技术难题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种可快速控制热对流时间的喷雾干燥装置及其方法，通过调节排气件在喷雾干燥室内的高度来快速调节物料与热风的热对流时间，从而有效控制物料达到目标干燥状态。

2、本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可快速控制热对流时间的喷雾干燥装置，包括：

3、干燥塔体，其内部设有喷雾干燥室；

4、进料雾化系统，包括设置在所述喷雾干燥室顶部的雾化喷头，所述雾化喷头用于将液体原料转化成液滴并向下喷出；

5、热风系统，用于均匀地自所述喷雾干燥室的顶部向下供应热风，以蒸发液滴中的水分使其形成粉体；

6、粉体收集装置，设置在所述干燥塔体的底部，用于收集从所述喷雾干燥室顶部向下掉落的粉体；

7、以及排气装置，用于将所述喷雾干燥室内的热风排出所述干燥塔体；

8、其中，所述排气装置包括排气件和抽气装置，所述排气件安装在所述喷雾干燥室内并与所述抽气装置连接，所述抽气装置能够通过所述排气件抽出所述喷雾干燥室内的热风；其中，所述排气件在所述喷雾干燥室内的高度可调。

9、作为本发明的进一步改进，所述排气件设有排气口以及贯通其上下两侧的避让通道，所述排气口连通所述喷雾干燥室，以使得所述喷雾干燥室内的热风能够进入所述排气件的内腔，所述避让通道用于供粉体自由下落。

10、作为本发明的进一步改进，所述排气件呈环状，所述避让通道由所述排气件中部的通孔形成；所述排气件的外轮廓与所述喷雾干燥室内壁的横截面形状相仿，且所述排气件的外周面贴合于所述喷雾干燥室的内壁或者与所述喷雾干燥室的内壁间隙配合。

11、作为本发明的进一步改进，所述排气件包括环形底板、外筒体和环形导流板，所述外筒体的底端垂直固定连接于所述环形底板的外圈，所述环形导流板固定连接在所述外筒体的顶端和所述环形底板的内圈之间。

12、作为本发明的进一步改进，所述环形导流板为上部尺寸大、下部尺寸小的喇叭状，从而在所述排气件的顶部形成环形导流斜面。

13、作为本发明的进一步改进，所述排气口设置有多个，多个所述排气口呈环形等间距分布于所述环形底板上；

14、或者所述排气口呈环形，其同轴设于所述环形底板上。

15、作为本发明的进一步改进，所述排气装置还包括排气管，所述排气管滑动穿插在所述干燥塔体的顶部，所述排气管的下端固定连接于所述排气件，且所述排气管与所述排气件的内腔连通，所述排气管的上端连接所述抽气装置。

16、作为本发明的进一步改进，所述排气管设置有两个以上，两个以上所述排气管呈环形等间距地固定连接于所述环形导流板。

17、作为本发明的进一步改进，所述排气装置还包括升降驱动装置，所述升降驱动装置用于驱动所述排气管带动所述排气件在所述喷雾干燥室内做升降运动。

18、本发明还提供一种可快速控制热对流时间的喷雾干燥方法，采用上述的可快速控制热对流时间的喷雾干燥装置实现，包括以下步骤：

19、通过所述进料雾化系统供应液体原料，并利用设置在所述喷雾干燥室顶部的雾化喷头将液体原料转化成液滴并向下喷出；同时，所述热风系统均匀地自所述喷雾干燥室的顶部持续向下供应热风，液滴在热风的作用下使得水分蒸发以形成粉体；粉体受自身重力作用从所述喷雾干燥室的顶部掉落，途径所述排气件后由所述粉体收集装置收集；在此过程中，利用所述抽气装置通过所述排气件将含有水蒸气的热风持续排出所述喷雾干燥室；

20、其中，通过调节所述排气件在所述喷雾干燥室内的高度，可快速控制粉体的热对流时间，以获得目标干燥产物。

21、本发明的有益效果是：

22、1、本发明提供一种可快速控制热对流时间的喷雾干燥装置及其方法，通过调节排气件在喷雾干燥室内的高度即可实现调节物料与热风的对流时间，可精确实现粉体与气流的分离，避免粉体与热湿气流的过度接触，避免不可控的过度干燥现象，保护热敏物质活性，从而控制物料达到目标干燥状态，也无需像传统那样通过调整设定进口气体温度、物料进料速度、出口风速等参数，其响应速度更加快捷，而且操作简易；

23、2、本发明采用环形的排气件，排气件中部的通孔形成供粉体自由下落的避让通道，并在排气件的底部均匀地设置有多个排气口，不仅可以避免气流偏移，保障塔内气流分布均匀，减少结块与粘壁现象，提高产品品质，而且可以防止粉体掉落在排气口内，造成排气口堵塞，还能够在排气的同时避免将粉体吸入，防止粉体与气流并行排出；

24、3、本发明通过在排气件的顶部设有环形导流斜面，掉落在排气件上的粉体能够沿着环形导流斜面朝向避让通道滚落，从而有效减少粉体堆积，同时此结构设计使得排气件的下端尺寸较大，可增加排气口的面积。