噴霧干燥系統
技術領域
[0001] 本發明涉及干燥設備技術領域，尤其涉及一種噴霧干燥系統。
背景技術
[0002] 噴霧干燥是采用霧化器將原料液分散為霧滴，并用高溫空氣干燥霧滴而獲得產品的一種干燥方式，可廣泛應用于中藥浸膏、熱敏性物料、生物制藥以及食品行業等干燥過程中，具有簡化干燥工藝、縮短工藝時間、提高生產效率和產品質量等諸多優點。傳統噴霧干燥設備是依靠以煤、石油、或天然氣為燃料的蒸汽鍋爐產生蒸汽加熱空氣后充當干燥熱源，能源消耗量大且環境污染嚴重。因此，開發一種新型高效、節能環保的噴霧干燥系統是行業的大勢所趨。
發明內容
[0003] 為了解決現有技術中存在的能源消耗量大且環境污染嚴重的問題，本發明實施例提供了一種噴霧干燥系統。
[0004] 根據本發明的一個實施例，提供了一種噴霧干燥系統，包括：自然工質循環子系統、循環風子系統和物料干燥子系統，其中，所述循環風子系統包括送風段與回風段，所述送風段的入口端與所述自然工質循環子系統中的回熱器的出口端熱耦合，所述送風段的出口端與所述自然工質循環子系統中的氣冷器的入口端熱耦合；所述回風段的入口端與所述物料干燥子系統連接，所述回風段的出口端與所述回熱器的入口端熱耦合，所述物料干燥子系統還與所述氣冷器的出口端熱耦合。
[0005] 根據本發明的一個實施例，所述自然工質循環子系統還包括壓縮機和節流器，其中，所述壓縮機的兩端和所述節流器的兩端分別與所述氣冷器和所述回熱器連接，以使所述回熱器、所述節流器、所述氣冷器和所述壓縮機構造成自然工質循環回路。
[0006] 根據本發明的一個實施例，沿所述送風段的入口端至出口端的方向，在所述送風段上依次串聯安裝有冷卻器、氣液分離器、第一過濾器和第一風機。
[0007] 根據本發明的一個實施例，沿所述回風段的入口端至出口端的方向，在所述回風段上依次串聯安裝有第二過濾器和第二風機。
[0008] 根據本發明的一個實施例，所述物料干燥子系統包括：霧化干燥器、設置在所述霧化干燥器上游的配料子系統、以及設置在所述霧化干燥器下游的旋風分離器，其中，所述氣冷器的出口端和所述配料子系統均連接所述霧化干燥器的入口端，所述霧化干燥器的第一出口端與所述旋風分離器的入口端連接并且第二出口端與外部連通，所述旋風分離器的第一出口端連接所述回風段的入口端并且第二出口端與外部連通。
[0009] 根據本發明的一個實施例，所述配料子系統包括配料罐和給料泵，其中，所述給料泵設置在所述配料罐和所述霧化干燥器之間。
[0010] 根據本發明的一個實施例，所述回熱器、所述節流器、所述氣冷器和所述壓縮機構造成的所述自然工質循環回路中充填有二氧化碳，所述壓縮機為活塞式或單螺桿式壓縮機，所述氣冷器和所述回熱器為套管式換熱器或板式管殼式換熱器。
[0011] 根據本發明的一個實施例，所述冷卻器為翅片式換熱器或板式換熱器。
[0012] 根據本發明的一個實施例，所述給料泵為螺桿式泵，所述霧化干燥器上設置有氣掃結構，所述旋風分離器上設置有折流板結構。
[0013] 根據本發明的一個實施例，還包括控制子系統，所述控制子系統包括：設置在所述循環風子系統上的溫度傳感器和風速傳感器、以及收集所述溫度傳感器和所述風速傳感器采集到的風溫數據和風速數據的PLC控制柜。
[0014] 本發明實施例提供的噴霧干燥系統，通過設置自然工質循環子系統，實現了能量的循環遷移和利用；通過設置循環風子系統實現了水分的遷移和吸收，熱效率大幅提高，降低了能源消耗；采用非化石燃料驅動，避免了傳統化石燃料燃燒對環境造成的污染；同時，采用閉式循環風系統，避免了空氣雜質對物料的污染，減輕了空氣凈化壓力，設備使用不受環境空氣濕度影響，設備對環境的適應性更強。
附圖說明
[0015] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0016] 圖1為本發明實施例提供的噴霧干燥系統的結構示意圖。
[0017] 附圖標記說明：
[0018] 11-壓縮機；12-氣冷器；13-節流器；14-回熱器；21-冷卻器；22-氣液分離器；23-第一過濾器；24-第一風機；25-第二過濾器；26-第二風機；31-配料罐，32-給料泵，33-霧化干燥器；34-旋風分離器；331-霧化干燥器的第一入口端；332-霧化干燥器的第二入口端；333-霧化干燥器的第一出口端；334-霧化干燥器的第二出口端；341-旋風分離器的入口端；342-旋風分離器的第一出口端；343-旋風分離器的第二出口端。
具體實施方式
[0019] 為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0020] 在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0021] 此外，在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”、“多根”、“多組”的含義是兩個或兩個以上，“若干個”、“若干根”、“若干組”的含義是一個或一個以上。
[0022] 現參照圖1，對本發明提供的實施例進行描述。應當理解的是，以下所述僅是本發明的示意性實施方式，并不對本發明構成任何特別限定。
[0023] 圖1為本發明實施例提供的噴霧干燥系統的結構示意圖。如圖1所示，本發明實施例提供的噴霧干燥系統包括：自然工質循環子系統、循環風子系統和物料干燥子系統，其中，循環風子系統包括送風段與回風段，送風段的入口端與自然工質循環子系統中的回熱器14的出口端熱耦合，送風段的出口端與自然工質循環子系統中的氣冷器12的入口端熱耦合；回風段的入口端與物料干燥子系統連接，回風段的出口端與回熱器14的入口端熱耦合，物料干燥子系統還與氣冷器12的出口端熱耦合。
[0024] 具體地，本發明實施例提供的噴霧干燥系統，包括：自然工質循環子系統、循環風子系統和物料干燥子系統，其中，自然工質循環子系統實現能量的遷移與轉換，物料干燥子系統中的蒸汽潛熱通過循環風子系統傳遞至自然工質循環子系統，與自然工質循環子系統進行熱交換。
[0025] 循環風子系統包括送風段與回風段，送風段的入口端與自然工質循環子系統中的回熱器14的出口端熱耦合，送風段的出口端與自然工質循環子系統中的氣冷器12的入口端熱耦合，循環風經過氣冷器12后與氣冷器12中的高溫自然工質進行熱交換形成熱干循環風。回風段的入口端與物料干燥子系統連接，回風段的出口端與回熱器14的入口端熱耦合，在回熱器14中循環回風與回熱器14中的低溫自然工質進行熱交換，以使循環回風降溫并除濕。物料干燥子系統還與氣冷器12的出口端熱耦合，以將物料進行干燥，并將物料干燥子系統中多余的蒸汽潛熱傳遞給循環風，實現物料的除水干燥和水分的遷移吸收。
[0026] 本發明實施例提供的噴霧干燥系統，通過設置自然工質循環子系統，實現了能量的循環遷移和利用；通過設置循環風子系統實現了水分的遷移和吸收，熱效率大幅提高，降低了能源消耗；采用非化石燃料驅動，避免了傳統化石燃料燃燒對環境造成的污染；同時，采用閉式循環風系統，避免了空氣雜質對物料的污染，減輕了空氣凈化壓力，設備使用不受環境空氣濕度影響，設備對環境的適應性更強。
[0027] 參照圖1，在本發明的一個實施例中，自然工質循環子系統還包括壓縮機11和節流器13，其中，壓縮機11的兩端和節流器13的兩端分別與氣冷器12和回熱器14連接，以使回熱器14、節流器13、氣冷器12和壓縮機11構造成自然工質循環回路。
[0028] 具體地，壓縮機11的入口端與回熱器14的出口端相連接，壓縮機11的出口端與氣冷器12的入口端相連接，氣冷器12的出口端與節流器13的入口端相連接，節流器13的出口端與回熱器14的入口端相連接，形成自然工質循環回路。回熱器14中的低壓自然工質經過壓縮機11之后變為高溫高壓的自然工質，高溫高壓的自然工質經過氣冷器12與循環風熱交換使得循環風成為熱干循環風，然后經過熱交換的低溫自然工質流經節流器13后，在回熱器14中與高溫狀態的循環風進行熱交換以使高溫狀態的循環風降溫、除濕，再經過壓縮機11往復循環，實現了能量的遷移與轉換。
[0029] 在本發明的一個實施例中，回熱器14、節流器13、氣冷器12和壓縮機11構造成的自然工質循環回路中充填有二氧化碳，可選地，自然工質為二氧化碳，二氧化碳的質量流量優選為1300-1500kg/h，制熱量為40-45kW。壓縮機11為活塞式或單螺桿式，壓縮機11裝機功率為11kW，壓縮機11排氣溫度優選130-140℃，排氣壓力優選130-160bar。氣冷器12采用套管式換熱器，換熱面積為1m2；回熱器14采用板式管殼式換熱器，換熱面積為1m2。
[0030] 參照圖1，在本發明的一個實施例中，沿送風段的入口端至出口端的方向，在送風段上依次串聯安裝有冷卻器21、氣液分離器22、第一過濾器23和第一風機24，沿回風段的入口端至出口端的方向，在回風段上依次串聯安裝有第二過濾器25和第二風機26。
[0031] 具體地，循環風子系統包括送風段和回風段。沿送風段的入口端至出口端的方向，回熱器14的出口端與冷卻器21的入口端連接，從回熱器14中流出的循環風首先經過冷卻器21，去除循環風中多余的蒸汽潛熱熱量，保持系統熱量平衡，冷卻方式可采用風冷或水冷方式，可選地，采用風冷方式時，冷卻器21采用翅片式換熱器；采用水冷方式時，冷卻器21采用板式換熱器。
[0032] 冷卻器21的出口端與氣液分離器22的入口端連接，從冷卻器21中流出的循環風，經過氣液分離器22后，可分離去除循環風除濕后的液體水分。
[0033] 氣液分離器22的出口端與第一過濾器23的入口端連接，第一過濾器23的出口端與第一風機24的入口端連接，第一風機24的出口端與氣冷器12的入口端連接。從氣液分離器22流出的循環風，經過第一過濾器23后，實現對顆粒狀物質的過濾，起到保護第一風機24的作用，以及防止對物料造成污染，同時防止顆粒狀物質進入氣冷器12，對氣冷器12造成堵塞。
[0034] 進一步地，在本發明的一個實施例中，冷卻器21為翅片式換熱器或板式換熱器。可2
選地，冷卻器21采用板式換熱器，冷卻方式采用水冷方式，冷卻器21換熱面積為1m。氣液分離器22中設置絲網分離器，分離器直徑為700mm，分離器高度為2000mm，絲網厚度為150mm。
循環風量優選為2500-3500m3/h，第一風機24采用軸流式，風壓優選200-500pa，風機裝機功率0.55kW。
[0035] 本發明實施例提供的噴霧干燥系統，通過設置循環風送風段，能夠將回熱器14中流出的循環風回收多余潛熱、實現氣液分離、并對氣體進行過濾，進而在氣冷器12中將循環風與高溫二氧化碳工質進行熱交換形成熱干循環風。
[0036] 沿回風段的入口端至出口端的方向，第二過濾器25的入口端連接物料干燥子系統的出口端，第二過濾器25的出口端連接第二風機26的入口端，第二風機26的出口端連接回熱器14的入口端。從物料干燥子系統流出的多余的蒸汽經過第二過濾器25后，實現對顆粒狀物質的過濾，起到保護第二風機26，防止回熱器14和冷卻器21堵塞的作用。
[0037] 進一步地，在本發明的一個實施例中，可選地，循環風量優選2500-3500m3/h，第二風機26采用軸流式，風壓優選200-500pa，風機裝機功率0.55kW。
[0038] 本發明實施例提供的噴霧干燥系統，通過設置循環風回風段，能夠將物料干燥子系統中的多余的蒸汽潛熱進行過濾，然后傳遞至回熱器14中，與回熱器14中的低溫二氧化碳工質進行熱交換，以使循環風降溫除濕。通過設置循環風子系統實現了水分的遷移與去除。
[0039] 繼續參照圖1，在本發明的一個實施例中，物料干燥子系統包括：霧化干燥器33、設置在霧化干燥器33上游的配料子系統、以及設置在霧化干燥器33下游的旋風分離器34，其中，氣冷器12的出口端與霧化干燥器33的第二入口端332連接，配料子系統的出口端與霧化干燥器33的第一入口端331連接，霧化干燥器33的第一出口端333與旋風分離器34的入口端341連接并且霧化干燥器33的第二出口端334與外部連通，旋風分離器34的第一出口端342連接回風段的入口端并且旋風分離器34的第二出口端343與外部連通。
[0040] 具體地，配料子系統包括配料罐31和給料泵32，其中，給料泵32設置在配料罐31和霧化干燥器33之間。
[0041] 配料罐31中含有水分的物料經過給料泵32運輸至霧化干燥器33中形成霧狀，經過氣冷器12進行熱交換形成的熱干循環風通過霧化干燥器33的第二入口端332進入霧化干燥器33中，霧化干燥器33采用高速離心式霧化器，霧化干燥器33設置有氣掃裝置，能夠清除粘接的物料，對霧化干燥器33內壁進行拋光處理和水冷處理，降低物料粘壁風險。霧狀物料與熱干循環風充分接觸，完成瞬間干燥，形成粉狀成品。粉狀成品從霧化干燥器33的第二出口端334流出，部分粉塵與循環風通過霧化干燥器33的第一出口端333進入至旋風分離器34中，旋風分離器34上設置有折流板結構，能夠提高分離效率。進一步地，在本發明的一個實施例中，旋風分離器34采用多級分離，以達到預期除塵效果。在旋風分離器34中分離出的粉狀成品從旋風分離器34的第二出口端343流出，旋風分離器34的第一出口端342連接第二過濾器25的入口端，使得旋風分離器34中多余的蒸汽潛熱經過過濾后進入第二風機26，然后流經第二風機26后進入到回熱器14中，實現對旋風分離器34中多余的蒸汽潛熱的降溫、除濕。
[0042] 進一步地，在本發明的一個實施例中，可選地，給料泵32采用螺桿式泵，給料泵32揚程優選40-50m，流量優選0.1m3/h。
[0043] 本發明實施例提供的噴霧干燥系統，通過設置物料干燥子系統，實現了物料的輸入與輸出，接收待處理的原始高含水物料，經霧化干燥除水后，再經霧化干燥器33的第二出口端334排出，部分粉塵與循環風進入旋風分離器34中，實現氣固分離，得到預定的干粉物料并通過第二出口端343排出。
[0044] 在本發明的一個實施例中，噴霧干燥系統還包括控制子系統，控制子系統包括：設置在循環風子系統上的溫度傳感器和風速傳感器、以及收集溫度傳感器和風速傳感器采集到的風溫數據和風速數據的PLC控制柜。
[0045] 具體地，通過設置PLC控制柜，能夠實現循環風風溫和風速的精準控制，最終實現對物料干燥工藝的精準控制。本發明實施例提供的噴霧干燥系統，采用閉式循環系統，設備受外界環境影響較小，設備負荷和工藝運行參數可精準快速調節，能夠保持物料活性特別是熱敏性物料的活性，提高了藥品質量。
[0046] 以下以一個具體的實施例，詳細說明本噴霧干燥系統的工作原理：
[0047] 配料罐31中的帶有水分的物料經過給料泵32后通過霧化干燥器33的第一入口端331傳輸至霧化干燥器33中形成霧狀物料，在氣冷器12中與高溫的二氧化碳工質進行熱交換形成的熱干循環風通過霧化干燥器33的第二入口端332進入霧化干燥器33中與霧狀物料充分接觸，完成瞬間干燥，形成粉狀成品。粉狀成品從霧化干燥器33的第二出口端334流出，部分粉塵與循環風通過霧化干燥器33的第一出口端333進入至旋風分離器34中，在旋風分離器34中分離出的粉狀成品從旋風分離器34的第二出口端343流出，旋風分離器34的第一出口端342連接第二過濾器25的入口端，使得旋風分離器34中多余的蒸汽潛熱經過過濾后進入第二風機26，然后流經第二風機26后進入到回熱器14中與低溫的二氧化碳工質進行熱交換，實現對旋風分離器34中多余的蒸汽潛熱的降溫、除濕。
[0048] 降溫除濕后的循環風經過冷卻器21冷卻后，在氣液分離器22中實現氣液分離，分離的循環風經過第一過濾器23過濾后流經第一風機24在氣冷器12中進行熱交換形成熱干循環風,熱干循環風通過霧化干燥器33的第二入口端332進入霧化干燥器33中，繼續對含有水分的物料進行干燥，如此往復循環，實現物料的干燥與水分的遷移與吸收。
[0049] 以下具體舉例，詳細說明本發明在質量控制、節能效果和運行費用節約等方面的優勢。
[0050] 以中藥浸膏噴霧干燥為例，采用本專利提供的方法與傳統噴霧干燥方法在質量控制、節能效果和運行費用節約等方面展開對比分析如下：
[0051] 已知某藥廠中藥浸膏采用傳統噴霧干燥方法，進料浸膏含水率為60％；處理量：50kg/H；蒸發水量為：30kg/H；進料浸膏比重為1.23；當前采用蒸汽鍋爐供能，蒸汽能耗為
80kg/H(170℃)。采用本發明方法，取代了傳統方式的化石燃料鍋爐供能單元，采用的是二氧化碳熱泵電驅動方式，耗電量主要是二氧化碳壓縮機，耗電量為10kW·h/H，采用閉式循環方式進行噴霧干燥，風溫更低且可實現精準控制，有利于保持中藥有效成分，提高產品質量。
[0052] 計算依據:蒸汽價格為0.24元/kg蒸汽；電價格為0.7元/kW·h電；蒸汽與標煤的折算關系為0.145kg標煤/kg蒸汽；電與標煤的折算關系為0.35kg標煤/kW·h電。
[0053] 傳統噴霧干燥方式下節能與運行成本計算如下：
[0054] 每小時運行成本：80×0.24＝19.2元/小時
[0055] 蒸發噸水運行成本：19.2÷30×1000＝640元/噸水
[0056] 每小時標煤消耗：80×0.145＝11.6kg標煤/小時
[0057] 蒸發噸水標煤消耗：11.6÷30×1000＝386.7kg標煤/噸水
[0058] 本實施例噴霧干燥方式下節能與運行成本計算如下：
[0059] 每小時運行成本：10×0.7＝7.0元/小時
[0060] 蒸發噸水運行成本：7.0÷30×1000＝233.3元/噸水
[0061] 每小時標煤消耗：10×0.35＝3.5kg標煤/小時
[0062] 蒸發噸水標煤消耗：3.5÷30×1000＝116.7kg標煤/噸水
[0063] 本實施例的噴霧干燥方法與傳統對比如下：
[0064] 運行成本節約百分比：(19.2-7)÷19.2＝63.54％
[0065] 標煤消耗節約百分比：(11.6-3.5)÷11.6＝69.83％
[0066] 本實施例的噴霧干燥方法與傳統方法對比如下表1：
[0067] 表1處理量為50kg/H中藥浸膏噴霧干燥方法對比
[0068]
[0069] 從上述節能計算可知，與采用蒸汽鍋爐的噴霧干燥系統相比，本發明采用自然工質二氧化碳高溫熱泵技術的閉式循環風噴霧干燥系統，工藝控制更加精準，運行費用大幅降低、節能效果顯著提高。
[0070] 最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
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