CN105498462B - 一种液体除湿联合涡流管的低温气流输出装置及粉碎*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液体除湿联合涡流管的低温气流输出装置，包括进气单元、干燥器、压缩机、还原器、储气罐和涡流管，所述进气单元输送待干燥气体进入干燥器，所述压缩机压缩来自干燥器的干燥气体，所述还原器接收来自压缩机的高温高压气体和涡流管热端气体作为热源，所述储气罐储存还原器输出的干燥高压气体，所述涡流管旋流分离来自储气罐的高压气体，所述涡流管的冷端输出低温气流；所述还原器蒸发浓缩来自干燥器的稀除湿剂；本发明还公开了一种液体除湿联合涡流管的低温气流粉碎***；本发明利用***自产的低品位热能作为除湿剂的浓缩还原的热源，不消耗额外的能量，得到干燥度高的干燥气体，采用涡流管的制冷效应输出低温气流，使得能量利用更加经济合理。
Description
技术领域
本发明涉及低温粉碎技术领域，特别涉及一种液体除湿联合涡流管的低温气流输出装置及粉碎***。
背景技术
低温粉碎是指将冷却到脆化点温度的物料在外力作用下破碎成粒径较小的颗粒或粉体的过程。早在1948年，低温粉碎技术便已经实现了工业化，并应用在多个领域如废橡胶、塑料等的回收再利用以及食品、药材的加工处理。早期的低温粉碎装置采用低温处理后用机械粉碎的方法进行粉碎，但因为机械粉碎过程中真正用在粉碎上的能量很少，因此粉碎效率低，不节能，并且会影响物料品质。
之后人们提出了用气流粉碎的方法代替机械粉碎，气流粉碎是指利用物料的自磨作用，用压缩空气产生的高速气流对物料进行冲击，使物料相互间发生强烈的碰撞和摩擦作用，以达到细碎的目的。气流粉碎可以有效改善之前提到的机械粉碎不节能且影响物料品质的缺点。
为使气流粉碎具有更好的效果，要求气流粉碎过程中的气流具有较低的温度，为避免空气中含有的水分对冷量的浪费以及后续过程中水结冰产生的冰晶对装置的损坏，因此需对空气进行干燥处理。例如公开号为CN102698848A的中国专利文献公开了一种流化床气流粉碎***，涉及粉体材料粉碎技术领域，包括依次串接的空气压缩机、贮气罐、空气冷冻干燥机、流化床气流粉碎机、旋风分离器、除尘器和引风机，贮气罐与空气冷冻干燥机之间依次串接有高效除油器和精密过滤器，空气压缩机、贮气罐、高效除油器、精密过滤器、空气冷冻干燥机、流化床气流粉碎机、旋风分离器、除尘器和引风机之间通过管路依次密闭连接，旋风分离器和除尘器下端的排料口处安装有星型出料阀。上述结构设计合理，具有低噪音，无振动的优点，可以广泛应用于医药、化工、冶金等干粉类物料的超细粉碎，能获得粒子均匀、粒径分布范围小的制品，密闭性好、无粉尘，不会造成样品无谓损耗，气流洁净度高，不会对制品造成污染。
但是现在的低温气流粉碎方法中，冷冻干燥机主要负责空气的干燥，冷冻干燥机利用冷冻干燥的机理(冷冻干燥就是将含水物质，先冻结成固态，而后使其中的水分从固态升华成气态，以除去水分而保存物质的方法。)，但该处理方法不仅***复杂，而且造成了一定的冷量浪费。另外，由于冷冻干燥装置的原理限制，经过冷冻干燥机后，气流的温度只能被降低到2℃左右，后面还需要增加空气的冷却装置以保证后面冲击粉碎过程效果更好，这样又将消耗大量的电能，造成了较大的浪费。
发明内容
本发明提供了一种液体除湿联合涡流管的低温气流输出装置，高效输出低温气流，回收利用压缩机废热、涡流管废热，提高能源利用率，有效降低能耗。
一种液体除湿联合涡流管的低温气流输出装置，包括进气单元、干燥器、压缩机、还原器、储气罐和涡流管，所述进气单元输送待干燥气体进入干燥器，所述压缩机压缩来自干燥器的干燥气体，所述还原器接收来自压缩机的高温高压气体和涡流管的热端输出的气体作为热源，所述储气罐储存还原器输出的干燥高压气体，所述涡流管旋流分离来自储气罐的高压气体，所述涡流管的冷端输出低温气流；
所述还原器接收来自干燥器的稀除湿剂，还接收来自涡流管的热端输出的高温气流，所述高温气流和来自压缩机的高温高压气体作为热源蒸发浓缩稀除湿剂，所述还原器输出浓除湿剂到干燥器。
本发明通过液体除湿剂将空气除湿，大大降低空气的比热容，使空气在降温时消耗的能量随之大大降低。同时，液体除湿剂的蒸发还原利用了压缩机废热和涡流管热端废热，不消耗额外电能，节约能量，同时还采用了涡流管制冷，节约了蒸汽压缩式制冷的能耗。
低温气流的冷量由涡流管制冷效应提供，低温气流的动能由高压空气在涡流管中膨胀产生。
为了提高除湿剂的除湿效果，对来自还原器的浓除湿剂进行冷却，同时为了提高浓缩效果，对来自干燥器的稀除湿剂进行预热，还包括将来自干燥器的稀除湿剂和来自还原器的浓除湿剂进行热量交换的换热器。可以充分利用装置产生的热量。
为了提高干燥效果，优选的，所述干燥器包括干燥室、进气口、第一喷洒单元、除雾层以及出气口，所述进气口设置在干燥室的下部，所述第一喷洒单元设置在干燥室内且位于进气口的上方，所述出气口设置在干燥室上且位于第一喷洒单元的上方，所述除雾层设置在第一喷洒单元和出气口之间。
干燥过程为：除湿剂自上方喷下，利用重力下降，空气从干燥器下部进入，空气与除湿剂逆流接触发生除湿过程，提高除湿效果。
在还原器内部使稀除湿剂蒸发浓缩的热量来自于压缩机过来的空气所携带的余热和涡流管热端出口的高温气流携带的热量，所还原的稀除湿剂是干燥器中输送来的稀除湿剂。为了提高蒸发浓缩的效率，优选的，所述还原器内设有换热盘管和位于换热盘管上方的第二喷洒单元，所述换热盘管输送来自压缩机的高温气体，所述第二喷洒单元喷洒来自干燥器的稀除湿剂。
进一步优选的，所述还原器内设有位于换热盘管下方的分流器，所述还原器的顶部设有排气口，所述涡流管热端输出的高温气流经过分流器进入还原器。所述分流器将高温气流均匀输送至还原器下部，高温气流向上流动并从排气口流出，进入大气，与喷淋下来的稀除湿剂直接接触，加热并带走除湿剂中的水分，使除湿剂浓缩。
一种液体除湿联合涡流管的低温气流粉碎***，包括上述的液体除湿联合涡流管的低温气流输出装置，与所述低温气流输出装置连接的气流粉碎装置以及粉料收集装置。
为了提高粉碎效果，优选的，所述气流粉碎装置包括物料冷冻单元、流化床和分选器，所述分选器位于流化床的上方，所述物料冷冻单元向所述流化床的粉碎腔供料，所述涡流管输出的低温气流送入流化床的粉碎腔。物料粉碎前先进行冷冻，使其脆化，有效提高粉碎效果；设置的分选器可以提高分到粉料的质量。
为了便于收集得到的粉料，优选的，所述粉料收集装置包括与分选器的上端出料口连接的脉冲收集器和为脉冲收集器提供动力的引风机。
为了提高分选效率，优选的，所述分选器采用涡轮分选机，所述涡轮分选机与流化床同轴布置。
本***的运行过程，包含了以下步骤：
1、低温气流的产生过程：
液体除湿联合涡流管的低温气流输出装置工作，进气单元(例如鼓风机)将工作气体(例如空气)鼓入干燥器下部入口，然后空气在干燥器内向上流动，而浓除湿剂从上部喷淋下来，与空气在包含肋片处逆流接触进行除湿。空气被除湿剂干燥后，经过除雾层除去可能夹带的液滴，然后离开干燥器，进入空气压缩机。来自干燥器的干燥空气的露点温度为-70～-80℃，本发明在上述露点温度的干燥效果下具有良好的能量利用率。压缩机将空气压缩到指定的压力，然后压缩空气带着压缩热离开压缩机，进入还原器。
在还原器中，空气从换热盘管里通过，换热盘管的壁面喷有稀除湿剂，空气将热量传给稀除湿剂液膜，促进除湿剂的水分蒸发，达到蒸发浓缩的效果。换热之后冷却的空气离开还原器进入储气罐。
气流粉碎开始后，高压空气从储气罐输出，进入涡流管。涡流管的长端(热端)喷出的空气为热气流，短端(冷端)喷出空气的为冷气流。其中，热气流从长端喷出后，从偏下的位置被导入还原器，然后被均匀排放，干燥的热空气进入罐体后向上运动，而待浓缩的除湿剂从上部喷淋下来，与干热空气在换热盘管上充分接触并换热，经此过程，大量的水分被热空气带走，随后湿热空气流出罐体，罐顶排气风扇辅助排风。
另一方面，从涡流管短端喷出的为低温气流，温度已经降低至零下的目标温度，并且压力能被转化为气体的动能。这股气流直接对着流化床的粉碎腔，对物料进行冲击和粉碎。粉碎后空气带着物料上升到涡轮分选机，帮助涡轮分选机分选合格的物料颗粒，最后合格的物料颗粒进入脉冲收集器，收集器将物料粉末收集下来。
2、除湿剂的工作流程：
除湿剂在干燥器和还原器中不断循环。首先，浓除湿剂在干燥器中喷淋出来，在包含肋片的腔体内与上升的空气接触，吸收空气中的水蒸气，吸水后的除湿剂浓度下降并聚积在干燥器底部。
干燥器底部的除湿剂由泵输送，经过换热器，在这个换热器中冷却了已经浓缩完成的除湿剂，随后继续被送到还原器进行浓缩。在还原器中，稀除湿剂从上部喷淋而下，在盘管上形成降落的液膜，一方面与向上升的来自涡流管的热空气对流接触，一方面也从盘管壁吸热，通过这两方面作用，水被大量挥发并带走，除湿剂被蒸发浓缩，浓缩后的除湿剂集聚在还原器底部。接下来，浓除湿剂将由泵输送至干燥器，期间经过换热器与从干燥器出来的除湿剂换热，随后进入干燥器，开始下一个循环。还原器和干燥器之间的换热器是为了使还原器中出来的除湿剂被冷却，以达到更好的除湿效果。
3、物料的粉碎流程：
物料预先在冷冻室通过液氮进行冷冻，确保物料温度降低至脆化温度以下，冷冻后脆化的物料进入流化床粉碎腔。物料经过冷气流冲击粉碎后，随气流上升到涡轮分选器处，经过涡轮分选器的分选，粒径过大的颗粒被叶片截留，回落至流化床进行再次粉碎，粒径合格的颗粒则通过分选器进入脉冲收集器被集中收集。
本发明的有益效果：
本发明利用***自产的低品位热能作为除湿剂的浓缩还原的热源，不消耗额外的能量，得到干燥度较高的干燥气体，采用涡流管的制冷效应输出低温气流，使得***能量利用更加经济、合理。
附图说明
图1为本发明的低温气流粉碎***的结构和流程图。
图2为本发明的干燥器的结构示意图。
图3为本发明的还原器的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例的低温气流粉碎***包括：鼓风机1、干燥器2，压缩机3、还原器4，储气罐5，涡流管6，冷冻箱7，流化床8，涡轮分选机9，脉冲式布袋收集器10，引风机11，输液泵12、换热器13和输液泵14。
干燥器2包括干燥室21、进气口22、第一喷洒单元23、除雾层24以及出气口25，进气口22设置在干燥室21的下部，第一喷洒单元23设置在干燥室21内且位于进气口22的上方，出气口25设置在干燥室21上且位于第一喷洒单元23的上方，除雾层24设置在第一喷洒单元23和出气口25之间。
还原器4内设有换热盘管41和位于换热盘管41上方的第二喷洒单元42，换热盘管41输送来自压缩机3的高温气体，第二喷洒单元42喷洒来自干燥器2的稀除湿剂，还原器4内设有位于换热盘管41下方的分流器43，还原器4的顶部设有排气口44，涡流管6热端输出的高温气流经过分流器43进入还原器，排气口44处设有排气风扇。
鼓风机1输送待干燥气体进入干燥器2，干燥器2的进气口22和压缩机3的进口相连，压缩机3的出口与还原器4的换热盘管41的入口相连，换热盘管41的出口与储气罐5相连，储气罐5出口和涡流管6入口相连；涡流管6的长端出口(热端)与还原器6的分流器43相连，短端出口(冷端)与流化床8的粉碎腔相连；流化床8和涡轮分选机9上下同轴安装布置，涡轮分选机9在上；涡轮分选机9的粉料出口和脉冲式布袋收集器10相连，脉冲式布袋收集器10的引风口和引风机11相连。
换热器13用于将来自干燥器2的稀除湿剂和来自还原器4的浓除湿剂进行热量交换，管路上分别设有输液泵12和输液泵14。
以处理未污染输液包装袋为例，本实施例的具体的工作过程如下：
1、鼓风机1将空气(待干燥气体)鼓入干燥器2的进气口21，空气干燥后离开干燥器2，进入压缩机3，此时空气的露点温度降到-70～-80℃。压缩机3工作，将空气压缩到1Mpa，之后压缩空气带着压缩热离开压缩机3，进入除湿剂的还原器4，释放热量后从还原器4出来，进入储气罐5；
2、除湿剂在干燥器2中吸收空气水分，然后由输液泵14输送，进入还原器4，吸热浓缩，复原后由输液泵12输送回到干燥器2，再次循环；
3、粗粉碎后的输液袋颗粒通过加料进入冷冻箱7，喷入足够的液氮，将物料降温至聚乙烯脆化温度-120℃以下，然后进入流化床8的粉碎腔；
4、压缩空气从储气罐5中输出，进入涡流管6，并分为冷热两股气流；涡流管6的热端输出空气进入还原器4，带走除湿剂的水分；冷端输出的空气被降温并被加速0.8马赫左右，从涡流管6喷出来后，喷入流化床8的粉碎腔，对输液袋颗粒进行冲击粉碎；
5、粉碎后输液袋粉末随空气上升至涡轮分选机9，粒径合格的粉末通过涡轮分选机9，进入脉冲袋式收集器10，被收集，粒径过大的颗粒不能通过涡轮分选机9从而回落下去，再次进行粉碎。
经济性分析：
在同等空气流量之下，将现有技术的空气制冷气流粉碎***和本实施例作经济性分析，空气均降温到-120℃。现有技术的空气制冷气流粉碎***运行时，用于冲击物料的空气采用了升压式空气制冷速冻***进行降温。
空气体积流量假设为qv＝2.1m3/min(20℃，101kpa)
本实施例：
压缩机压缩比：10；
涡流管冷流比：0.4；
由流量，压缩比和冷流比，计算得到螺杆空气压缩机的功率P1＝15kw；
本装置的除湿环节不消耗额外能量，并且输送泵消耗功率非常小，基本可忽略。
同等效果的空气压缩制冷***的能耗：
空气的焓值：
20℃时，空气的焓值i1＝293.5kJ/kg，101.3kpa，空气密度ρ＝1.204kg/m3；
-120℃时，空气的焓值i2＝153.2kJ/kg.(数据来源：EES V8.635)；
两温度间焓值差△i＝140.3kJ/kg；
空气质量流量qm＝qv/ρ＝2.1/1.204kg/min＝1.74kg/min；
制冷量φ＝qm*△i＝1.74*140.3/60＝4.07kw；
取制冷***cop＝0.1，P2＝φ/cop＝4.07/0.1＝40.7kw。由此得空气压缩制冷***的基本能耗约为40.7kw。而本实施例在同等空气流量下能耗约为15kw。
综上所述，本实施例的单位质量流量空气的压缩和降温过程的能耗远低于空气压缩制冷产生的能耗。
Claims (10)
1.一种液体除湿联合涡流管的低温气流输出装置，其特征在于，包括进气单元、干燥器、压缩机、还原器、储气罐和涡流管，所述进气单元输送待干燥气体进入干燥器，所述压缩机压缩来自干燥器的干燥气体，所述还原器接收来自压缩机的高温高压气体作为热源，所述储气罐储存还原器输出的干燥高压气体，所述涡流管旋流分离来自储气罐的高压气体，所述涡流管的冷端输出低温气流；
所述还原器接收来自干燥器的稀除湿剂，还接收来自涡流管的热端输出的高温气流，所述高温气流和来自压缩机的高温高压气体作为热源蒸发浓缩稀除湿剂，所述还原器输出浓除湿剂到干燥器。
2.如权利要求1所述的液体除湿联合涡流管的低温气流输出装置，其特征在于，还包括将来自干燥器的稀除湿剂和来自还原器的浓除湿剂进行热量交换的换热器。
3.如权利要求1或2所述的液体除湿联合涡流管的低温气流输出装置，其特征在于，所述干燥器包括干燥室、进气口、第一喷洒单元、除雾层以及出气口，所述进气口设置在干燥室的下部，所述第一喷洒单元设置在干燥室内且位于进气口的上方，所述出气口设置在干燥室上且位于第一喷洒单元的上方，所述除雾层设置在第一喷洒单元和出气口之间。
4.如权利要求1或2所述的液体除湿联合涡流管的低温气流输出装置，其特征在于，所述还原器内设有换热盘管和位于换热盘管上方的第二喷洒单元，所述换热盘管输送来自压缩机的高温气体，所述第二喷洒单元喷洒来自干燥器的稀除湿剂。
5.如权利要求4所述的液体除湿联合涡流管的低温气流输出装置，其特征在于，所述还原器内设有位于换热盘管下方的分流器，所述还原器的顶部设有排气口，所述涡流管热端输出的高温气流经过分流器进入还原器。
6.如权利要求1或2所述的液体除湿联合涡流管的低温气流输出装置，其特征在于，来自干燥器的干燥空气的露点温度为-70～-80℃。
7.一种液体除湿联合涡流管的低温气流粉碎***，包括如权利要求1～6任一权利要求所述的液体除湿联合涡流管的低温气流输出装置，与所述低温气流输出装置连接的气流粉碎装置以及粉料收集装置。
8.如权利要求7所述的液体除湿联合涡流管的低温气流粉碎***，其特征在于，所述气流粉碎装置包括物料冷冻单元、流化床和分选器，所述分选器位于流化床的上方，所述物料冷冻单元向所述流化床的粉碎腔供料，所述涡流管输出的低温气流送入流化床的粉碎腔。
9.如权利要求8所述的液体除湿联合涡流管的低温气流粉碎***，其特征在于，所述粉料收集装置包括与分选器的上端出料口连接的脉冲收集器和为脉冲收集器提供动力的引风机。
10.如权利要求8所述的液体除湿联合涡流管的低温气流粉碎***，其特征在于，所述分选器采用涡轮分选机，所述涡轮分选机与流化床同轴布置。
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