CN112334727A - 将液体进料干燥成粉末的干燥器以及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于将液体进料(11)干燥成粉末(35)的干燥器，该干燥器包括：干燥腔室(3)，该干燥腔室由包括底壁部分(7)的腔室壁(5)限定；进料入口，该进料入口用于接收该液体进料(11)并且将颗粒状进料(13)分散到该干燥腔室(3)中；至少一个进气口(15)，该至少一个进气口用于使干燥空气进入该干燥腔室(3)中；以及至少一个干燥腔室出口(17)，该至少一个干燥腔室出口用于来自该干燥腔室(3)的干燥的粉末和/或用过的干燥空气。进料入口包括沉降式离心机(9)，该沉降式离心机具有：旋转轴线(19)；第一轴向端(21)；第二轴向端(23)；以及固相出口，该固相出口在该第一轴向端(21)处。

Description

将液体进料干燥成粉末的干燥器以及方法
本发明涉及一种用于将液体进料干燥成粉末的干燥器，该干燥器包括：干燥腔室，该干燥腔室由包括底壁部分的腔室壁限定；液体进料入口，该液体进料入口用于接收该液体进料并且将颗粒状进料分散到该干燥腔室中；至少一个进气口，该至少一个进气口用于使干燥空气进入干燥腔室中；以及至少一个干燥腔室出口，该至少一个干燥腔室出口用于来自该干燥腔室的干燥的粉末和/或用过的干燥空气。
本发明进一步涉及一种使用根据本发明的干燥器将包括液相和固相的液体进料干燥成粉末的方法。
上述技术的干燥器在本领域中是众所周知的，例如呈所谓的喷雾干燥器的形式，该干燥器的示例例如在WO 9104776 A1中找到，其通过援引并入本文，该专利披露了一种喷雾干燥器，该喷雾干燥器包括干燥腔室，该干燥腔室具有：竖直轴线；圆柱形部分；在圆柱形部分下方的圆锥形部分，圆锥形部分提供了底壁部分；在干燥腔室的上部部分中的具有旋转雾化轮的液体进料入口；以及在干燥腔室的下部圆锥形部分中的用于粉末产品的和用于包括细粉(即粉末产品的细小部分)的用过的干燥空气的分开的出口。在操作中，液体进料借助于旋转雾化轮作为细小液滴分散在干燥腔室中，以与温度远高于液体进料的液体蒸发点的加热的干燥空气混合，以使液体蒸发。因此，取决于要处理的物质和想要在喷雾干燥器中进行的过程，加热的干燥空气的温度可以为200℃至2.000℃。
其他类型的干燥器是已知的，例如所谓的环形干燥器，该环形干燥器的示例在附图1中示出，该图示出了具有反混合的环形干燥器，其中进料101在混合器102中进行调节，由螺旋输送器103携带至分散器104并且继续到文丘里管105，在文丘里管中该进料被给送到来自空气加热器106的热空气流中。进料从文丘里管105被吹送穿过干燥柱107和环形管道108，由此该进料被干燥。未被充分干燥且仍然潮湿和沉重的颗粒，特别是较大的颗粒，在离心力的作用下在歧管109中分离，并且返回至分散器104，以再循环至文丘里管105和干燥柱107等。未被歧管109再循环的空气流和干燥的材料可选地被给送到预分离器110中，预分离器是具有水平轴线的旋风分离器的类型，其中干燥的材料的一部分从空气流中分离到第二螺旋输送器111。空气流被引导至旋风分离器112，其中其余的干燥的材料被分离为产品，并由第三螺旋输送器113引导至产品收集器。预分离器是可选的，如果不使用，空气流将直接从歧管109引导至旋风分离器112。将产品的一部分再循环到混合器102中，以与进料101混合，从而促进进料在进入干燥柱107之前的调节。来自旋风分离器112的排气被部分地再循环到空气加热器106，并且未再循环的排气通过排放件114排出，以被新鲜空气115以及可能的给送到空气加热器106以提供对空气的加热的燃料的燃烧产物代替。
用于干燥或至少使液体进料中的固体物质脱水的另一种已知技术是通过所谓的沉降式离心机或固体罩壳式螺旋离心机(solid-jacket screw centrifuge)进行离心。
沉降式离心机通常包括具有圆柱形部分和圆锥形部分的可旋转转鼓(bowl)，所述转鼓具有：中心旋转轴线；转鼓中的输送螺杆，在操作过程中该输送螺杆将材料朝向圆锥形部分输送；液体进料入口，该液体进料入口用于使液体进料进入转鼓中；固相出口或重相出口，该固相出口或重相出口在圆锥形部分的窄端处；以及液相出口或轻相出口，该液相出口或轻相出口在转鼓的相反端处。在操作期间，使包括轻液相和重固相的液体进料进入转鼓中，并且使转鼓绕旋转轴线旋转使得在离心力的作用下将轻相与重相分离。重固相借助于输送螺杆(相对于旋转转鼓缓慢旋转)被运输到转鼓的圆锥形部分的窄端，以通过固相出口排出，该固相出口定位在距旋转轴线相对小的径向距离处。液相流向液相出口。
US 2017/0182502 A1(其通过援引并入本文)披露了一种沉降式离心机，其中从固相出口排出的固相提供到向下敞开的排放腔室中。根据US 2017/0182502 A1的段落49和段落50，排放腔室被设计成壳体的形式，该壳体包括轴向壁，该壳体沿径向方向包括距离实际的固体物质排放开口或固相出口相对较远的壁，使得要排出的固体物质首先能够从以高速旋转的滚筒或转鼓沿径向在弯曲曲线上向外飞行相对较远，直到该固体物质撞击到那里，如果适用的话，撞击到壁的内表面上。通过直到在该固体物质碰到壁或该固体物质竖直下落飞行相对较长的时间段，固体物质在其飞行过程中在空气中干燥相对较长的时间段。有利地，通过设置气流发生器，尤其是空气流发生器、例如鼓风机(优选空气压缩机)来强化所述效果，所述鼓风机布置和设计的方式为使得为了排放固体物质，该鼓风机在排放腔室内部产生相对较强的气流、尤其是空气流，该气流、尤其是空气流支持从滚筒中排出的固体物质的干燥。空气流中的空气可以被冷却或加热以进行调温。通过加热，排放腔室中的温度可以超过40℃、或者甚至超过60℃。
因此，离开根据US 2017/0182502 A1的沉降式离心机的固体物质的一部分向上或水平向外排出，以在其竖直下落之前撞击排放腔室的轴向壁，而固体物质的一部分向下排出以立即下落。由此，已经在沉降式离心机中脱水的固体物质在离开向下敞开的排放腔室之前被部分干燥。
对于某些物质，US 2017/0182502 A1中披露的沉降式离心机提供的干燥在进一步处理或储存固体物质或固相之前就足够了。对于其他物质，需要进一步干燥，例如可以借助于如上所述的环形干燥器进行干燥。
本发明的目的是提供一种提供了以有效的方式将液体进料干燥成粉末的干燥器和干燥方法。
根据本发明，这是通过引言所提及的干燥器来实现的，其中，进料入口包括沉降式离心机，该沉降式离心机具有：旋转轴线；第一轴向端；第二轴向端；以及固相出口，该固相出口在该第一轴向端处。因此，通过以令人惊讶的方式结合两种不同的技术，即机械分离和适当的干燥技术，本发明人已获得了一种设备，该设备提供了简化干燥过程并且消除传统的多步骤干燥器和产品的返混合的可能性。新设备进一步提供了控制干燥过程的新的可能性，以提高产品品质并且节省大量能源。
在本文中，术语“干燥空气”应是指适合于干燥从固相出口出来的固相颗粒的、可以关于水分含量和温度进行调节的任何气体(包括大气)。
在实施例中，该干燥腔室具有用于干燥的粉末和用过的干燥空气的共用的干燥腔室出口，并且产品导管连接至该共用的干燥腔室出口，以用于通过该产品导管气动地输送该干燥的粉末。由此获得的全部量的产生的粉末以一股流的形式从干燥腔室运输。干燥的粉末可以包括干燥的以及半干燥的颗粒，并且只要颗粒被干燥空气悬浮，就可以继续对颗粒进行干燥，即，在干燥腔室外部可以继续对颗粒进行干燥。
在进一步实际的实施例中，产品导管连接至用于分离干燥的粉末和用过的干燥空气的分离器。
在实施例中，该进气口被配置成提供该干燥腔室内部干燥空气的涡流。由此，促进了干燥腔室内的有效干燥过程。
在实施例中，该沉降式离心机的旋转轴线是水平的，并且在进一步的实施例中，该干燥腔室为大致盘形，具有周向壁，该周向壁的一部分构成该底壁部分，并且该干燥腔室具有切向干燥腔室出口，并且优选地具有用于使该干燥空气的至少一部分进入的切向进气口。由此，通过干燥空气流有效地捕获了分散在干燥腔室中的固体材料。
在进一步的实施例中，该沉降式离心机的固相出口居中地定位在该干燥腔室中。
在另一个实施例中，该沉降式离心机的旋转轴线是竖直的。
在进一步的实施例中，干燥腔室的底壁部分是圆锥形的，例如从喷雾干燥器本身已知的那样。
在进一步的实施例中，该沉降式离心机的第一轴向端定位在该沉降式离心机的第二轴向端下方，并且在又进一步的实施例中，该沉降式离心机悬挂在该干燥腔室的上端处，以使该固相出口在该干燥腔室内部延伸。由此获得沉降式离心机不需要占用干燥腔室内部的空间。
在另一个实施例中，沉降式离心机的第一轴向端定位在沉降式离心机的第二轴向端上方，在进一步的实施例中，沉降式离心机悬挂在干燥腔室内部。
该目的进一步通过一种使用根据本发明的干燥器将液体进料干燥成粉末的方法来实现，该方法包括以下步骤：在该沉降式离心机中将液体进料分离成固相和液相；将该固相从该沉降式离心机的固相出口直接分散到该干燥腔室中；使干燥空气进入该干燥腔室中以与分散的固相混合，由此干燥该分散的固相；以及将干燥的固相从该干燥腔室中移除。
在实施例中，所述将干燥的固相从该干燥腔室中移除的步骤包括借助于该干燥空气气动地输送该干燥的固相，并且在进一步的实施例中，所移除的干燥的固相被输送至分离器，以将该干燥的固相与气动地输送的该干燥空气分离。
在下文中，将通过参考示意性附图的非限制性示例进一步详细说明本发明，在附图中：
图1示出了现有技术的环形干燥器；
图2示出了根据本发明的干燥器的第一实施例，该干燥器包括具有水平旋转轴线的沉降式离心机；
图3示出了在图2中示出的干燥器的变体；
图4示出了根据本发明的干燥器的第二实施例，该干燥器包括具有竖直轴线的沉降式离心机；以及
图5示出了根据本发明的干燥器的第三实施例，该干燥器包括具有竖直轴线的沉降式离心机。
在下文中，参考附图描述了根据本发明的干燥器的不同实施例，并且在不同实施例中的相似特征由相似的附图标记表示。
图2和3图以两个变体示出了干燥器1，该干燥器包括：干燥腔室3，该干燥腔室由腔室壁5限定，该腔室壁包括底壁部分7；液体进料入口，该液体进料入口呈沉降式离心机9的形式，用于接收液体进料11并且将脱水的颗粒状进料13分散到干燥腔室3中；进气口15，用于使干燥空气进入干燥腔室；以及干燥腔室出口17，用于从干燥腔室3共同排出干燥的粉末和用过的干燥空气。沉降式离心机9具有水平旋转轴线19，并且为了说明起见，该沉降式离心机具有第一轴向端21和第二轴向端23。在操作中分散颗粒状进料13的固相出口在第一轴向端21处。
产品导管25连接至共用的干燥腔室出口17，以用于将干燥的粉末通过产品导管25气动地输送至分离器，该分离器在本实施例中为旋风分离器27。干燥的粉末可以包括干燥的以及半干燥的颗粒，并且只要颗粒被干燥空气悬浮，就可以继续对颗粒进行干燥，即，在干燥腔室外部可以继续对颗粒进行干燥。因此，干燥过程可以在产品导管25和旋风分离器27中继续进行，直到最终将粉末从使粉末悬浮并且输送粉末穿过产品导管25并且进入旋风分离器27中的干燥空气流中分离出来。
设置空气加热器29，以用于对进气口15上游的干燥空气进行加热。
沉降式离心机9在第二轴向端23的中心处包括用于液体进料11的入口，并且沉降式离心机9在第二轴向端23处具有液相出口30。
干燥腔室3为大致盘形并且与沉降式离心机9同轴，并且干燥腔室3具有圆形的周向壁31，该周向壁的一部分构成底壁部分7。干燥腔室3和沉降式离心机9是同轴的使得沉降式离心机9的固相出口居中地定位在干燥腔室3中。进气口15与周向壁31相切地连接，以沿相对于干燥腔室的轴线成角度的方向将干燥空气引入干燥腔室中，并且干燥腔室出口17相应地连接至周向壁31，以沿相对于轴线成相同角度的方向上从干燥腔室3排出干燥的粉末和用过的干燥空气。由此，提供了干燥腔室3内部空气涡流的形成，这有效地促进了颗粒状进料13的干燥。进一步，进气口15和干燥腔室出口17的构型有利于将大量的干燥的粉末从干燥腔室3气动地运输出。
进气口15和干燥腔室出口17可以轴向偏斜地定位，即在稍微不同的轴向位置处定位，由此进一步促进干燥腔室3内部的空气涡流。此外，通过轴向偏斜地定位进气口15和干燥腔室出口17，可以迫使干燥腔室内部悬浮在空气中的颗粒或粉末在离开干燥腔室3之前绕旋转轴线螺旋地循环额外的360°。
旋风分离器27在操作中接收来自干燥腔室出口17的用过的干燥空气和干燥的粉末。旋风分离器27以本身已知的方式分离用过的干燥空气33和干燥的粉末35。当用过的干燥空气33远未被液体进料的液体的蒸气饱和时，用过的干燥空气33可以部分地再循环到空气加热器29和进气口15，如虚线37所示。通过使与周围空气相比仍然相对热的用过的干燥空气的一部分再循环，可以节省用于在通过进气口15进入之前在空气加热器29中加热干燥空气的能量。
如通过比较图2和图3所示，进气口15和干燥腔室出口17可以定位在相对于轴线19的不同的角度位置处。
图4和图5示出了根据本发明的干燥器1’的两个不同的实施例，其中，沉降式离心机9’被布置成使旋转轴线19’竖直。在图4和图5的两个实施例中，干燥腔室3’总体上形成为从喷雾干燥器本身已知的那样，参见以上提到的WO9104776A1，因此两个实施例的干燥腔室3’包括上部圆柱形部分41和下部圆锥形部分43，该下部圆锥形部分提供了干燥腔室3’的底壁部分7’。在干燥腔室3’的顶部处，进气口15’包括空气分散器45，在实施例中，该空气分散器被设置成使干燥空气围绕沉降式离心机9’和干燥腔室3’的共用轴线19’均匀地分布，并且被设置成提供流入的干燥空气的涡流并且因此提供干燥腔室3’内部干燥空气的涡流。在所示的实施例中，在空气分散器45的上游设置有空气加热器29’。共用的干燥腔室出口17’设置在圆锥形部分43的下端处，并且产品导管25’将干燥腔室出口17’与呈旋风分离器27’形式的分离器连接。在操作中，旋风分离器27’分离干燥的粉末35’和用过的干燥空气33，并且如图2和图3中示出的实施例那样，可以提供将用过的干燥空气的一部分再循环到空气加热器29’，如虚线37’所示。
在图4中示出的实施例中，沉降式离心机9’悬挂在干燥腔室3’的上端处，其中固相出口设置在沉降式离心机9’的第一轴向端21’处并且延伸到干燥腔室3’中，使得沉降式离心机9’将颗粒状进料13’从固相出口分散到干燥腔室3’中，包括沉降式离心机9’的液相出口30’的第二轴向端23’定位在第一轴向端21’上方。沉降式离心机9’在第二轴向端23’的中心处包括用于液体进料11’的入口。
在图5中示出的实施例中，沉降式离心机9’设置在干燥腔室3’内部，并且该沉降式离心机的第一轴向端21’所具有的固相出口定位在第二轴向端23’上方，该第二轴向端具有用于液体进料11’的入口和液相出口30’。在该实施例中，可以设置隔板47以在干燥腔室3’内部提供中空腔室，该中空腔室用于容纳沉降式离心机9’的主要部分，以避免该主要部分被干燥腔室3’中的热空气加热。
对于干燥器1、1’的所有上述实施例，可以使用干燥器1、1’进行以下连续过程。
液体进料11、11’进入沉降式离心机9、9’中，由此将液体进料的固相与液体进料的液相分离，所述液相通过液相出口30、30’离开沉降式离心机9、9’。固相从沉降式离心机9、9’的固相出口分散，并且由于本领域技术人员众所周知的，沉降式离心机9、9’的包括固相出口的转鼓绕轴线19、19’快速旋转，因此固相作为包括小固相颗粒的颗粒状进料13、13’排出。
颗粒状进料13、13’因此被分散到干燥腔室3、3’中，并且进入干燥腔室3、3’中的热空气涡流中，所述热空气在空气加热器29、29’中被加热到预定温度之后通过进气口15、15’引入。颗粒状进料13、13’通过与干燥腔室3、3’的热空气相遇而被干燥成干燥的粉末，该干燥的粉末通过气动地运输由此时的用过的干燥空气携带穿过干燥腔室出口17、17’、穿过产品导管25、25’并进入旋风分离器27、27’中，在该旋风分离器中，干燥的粉末35、35’与用过的干燥空气33、33’分离，以通过图中所示和本领域技术人员认可的相应出口排出。
干燥的粉末35、35’可以作为过程的产品被收集。
因此，通过根据液体进料及其固相和液相的性质和特性来调节比如温度等工艺参数，上述设备、或干燥器以及方法或过程可以用于提供大多数不同材料的粉末产品。使用沉降式离心机作为干燥过程的进料入口，可以节省用于蒸发液体进料的大部分液相的能量。此外，使用沉降式离心机作为干燥过程的进料入口，从而使沉降式离心机的固相出口直接进入干燥腔室，可以获得对固体颗粒的非常温和的处理，与传统的干燥过程相比，使得可以提供改善的产品品质。
尽管本文已经参考特定实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明的范围不限于所述实施例。

Claims (16)

1.一种用于将液体进料(11，11’)干燥成粉末(35，35’)的干燥器，该干燥器包括：干燥腔室(3，3’)，该干燥腔室由包括底壁部分(7，7’)的腔室壁(5，5’)限定；进料入口，该进料入口用于接收该液体进料(11，11’)并且将颗粒状进料(13，13’)分散到该干燥腔室(3，3’)中；至少一个进气口(15，15’)，该至少一个进气口用于使干燥空气进入该干燥腔室(3，3’)中；以及至少一个干燥腔室出口(17，17’)，该至少一个干燥腔室出口用于来自该干燥腔室(3，3’)的干燥的粉末和/或用过的干燥空气，其特征在于，该进料入口包括沉降式离心机(9，9’)，该沉降式离心机具有：旋转轴线(19，19’)；第一轴向端(21，21’)；第二轴向端(23，23’)；以及固相出口，该固相出口在该第一轴向端(21，21’)处。
2.根据权利要求1所述的干燥器，其特征在于，该干燥腔室具有用于干燥的粉末和用过的干燥空气的共用的干燥腔室出口(17，17’)，并且其特征在于，产品导管(25，25’)连接至该共用的干燥腔室出口，以用于通过该产品导管气动地输送该干燥的粉末。
3.根据权利要求2所述的干燥器，其特征在于，该产品导管(25，25’)连接至用于分离该干燥的粉末(35，35’)和该用过的干燥空气(33，33’)的分离器(27，27’)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的干燥器，其特征在于，该进气口(15，15’)被配置成提供该干燥腔室(3，3’)内部干燥空气的涡流。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的干燥器，其特征在于，该沉降式离心机的旋转轴线(19)是水平的。
6.根据权利要求5所述的干燥器，其特征在于，该干燥腔室(3)为大致盘形，具有周向壁(31)，该周向壁的一部分构成该底壁部分(7)，并且其特征在于，该干燥腔室(3)具有切向干燥腔室出口(17)，并且优选地具有用于使该干燥空气的至少一部分进入的切向进气口(15)。
7.根据权利要求5或6所述的干燥器，其特征在于，该沉降式离心机(9)的固相出口居中地定位在该干燥腔室(3)中。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的干燥器，其特征在于，该沉降式离心机的旋转轴线(19’)是竖直的。
9.根据权利要求8所述的干燥器，其特征在于，该干燥腔室(3’)的底壁部分(7’)是圆锥形的。
10.根据权利要求8或9所述的干燥器，其特征在于，该沉降式离心机(9’)的第一轴向端(21’)定位在该沉降式离心机的第二轴向端(23’)下方。
11.根据权利要求10所述的干燥器，其特征在于，该沉降式离心机(9’)悬挂在该干燥腔室(3’)的上端处，以使该固相出口在该干燥腔室(3’)内部延伸。
12.根据权利要求8或9所述的干燥器，其特征在于，该沉降式离心机(9’)的第一轴向端(21’)定位在该沉降式离心机的第二轴向端(23’)上方。
13.根据权利要求12所述的干燥器，其特征在于，该沉降式离心机(9’)悬挂在该干燥腔室(3’)内部。
14.一种使用权利要求1至13中任一项所述的干燥器将液体进料干燥成粉末的方法，该方法包括以下步骤：
在该沉降式离心机(9，9’)中将液体进料分离成固相和液相；
将该固相从该沉降式离心机的固相出口直接分散到该干燥腔室(3，3’)中；
使干燥空气进入该干燥腔室中以与分散的固相混合，由此干燥该分散的固相；以及
将干燥的固相从该干燥腔室中移除。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述将干燥的固相从该干燥腔室(3，3’)中移除的步骤包括借助于该干燥空气气动地输送该干燥的固相。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所移除的干燥的固相被输送至分离器(27，27’)，以将该干燥的固相与气动地输送的该干燥空气分离。
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