喷雾干燥器设备和通过调节进气流量来控制喷雾干燥器设备的方法

摘要

本发明公开了一种控制喷雾干燥器设备的方法，所述喷雾干燥器设备包括喷雾干燥室(1)、进气口(2)、包括风机(13)和空气加热器(14)的进气控制系统(11)、进料口(3)和排气出口(4)，所述方法包括：确定进气的水分含量(Y)，根据进气的水分含量(Y)确定进气温度设定值(T

说明书

技术领域

本发明涉及喷雾干燥器设备的控制方法，该喷雾干燥器设备包括喷雾干燥室、进气口、包括风机和空气加热器的进气控制系统、进料口和排气出口。

本发明还涉及喷雾干燥器设备。

背景技术

喷雾干燥器用于通过将形式为小滴的进料喷射进入喷雾干燥室对进料进行干燥，所述进料包括固体和溶媒、例如水。在喷雾干燥室中，所述喷雾与通常为热的进气流相遇，使得溶媒蒸发。从而能从设备中收集到带有残余水分的粉末状的干燥产品。

喷雾干燥过程的质量和效率取决于多个参数，例如：喷雾模式，包括例如较小和较大的小滴的分布；气流在喷雾干燥室中的模式；进气温度；进料流量/流率和进气流量等。

除了干燥的产品外，包含被蒸发的溶媒的排气也是干燥过程的产物，通常使用例如排气的排气温度和排气的相对湿度等参数来设计干燥过程。在干燥过程中测量排气温度，众所周知，该排气温度与干燥产品的状况密切相关。

因此，通常基于排气温度的测量来控制喷雾干燥器设备的操作。

本领域中，使用两种不同的控制方法，即：

通过调节干燥器的进料流量来维持设定的排气温度；或者

通过调节进气温度来维持设定的排气温度。

所述设定的排气温度可以依照针对特定的喷雾干燥器设备和特定的过程所预先确定的数值保持为常量，或者，可以在操作过程中基于干燥产品中水分含量的测量进行调节(参考Masters，K.，Spray Drying Handbook，5^th ed.，Chapter 10，London，Longman Scientific&Technical(1991)))。从该参考文献中，还可以知晓，高的环境空气的相对湿度必然使进气温度降低，由此降低了喷雾干燥器设备的处理能力(第120-121页)。

上述已知的控制方法具有一些缺点。

调节进料流量导致无法最优化地使用喷雾干燥器设备的处理能力，并且当喷雾干燥是更大的过程的一部分时，调节/降低进料的流量会导致整个过程的延迟。另外，调节进料的流量会影响喷雾模式，并由此会不希望地影响粉末的特征。

例如当需要的对进气温度的调节是升高温度、而进气温度已经接近于为了避免产品受热损害而不能超越的极限时，调节进气的温度是不可行的。

如果环境空气中的水分含量增加——该环境空气在常规的喷雾干燥过程中被加热并用作进气——则如上所述，干燥处理能力下降。在这种情况下，通常会降低进料流量以补偿降低的处理能力。

解决环境空气中水分含量波动的方法是对进气使用除湿设备，但这是昂贵的并且通常仅适用于小处理能力的设备。

发明内容

本发明的目的是提出一种控制方法，该方法至少在某种程度上可以避免现有技术的缺点。本发明的另一个目的是提出一种适于使用该控制方法的设备。本发明的再一个目的是提出一种使得排气温度、排气的相对湿度和干燥产品中残余水分的含量保持在常量附近的控制方法和设备。

根据本发明，一方面，这些目的由一种控制喷雾干燥器设备的方法实现，所述喷雾干燥器设备具有喷雾干燥室、进气口、包括风机和空气加热器的进气控制系统、进料口和排气出口，所述方法包括：确定进气中水分的含量，根据进气中水分的含量确定进气温度的设定值，确定空气加热器和喷雾干燥室之间的进气的温度测得值，根据进气温度设定值和进气温度的测得值调节进气温度，确定排气的排气温度和根据排气温度调节进气的流量/流率。根据进气中水分含量的变化调节进气的温度可以使排气的温度和相对湿度保持在常量，调节进气的流量可以使进料流量保持在常量，由此可以使喷雾干燥器设备在基本上恒定的状况下运行，从而得到属性和数量基本恒定的产品。可以例如连续地、间隔地(优选规律间隔地)或者在预定时间测量进气的水分含量。

所确定的进气的水分含量可以是环境空气的水分含量。在这种情况下——通常为这种情况——在确定进气温度的设定值时，考虑在环境空气到达进气口之前任何被加进环境空气中的水分。

优选地，根据进气或者环境空气的水分含量确定进气温度的设定值包括预先针对特定的喷雾干燥器设备和针对要被该喷雾干燥器设备处理的特定的产品提供与进气或者环境空气的水分含量的变化有关的进气温度设定值的表达式。这种表达式可以表示为表格、曲线和算法等。

所述方法优选包括向操作者显示所述表达式。

优选地，所述方法还包括向操作者显示至少一个当前运行参数和所述运行参数的至少一个可接受的值域范围。优选地从包括进气水分含量、环境空气的水分含量、环境空气的相对湿度、进气温度的测得值、进气温度的设定值、进气流量、风机速度和排气温度的组中选择所述运行参数。

因此可以给操作者提供喷雾干燥器设备当前运行状态的指示，使操作者可以确定当前状态下所使用的控制策略是否正确。

本发明的目的在第二方面通过一种喷雾干燥器设备实现，该设备包括喷雾干燥室、进料口、进料控制装置、进气口、进气控制系统和具有排气温度测量装置的排气出口。所述进气控制系统包括风机、进气流量控制装置、具有空气加热控制装置的空气加热器、和用于测量空气加热器与喷雾干燥器设备之间的进气的温度的进气温度测量装置，所述喷雾干燥器设备还包括进气水分含量测量装置、用于基于进气水分含量确定进气温度设定值的控制器、用于将所述进气温度设定值传输至空气加热器控制装置的连接装置、和用于将来自排气温度测量装置的排气温度测得值传输至进气流量控制装置的连接装置。由此得到一种设备，该设备能够根据本发明的方法操作并且由此可以在基本上恒定的状态下运行，从而生产出质量和数量基本上恒定的产品。

优选地，进气水分含量测量装置是环境空气水分含量测量装置，并且所述装置优选包括湿度计、温度计、气压计和控制器。

所述进气流量控制装置可以包括风机和风机控制器。

优选地，所述设备具有图形显示装置，用于向操作者显示至少一运行参数的当前数值，例如进气水分的含量、环境空气的水分含量、环境空气的相对湿度、进气温度测得值、进气温度设定值、进气流量、风机速度或者排气温度。

附图说明

下面参照示意性的附图对本发明进行更加详细的说明，其中

图1示出了本发明的设备；

图2是所述设备的工作线的图表；

图3示出了图1中的设备的变型。

具体实施方式

图1示出了喷雾干燥器设备，该设备包括具有进气口2、进料口3和排气出口4的喷雾干燥室1。所述设备还包括用于干燥产品的出口(未示出)，并还可以包括现有技术中已知的用于处理干燥产品的集成的流化床。

所述喷雾干燥器设备包括用于控制进料流量的进料控制装置5，该装置5通过进料管线6与进料口3相连。所述进料控制装置5包括进料泵7、压力计8和用于维持进料管线6内的设定压力的进料泵控制器9。

进料口3可包括任何已知的用于雾化所述进料的喷雾器，例如喷嘴或者旋转雾化器。

排气出口设置有排气温度测量装置10。

如本领域中所公知的，排气出口4可与集尘器或者类似装置连接。同样如本领域中公知的，该排气出口还可以与排风机连接，可以调节该排风机以维持喷雾干燥室1内的设定的压力。

喷雾干燥器设备还包括进气控制系统或装置11，该系统或装置11包括环境空气水分含量测量装置12、风机13、空气加热器14、进气温度测量装置15、空气加热器控制装置或控制器16和风机控制器17。

在本实施例中，空气加热器14是通过热交换器加热进气的间接空气加热器。可选择地，可以如本领域所公知地使用直接空气加热器。

在本实施例中，环境空气水分含量测量装置12包括湿度计18、温度计19、气压计20和控制器21。

可以在喷雾干燥设备的总的控制系统中结合有一个或多个控制器。

在操作中喷雾干燥器设备被如下控制：

考虑到例如进料的性质和干燥产品的所需属性针对喷雾干燥器设备和特定的过程预先设定工作线。该工作线表示出当前的环境空气水分含量Y和进气温度T_inlet之间的联系，这种联系可以提供所需的干燥产品属性，因为在进气温度没有相应地调整的情况下，环境空气水分含量的改变将导致排气的相对湿度和/或温度改变，并由此导致干燥产品的属性改变。

工作线应当考虑实际的喷雾干燥器设备的特征，例如喷雾干燥室的热量损失、空气加热器是通过热交换器加热空气的间接加热器还是燃烧进气中的燃料例如天然气——由此将另外的水分含量引入进气——(或)任何引入喷雾干燥室的补充的空气等的直接加热器。后者例如可以是液化空气、调节空气、JET AWEEP^TM空气、吹扫空气(air-broom air)等。

图2示出了工作线的曲线22的例子，该曲线显示在横轴为Y(克水蒸汽每千克干空气)纵轴为T_inlet(℃)的坐标系中。曲线22是表示间接加热情况的斜率为负值的直线。在直接加热的情况下，由于燃烧供给的水，斜率更大。

设定进料流量，进料泵控制器9调节进料泵7，以便维持进料管线6中的压力恒定，从而提供设定的进料流量。

湿度计18、温度计19和气压计20的测量值被传输至控制器21，该控制器在这些数值的基础上确定空气中水分的含量Y(克水蒸汽每千克干空气)，从而环境空气当前的水分含量被确定。这可以通过任何已知的方式确定，例如使用湿度计算图或莫里尔图(焓熵图，Mollier chart)。

控制器21在工作线的基础上确定进气温度设定值并将该数值传输至空气加热器控制器16。

风机13抽取空气通过过滤器23，经过湿度计18、温度计19和气压计20的测量点，并被吹送经过空气加热器，经过进气温度测量装置15的测量点，并通过进气口2进入喷雾干燥室1。

测得的进气温度值被输送至空气加热器控制器16，在这里该数值与进气温度设定值比较，空气加热器控制器基于该比较结果调节燃料向加热器的供给，从而得到与设定值相等的温度测得值。

由排气温度测量装置10测得的排气温度值被输送至风机控制器17，在这里该数值与排气温度设定值比较。风机控制器17用作进气流量控制装置，其响应于排气温度的设定值和测得值之间的比较来控制风机13的速度。当测得值低于设定值时，风机13的速度增加，以便增加进气的流量，并由此增加流进喷雾干燥室1内的热量，反之亦然。

这样，排气温度基本保持恒定，并且由于进料流量也保持恒定，因此，通过该方法，进料溶媒(水)的蒸发速率基本保持恒定。

该设备的所示实施例还包括测量进气流量的流量计24。任选地，风机控制器17可以具有来自流量计24的输入，以用于辅助设备的控制。

图3示出了图1中设备的变型，相似的附图标记表示相似的装置。下面仅就两个实施例之间的差别进行说明。

尽管在图1所示的实施例中进气控制装置11包括将空气吹送至喷雾干燥室1中的风机13，但在图3示出的实施例中，进气控制装置或系统11’包括位于排气出口4的吸风机13’和吸风机控制器17’。与图1中所示的实施例一样，集尘器(未示出)可与排气出口4连接。该集尘器可以设置在吸风机13’的上游或者下游。

与图1中所示的实施例一样，排气温度测量装置10测得的排气温度数值被输送至吸风机控制器17’，在这里该数值与排气温度设定值比较。吸风机控制器17’用作进气流量控制装置，其响应于排气温度设定值和测得值之间的比较来控制吸风机13’的速度。当测得值低于设定值的时，吸风机13’的速度增加，从而增加通过喷雾干燥室1的空气流量，并由此增加进气流量，从而增加流进喷雾干燥室1的热量，反之亦然。

下面给出根据本发明的喷雾干燥器设备在不同的环境空气水分含量下运行的4个例子：

例1

(标准)

环境空气的水分含量：Y＝7g水/kg干空气，

进料流量：FER＝4,110kg/h，

排气温度：T_outlet＝105℃，

进气温度：T_inlet＝250℃，

干空气进气流量：G＝37,956kg/h，

相对进气体积：负载率(load)＝1

例2

环境空气的水分含量：Y＝4g水/kg干空气，

进料流量：FER＝4,110kg/h，

排气温度：T_outlet＝105℃，

进气温度：T_inlet＝259℃，

干空气进气流量：G＝35,890kg/h，

相对进气体积：负载率＝0.951

例3

环境空气的水分含量：Y＝10g水/kg干空气，

进料流量：FER＝4,110kg/h，

排气温度：T_outlet＝105℃，

进气温度：T_inlet＝241℃，

干空气进气流量：G＝40,269kg/h，

相对进气体积：负载率＝1.055

例4

环境空气的水分含量：Y＝15g水/kg干空气，

进料流量：FER＝4,110kg/h，

排气温度：T_outlet＝105℃，

进气温度：T_inlet＝226℃，

干空气进气流量：G＝44,846kg/h，

进气相对体积：负载率＝1.164

这些例子示出了当环境空气的水分含量(Y)增加时，进气温度(T_inlet)是如何降低的，以及进气流量(G)和相对进气体积(负载率)是如何增加的，反之亦然。

图2示出了上述例子1-4中Y和T_inlet的相应数值，这些数值位于工作线(曲线22)上。

根据本发明，如图2中所示的图形可以显示在喷雾干燥器设备的图形显示器上，从而显示给操作者喷雾干燥器设备的运行状态。该图形还可以示出Y值域范围25，在该范围内操作可接受，在该范围以外操作不可接受或者不可能。这样，可以将进气流量限制在例如不超过风机的最大处理能力的程度。如果Y在可接受的范围之外，操作者可以改变操作方法，例如选择不同的进料流量，这会导致不同的Y的可接受范围，或者选择另一种已知的调节方法。如果喷雾干燥过程是较大过程的一部分，选择不同的进料流量的优点是，通过喷雾干燥过程的被改变的物料的流量仍然是恒定的，这使得调节较大的过程变得容易，因为Y在一定范围内的变化不会引起较大过程的变化。

图形显示器上显示的图形还可以向操作者显示进气温度T_inlet的设定值或者测得值。该设定值严格遵循曲线22，而测得值由于调节系统的延迟而位于曲线22周围的带域内。因此，图形可包括线26，该线26示出进气温度的测得值相对于设定值的可接受的变化。如果超出可接受的变化，则指示或者警告操作者应当采取适当的措施。还可将其它测得的参数显示给操作者作为可能的警告，例如环境空气的相对湿度、风机的速度等。

在某些情况下，如果Y超过可接受的值域范围，则可以自动地采取必要的措施，例如选择不同的进料流量和工作线，因此本发明包括所有根据所述的方法执行措施的自动系统。

工作线可以表示为图2所示的直线22，但是经验证明，对于给定的排气温度，维持给定的排气相对湿度的Y和T_inlet之间的正确的关系是非线性的。本发明的方法中使用的工作线应基于关于进料问题和实际的喷雾干燥器设备的这种经验。

不同的进料需要不同的工作线，因此，当进料改变时操作者应改变工作线，例如当干燥另一种产品时。

由于本发明的进料流量恒定，因此可以将沉积保持在最小，由此减少维护的需求。另外，由于干燥处理过程的恒定的状态，本发明的方法可以得到最均质的产品。

本发明的范围不限于本文所述的实施例，而是在权利要求中限定。本领域的技术人员将能够对本发明的实施例进行各种修改。因此，可以将进气系统构造成不同于本文所述的系统，可以通过其它手段而不是通过调节风机的速度来调节进气流量。并且，例如可以以任何可构想的方式确定环境空气的水分含量。