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喷雾干燥器的生产工艺与自动化发布日期：2017-02-25 浏览次数：1727
喷雾干燥是系统技术应用于物料干燥的一种方法。于干燥室中将稀料经雾化后，在与热空气的接触中，水分迅速汽化，即得到干燥产品。该法能直接使溶液、乳浊液干燥成粉状或颗粒状制品，可省去蒸发、粉碎等工序。
一、方法和原理：
（1）压力喷雾干燥法：
②压力喷雾微粒化装置：具有使液流产生旋转的导沟，导沟轴线垂直于喷嘴轴线，不与之相交；导沟轴线与水平成一定角度。
其目的都是：增加喷雾时溶液的湍流度。
（2）离心喷雾干燥法：
①原理：利用水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液以离心力，使其以高速甩出，形成薄膜、细丝或液滴，由于空气的摩擦、阻碍、撕裂的作用，随圆盘旋转产生的切向加速度与离心力产生的径向加速度。以一定速度在圆盘上运动，其轨迹为一螺旋形，液体沿着此螺旋线自圆盘上抛出后，就分散成很微小的液滴，以平均速度沿着圆盘切径方向运动。
其目的都是：增加喷雾时溶液的湍流度。
（2）离心喷雾干燥法：
①原理：利用水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液以离心力，使其以高速甩出，形成薄膜、细丝或液滴，由于空气的摩擦、阻碍、撕裂的作用，随圆盘旋转产生的切向加速度与离心力产生的径向加速度。以一定速度在圆盘上运动，其轨迹为一螺旋形，液体沿着此螺旋线自圆盘上抛出后，就分散成很微小的液滴，以平均速度沿着圆盘切径方向运动。
同时，液滴又受到地心吸力而下落，由于喷洒出的微粒大小不同。因而它们飞行距离也就不同，因此在不同的距离落下的微粒，形成一个以转轴中心对称的圆柱体。
②获得较均匀液滴的要求：
a.减少圆盘旋转时的震动；
b.进入圆盘液体数量在单位时间内保持恒定；
c.圆盘表面平整光滑；
d.圆盘的圆周速率不宜过小，rmin=60m/s（100-160m/s）；
③离心喷雾器的结构:要求：润湿周边长，能使溶液达到高转速，喷雾均匀，结构坚固、质轻、简单、无死角、易拆洗、有较大生产率。
（3）气流式喷雾干燥法：
②获得较均匀液滴的要求：
a.减少圆盘旋转时的震动；
b.进入圆盘液体数量在单位时间内保持恒定；
c.圆盘表面平整光滑；
d.圆盘的圆周速率不宜过小，rmin=60m/s（100-160m/s）；
③离心喷雾器的结构:要求：润湿周边长，能使溶液达到高转速，喷雾均匀，结构坚固、质轻、简单、无死角、易拆洗、有较大生产率。
（3）气流式喷雾干燥法：
原理：湿物料经输送机与加热后的自然空气同时进入干燥器，二者充分混合，由于热质交换面积大，从而在很短的时间内达到蒸发干燥的目的。干燥后的成品从旋风分离器排出，一小部分飞粉由旋风除尘器或布袋除尘器得到回收利用。
二、 喷雾干燥器的开式循环，并流式，离心式雾化干燥介质空气经过初、中效 空气过滤器过滤后，根据操作指令由鼓风机吸取，再经加热器加热，通过高效过滤器的热风分配器，进入喷雾干燥主塔。
液体物料根据操作指令，经过蠕动泵，进入高速旋转的离心喷头，在离心力作用下被分散成小雾滴。
在喷雾干燥主塔内，小雾滴与热风在充分接触，沿其特定路径进行热交换后，被干燥成为产品。
然后通过旋风分离器实现分离，固体物料被收集，气体介质再经过过滤后被排出。
三、喷雾干燥器的性能特点：
1、可从液体原料直接获得粉粒制品，一般来说，高速离心喷雾干燥的粒径D50在60～125μm(即250～120目)范围，压力喷雾干燥的粒径D50在125～250μm(即120～60目)范围。
2、干燥时间很短，一般仅需5～40Sec。
3、干燥过程中液滴的温度不高，对产品的热影响小，不容易发生诸如蛋白质变化，维生素，活性成份损失氧化等缺陷，对热敏性物料，生物和药物的质量基本上能接近真空下干燥的标准。
4、产品基本保持与液滴近似的球状，具有良好的分散性，流动性和溶解性。
5、改变液体原料的含水量或喷雾干燥的条件等，即可在一定范围内调整产品内的残余水份，粒度，松密度等，生产过程简化，控制管理都很方便。
四、喷雾干燥器选型：
1、设备的生产能力：
每小时的水份蒸发量是干燥机的能力指标，且直接影响投资大小和设备的利用率。在以年产干粉指标折算时，应充分提高干燥机的运行时间率，尽量安排长时间连续生产，降低单位小时的产量要求。对预期发展的能力储备要适宜。
2、干燥工艺参数：
a)进风温度:在物料能忍受的条件下尽量提高，排风温度在满足成品含水率要求下尽量降低不过度干燥，进排风温差大，有利于提高生产能力和热利用率。
b)料液含固量：
提高进料浓度减少初含水率，不仅在设备同样水份蒸发量条件下可提高生产能力多得干粉，而且可以使产品松密度增大，提高干粉重。
3、热风系统：
热风的能源，一般药厂都有蒸汽条件以及药品的进风温度不高，可采用蒸汽＋电最经济适宜，其它如电，燃油或燃气间接加热热风炉也可以，具体依客户具备的可能来定。热风系统的最高温度限应考虑留有余地，一则为品种更换进风温度调整有可能，另一则也可以利用高温热风进行设备的消毒灭菌，起到类似干热灭菌的效果，兼顾到高效过滤器的耐热温度值以及合理经济的前提，建议按2000C来设计热风系统。
4、自动化控制系统的要求：
作为生产设备，为确保生产运行和产品质量不受人为因素影响波动，必要的自动化控制技术非常关键：
a)进风温度自控：
排风温度自控是需要的，特别是排风温度的稳定对产品剩余水份含量稳定有直接影响。至于控制精度，在设定温度条件下，进风温度±5℃,排风温度±1.5—2.5℃左右是经济适宜的。
b)离心雾化器的转速调节：
对于多品种物料由于粘度，含固量的变化以及为控制调节产品的粒径，雾化器变频无级调速功能应考虑。
c)进排风机的操作控制：
为改善操作强度和直接方便，可考虑采用在电控室遥控蝶伐控制风量，如采用变频调节风机转速，直接改变风机风量，则更有节省风机电能30％的优点。
5、为改善操作使用范围，强化干燥效果，必要的附属装置要考虑一次冷风系统：干燥机热风分配器的设计制造调节不恰当的话，塔顶物料涡流翻滚和挂料(俗称泛顶)时有发生，采用一次冷风系统用净化空气从通风风道进人，既可防止塔内粉粒上扬又能冷却雾化器，改善和解决泛顶问题，调节控制极为方便。
五、喷雾干燥机雾化系统自动化控制
1、雾化系统存在两大问题：
①堵枪信号采集不准确；
②喷孔板孔径磨损得不到急时更换。
①堵枪信号采集不准确；
②喷孔板孔径磨损得不到急时更换。
2、问题提出的理由及依据：
（1）避免由于堵枪信号采集不准确而发生误报，使整机可靠稳定运行。
（2）通过有效手段实时监测喷孔板孔经，在磨损量达到其限定值时及时更换，使产品的最终含水量得到有效的控制。
（3）节省人力,减少人为因素造成的误工,缩短工作周期。
3、解决方案
3.1、控制原理
雾化系统是由压力传感器、智能调节器、变频器、电机、输送磁组成的负反馈闭环控制回路。压力传感器所采集的信号经智能调节器调节后将控制信传送给变频器，通过控制电机的转速来控制雾化泵压。其特点是雾化泵泵压可根据实际需要方便设定，控制精度在0.01MPa以内。
雾化泵控制系统中，雾化泵压力的控制实质上是电机转速的控制。
在正常工作状态下，假设雾化泵泵压设定值为M0，经过调节器调节后将信号给变频器，变频器给定电机转速为n0；当由于某种原因（如料浆中有大的颗粒，或管道没有清洗干净等）使喷孔板堵塞，这时系统为了使泵压稳定，调节器便会通过变频器调低电机转速（此时设电机转速为n1）。
同理，当喷孔板的孔径在工作过程因不断磨损而增大时为了使泵压稳定，调节器便会通过变频器调高电机转速（此时设电机转速为n2）。
在正常工作状态下，假设雾化泵泵压设定值为M0，经过调节器调节后将信号给变频器，变频器给定电机转速为n0；当由于某种原因（如料浆中有大的颗粒，或管道没有清洗干净等）使喷孔板堵塞，这时系统为了使泵压稳定，调节器便会通过变频器调低电机转速（此时设电机转速为n1）。
同理，当喷孔板的孔径在工作过程因不断磨损而增大时为了使泵压稳定，调节器便会通过变频器调高电机转速（此时设电机转速为n2）。
3.2、控制方法
很显然如果能够有效的监测电机的转速，便会监测喷枪的实时工作状态。
第一种方法：
是利用变频器的上限频率报警和下限频率报警功能。即将上限报警频率设定为F2， 对应的电机转速为n2，在喷孔板孔径磨损不超过最大容许值时，整机处于正常工况；而当变频器上限报警时间超过设定时间，则发出报警声，提示操作人员更换喷孔板。
同理，将下限频率设定为F1，对应电机转速成为n1，它表示喷孔板被堵塞时电机转速的最小值；当变频器下限报警时间超过设定时间时，即发出声光报警，提示操作人员清洗喷头。
是利用变频器的上限频率报警和下限频率报警功能。即将上限报警频率设定为F2， 对应的电机转速为n2，在喷孔板孔径磨损不超过最大容许值时，整机处于正常工况；而当变频器上限报警时间超过设定时间，则发出报警声，提示操作人员更换喷孔板。
同理，将下限频率设定为F1，对应电机转速成为n1，它表示喷孔板被堵塞时电机转速的最小值；当变频器下限报警时间超过设定时间时，即发出声光报警，提示操作人员清洗喷头。
第二种方法：
是在雾化泵电机上加装旋转编码器，利用可编程序控制器（PLC）的高速计数功能，通过编程实时监测雾化泵电机转速。
具体方法是：
单位时间内，检测编码器传送的脉冲个数。设正常工作时单位时间内编码器传送的脉冲个数是D0，喷孔板的孔径磨损过大时，编码器单位时间内传送的脉冲个数是D2，喷孔板堵塞时编码器单位时间内传送的脉冲个数为D1。
当D1＜D0＜D2时雾化泵正常工作；
当D0＜D1时喷孔板被堵，执行相应的堵塞喷头程序，提示操作人员清洗喷头；
当D2＜D0时喷孔板磨损过度，发出报警，提醒操作人员及时更换喷孔板。
是在雾化泵电机上加装旋转编码器，利用可编程序控制器（PLC）的高速计数功能，通过编程实时监测雾化泵电机转速。
具体方法是：
单位时间内，检测编码器传送的脉冲个数。设正常工作时单位时间内编码器传送的脉冲个数是D0，喷孔板的孔径磨损过大时，编码器单位时间内传送的脉冲个数是D2，喷孔板堵塞时编码器单位时间内传送的脉冲个数为D1。
当D1＜D0＜D2时雾化泵正常工作；
当D0＜D1时喷孔板被堵，执行相应的堵塞喷头程序，提示操作人员清洗喷头；
当D2＜D0时喷孔板磨损过度，发出报警，提醒操作人员及时更换喷孔板。
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