结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔 |
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| 申请号 | CN201610133187.1 | 申请日 | 2016-03-09 | 公开(公告)号 | CN105597622B | 公开(公告)日 | 2017-11-21 |
| 申请人 | 苏州大学; | 发明人 | 吴铎; 张盛宇; 廖振锴; 吴张雄; 肖杰; 陈晓东; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种结 冰 温度 可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔，其包括：塔体、雾化系统、进料系统、循环供 风 系统、制冷系统、塔壁冷却保温系统；塔体的顶部形成储风腔，塔体的内部形成冷冻室，塔体的底部形成物料收集室，储风腔、冷冻室、物料收集室相连通；雾化系统与储风腔相连通，进料系统与雾化系统通过进料管相连通，循环供风系统通过循环风回管和风管分别与冷冻室的底部和制冷系统相连通，制冷系统与储风腔和塔体的塔壁相连接，塔壁冷却保温系统包裹于塔壁上。本发明的结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔中循环供风系统、制冷系统、塔壁冷却保温系统、进料系统及雾化系统均能够实现自动化控制，方便操作，运行简单。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔，其特征在于，所述喷雾冷冻塔包括：塔体、雾化系统、进料系统、循环供风系统、制冷系统、塔壁冷却保温系统； |
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| 说明书全文 | 结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔技术领域[0001] 本发明涉及一种喷雾冷冻装置，特别是涉及一种结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔。 背景技术[0003] 针对上述物料干燥中存在的技术缺陷，喷雾冷冻干燥得到了研究和发展。所述喷雾冷冻干燥是近年来结合喷雾干燥与冷冻干燥的新兴颗粒制备技术。并已在蛋白方面，可吸入性药物及高附加值食品行业成功利用。 [0005] 但是，在现有的喷雾冷冻干燥过程中，液滴在接触致冷媒介时会出现爆沸现象，此外，还存在低沸点的致冷媒介挥发浪费及致冷媒介温度无法控制的缺点。从而，对颗粒的形貌与性能及我国发展资源节约型战略造成不利的影响。 [0006] 因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。 发明内容[0007] 有鉴于此，本发明提供了一种结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔，以克服现有技术中存在的不足。 [0008] 为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下： [0010] 所述塔体的顶部形成储风腔，所述塔体的内部形成冷冻室，所述塔体的底部形成物料收集室，所述储风腔、冷冻室、物料收集室相连通； [0011] 所述雾化系统与所述储风腔相连通，所述进料系统与所述雾化系统通过进料管相连通，所述循环供风系统通过循环风回管和风管分别与所述冷冻室的底部和制冷系统相连通，所述制冷系统与所述储风腔和塔体的塔壁相连接，所述塔壁冷却保温系统包裹于所述塔壁上。 [0012] 作为本发明的结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔的改进，所述塔体包括若干塔筒，所述若干塔筒层叠设置，并可拆卸地搭建形成所述塔体。 [0013] 作为本发明的结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔的改进，所述塔筒的数量为四个，每一塔筒的内径为360mm，外径为660mm，高为600mm。 [0014] 作为本发明的结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔的改进，所述储风腔的底部设置有若干孔道，所述储风腔通过所述若干孔道与所述冷冻室相连通。 [0016] 所述雾化器的进口与所述进料系统相连通，所述雾化器的出口位于所述储风腔中，所述转子流量计设置于所述雾化风管上，所述雾化风管经过所述制冷系统，与所述雾化器相连接，且所述雾化器的出口朝向所述冷冻室设置。 [0019] 与所述料罐的进口相连接的料罐压缩空气进气管上设置有所述调压阀和压力表，所述料罐的出口通过所述进料管与所述雾化系统相连通，所述过滤器设置于所述进料管上。 [0021] 所述风机的进口通过循环风回管与所述物料收集室相连通，所述风机的出口通过风管与所述制冷系统相连通，所述变频器设置于所述循环风回管和风管之间的管路上，所述控制器设置于所述风管上。 [0022] 作为本发明的结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔的改进，所述循环供风系统还包括：风量调节阀和流速测定器，所述风量调节阀设置于所述循环风回管和风管之间的管路上，所述流速测定器设置于所述风管上。 [0023] 作为本发明的结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔的改进，所述制冷系统包括：热电偶、冷风温控液浴槽、塔壁温控液浴槽、换热器、制冷单元以及温控器； [0024] 所述热电偶为若干个，若干个热电偶设置于所述冷冻室和制冷系统中； [0025] 所述温控器、制冷单元、冷风温控液浴槽、换热器、热电偶顺序串联，形成第一闭环控制系统，所述第一闭环控制系统中，所述冷风温控液浴槽通过冷风温控液浴槽进液管和冷风温控液浴槽出液管与所述换热器相连通，所述换热器通过循环风进口管与所述储风腔相连通； [0026] 所述温控器、制冷单元、塔壁温控液浴槽、热电偶顺序串联，形成第二闭环控制系统，所述第二闭环控制系统中，所述塔壁温控液浴槽通过塔壁温控液浴槽进液管和塔壁温控液浴槽出液管与所述塔壁冷却保温系统相连通。 [0027] 作为本发明的结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔的改进，所述结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔还包括显示器，所述若干个热电偶与所述显示器相连接。 [0028] 作为本发明的结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔的改进，所述塔体的内部和塔壁设置测压装置及泄压阀，所述测压装置与所述显示器相连接，所述泄压阀具有预设压力值，当塔体内部压力等于所述预设压力值时，所述泄压阀自动泄压。 [0029] 作为本发明的结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔的改进，所述塔壁冷却保温系统包括：换热盘管和保温材料； [0030] 所述换热盘管缠绕于所述塔体的塔壁上，所述保温材料包裹所述换热盘管，所述换热盘管与所述制冷系统相连通。 [0031] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔中循环供风系统、制冷系统、塔壁冷却保温系统、进料系统及雾化系统均能够实现自动化控制，方便操作，运行简单。 [0032] 此外，本发明的结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔控制精确，利用该设备可以控制不同温度来制造出冰球，节约致冷剂的使用以及避免液滴爆沸现象的发生，对喷雾冷冻干燥的发展具有重要的意义，适用于实验室及工厂的研发，应用广泛。附图说明 [0033] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0034] 图1为本发明的结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔的平面结构示意图； [0035] 图2为图1中布风板的放大示意图； [0036] 图3为图2中A-A方向的放大示意图。 具体实施方式[0037] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。 [0038] 图1为本发明的结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔的平面结构示意图。 [0039] 结合图1所示，所述结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔包括：塔体10、雾化系统20、进料系统30、循环供风系统40、制冷系统50、塔壁冷却保温系统60、显示器70。 [0040] 所述塔体10的顶部形成储风腔11，所述塔体10的内部形成冷冻室12，所述塔体10的底部形成物料收集室13。其中，所述储风腔11、冷冻室12、物料收集室13相连通。 [0041] 配合参照图2、3所示，具体地，进入到冷冻室12中的冷风首先进入到储风腔11中，所述储风腔11的底部设置有若干孔道110，所述储风腔通过所述若干孔道110与所述冷冻室12相连通。所述若干孔道110均匀分布于所述储风腔11的底部，从而，储风腔11的底部形成布风板111。该布风板111优选为圆形，此时，其圆心位置开设有一通孔112，所述若干孔道 110均匀分布于所述通孔112的四周。其中，通孔112用于放置雾化器21。 [0042] 所述冷冻室12用于对进入其中的料液进行冷冻，使之形成冷冻成固体球状颗粒。所述冷冻室12具体由所述塔体10的内部空间形成。其中，所述塔体10包括若干塔筒14，所述若干塔筒14层叠设置，并可拆卸地搭建形成所述塔体10。从而，塔体具有安装拆卸方便的优点。优选地，所述塔筒14的数量为四个，每一塔筒的内径为360mm，外径为660mm，高为600mm。 [0043] 所述物料收集室13用于收集冷冻形成的固体球状颗粒。所述物料收集室13位于所述塔体10的底部，并与所述冷冻室12相连通。从而，料液冷冻成固体球状颗粒后，在重力的作用下，直接掉落至所述物料收集室13中进行收集。 [0044] 所述雾化系统20用于来料进行雾化，使之形成细小的液滴，从而，便于后续冷冻的进行。所述雾化系统20包括：雾化器21、雾化风管22及转子流量计23。 [0045] 所述雾化器21的进口与所述进料系统30相连通，所述雾化器21的出口位于所述冷冻室12中，并朝向所述冷冻室12。从而，经所述进料系统30的来料，在所述雾化器21的作用下，形成细小的液滴。所述转子流量计23设置于所述雾化风管22上，其用于控制所述雾化风管22内部气体的流量。此外，所述雾化风管22上还设置有调节阀24，所述调节阀24位于所述转子流量计23的两侧。 [0046] 所述雾化风管22与所述雾化器21相连接。进一步地，本发明中，雾化器21采用流体式喷嘴，从而，雾化风进入到雾化器21后，将经过进料管36及雾化器21的料液打散，形成细小的液滴。此外，所述雾化风管22的进口处还设置有截止阀25和除湿器26。通过所述除湿器26使得雾化风除湿后进入雾化器21中。 [0047] 所述进料系统30用于实现料液的供给，所述进料系统30与所述雾化系统20通过进料管36相连通。为实现上述目的，所述进料系统30提供的料液在所述雾化系统20内进行雾化。具体地，所述进料系统30包括：调压阀31、压力表32、料罐33和过滤器34。 [0048] 与所述料罐33的进口相连接的料罐压缩空气进气管35上设置有所述调压阀31和压力表32。从而，通过所述调压阀31可调节所述料罐压缩空气进气管35内压缩空气的压力，且所述料罐压缩空气进气管35内压缩空气的压力可通过压力表32读取。所述料罐33的出口通过进料管36与所述雾化系统20相连通，所述过滤器34设置于所述进料管36上。从而，进入到雾化系统20中的料液可首先经过过滤器34过滤。 [0049] 所述循环供风系统40用于所述冷冻室12冷风的循环供给和利用。为实现上述目的，所述循环供风系统40通过循环风回管47和风管48分别与所述冷冻室12的底部和制冷系统50相连通。具体地，所述循环供风系统40包括：风机41、变频器42、控制器43。 [0050] 所述风机41的进口通过所述循环风回管47与所述冷冻室12的底部相连通，从而，到达冷冻室12底部的冷风重新泵入风机进行循环利用。同时，所述风机41的出口通过所述风管48与所述制冷系统50相连通。所述变频器42设置于所述循环风回管47和风管48之间的管路上，所述控制器43设置于所述风管48上。 [0051] 此外，所述循环供风系统40还包括：风量调节阀44、流速测定器45和压力表15，其中，所述风量调节阀44设置于所述循环风回管47和风管48之间的管路上，所述流速测定器45设置于所述风管48上，所述压力表15安装于所述冷冻室12中。 [0052] 所述塔体10的内部设置压力表15和泄压阀，其中，所述压力表15与所述显示器70相连接，从而，所述压力表15实时监控塔内压力变化，并将压力数值显示在所述显示器70上，保证密闭性。所述泄压阀具有预设压力值，当塔体内部压力等于所述预设压力值时，所述泄压阀自动泄压。 [0053] 所述循环供风系统40工作时，通过预设流量，控制器43将该流量信号数值处理成相应信号传输给风量调节阀44，风量调节阀44将信号传输给变频器42，变频器42进一步将该数值信号转换成频率信号发送给风机41，风机41根据频率信号泵送该空气流量的空气到达制冷系统50。流速测定器45检测风机41出口流量并将信号反馈给控制器43，调节空气流量达到预设流量。 [0054] 所述制冷系统50用于将雾化风以及所述循环供风系统40泵送的空气进行冷却，同时，所述制冷系统50还用于向所述塔壁冷却保温系统60提供载冷剂。为实现上述目的，所述制冷系统50与所述储风腔和塔体10的塔壁相连接，所述塔壁冷却保温系统60包裹于所述塔壁上。具体地，所述制冷系统50包括：热电偶51、冷风温控液浴槽52、塔壁温控液浴槽53、换热器54、制冷单元55以及温控器56。 [0055] 所述热电偶51为若干个，若干个热电偶51设置于所述冷冻室12和制冷系统50中。从而，所述冷冻室12中分布若干个热电偶51可检测所在位置处的温度值。同时，所述若干个热电偶51与所述显示器70相连接，从而，所述显示器70可实时显示相应的温度值。 [0056] 所述温控器56、制冷单元55、冷风温控液浴槽52、换热器54、热电偶51顺序串联，形成第一闭环控制系统。该第一闭环控制系统可实现将所述循环供风系统40泵送的空气进行冷却。所述第一闭环控制系统中，所述冷风温控液浴槽52通过冷风温控液浴槽进液管571和冷风温控液浴槽出液管572与所述换热器54相连通，所述换热器54通过循环风进口管541与所述储风腔11相连通。此外，所述冷风温控液浴槽52与所述换热器54之间还设置有低温泵59，所述冷风温控液浴槽出液管572还设置有截止阀573。 [0057] 从而，所述第一闭环控制系统工作时，所述温控器56通过预设循环冷风温度，冷风温度在室温至-80℃内可调。所述温控器56将数值信号转换成相应信号传输给制冷单元55，制冷单元55工作循环制冷。冷风温控液浴槽52内载冷剂，并将载冷剂通过冷风温控液浴槽进液管571进入换热器54，与循环供风系统出口管内排出的气体进行热交换。同时，载冷剂通过冷风温控液浴槽出液管572排出进入冷风温控液浴槽52再次循环。 [0058] 进一步地，所述热电偶51检测冷冻室12顶部进风口温度，并将信号反馈给温控器56，温控器56比较预设温度与进风温度，当预设温度低于进风温度，制冷单元55继续工作制冷载冷剂；当预设温度高于进风温度，制冷单元55停止工作，实现闭环控制。 [0059] 所述温控器56、制冷单元55、塔壁温控液浴槽53、热电偶51顺序串联，形成第二闭环控制系统，所述第二闭环控制系统中，所述塔壁温控液浴槽53通过塔壁温控液浴槽进液管581和塔壁温控液浴槽出液管582与所述塔壁冷却保温系统60相连通。此外，所述塔壁温控液浴槽53与所述塔壁冷却保温系统60之间还设置有低温泵59，所述塔壁温控液浴槽进液管581上还设置有所述热电偶51。同时，所述塔壁温控液浴槽进液管581和塔壁温控液浴槽出液管582上分布有截止阀583。 [0060] 从而，所述第二闭环控制系统工作时，所述温控器56通过预设塔壁温度，塔壁温度在室温至-80℃内可调。所述温控器56将数值信号转换成相应信号传输给制冷单元55，制冷单元55工作循环制冷。塔壁温控液浴槽53内载冷剂，并将载冷剂通过塔壁温控液浴槽进液管581进入塔壁冷却保温系统内。同时，载冷剂通过塔壁温控液浴槽出液管582排出，进入冷风温控液浴槽52再次循环。 [0061] 进一步地，热电偶51检测冷冻室塔壁温度，并将信号反馈给温控器56，温控器56比较预设温度与塔壁温度，当预设温度低于塔壁温度，制冷单元55继续工作制冷载冷剂；当预设温度高于塔壁温度，制冷单元55停止工作，实现闭环控制。 [0062] 所述塔壁冷却保温系统60用于保持冷冻室12内部的温度环境。具体地，所述塔壁冷却保温系统60包括：换热盘管61和保温材料62。 [0063] 所述换热盘管61缠绕于所述塔体10的塔壁上，同时，经过塔壁温控液浴槽53的载冷剂通过换热盘管61进口端输入，出口端流出。从而，所述制冷系统50向所述塔壁冷却保温系统60提供载冷剂。所述保温材料包裹所述换热盘管，从而，通过换热盘管61和保温材料62协同作用制造冷冻室12内部的冷环境。此时，整个塔体10的外径为660mm。 [0064] 从而，本发明的结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔按照如下步骤完成料液的喷雾冷冻： [0065] S1、打开料罐顶部料罐盖，将实验料液倒入料罐，然后密封固定料罐与料罐盖，开启压缩空气阀门，调节符合此物料的料罐压缩空气进气管内压力参数，料液将从进料管进入雾化器； [0066] S2、在循环供风系统中的控制器内设置符合此物料的空气流量参数，同时打开控制器、变频器和风机，等待封闭循环风系统内空气流量稳定； [0067] S3、在制冷系统中的温控器分别设定冷风温度和塔壁温度，设定冷风温度和塔壁温度与空气流量相适应，启动制冷系统，在温控器、制冷单元、冷风温控液浴槽、热电偶、换热器和热电偶闭环控制作用下，换热器给储风腔输入送设定温度的冷风；在温控器、制冷单元、塔壁温控液浴槽、热电偶闭环控制作用下，塔壁温控液浴槽给塔壁盘管输送所设定温度的酒精，使塔壁达到所设定的温度； [0068] S4、打开雾化风管，控制转子流流量计，调节符合此物料的雾化风管内压缩空气的流量参数； [0069] S5、经过雾化器的料液分散成细小的液滴之后，落入冷冻室，最终落至冷冻室底部收集。 [0070] 综上所述，本发明的结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔中循环供风系统、制冷系统、塔壁冷却保温系统、进料系统及雾化系统均能够实现自动化控制，方便操作，运行简单。 [0071] 此外，本发明的结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔控制精确，利用该设备可以控制不同温度来制造出冰球，节约致冷剂的使用以及避免液滴爆沸现象的发生，对喷雾冷冻干燥的发展具有重要的意义，适用于实验室及工厂的研发，应用广泛。 [0072] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 [0073] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。 |
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