一種真空噴霧冷凍造粒裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種真空噴霧冷凍造粒裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]冷凍干燥工藝中需要將待凍干液體凍結(jié)成冰，在真空下進(jìn)行低溫干燥，使冰升華留下干燥物質(zhì)。常規(guī)凍干技術(shù)在常壓下將待凍干液體凍成冰塊，是一種慢凍技術(shù)，液體從室溫(25°C)降到_40°C通常超過30分鐘，對于非溶液態(tài)分布的物料液體(例如混懸液、乳化液)，容易發(fā)生物質(zhì)沉降、液體分層；而且慢凍易發(fā)生冰晶生長，都不利于冷凍干燥。
[0003]公開號為US20130118026A1的美國專利公開了一種噴霧速凍技術(shù)，其是將待凍干液體從容器上方用噴嘴噴下，其下方用另一組噴嘴噴射冷媒(例如液態(tài)氮?dú)猓悬c(diǎn)-196°C )，待凍干液滴下落過程中與冷媒換熱，速凍后形成冰顆粒。另有一種速凍技術(shù)是將液氮置于容器底部，待凍干液體從上方噴下或滴下，穿過液氮低溫區(qū)進(jìn)行速凍。冷凍干燥工藝被廣泛應(yīng)用在(但不限于)制藥工業(yè)中，其制品對潔凈的、無菌的制藥工藝有著嚴(yán)格要求。以上兩種速凍技術(shù)都使用冷媒(液氮)與物料直接接觸制冷，其潔凈度、無菌性難以保證，并且冷媒換熱后汽化，重新制成液態(tài)需消耗極大能量，直接排放則容易造成浪費(fèi)和污染。
[0004]綜上所述，如何提高冷凍干燥中待凍干液體的冷凍速率，更重要的是為保證該工藝過程中制品的潔凈衛(wèi)生與無菌性，同時降低能耗減少對環(huán)境的污染，成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種新的冷凍造粒裝置和方法，以解決冷凍干燥中待凍干液體冷凍速率慢，使用冷媒速凍容易對物料產(chǎn)生污染，而且能耗大造成浪費(fèi)并污染環(huán)境的技術(shù)問題。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種真空噴霧冷凍造粒裝置，其特征在于，包括:用于在真空噴霧冷凍造粒過程中容納產(chǎn)品的容器；用于將待凍干液體霧化分散為液滴并噴入所述的容器中的霧化噴嘴；用于在容器中形成真空環(huán)境使所述的液滴中的部分組分在該真空環(huán)境中汽化吸熱進(jìn)而使液滴降溫凍結(jié)形成顆粒的真空系統(tǒng)。
[0007]優(yōu)選地，所述的液滴中的部分組分為水。
[0008]優(yōu)選地，所述的液滴在容器內(nèi)不與冷媒直接接觸。
[0009]優(yōu)選地，所述的容器為密閉容器，上部為筒形，下部為錐形。
[0010]優(yōu)選地，所述的真空噴霧冷凍造粒裝置還包括用于將汽化后的所述的液滴中的部分組分冷凝的冷凝裝置。
[0011]更優(yōu)選地，所述的冷凝裝置為第一制冷夾套和冷凝器中的一種或其組合，所述的第一制冷夾套設(shè)于所述的容器上部的外側(cè)，第一制冷夾套的內(nèi)部通有冷媒；所述的冷凝器設(shè)于所述的容器外，并與所述的容器連接。
[0012]更優(yōu)選地，所述的真空系統(tǒng)包括真空栗，所述的容器設(shè)有連接口 ；當(dāng)所述的冷凝裝置為第一制冷夾套時，所述的真空栗通過管道連接所述的容器的連接口，所述的管道上設(shè)有閥門；當(dāng)所述的冷凝裝置為冷凝器或第一制冷夾套和冷凝器的組合時，所述的冷凝器通過管道連接所述的容器的連接口，所述的真空栗通過另一管道連接冷凝器，所述的冷凝器與所述的容器的連接口之間的管道上設(shè)有閥門。
[0013]進(jìn)一步地，所述的容器的連接口上設(shè)有過濾網(wǎng)。
[0014]進(jìn)一步地，所述的第一制冷夾套具有冷媒入口和冷媒出口，所述的冷媒入口和冷媒出口分別連接冷媒循環(huán)管路的兩端，所述的冷媒循環(huán)管路上設(shè)有流體栗和用于對冷媒進(jìn)行降溫的熱交換器。
[0015]進(jìn)一步地，所述的第一制冷夾套的截面為矩形，以環(huán)繞所述的容器的上部一圈的形式設(shè)置；或者，所述的第一制冷夾套的截面為半圓形，以螺旋狀環(huán)繞所述的容器的上部若干圈的形式設(shè)置，所述的第一制冷夾套內(nèi)的冷媒可以是硅油。
[0016]進(jìn)一步地，所述的第一制冷夾套內(nèi)的冷媒溫度為_40°C?_100°C。
[0017]優(yōu)選地，所述的容器的下部的外側(cè)設(shè)有用于避免凍結(jié)形成的顆粒融化的第二制冷夾套，所述的第二制冷夾套內(nèi)通有冷媒。
[0018]更優(yōu)選地，所述的第二制冷夾套具有冷媒入口和冷媒出口，所述的冷媒入口和冷媒出口分別連接冷媒循環(huán)管路的兩端，所述的冷媒循環(huán)管路上設(shè)有流體栗和用于對冷媒進(jìn)行降溫的熱交換器。
[0019]進(jìn)一地，所述的第二制冷夾套的截面為矩形，以環(huán)繞所述容器的下部一圈的形式設(shè)置；或者，所述的第二制冷夾套的截面為半圓形，以螺旋狀環(huán)繞所述容器的下部若干圈的形式設(shè)置，所述的第二制冷夾套內(nèi)的冷媒可以是硅油。
[0020]更優(yōu)選地，所述的第二制冷夾套內(nèi)的冷媒溫度為_10°C?-40°C。
[0021]進(jìn)一步地，所述的熱交換器連接制冷系統(tǒng)。
[0022]更進(jìn)一步地，所述的制冷系統(tǒng)為壓縮機(jī)。
[0023]優(yōu)選地，所述的霧化噴嘴連接密閉的配液管道，所述的配液管道上設(shè)有管道流量調(diào)節(jié)閥。
[0024]優(yōu)選地，所述的容器的底部設(shè)有用于排出凍結(jié)形成的顆粒的出料閥。
[0025]更優(yōu)選地，所述的容器的頂壁、上部側(cè)壁和下部側(cè)壁的外側(cè)設(shè)有至少一個用于把所述凍結(jié)形成的顆粒震落到出料閥并保持松散狀態(tài)的振動器。
[0026]進(jìn)一步地，所述的振動器由氣體活塞驅(qū)動振動或電機(jī)驅(qū)動振動。
[0027]更優(yōu)選地，所述的出料閥可與其它裝置相連接。
[0028]進(jìn)一步地地，所述的其它裝置為干燥裝置。
[0029]優(yōu)選地，所述的容器上設(shè)有觀察視鏡。
[0030]優(yōu)選地，所述的真空噴霧冷凍造粒裝置還包括用于對真空噴霧冷凍造粒過程進(jìn)行自動程序控制的控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)包括可編程邏輯控制器(PLC)和計(jì)算機(jī)(PC)中的至少一個。
[0031]優(yōu)選地，所述容器的內(nèi)壁、配液管道及霧化噴嘴、出料閥與物料接觸部分均選用316L不銹鋼制造。
[0032]本發(fā)明還提供了一種真空噴霧冷凍造粒方法，其特征在于，采用上述的真空噴霧冷凍造粒裝置，具體步驟包括:先利用真空系統(tǒng)將所述的容器抽到一定的真空度，然后利用霧化噴嘴將待凍干液體霧化分散為液滴并噴入容器，所述的液滴中的部分組分在真空環(huán)境中汽化吸熱使液滴溫度下降，所述的冷凝裝置將汽化后的所述的液滴中的部分組分凝結(jié)進(jìn)而維持所述的容器中的真空度，液滴溫度持續(xù)下降直至凍結(jié)形成顆粒。
[0033]優(yōu)選地，所述的真空度為610Pa以下。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0035]本發(fā)明完全不同于傳統(tǒng)的冷凍造粒工藝，通過抽真空使得霧化液滴凍結(jié)成顆粒，極大提高了待凍干液體的冷凍速率，本發(fā)明的真空噴霧冷凍造粒裝置中不設(shè)置冷媒噴嘴，裝置內(nèi)不具有液氮低溫區(qū)，速凍過程中完全不使用冷媒與物料接觸，完全杜絕物料被污染的風(fēng)險，提高了凍干工藝的無菌性，降低了生產(chǎn)能耗，并且冷媒是循環(huán)使用的，不向環(huán)境排放產(chǎn)生污染。
【附圖說明】
[0036]圖1為實(shí)施例1中的真空噴霧冷凍造粒裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖2為實(shí)施例2中的真空噴霧冷凍造粒裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖3為實(shí)施例3中的真空噴霧冷凍造粒裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0040]實(shí)施例1
[0041]如圖1所示，為實(shí)施例1中的真空噴霧冷凍造粒裝置結(jié)構(gòu)示意圖，所述的真空噴霧冷凍造粒裝置包括用于在真空噴霧冷凍造粒過程中容納產(chǎn)品的容器1 ;多個用于將待凍干液體霧化分散為液滴并噴入所述的容器1中的霧化噴嘴2 ;用于在容器1中形成真空環(huán)境使所述的液滴中的部分組分在該真空環(huán)境中汽化吸熱進(jìn)而使液滴降溫凍結(jié)形成顆粒的真空系統(tǒng)；以及用于將汽化后的所述的液滴中的部分組分冷凝的冷凝裝置。所述的霧化噴嘴2設(shè)于容器1內(nèi)。所述的真空系統(tǒng)與容器1連接。
[0042]所述的容器1為密閉容器，上部為筒形，下部為錐形，可以導(dǎo)熱導(dǎo)冷。所述的冷凝裝置為設(shè)于所述的容器1上部的外側(cè)、內(nèi)部通有冷媒的第一制冷夾套3。所述的第一制冷夾套3具有冷媒入口和冷媒出口，所述的冷媒入口和冷媒出口分別連接冷媒循環(huán)管路的兩端，所述的冷媒循環(huán)管路上設(shè)有流體栗4和用于對冷媒進(jìn)行降溫的熱交換器5。所述的第一制冷夾套3的截面為矩形，以環(huán)繞所述的容器的上部一圈的形式設(shè)置，所述的第一制冷夾套3內(nèi)的冷媒為硅油。所述的容器1的下部的外側(cè)設(shè)有用于避免凍結(jié)形成的顆粒融化的第二制冷夾套6，所述的第二制冷夾套6內(nèi)通有冷媒，所述的第二制冷夾套6具有冷媒入口和冷媒出口，所述的冷媒入口和冷媒出口分別連接冷媒循環(huán)管路的兩端