用於噴霧乾燥的空氣擴散器和包括金屬成形的製造空氣擴散器的方法與流程

2023-12-09 07:48:06

本發明涉及一種用於噴霧乾燥裝置的空氣擴散器(air disperser)，該空氣擴散器包括多個部件，該多個部件包括形成界定在內徑和外徑內的空間的頂部、底部和外周向壁，並且具有空氣入口、一組導流片和位於所述內徑處的空氣出口，該空氣出口適合定位在霧化裝置的供料出口之上。本發明還涉及一種用於改善噴霧乾燥裝置中乾燥空氣的流動的方法。

發明背景

通常，噴霧乾燥可以以多種方式實現，並且對其應用的所有種類，噴霧乾燥裝置中的空氣分配是一個最重要的部分。依據工廠設計(plant design)和要生產的產品類型，存在各種系統。空氣擴散器的不同的設計或調節被使用於噴霧乾燥器中，以獲得大致直線的「推流式(plug-flow)」空氣流或渦旋空氣流。最常見的是空氣擴散器置於噴霧乾燥器頂板的頂部上，並且霧化設備放置在空氣擴散器的中間處，因此確保了空氣和霧化的微滴的最佳混合。

這樣的空氣擴散器被設置成多種尺寸並且傳統地通過使用包括焊接部件的裝配技術被製造，該部件通常被切割、被鑄造、被壓鑄或通過彎折形成。因此，相對多數量的部件需要被處理並且被互相連接。這些部件包括布置在導流片構架中的一組導流片，該導流片構架進而被安裝在形成為碗狀結構的空間中，以在空氣擴散器內部提供乾燥空氣的分配。包含這樣的構架的現有技術空氣擴散器的實施例是US 4,227,896(Niro)和WO 2007/071238A1(Niro)。導流片通常被焊接到空氣擴散器的鄰近部分或空氣擴散器的部分。

雖然這些空氣擴散器提供可靠的操作，但是製造空氣擴散器的方式相對複雜且特別是由於裝配帶來一些劣勢。除原料費用之外，製造每個具有特定的公差的各個部件以及隨後包括焊接的裝配必然帶來模型構型的偏差以及從一個空氣擴散器到其它的空氣擴散器的偏差產生。進而，該偏差導致乾燥空氣流動中的變化。這在較小的噴霧乾燥裝置(其中空氣擴散器的尺寸是小的)中並且在通過傳統技術製造的裝置中相對累積公差可以是相當大的情況下是尤其明顯的。

發明概述

本發明的目標在於提供一種用於噴霧乾燥裝置的空氣擴散器，其中製造和操作的狀況被改善。

在第一方面，此目標和另外的目標通過在導言中提到的類型的空氣擴散器的設置實現，該空氣擴散器進一步的特徵在於，所述部件中的至少一些通過精密金屬成形形成。

本發明基於認識到通過空氣擴散器的構型中的增加的準確度和可預測性實現產品質量的改善的可靠性，這是通過精密金屬成形提供基本模塊(base module)中的至少一些部分的結果，因此，乾燥空氣流動的偏向的趨勢被減小，因此消除或至少降低源於不對稱流動的產品沉積的風險，這進而又可以影響乾燥的產品的質量。根據本發明的空氣擴散器可以以高度的可預測性被製成，並且構型中的再現性帶來了各個空氣擴散器之間的變化顯著低於包括大量部件的製造和裝配的現有技術設備。與傳統的製造和裝配相比，這進而又抵消了精密金屬成形所需的工具和機器上的較大的投入。通過本發明獲得的優勢在較小的噴霧乾燥設備中是特別顯著的。

文中使用的術語「空氣擴散器」意為供應用在噴霧乾燥器中的乾燥氣體的任何擴散器。技術人員應知道，當要被霧化的液體是水溶液時，空氣常常被用作乾燥氣體，而當要被霧化的液體是非水溶液或必須避免產品的氧化時，更可能使用諸如氮氣的惰性氣體。相應地，術語「乾燥空氣」包括可以用在噴霧乾燥工藝中的所有類型的乾燥氣體。另外，術語「噴霧乾燥」應被解釋成包括包含供料的乾燥、冷卻以及調節的任何工藝。

在一個優選的實施方案中，所述部件至少包括所述空間的底部和外壁，並且所述空間的底部和外壁由形成為雙壁單元的基本模塊提供，該基本模塊包括下部部分和上部部分，並且其中下部部分和上部部分通過精密金屬成形形成。

精密金屬成形在原理上可以從致使可能獲得所需的準確度以及因此獲得改善的乾燥空氣流動的任何類型進行選擇。在優選的實施方案的進一步開發中，下部部分和上部部分中的每個通過金屬旋壓(metal spinning)形成。

金屬旋壓通常不具有諸如深衝壓或壓制的其它金屬成形技術的通用性。由於工藝的本質，金屬旋壓不能產生不規則的形狀；然而對於鐘形的、球形的以及管狀的形式，金屬旋壓常常是高成本效率的。這並不是金屬旋壓的高的固定成本的結果，而是相對低的可變成本的結果。由於金屬旋壓的本質，生產完全地旋轉對稱的物體，這對於所討論的目標是極其重要的。

下部部分和上部部分之間的連接在原理上可以任何合適的方式進行，但是在優選的開發方案中，通過由彎曲成合適的曲率的金屬板形成的至少一個連接元件互相連接。連接元件因此用作空氣擴散器的包封部分。

通過精密金屬成形形成的其它部件可包括頂部，並且該頂部有利地由頂部板，可選地由兩部分式的頂部板提供。頂部板在更優選的開發方案中通過金屬旋壓形成。

在第二方面，提供一種用於改善噴霧乾燥裝置中乾燥空氣流動的方法。

更多細節以及優勢將從詳細描述和所附權利要求呈現。

附圖簡述

下面，將通過優選的實施方案的以下描述並參考附圖進一步詳細描述本發明，在附圖中：

圖1示出了安裝在噴霧乾燥裝置的頂板中的現有技術空氣擴散器的局部透視且剖視的視圖；

圖2和圖3示出了本發明第一實施方案中的空氣擴散器的局部透視圖以及剖視圖；

圖4是圖2和圖3中示出的空氣擴散器的細節的透視圖；

圖5是第一實施方案的空氣擴散器的頂部視圖；

圖6是圖5的空氣擴散器沿著線A-A的較大比例的剖視圖；

圖7是圖6的部分B的更大比例的局部剖視圖；以及

圖8示出了根據本發明的空氣擴散器的另一實施方案的概略剖面圖。

本發明以及優選實施方案的詳細描述

在圖1中，示出了大致由1標示的現有技術噴霧乾燥裝置的頂部的相關部分。噴霧乾燥裝置1包括乾燥室2，要被噴霧乾燥的供料通過合適的霧化裝置3在乾燥室的頂部處被引到乾燥室2，並且該要被噴霧乾燥的供料在乾燥室中通過經由大致由4標示的空氣擴散器引入的乾燥空氣被置於可能渦旋的向下運動，該空氣擴散器被安裝在噴霧乾燥裝置的乾燥室2的頂板處。噴霧乾燥裝置可例如形成噴霧乾燥設備的部分，在該噴霧乾燥設備中還有另外的部件，在該噴霧乾燥設備中進行乾燥過程以及與材料乾燥相關聯的其它過程。

現在參考圖2至圖10，根據本發明的由4標示的空氣擴散器的第一實施方案將被更詳細地描述。應注意，根據本發明的空氣擴散器適合內置在其中的噴霧乾燥裝置的部分可對應於現有技術裝置的那些部分，但也可在某些細節上變化。

空氣擴散器4具有縱向軸線，該縱向軸線界定軸向方向和垂直於軸向方向延伸的徑向方向。軸向方向y在圖6中標示出。空氣擴散器在示出的實施方案中經由單獨的空氣入口部分8連接到乾燥空氣或氣體的供應處，並且具有通向界定在內徑和外徑內的空間45的空氣入口81。如在圖2中最清楚地示出的，空間45由頂部、底部和外周向壁限定。在示出的實施方案中，如將在下面進一步詳細描述的，頂部由頂部板6提供，並且底部和外壁由基本模塊5構造。一組導流片7被安置在空間45內。空氣出口82存在於內徑處，並且在安裝情況下環繞霧化裝置的諸如噴嘴或旋轉霧化器的供料出口。

關於導流片7的構型的細節在申請人的與本申請同日的共同未決的申請中被描述。

在圖2至圖8中示出的實施方案中，基本模塊5形成為雙壁單元，其包括下部部分51和上部部分52，並且其中空間45的底部和外壁由上部部分52形成。如在圖10的詳細視圖中最清楚示出的，空氣擴散器設置有插入下部部分51和上部部分52之間的隔離材料53。

在示出的實施方案中的空氣擴散器的基本模塊5的外周處，下部部分51和上部部分52通過連接元件56互相連接。

特別是如在圖8和圖9中示出的，根據示出的實施方案的空氣擴散器包括用於與基本模塊5可釋放的連接的隔離模塊9。可選地，隔離模塊9也可以與頂部板6連接。

在沿著基本模塊的外周的一個點處，單獨的空氣入口部分8被連接到基本模塊5。儘管沒有詳細示出，但是部分8包括用於供應乾燥空氣的管，並且該部分連接到至空間45的切向方向或徑向方向上的空氣入口81。

在圖2至圖11示出的實施方案中，導流片7設置有上部邊緣，該上部邊緣具有在內徑處的高度小於在外徑處的高度的彎曲的有角的形狀。不過，其它形狀是可能的。

在這個實施方案中，空間45的頂部被單獨的頂部板6封閉。可選地是兩部分頂部板的頂部板6通過合適的固定裝置被連接到基本模塊，此處被螺栓固定到基本模塊5，但是至基本模塊5的其它可釋放的連接也是可能的。同樣在這個實施方案中，頂部板6具有對應於導流片7的上部邊緣的形狀。朝向頂部板6的外邊緣經由密封件57鄰接基本模塊5的上部部分52的階梯部分。

無論頂部板的形狀如何，它可形成在軸向方向y上的強制接合，以阻止由一組導流片和固定設備構成的構架的移動。

在圖8中，大致由35標示的本身已知類型的多孔噴槍已被插入，以穿過空氣擴散器在空氣出口82處伸出。因此，霧化裝置3在噴霧乾燥裝置的運行期間提供液體供料(沒有示出)的霧化。

關於空氣擴散器的部分的材料以及製造方式，導流片可以由任何合適的材料，例如由金屬材料，通常由鋼製成，並且通過雷射切割形成。指示包括一組導流片和固定設備的構架中的位置的記號也可以通過雷射切割被提供。可能的其它材料是其它金屬材料或複合材料，但是聚合物和陶瓷材料可以使用諸如注射模製、壓鑄等製造技術被使用。

現在將具體參考基本模塊5和頂部板6的實施方案詳細描述根據本發明的空氣擴散器的部件的製造。

如在上面描述的，根據本發明的空氣擴散器包括多個部件，並且至少一些部件通過精密金屬成形形成。精密金屬成形需要對包括工具及機器的製造裝備的投入。

在示出的實施方案中，部件至少包括空間45的底部和外壁，其中，空間45的底部和外壁由形成為雙壁單元的基本模塊5提供，該基本模塊5包括下部部分51和上部部分52。空間45的底部和外壁由上部部分52形成，並且下部部分51和上部部分52均通過精密金屬成形形成。

在此實施方案中，下部部分51和上部部分52中的每個通過金屬旋壓形成。可能的是至少形成兩個部段的上部部分52，每個部段通過金屬旋壓形成並且隨後例如通過焊接互相聯接。

這樣，金屬旋壓是用於從盤形的坯料獲得對稱的三維元件的已知的工藝。

實際上，從鋁或不鏽鋼到高強度的、高溫度的合金的任何可延展的金屬可以被形成。形成的部件的直徑和深度被可獲得的裝備的尺寸限定。旋壓工藝自身是相對簡單的。形成塊被安裝在工具機的驅動部段中。預設定尺寸的金屬盤隨後通過壓力墊被夾緊在塊上，該壓力墊被附接到尾架。塊和工件隨後一起高速旋轉。然後，局部力被施加到工件，以使工件流過塊。通常經由各種槓桿工具施加力。簡單的工件僅從塊中取出，但是更複雜的形狀可以需要多個塊。工件最終的直徑通常小於起始的直徑。旋壓工具可以由硬化鋼製成，以與鋁或實心黃銅一起使用來旋壓不鏽鋼或低碳鋼。在成形工藝期間允許一些金屬旋壓工具在軸承上進行旋轉。這樣降低了工具的摩擦和發熱，延長了工具的壽命並且提高了表面光潔度。旋轉工具也可以塗覆有陶瓷的薄膜，以延長工具壽命。在CNC金屬旋壓操作期間一般使用旋轉工具。工業上，安裝在槓桿的端部上的輥通常被用於形成向下到手動旋壓和CNC金屬旋壓兩者中的心軸的材料。輥的直徑和厚度依據預期用途而變化。輥越寬，旋壓的表面越平滑；較薄的輥可以被用於形成較小的半徑。金屬切割通過手持式切割器進行，該手持式切割器常常附接有工具鋼形成/磨尖的銼刀的一英尺長的空心杆。在CNC應用中，硬質合金鋼或工具鋼切割工具被使用。如在其它金屬加工工藝中發現的，心軸不承受過多的力，所以原理上該心軸可以由任何材料製成，但是對於硬材料或大體積的使用，心軸通常由金屬製成。

同樣在示出的實施方案中，下部部分51和上部部分52通過至少一個連接元件56互相連接，該至少一個連接元件56可以形成為切割金屬板，該切割金屬板成型為適合的曲率。

通過精密金屬旋壓提供的其它部件包括在示出的實施方案中的頂部，並且該頂部由頂部板6提供，在沒有示出的實施方案中該頂部板6是兩部分的頂部板。同樣的，頂部板6在這裡通過金屬旋壓形成。

基本模塊5的直徑位於0.3m至3m，優選地位於0.5m至1.5m的範圍中。

噴霧乾燥裝置的剩餘部分沒有示出，根據本發明的空氣擴散器適合成內置在這些剩餘部分中。這些部分可以例如對應於標示現有技術的圖1中的那些部分。在根據本發明的空氣擴散器的使用的具體領域中，基本模塊的下部部分51適合成形成噴霧乾燥裝置的乾燥室的頂板。

原理上，裝配空氣擴散器的方式可以被隨意地選擇，只要這些裝配方式滿足提出的需求。

本發明不應認為是限定於上面示出的和描述的實施方案，而可以進行特徵的各種改進與組合而不脫離以下權利要求的範圍。