[发明专利]一种液氮喷雾冷冻造粒真空干燥装置和工作方法

摘要

本发明公开了一种液氮喷雾冷冻造粒真空干燥装置和工作方法，该装置在解决生物技术领域直接冷冻干燥液态物料时因水升华面小和颗粒间气流通道不畅而导致的速度慢和效率低的问题。该装置通过氮气加压将液体物料喷射到持续喷射的超低温液氮雾气中，使得物料液滴迅速冷冻为非晶态的球形颗粒，非晶态颗粒处于非平衡的高能态，易于干燥。共喷制造的颗粒物料堆积在喷雾室内的可折叠且具备加热功能的筛网上，颗粒物料更大的升华表面以及颗粒空隙和多孔筛网形成通透的水分迁移外溢通道有利于更快速干燥物料。此外，在共喷造粒时，低温氮气流自上而下流过已造出的物料颗粒和冷凝管，可使它们维持低温而充分利用余冷。

主权项

1.一种液氮喷雾冷冻造粒真空干燥装置，所述装置包括由底板(1)与干燥器筒(8)和上盖(10)以及密封垫片(9)共同围成密封的冷凝干燥室，冷凝干燥室的底板(1)上安装真空嘴(24)和排水口(30)，冷凝干燥室外高压氮气瓶(18)经减压阀(15)和第一单通阀(16)能将氮气输入液氮罐(21)并驱动液氮通过液氮管(12)到达冷凝干燥室，以及经第二单通阀(17)将氮气输入储液瓶(19)并驱动物料溶液经过第三单通阀(20)和输液管(13)到达冷凝干燥室，其特征在于，所述装置还包括安装于冷凝干燥室上盖(10)上的液氮喷头(7)和喷雾头(11)能同时向冷凝干燥室内喷雾制造球形颗粒物料(4)，沉积在经第一手柄(23)和第二手柄(22)以及转轴(5)传动而平铺展开的筛网(6)上，同时能转动排气挡板(25)，使其上排气孔与底板(1)上排气孔对齐相通，在喷雾造粒完毕后转动把手(27)使排气挡板(25)的孔与底板(1)上孔错开，捕获和冷凝从物料(4)升华的水汽的冷凝管(3)固定于安装在支架(29)上的多孔垫板(2)上，所述的冷凝管(3)安装在冷凝干燥室内的多孔垫板(2)上，用绳带捆扎或焊接固定；冷凝管(3)的直径为4-10mm，壁厚0.3-1mm，其形状为弯成螺旋形或曲折形或平行管形；多孔垫板(2)和冷凝管(3)根据需要叠合成多层结构，层间距离以1-2倍冷凝管(3)的直径为宜；物料(4)为经过共喷雾快速冷冻形成的非晶态冰冻颗粒，落在与筛网(6)相同的筛网上，这种物料处于非平衡的高能态，比晶体态物料更易于干燥；转轴(5)与筛网(6)和第二手柄(22)相连，通过转动冷凝干燥室外部的第二手柄(22)，通过转轴(5)带动冷凝干燥室内部的筛网(6)平铺展开或向上折叠收起；转轴(5)为不锈钢材质，直径6-10mm，长200-500mm；筛网(6)平铺后能承载沉积下来冷冻的物料颗粒，未使用时向上折叠起来；筛网(6)为金属或非金属材质或不锈钢；筛网(6)的厚为0.1-2mm，孔的面积不小于筛网(6)总面积的50％，筛孔直径0.01-1mm；筛网(6)上复合有电热丝用于加热物料(4)；所述的液氮喷头(7)将液氮喷入冷凝干燥室并分散为细小液滴，以将喷雾头(11)同时喷入的物料细小雾滴快速冷冻，使用铜合金或不锈钢制造；液氮喷头座31呈碟形，中孔内部有一多孔隔层，其上部通过螺纹或过盈配合与液氮管(12)相连接；液氮喷头嘴(32)呈圆锥形，锥面上有液氮喷射孔道，非向心式螺旋分布的孔道设计能使液氮喷头嘴(32)在喷射液氮时借助反推力产生以未旋紧的定位螺栓(33)为轴做旋转运动；定位螺栓(33)将液氮喷头嘴(32)装配在液氮喷头座(31)上，定位螺栓(33)与液氮喷头嘴为间隙配合，旋紧定位螺栓(33)能限制液氮喷头嘴的旋转；干燥器筒(8)与底板(1)和上盖(10)围成冷凝干燥室，为金属或非金属材质或有机玻璃，对应圆筒形结构，直径为150-350mm，长度200-600mm，厚度6-20mm；干燥器筒选方形结构时，为金属材质和侧开门结构；密封垫片(9)用于干燥器筒(8)和上盖(10)之间缝隙的密封性，采用橡胶或聚四氟乙烯材质；上盖10与干燥器筒8和底板1围成冷凝干燥室，金属材质时厚度5-8mm为宜，有机玻璃材质时6-20mm；喷雾头(11)将物料溶液喷射为细小雾滴，小雾滴在超低温的液氮雾气中被迅速冷冻为非晶态的颗粒物料；喷雾头(11)为有不锈钢和铜合金材质，喷孔直径为0.02-0.5mm；液氮管(12)在液氮罐(21)和液氮喷头(7)之间传送液氮，采用双层波纹管或金属管外加保温层结构，或内层金属管加外层波纹管结构，为双层波纹管，夹层填充隔热材料；输液管(13)将储液瓶(19)中的物料溶液输送到喷雾头(11)，金属或非金属材质均可，优选直径6mm尼龙管；手轮(14)用于开关高压氮气瓶(18)；减压阀(15)将高压氮气瓶(18)中的高压氮气减为适于储液瓶(19)和液氮罐(21)使用的压力。/n