[发明专利]冷冻浓缩喷雾冷冻干燥装置及工艺

权利要求书

1.一种冷冻浓缩喷雾冷冻干燥装置，其特征是，它包括料液存储装置，料液存储装置与冷冻浓缩装置连接，冷冻浓缩装置的出料端与喷雾冷冻塔连接，废液端与水冷箱连接；喷雾冷冻塔与流化床连接，流化床与除尘器连接，流化床和除尘器的出料端接成品区；除尘器与送风装置连接；送风装置与冷却装置连接，冷却装置分别与喷雾冷冻塔和换热装置连接，换热装置通过加热装置与流化床连接；在水冷箱、换热装置和冷却装置内设有相互连接的多级热泵系统。

2.如权利要求1所述的冷冻浓缩喷雾冷冻干燥装置，其特征是，所述多级热泵系统包括三级热泵，其中一级热泵与水冷箱连接；二级热泵与换热装置连接；三级热泵冷却装置连接。

3.如权利要求1所述的冷冻浓缩喷雾冷冻干燥装置，其特征是，所述料液存储装置与冷冻浓缩装置间通过给料泵I连接；冷冻浓缩装置与喷雾冷冻塔之间通过给料泵II连接。

4.如权利要求1所述的冷冻浓缩喷雾冷冻干燥装置，其特征是，所述喷雾冷冻塔的喷雾冷冻造粒的温度在-40～-60℃。

5.如权利要求1所述的冷冻浓缩喷雾冷冻干燥装置，其特征是，所述流化床的冷冻干燥温度在溶液共晶点以下2～3℃。

6.如权利要求1或2所述的冷冻浓缩喷雾冷冻干燥装置，其特征是，所述换热装置为空气换热器；所述冷却装置为空气冷却器；所述加热装置为电加热器。

7.一种采用权利要求1所述冷冻浓缩喷雾冷冻干燥装置的冷冻干燥工艺，其特征是，它的步骤为：步骤1，开启冷冻浓缩装置，料液送入冷冻浓缩装置，在设定时间内完成冷冻浓缩过程，料液被分离成高浓度溶液和废水，高浓度溶液的固形物含量最高不超过40%；溶液送入喷雾冷冻塔，废水送入水冷箱，水冷箱设有一级热泵；水冷箱作为二级热泵的冷源和一级热泵的热源；步骤2，在冷冻浓缩装置后1小时，开启一级热泵、二级热泵和三级热泵，将整个系统的温度降低至系统工作温度；步骤3，浓缩后的溶液送入喷雾冷冻塔，进行冷冻造粒；经过喷雾冷冻塔造粒后的冷冻颗粒进入流化床进行常压冷冻干燥；步骤4，部分干燥颗粒被流化冷风带出流化床，冷风带走的颗粒经过除尘器的过滤将颗粒分离出来，同流化床干燥后的物料的一起被作为成品排出；除尘器的尾气则通过过滤处理后再次利用。

8.如权利要求7所述的冷冻浓缩喷雾冷冻干燥装置的冷冻干燥工艺，其特征是，所述步骤3中，干燥过程为：料液进入喷雾冷冻模块进行喷雾冷冻造粒，喷雾冷冻造粒的温度控制在-40～-60℃，在低温状态下，喷雾产生的颗粒瞬间被冷冻；最后冷冻颗粒连同冷冻气流输送到流化床中，进入流化床，冷冻干燥的温度控制在溶液共晶点以下2～3℃，完成干燥过程；在整个系统中存在不同温度的操作，各个模块热量利用通过三级热泵相连接，以达到能量综合利用的效果。

9.如权利要求7所述的冷冻浓缩喷雾冷冻干燥装置的冷冻干燥工艺，其特征是，所述冷冻干燥温度在-10～-20℃。

10.如权利要求7所述的冷冻浓缩喷雾冷冻干燥装置的冷冻干燥工艺，其特征是，所述步骤4中，除尘器排出的尾气再利用过程为：冷气由风机送入空气冷气器将空气冷却至-40～-60℃，湿空气中的水分被脱除；然后气体分成两股，一股气体作为喷雾冷冻提供冷量所用，另一股作为流化床流化使用的气体，这一股空气进入空气换热器中，这里是三级热泵的冷凝器端，三级热泵将空气冷却器中的热量转移至空气换热器中，同时为防止空气被加热的温度过高，通过二级热泵，将空气换热器中多余的热量转移出去，而在外界环境温度低于-20℃时通过电加热器来调节流化气体的温度，保证进入流化床的气体温度在溶液共晶点以下2～3℃；最后经过流化床的流化气体和喷雾冷冻塔的冷冻空气一起进入除尘器完成循环。