CN1004188B - 关于植物材料膨胀的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种膨胀烟草的方法，烟草在第一容器内与一种膨胀剂接触，在该容器为封闭，以及在低的释放压力下烟草内的液相膨胀剂的温度在其沸点以上时，把第一容器连接到容器内部为释放压力的第二密封容器。当烟草在第一容器内与膨胀剂接触时，其维持在流动和颗粒的分离状态。这是由固定在向上扩展的器壁上的喷嘴，把流动的气体介质输送到第一容器的流动作用区所达到的。并为此，最好把气体加速介质从流动作用区的下面部位，朝向上的方向输送到该流动作用区。

Description

关于植物材料膨胀的方法及其装置

本发明涉及烟草和其他植物材料的膨胀。

在英国专利申请号8413718，说明书号2141015A中揭示了一种膨胀烟草叶片的方法，该方法包括：使烟草叶片同有机膨胀剂接触，这种有机膨胀剂在一个大气压力下，它的沸点温度至少约为10℃;于是，在第一密封容器内部加热被接触的烟草叶片，使得在烟草叶片中的液相试剂的温度达到该试剂的沸点温度以上，即在这高于沸点的温度时，第一容器内的压力高于沸点温度时的释放压力，接着，该容器内部物急速呈气流状与第二密封闭容器内部连通，在上述连通建立之前的瞬间，第二密封容器内的压力为释放压力（沸点时），从而烟草叶片的装填数量至少增加50%。在小批量烟草的情况下，这种膨胀法是容易实现的，然而，在较大批量烟草的情况下，碰到的困难是不能达到均匀地加热烟草和用膨胀剂均匀地浸渍烟草。在施加烟草的试剂为汽相的情况下，由于要使该试剂冷凝在烟草上，因此上述这些问题可能更为突出。

本发明是以这样一个认识为基础的，即当进行试剂同被膨胀的材料接触时，如果该材料处于流动状态（本文中采用该术语），则2141015A号说明书中的膨胀法和类似的一些膨胀法的加热和浸渍工序可以更有效地进行。

本发明的目的是提供一种在被膨胀的材料与试剂接触时处于流动状态的方法及其装置。

当颗粒材料的物体处于流动状态（本文中采用该术语）时，各个粒子保持在分离状态，因此这些粒子彼此能够自由地相对移动。关于切割过的烟草叶片，或含有纤维颗粒的其他材料，本流动术语进一步指该材料全部或大体上摆脱混乱状态，以及维持在非混乱的颗粒分离状态。

我们设计了一种流动作用顺序，能使颗粒材料有效的流动，其中颗粒材料在一个流动作用区域内保持一种流动状态，该流动作用区受到垂直向上逐渐扩展的器壁限制，由此，流动作用区的水平横截面的面积沿其向上的方向而增加。由于在器壁的许多部位可把流动的气态介质输送到该流动作用区，因此在该区域得到一个环流结构，该环流型结构包括沿着器壁向下流动和从该区的较低部位向上流动。下文把这种流动作用顺序称为“按规定的流动作用顺序”。涉及“按规定的流动作用顺序”的有关资料，可参考英国专利说明书No.2170305A。

本发明提供了一种膨胀颗粒植物材料的方法，其中将装入的材料装料根据按规定的流动作用顺序在第一容器内流动，这种流动的材料与膨胀剂接触，使上述液相膨胀剂均匀地浸渍该材料，在关闭上述第一容器和材料中液相试剂的温度在高于该本身试剂沸点温度以上的情况下，即在这高于沸点的温度时，第一容器内的压力高于沸点温度时的释放压力，所述第一容器内部物急速呈气流状与第二密封容器内部连通，在上述连通建立之前的瞬间，在第二密封容器中的压力为上述的释放压力（沸点温度）。

有利的是，在实施本发明方法时，按规定的流动作用顺序进一步包括从该流动作用区较低部位的位置以向上方向，往该流动作用区输送气态加速介质。该加速流用来增强植物材料颗粒流动体的循环。

用本发明的膨胀法处理的烟草可以是切割过的烟草片，或者是切割过的烟草叶和切割过的烟草茎的混合料。

当膨胀剂施加于烟草或其他植物材料颗粒时，该膨胀剂可以以汽相形式使用。如果在室温或接近室温下，对放置在第一容器内的材料进行膨胀时，汽相状的膨胀剂将易于冷却和浸渍在颗粒材料上。在颗粒材料上冷凝时，该膨胀剂将把热量释放给这些颗粒。

当把以汽相形式的膨胀剂施加到需膨胀材料时，该膨胀剂可以用作为流动介质，或可以组成流动介质的一部分，另一方面，当使用加速介质流时，该汽相膨胀剂可以用作的加速介质，或可以组成加速介质的一部分。在初始流动相中，其中使用一种气体或多种气体作流动和加速介质，而不使用汽相膨胀剂，此后，由汽相膨胀剂流代替这流动或加速介质流，或它们二者，或流动或加速介质中的一部份，或它们二者的一部分。另一种方法是，这种流动和加速介质是由一种或多种气体构成，不是由汽相膨胀剂构成的，而其后不是供给汽相膨胀剂而是供作一种或二种介质流（流动和加速介质流），因此流动的装料与液相膨胀剂接触。在此情况下，可以用安装在流动作用区上方的喷雾装置把液相膨胀剂喷雾到流动颗粒材料的装料上，或用伸入该流动作用区的探头装置把该液相膨胀剂引入该流动颗粒材料的装料中。

本膨胀剂的优点是一种单组分或多组分的有机膨胀剂。合适的本膨胀剂的常压沸点至少为10℃的。更合适的是常压沸点应超过20℃。本膨胀剂可能与英国专利No.2160408A说明书所揭示的膨胀剂一致的。

在实施本发明的膨胀方法时，被膨胀材料在第一容器内流动之际，可以加热第一容器。

释放压力可以是大气压力，但较合适的是低于大气压力，最好大约为15千帕或更低些。

发生压力释放的时间应该尽可能的短，最好不超过5秒钟。

本发明也提供膨胀装置，其包括第一个可密封的容器，在上述第一容器内的流动作用区（所述流动作用区受垂直向上逐渐扩展的器壁限制，从而上述流动作用区的水平横截面的面积沿着它的向上方向而增加）、在上述器壁的许多部位上有可以供给流动气体介质的流动作用喷嘴装置、第二个可密封容器以及可操作使所述第一容器内部物料急速呈气流状与上述第二容器连通的阀门装置。

本装置的优点是包括可以从第一容器的流动作用区的下面部位，以朝上的方向给该流动作用区输送气体加速介质的加速喷嘴装置。

本发明的优点是提供了可以通过密封的进出装置易于从第一容器插入和取出的容器装置，该容器装置的底壁、或部分底壁，当该容器装置完全插到第一容器内，则这些器壁或它的主要部分将限制该流动作用。

本发明的膨胀装置也可以包括气体循环装置，该气体循环装置通过该流动作用的喷嘴装置，可以使气体和/或蒸汽从第一容器内流动作用区的上方循环到该流动作用区。

本发明的膨胀装置易于进一步包括可以把第二容器抽成部分真空的真空装置。

如果企图把液相膨胀剂引入流动作用区，那末本装置还可包括被固定在流动作用区上方的喷雾装置，或伸入该流动作用区的探头装置。

本装置可有效地包括一种加热装置，如果在第一容器内操作压力达到最大的情况下，容器装置加热到膨胀剂沸点温度上，则该加热装置可以使第一容器的器壁和容器装置部件得到保温。如果把冷的液相膨胀剂引入该流动作用区，则该加热装置很容器把热量传给流动的材料。

在下面，将通过实施例，参考本文附图，以便清楚地理解和易于实施本发明，其中：

图1表示一种膨胀装置;

图2是图1装置稍微放大比例的图。

图1所示的膨胀装置包括：第一压力容器（1）、第二压力容器（2）和管道（3）、当安装在管道（3）中的球阀（4）调到其开启位置时，该管道就把容器（1）和容器（2）的内部连通起来。

压力容器（1）包括一个下圆筒体（5），从那里向上延伸了一个较小直径的上圆筒体（6）。在上圆筒体（6）的顶端，容器（1）装有一个可移动的盖（7）。

第一根供气管（8）通过容器（1）的下圆筒体（5）的底壁（9）垂直朝上延伸到下圆筒体（5）内。在配置在（5）内的管道（8）的上端处，在管道（8）内装有构成加速喷嘴的孔板（10）（见图2）。支承法兰（11）在管道（8）的上端处向外延伸。在容器（1）的外面，管道（8）装有阀门（12）。

装有阀门（14）的第二供气管道（13）打通了容器（1）下圆柱体（5）的内部。

气体循环管道（15）从上圆柱体（6）的上部位置延伸到容器（1）的下圆柱体（5）。在管道（15）上，装有阀门（16）和（17）、涤气器（18）、气泵（19）和阀门（20）。从处于阀门（16）和（17）之间的管道（15）中分支出装有阀门（22）的排气管（21）。

汽套（23）围绕着容器（1）的上圆筒体（6）。蒸汽的进、出管线（24）和（25）分别从该汽套（23）进和出。

把一个顶部敞开的构成容器装置的贮存器（26）安装在容器（1）内，并且在移去盖（7）时，可以把它从容器（1）中取出。例如由铝制成的贮存器（26）包括一个上圆筒体（27）和一个下倒锥体（28）。具有的器壁限制了流动作用区的（28），它设有上、下两排环绕孔眼（29）和（30），这些环绕孔眼沟通了容器（1）下圆筒体（5）和贮存器（26）的内部，起到了流动喷嘴装置的作用。

在贮存器（26）的下倒锥体（28）的底部装有一个向内延伸的法兰（31），当贮存器（26）在容器（1）内外于它的最低位置时，它将支撑在管（8）的支承法兰（11）上。法兰（31）的孔径略大于孔板（10）上部的出口直径。“O”形环（32）保证法兰（11）和（31）之间的气密性。另一个“0”形环（33）保证在贮存器（26）的下倒锥体（28）的顶端与容器（1）下圆筒体（5）和上圆筒体（6）交界处附近的容器（1）之间的气密。

为了便于随时把贮存器从容器（1）插入和取出，可以在贮存器（26）的上圆筒体（27）的外表面和/或在容器（1）上圆筒体（6）的内部装上导向装置（图中没有示出）。这种导向装置也可用来提高汽套（23）对贮存器（26）的上圆筒体（27）器壁的传热效果。

容器（2）装有一个可移动的盖（34）。通过装有阀门（36）的管道（35）把真空泵（37）接到容器（2）上。

当用该膨胀装置来膨胀切割过的烟草叶片时，必须把烟草装料放在贮存器（26）的下倒锥体（28）内。当贮存器（26）在容器（1）内处于它的最低位置，以及盖（7）处于关闭位置，阀门（14）、（16）和（22）均处于开启位置，而阀门（4）、（12）、（17）和（20）处于关闭位置时，通过管道（13）把来自压缩氮源（图中没有示出）的氮气通入容器（1）的下圆筒体（5）一段时间，以便把在容器（1）下圆筒体（5）和上圆筒体（6）内的空气完全清除掉。在空气清除步骤完成的情况下，把阀门（16）和（22）关上，而为了继续把氮输送给容器（1），阀门（14）继续处于打开位置。然后，打开阀门（12），让来自压缩膨胀剂源（图中没有示出）的汽相膨胀剂通过管道（8）进入。

在气态氮和汽相膨胀剂同时分别通过孔眼（29）和管道（8）流进贮存器（26）时，贮存器（26）中的烟草装料得到充分的流动。因此，促使例如重量百分比为80%∶20%的正一戊烷∶丙酮的膨胀剂均匀地同烟草颗粒接触。因为烟草在室温下置于贮存器（26），该汽相膨胀剂是在高温下，例如100℃，所以膨胀剂冷凝在烟草颗粒上，同时冷凝物浸渍烟草颗粒，以及膨胀剂的潜热加热了烟草颗粒。

通过汽套（23），把容器（1）上圆筒体（6）的器壁和贮存器（26）上圆筒体（27）的器壁温度保持在高于汽相膨胀剂的温度，例如高5℃。因此可以防止膨胀剂在上述器壁上冷凝。

当容器（1）内的压力达到预定值时，例如每平方英寸为100磅（680千帕）的标准值，关上阀门（14），打开阀门（16）、（17）和（20），以便让氮气循环和汽相膨胀剂在泵（19）的作用下，通过管道（15）从容器（1）的上端流到贮存器（26）下倒锥体（28）外部的容器（1）的下圆筒体（5）。通过孔眼（29）的气体/蒸汽混合物和由管道（8）连续供应的汽相膨胀剂一起用来维持贮存器（26）内烟草的流动状态。

在经由管道（15）的循环开始时，或在循环期间，从那里可以用一定数量的氮气代替由管道（8）供给的膨胀剂。

在烟草经过足够时间的流动后，结果在烟草中充分浸渍了液相膨胀剂，此时泵（19）停止工作及关上阀门（12）、（16）、（17）和（20），因此容器（1）内的烟草装料停止流动。

开动真空泵（37）在容器（2）内产生绝对压力为15千帕的部分真空和关闭阀门（36）的情况下，打开阀门（4），从而容器（1）内的压力立刻降低，这导致烟草颗粒内的液体膨胀剂急聚蒸发，即该膨胀剂瞬时回复到它的蒸汽相。这种膨胀剂的急聚蒸发引起烟草颗粒的膨胀。在该膨胀剂蒸发的情况下，由于带走了烟草的热能，烟草也就被冷却。

为了从容器（1）中取出被膨胀的烟草，首先关上阀门（4），然后打开阀门（16）和（22），使容器（1）达常压，于是卸下盖（7）或把它旋转到开启位置，即可从容器（1）取出贮存器（26）。

根据上述装置作了一种改进，即在容器（1）中不采用可卸式的贮存器，而用穿孔的类似于该贮存器（26）下倒锥体（28）的器壁作为容器（1）的部件。在这种情况下，在膨胀工序完成之后，可采用气动卸料装置把被膨胀的材料从容器（1）取走（图中没有示出）。气动卸料装置可以采取罩的形式，该罩向外延伸，使卸料管垂直延伸到容器（1）上圆筒体（6）的器壁，该罩和卸料管可移动到流动作用区。

Claims (12)

1、一种膨胀植物颗粒材料的方法，其步骤包括a）在第一容器中，使值物材料与一种膨胀剂接触，在植物材料中的液相试剂的温度在其沸点以上，在上述温度下，释放压力相应低于第一容器内的压力，b）接着，瞬时使第一密封容器内部的气流与第二密封容器内部连通，在上述连通建立之间的瞬时，在第二容器内的压力为上述释放压力，其特征在于，在第一容器中使所说的材料按规定的流动作用顺序流动，即颗粒材料在一个流动作用区内保持一种摆脱混乱状态，以及颗粒分离的流动状态，该流动作用区受到垂直向上逐渐增大的器壁限制，流动作用区的水平横截面的面积沿其向上的方向而增加，从器壁的许多部位提供气态流动介质，因此，在该区域内得到一个环流型结构，该环流型结构包括使材料沿着器壁向下流动和从该区的较低部位向上流动，从而上述液相状态膨胀剂均匀地浸渍植物颗粒材料。

2、根据权利要求1所述的方法，其中从该流动作用区的下面部位，朝向上的方向给流动作用区输送气体加速介质。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其中所述的流动材料与膨胀剂在其汽相下接触。

4、根据权利要求3所述的方法，其中该流动的介质包括所述的膨胀剂。

5、根据权利要求3所述的方法，其中所述的加速介质包括所述的膨胀剂。

6、根据权利要求1或2所述的方法，其中所述的流动材料与膨胀剂在其液相下接触。

7、根据权利要求1所述的方法，其中所述的材料是一种颗粒的烟草材料。

8、一种植物颗粒材料的膨胀装置，包括第一可密封的容器，第二可密封的容器和瞬时使第一可密封容器的气流与第二可密封容器连通的阀门，其特征是所说第一容器的下段器壁是垂直向上逐渐扩展的，从而该段器壁围成的区域的水平横截面的面积沿着它的向上方向增加，在该器壁的许多部位上有供给流动气体介质的喷嘴装置。

9、根据权利要求8所述的装置，其中进一步包括可以从所述流动作用区的下面部位，以朝上的方向给上述流动作用区输送气体加速介质的加速喷嘴装置。

10、根据权利要求8或9所述的装置，其中进一步包括可以从所述第一容器插入和取出的容器装置、上述容器装置的底壁、或上述部分底壁，当所述容器装置完全地插到所述的第一容器内，则所述器壁，或它的主要部分将限制所述的流动作用区。

11、根据权利要求8所述的装置，其中进一步包括气体循环装置，该气体循环装置可以通过所述流动作用的喷嘴装置，使气体和/或蒸汽从所述第一容器内所述流动作用区的上方循环到所述的流动作用区。

12、根据权利要求8所述的装置，其中进一步包括可以加热所述流动作用区内的流动材料的加热装置。

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