CN101396168B - 提高有机植物材料的膨胀和干燥处理效率的方法和供给器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及尤其在用于粉碎的有机植物材料(尤其是烟草材料)的喷气干燥器中提高膨胀和干燥处理的效率的方法和供给器。干燥器使用介于2.5kPa和10MPa之间的绝对工作压强下的气体膨胀和/或干燥剂。过热蒸汽优选用作工作的气体膨胀和/或干燥剂，并在把材料(1)从供给区(6)输送到与膨胀和/或干燥剂接触的区域(9)期间，利用能够吸收湿气的在介于2.5kPa和10MPa之间的绝对压强下的气体介质(11，12)优选地以连续的方式对优选地为旋转叶片供给器(4)的供给器进行冲洗，该气体介质(11，12)的温度优选介于50至200℃，并且残留的处理气体从旋转叶片供给器(4)去除。

Description

提高有机植物材料的膨胀和干燥处理效率的方法和供给器
技术领域
本发明涉及用于尤其在喷气干燥器中提高有机植物材料的膨胀和干燥处理效率的方法和供给器，其特别用于干燥粉碎的烟草材料。
背景技术
在本技术领域中已知很多用于膨胀和/或干燥粉碎的有机植物材料的方法，以及许多具有干燥器的技术系统，尤其是使用气体干燥剂(特别是温度在高达400℃范围中的过热蒸汽)的喷气干燥器。这些系统包括作为定量输入粉碎的产品(特别是流体)的阀操作的旋转阀。
为了保证处理的有机植物材料特别是任何形式的粉碎的烟草材料的供给的连续性，根据已知的方法，例如US6185843中所说明的那样，材料在重力作用下供给到膨胀和/或干燥区中。但是，这个已知的方法具有由于可能在出口区中阻塞或堵塞供给的材料尤其是烟草材料而产生的实际限制，这使供给处理的材料流不均匀。此外，这个方案难于或实际上不可能使蒸汽在干燥通道内在高于大气压的压力下流动，使得气体介质例如空气、二氧化碳(CO2)或蒸汽通过有机植物材料尤其是烟草材料的供给层损耗(泄漏)，并且水蒸汽在材料上冷凝，使供给干燥的材料变湿。
US4791942给出了涉及供给有机植物材料尤其是烟草材料到膨胀区的另一个方案，其中使用了改进的旋转阀，处理介质在一定压力下供给到该旋转阀，并在该旋转阀中烟草的压力膨胀处理使用蒸汽和二氧化碳进行。
US6158441、US6581608和US6779527给出了又一个方案，其中恰在供给到膨胀和/或干燥区之间，通过在入口阀组件中注射(添加)水和/或水蒸气来调整所处理材料。以这种方式添加的流体把它的蒸发的热函(能量)部分地释放到从外部供给的材料中，将其加热并冷凝在它的表面上。由于有机植物材料到膨胀和/或干燥装置的供给处理的较高的动力性，材料表面上的冷凝层没有被吸收到材料的细胞结构中，而是作为无用的热能隔离器留在它的表面上，直到与膨胀和/或干燥介质直接接触。
图1是示出了利用气体干燥剂(尤其是温度高达400℃的过热蒸汽)的示例性已知的喷气干燥器的附图。根据这个方案，有机植物材料尤其是粉碎的烟草材料1从生产线通过定量供给和流动调节装置4供给到膨胀和/或干燥区9，在处理后，材料通过供给和流动调节装置10从干燥区9导出。这里术语膨胀理解为增加被处理材料的以m3/g为单位测量的比容。
用于处理把有机植物材料尤其是烟草材料供给(输送)到直接处理的区域即膨胀和/或干燥区的已知方法的副作用是产生不期望的化学游离的表面湿气(水)的层，该层不能在它被供给到入口的膨胀和/或干燥区中之前被吸收到烟草材料的细胞结构中。这个层构成不同厚度的绝热体，该绝热体严重地阻碍甚至防止粉碎的有机植物材料尤其是任何形式的烟草材料的处理以均匀、在质量方面优化且能量有效的方式进行。
为了说明湿气(水)是多么有效的绝热体，我们比较两种不同的材料(即水(绝热体)和例如铜(非常好的导热体))的定义热特性的两个系数。
 
水(绝热体) 铜(导热体)
比热，cp[kJ/kg·K] 4.19 0.389
导热系数，λ[W/m·K] 0.58 386
两种材料的比热cp的比较表明加热单位质量的水升高1度(℃或1K)所必需输送的热能约高于加热相同量的铜升高1度所需热能的10倍。另一方面，导热系数λ的比较证实了水层作为不利的且非常有效的绝热体，即厚度为1mm的表面水层存储的热能和厚度约为600mm的铜层存储的热能相同(对于上述数据超过665倍)。
另外，必须考虑的是，蒸发表面湿气需要输送额外的大量的热能，以产生液体到蒸汽的相变。但是，这种相变的结果是从材料吸收大量的热能，也称为蒸发焓，这对于水约为1250kJ/kg，这又致使不期望的冷却(而不是加热)材料的效果。
考虑到上述问题，有利的是保证供给到干燥器尤其是“快速(flash)”类型的喷气干燥器的材料没有表面湿气，该表面湿气是热能的隔离体，并使得必须增加产品停留在干燥通道中的时间，从而增加干燥器的尺寸以及能量需求。
发明内容
本发明涉及一种尤其在用于粉碎的有机植物材料(尤其是粉碎的烟草材料)的喷气干燥器中提高有机植物材料的膨胀和干燥处理的效率的方法。这种干燥器使用在介于2.5kPa和10Mpa之间的工作绝对压强下的气体膨胀和/或干燥剂工作。优选地，过热蒸汽用作气体膨胀和/或干燥处理介质。
本发明的目的在于在把材料从供给区输送到与膨胀和/或干燥剂接触的区域期间，利用能够吸收湿气的在介于2.5kPa和10MPa之间的绝对压强下的气体介质优选地以连续的方式对优选地为旋转叶片供给器的供给器进行冲洗，该气体介质(优选地为空气)的温度介于50和200℃之间，然后，残留的处理气体从旋转叶片供给器去除。
优选地，根据本发明，输送的材料在与气体介质的气流直接接触的状态下被加热，并且残留的表面湿气从材料的表面去除。输送的材料利用气体介质的气流浸透，并且材料被分离纤维。
而且，本发明涉及一种尤其在用于粉碎的有机植物材料(尤其是粉碎的烟草材料)的喷气干燥器中提高有机植物材料的膨胀和/或干燥处理的效率的供给器。该供给器具有在壳体内旋转的叶片。
本发明基于以下思路，即在供给器的壳体中形成用于把气体介质输送到叶片之间的移动空间的开口以及把气体介质从叶片之间的移动空间导出的开口，这些开口对应地布置在供给器的壳体的壁中。这些开口是长椭圆形的并径向布置，其纵向轴线垂直于产品的入口和出口的轴线，其中一些开口相对于彼此径向偏移。根据本发明的供给器配备有材料流的偏转器。
根据本发明的方案保证处理的均匀性和连续性，由此获得所需级别的优化的高膨胀和干燥效果。烟草处理领域的专家估计这个级别处于10-14％的湿度范围中。
附图说明
本发明通过在附图中示出的实施方式说明，其中：
图1示意性地示出了用于膨胀和/或干燥粉碎的有机植物材料尤其是烟草材料的已知装置，该装置包括供给和流动调节装置；
图2示出了根据本发明的入口供给器的剖视图；
图3示出了图2供给器的平面图，该供给器具有输送处理介质到这个阀的通道和把处理介质从这个阀导出的通道；
图4示出了根据本发明的供给器处于供给器的驱动叶片的工作位置中的剖视图，其中示出了在供给器内的所输送气体介质的操作范围。
具体实施方式
根据本发明，在用于膨胀和/或干燥粉碎的烟草材料的装置中，使用旋转叶片供给器4形式的入口旋转阀，该旋转叶片供给器4位于供给区6与膨胀和/或干燥区(即处理区9)之间。通过旋转叶片供给器4，有机植物材料尤其是烟草材料1、1A以消除或显著降低进入到有机植物材料尤其是烟草材料1的供给区6中的湿气气体介质PG的方式供给到处理区9。
图2表示把有机植物材料尤其是烟草材料1、1A供给到处理区9的供给器4的剖视图。标准(典型)的旋转阀被修改为形成如图4中所示的两个区，即主动区和被动区。在主动区中，粉碎的有机植物材料尤其是烟草1被输送到处理区9。在被动(返回)区中，只有气体处理介质PG在阀的叶片之间输送。
旋转叶片3与供给器4的壳体接触而形成封闭的移动空间，气体处理介质流经由开口5和/或7输送到该移动空间，然后经由开口5A、7A去除，气体处理介质例如可以是绝对压强介于2.5kPa至1MPa之间且温度介于50至150℃之间的热空气。
如图3所示，供给器4配备有把气体处理介质流供给到开口5和5A的供给通道13和14，以及把气体处理介质流引导出去的通道13A和14A。
为了加强气体冲洗叶片3之间的空间的效果，如图2和图3所示，开口7和7A可以沿半径偏移，这使气流在被冲洗的空间中的路径变长。在只有气体PG而没有材料尤其是烟草材料1、1A在叶片3之间输送的被动区中，如图2和图3所示，可以使开口5和5A具有另一种不需要相对于彼此偏移的形状和配置。
在所述的实施方式中，如图2和图4所示，输送气体处理介质11和/或12到供给器4的壳体中的开口5和7以及把气体处理介质11A和12A引导出去的开口5A和7A是长椭圆形的开口，这些长椭圆形的开口垂直于为膨胀和/或干燥处理供给的材料1-IA的进-出方向径向布置。
为了获得阀的最优且有利的工作空间，即驱动叶片3和供给器4的壳体之间的空间，如图2所示，使用材料流偏转器2、2A和8。另外，这些偏转器有利地增长叶片3和供给器4的壳体之间的接触路径的长度，这有利地延长了利用气体介质11和11A处理的持续时间。同时，如图4所示，偏转器消除了输送到供给器4的气体介质进入(泄漏到)处理区9以及供给区6中的不利现象。
离开供给器4的材料1A停止占用叶片3和供给器4的壳体之间的空间，在材料与膨胀和/或干燥剂PG直接接触的处理区9中，该空间立即被位于处理区9中的膨胀和/或干燥剂PG填充。然后，膨胀和/或干燥剂在叶片3和供给器4的外壳之间输送。如图2和图3所示，在这个区域中形成开口5和7以及开口5A和7A，气体处理剂11和/或12例如外界空气通过该开口5和7供给到供给器，气体混合物11A和12A通过该开口5A和7A引导出去(吸出)。
由于在重新打开旋转供给器4的工作腔时使用上述方案，没有剩余的湿气气体剂PG进入供给区6，因而，不会在供给处理的有机植物材料尤其是烟草材料1上出现湿气冷凝。根据这个方法供给用于膨胀和/或干燥的有机植物材料尤其是烟草材料1不具有自由的化学游离表面湿气的隔离层，这种隔离层是绝热体和处理区9内发生的化学反应的抑制剂，这会显著降低获得适当的膨胀和/或干燥处理所必需从外部输送的能量。
由于所使用的方案，全部或相当大量的气体处理介质PG从供给材料1的供给器4去除并从处理区9分离，该介质是湿气尤其是水蒸汽的载体。在材料1到供给器4的供给区6中没有浸透湿气降低甚至消除了冷凝在供给处理的有机植物材料尤其是烟草材料上的水蒸汽(湿气)。未与湿气气体剂尤其是水汽接触的材料可以有利地经受热干空气(图3中的气流11和12)的影响，由此供给处理的有机植物材料尤其是烟草材料的温度(内部能量)升高，同时允许去除在之前的处理之后残留的表面湿气的剩余层，而不会产生额外的不利的表面湿气的层。
由于供给处理的粉碎的通常纤维性且卷状的有机植物材料(尤其是烟草材料)和气体介质11、12(例如空气)的气流之间的接触，供给处理的材料被分离纤维(解除聚集)，由此显著增加了材料的各个颗粒的膨胀和/或干燥处理的均匀程度。而且，由于这个方案，通过消除去除无用的表面湿气所必需的一部分能量，显著降低了所消耗的能量，即提高了处理的效率。
此外，气体介质PG经由设置在供给器4的叶片3之间的开口5A和通道13A从处理区9吸出。如图3所示，处理气体PG通过从外部输送的气体11(优选地为从周围获取的空气)经由径向设置的开口5A从供给器4去除，该气体11经由通道13和开口5输送并经由开口5A和通道13A去除，以在供给器4外部进行可选的进一步的处理，例如从气体11A的废气流重新获得热能(热函)。由此，获得这些效果允许有机植物材料尤其是烟草材料在膨胀和/或干燥区中停留更短的时间，这又允许减小干燥通道和整个喷气干燥器的尺寸。此外，可以获得有机植物材料尤其是烟草材料的膨胀和/或干燥处理的能量效率的显著增加。

Claims (10)

1.一种在用于粉碎的有机植物材料的喷气干燥器中提高有机植物材料的膨胀和/或干燥处理的效率的供给器，所述供给器具有在壳体内旋转的叶片，其特征在于，在供给器(4)的壳体中形成用于把气体介质输送到叶片(3)之间的移动空间的第一开口(5，7)以及把气体介质从叶片(3)之间的移动空间导出的第二开口(5A，7A)，所述第一开口(5，7)和第二开口(5A，7A)是长椭圆形的并分别设置在供给器(4)的壳体的壁中，所述第一开口和第二开口径向布置并且所述第一开口和第二开口的纵向轴线垂直于材料(1)的入口和出口轴线。
2.根据权利要求1所述的供给器，其特征在于，第一开口以及第二开口相对于彼此径向偏移。
3.根据权利要求1所述的供给器，其特征在于，所述供给器配备有材料流的偏转器(2，8)。
4.根据权利要求1所述的供给器，其特征在于，所述粉碎的有机植物材料是粉碎的烟草材料。
5.一种在用于粉碎的有机植物材料的喷气干燥器中提高有机植物材料的膨胀和干燥处理的效率的方法，该方法使用在从2.5kPa到10MPa的范围中的工作绝对压强下的气体膨胀和/或干燥剂，其特征在于，在把材料(1)从供给区(6)通过根据权利要求1所述的供给器沿着输送方向输送到与所述膨胀和/或干燥剂接触的区域(9)期间，利用能够吸收湿气的在从2.5kPa到10MPa的范围中的绝对压强下的气体介质(11，12)对所述供给器进行冲洗，所述气体介质(11，12)的温度在从50至200℃的范围中，并且残留的处理气体从所述供给器(4)去除。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，输送的材料(1)在与气体介质(11，12)的气流直接接触的状态下被加热，并且残留的表面湿气从材料(1)的表面去除。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，输送的材料(1)被气体介质(11，12)的气流浸透。
8.根据权利要求5或7所述的方法，其特征在于，通过气体介质(11，12)的气流进行材料(1)的分离纤维处理。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述粉碎的有机植物材料是粉碎的烟草材料。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述气体处理膨胀和/或干燥剂是过热蒸汽。
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