CN102497924A - 具有输出阀的处理装置及其操作 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于处理松散纤维固体有机给料的装置。所述装置包括反应器器皿和压缩机，所述压缩机能够操作为在升高的压力下将给料导入到所述反应器器皿内。所述装置包括用于控制并调节所述反应器之内的湿度水平的装置。所述装置包括流出或排放组件，所述流出或排放组件具有其自身的送料机或驱动器，用于将给料压紧到排放累积器内。在通过伺服马达操作的球阀进行单向旋转的情况下，所述排放累积器为流出阀送料。来自阀的排放物可以经过散流器而被运送到沉降旋流器内。在操作时，所述球阀旋转以开启及闭合流出通道，旋转速度可以实时地变化。旋转速度可以是在所述反应器皿中并且特别是在所述球阀的紧上游的所述累积器中感测到的压力或其它参数以及代替的感测值的函数，所述代替的感测值例如为排放送料机马达电流。

Description

具有输出阀的处理装置及其操作
技术领域
本发明涉及用于在升高的压力下处理松散材料的装置的领域，并且特别是涉及这样一种装置，松散材料可以在经受压力的降低的同时通过该装置。
背景技术
大量工业处理涉及将松散固体有机给料导入到加压反应腔室或器皿内。除非该处理受限于一批操作，其会要求将给料加压并压迫到反应器皿内，同时反应器皿维持在升高的压力下，并且还可以维持在升高的温度下。
例如在1978年10月10日授权的Brown的US专利4,119,025、1990年8月14日授权的Brown等的US专利4,947,743以及2000年2月17日公布为WO 00/07806的Burke等的PCT申请PCT/CA99/00679中显示了在该领域中早先的工作，所有这些文献的主题通过引用纳入本文。
在该处理结束时，松散的纤维，典型地为有机材料通过某些种类的排放组件而离开反应腔室，并由此对其收集以用于进一步的使用或处理。在一定程度上，随后将处理的给料用作后续处理(例如生物消化处理)的输入，纤维材料可望进行细微的扩张。
发明内容
在本发明的一个方面中，涉及一种用于处理纤维有机给料的装置。所述装置包括：压缩机，所述压缩机能够操作为将纤维有机给料升高到处理压力；反应器器皿，通过所述反应器器皿对处于压力下的所述纤维有机给料进行处理；以及排放或解压组件，所述排放或解压组件安装为接收所述反应器器皿的所述纤维有机给料。所述排放或解压组件包括收集器和驱动构件，所述驱动构件能够操作为将所述纤维有机给料压紧到所述收集器内。流出管理器安装到所述收集器。所述流出管理器能够在用于将给料保持在所述收集器中的闭合位置以及用于使给料从所述收集器排出的开启位置之间运动。所述流出管理器具有流出管理器驱动器。所述流出管理器驱动器具有连续可变的速度控制。所述速度控制能够操作为改变所述流出管理器处于所述开启位置的持续时间以及在所述开启位置和闭合位置所耗费时间的比值两者。
在本发明的该方面的一个特征中，所述控制能够操作为使所述流出管理器在开启状况和闭合状况之间每分钟循环超过40次。在另一个特征中，所述装置包括传感器，所述传感器能够操作为监测所述流出管理器的上游的压力，并且替代地通过监测马达电流，数字电子控制器连接为使所述流出管理器响应于压力信号并响应于在所述收集器中感测到的负载而进行操作。在另一个特征中，所述装置包括：至少一个热传递接口，在所述至少一个热传递接口处，热量可以被添加到所述反应器器皿以及所述反应器器皿的任意内容物；以及至少一个湿度调节输入或接口，通过所述至少一个湿度调节输入或接口来调节所述反应器器皿之内的湿度水平。所述流出管理器连接为响应于在所述收集器中存在给料并感测最小流出压力阈值而开启。
在另一个特征中，所述装置包括控制逻辑，所述控制逻辑用来：(a)当对于压紧出料收集器的阻力增大时，缩短流出管理器的闭合时间；(b)当对于压紧出料收集器的阻力增大时，加长流出管理器的开启时间；(c)与总的流出管理器的循环时间成比例地增大流出管理器的开启时间与流出管理器的闭合时间的比值；(d)偏置所述流出管理器以将流出开启时间缩短到最小阈值；或者(e)当上游的压力落到指定的设定点值以下时，立即使所述流出管理器运动到所述闭合位置，或者执行所有这些操作。
在本发明的另一个方面中，涉及一种用于处理松散纤维给料的处理方法。所述处理方法包括：在相对于环境升高的压力下在反应器器皿中设立所述松散纤维给料；使给料的装料通过突然的扩张部，所述突然的扩张部可以是基本为隔热的且为等熵的；并且利用可变速度流出阀来实时地控制解压循环参数。
在所述处理方法的一个特征中，所述可变速度流出阀为球阀。在一个附加特征中，所述处理方法可以包括：单向地驱动所述球阀并且在该一个方向上改变速度。在另一个特征中，所述处理方法包括：采用传感器来观测所述流出阀的上游的所述反应器器皿中的压力，并且响应于在所述流出阀的上游感测到的压力来调节所述流出阀的操作。在又一个特征中，所述处理方法包括以下操作中的至少一个操作：(a)将所述流出阀维持在开启状况下小于一秒；(b)将所述流出阀维持在开启状况下tOpen，并且将所述流出阀维持在闭合状况下tClosed，其中tOpen小于tClosed的1/4；(c)感测在所述流出阀开启时所述流出阀的上游的压降，并且如果压降超过设定的阈值PDropref，则立即驱动所述流出阀闭合；(d)感测在所述流出阀的上游安装的收集器中给料的存在，并且禁止开启所述流出阀，除非推断出存在给料；(e)对于所述流出阀设定最小开启状况时间参考值tRef，并且向着tRef偏置所述流出阀的开启时间tOpen；(f)在每分钟20至120次的范围内开启并闭合所述流出阀。
在另一个特征中，所述处理方法包括：(a)每分钟开启并闭合所述流出阀至少40次；(b)维持小于2秒的总的循环时间ttotal，其中ttotal为阀开启时间tOpen和阀闭合时间tClosed之和；(c)维持阀开启时间tOpen和阀闭合时间tClosed的比值小于1∶5，或者包括所有这些操作。在又一个特征中，所述处理方法包括：在所述流出阀的上游设置给料收集器；将压紧给料的驱动器设置到所述收集器内；监测驱动马达电流；监测所述流出阀的紧上游的压力；禁止所述流出阀开启，直到所述驱动马达电流超过电流阈值Ivalveopen，并且所述流出阀的紧上游的反应器压力至少大到压力最小排放触发值Pvalveopen；在如下时间最开始就使该阀闭合：(a)与设定的参考值tLong相比超时；(b)感测到电动马达电流下降到设定的参考值ILowref以下；(c)感测到压力的下降大于设定的参考值PDropref。在再一个特征中，所述处理方法包括执行如下操作的任一个操作或两个操作：(a)将所述流出阀的开启时间tOpen偏置到与前面进行的操作状况一致的最短时间，并且(b)将流出阀的开启时间tOpen和流出阀的闭合时间tClosed的比值偏置到与其它操作状况一致的最小值。
在又一个特征中，所述处理方法包括：将反应腔室中的给料加热到对应于处于反应器腔室的压力下的饱和水蒸汽温度的温度，或者将反应腔室之内的湿度水平维持在预设范围内，或者包括两者。在另一个特征中，所述处理方法包括：使阀开启时间tOpen和阀闭合时间tClosed的比值维持在3∶1和10∶1的范围内，或者更窄地，使阀开启时间tOpen和阀闭合时间tClosed的比值维持在5∶1和8∶1的范围内。当耗电量小于Ifl的70％时，所述流出控制阀可以被禁止开启，并且当Ifl大于Ifl的50％时，所述流出控制阀可以被禁止闭合。所述处理方法可以具有小于1/2秒的控制阀目标开启时间tOpen。所述反应器器皿可以被维持在超过190psig的压力下，并且所述反应器器皿中的温度被维持在对应蒸汽表的饱和温度下。更窄地，反应器器皿目标压力为245psig+/-5psig。控制阀的闭合可以在压力下降2psig时开始，并且在压力下降5psig时立即进行。
在实施方式和附图中描述了本发明的这些和其它方面。
附图说明
本发明可以借助于所附附图来进行描述，在这些附图中：
图1a为根据本发明的一个方面的具有送料压缩机组件的高压处理装置的立体显示的基本设置；
图1b为图1a的处理装置的轮廓图或侧视图；
图1c为图1a的处理装置的俯视图；
图1d为图1a的处理装置的端部视图；
图1e为如图1c中的截面“1e-1e”所示的沿着图1a的处理装置的中心竖直平面的纵向横截面；并且
图2为图1a的装置在图1c的截面“2-2”上呈现的水平侧向截面图。
具体实施方式
下文的描述以及本文所描述的实施方案以显示本发明的原理的具体实施方案的实例或例子的方式给出。这些实例提供用作解释本发明各原理的目的，而并非限制性的。在描述中，贯穿说明书全文和附图，同样的部件以同样的各自的附图标记进行表示。
在本说明书中使用的术语应当被认为与北美地区的本领域技术人员所理解的那些术语的习惯含义及通常含义相一致。根据联邦巡回上诉法院在Phillips对AWH公司中的决定，并且在不排除基于在其它参考的基础上的其它来源(其与术语的习惯含义及通常含义基本一致，或者与本说明基本一致，或者与两者一致)的解释的同时，申请人明确地排除与本说明不一致的所有解释，特别是明确地排除例如可以在USPTO中或者在任何其它专利局做出的权利要求书或本说明书所用语言的任何解释，除非受到本说明的支持或者根据保护范围(In rn Lee)记录的客观证明的支持，例如可以示范本领域技术人员如何使用和理解这些术语，或者以本领域有经验的技术人员的专家证明的方式如何使用和理解这些术语。
就通常定向和方向的术语而言，可以采用两种类型的参照系。首先，由于本说明书涉及螺杆、螺杆输送机或者螺杆压缩机，因此其可以有助于限定轴向或x方向，该方向为给料或工件材料沿着转动时螺杆的前进方向，还存在径向方向和周向方向。其次，在其它场合下，可以适当地考虑笛卡尔参考系。在该文件中，除非另外指出，x方向为工件或给料通过机器前进的方向，并且可以典型地呈现为各种给料流动导管的纵向中心线。y方向呈现为垂直于x轴线的水平轴线。z方向通常为竖直轴线。通常来说，除非另外注明，所呈现的附图可以基本是成比例且按比例的。
装置20-概述
在图1a、1b、1c、1d和1e中以大体设置显示了处理装置20。其可以是用于处置或处理纤维有机固体给料的装置。在给料材料的流动方向上，存在可以为输入送料机的第一组件22，在该输入送料机处导入给料材料。出于这一讨论的目的，给料可以呈现为有机给料，例如玉米杆、或者甘蔗杆、或竹子、或者木屑或树皮或锯屑等等。给料可以是纤维的，可以是各有异性的，并且可以在或多或少的程度上为亲水性的，例如源于处理新木材的木屑或木薄片。给料可以具有在10％和大约65％至70％重量之间的初始含水量，并且典型地对范围在35％至55％重量的初始含水量进行处理。
输入送料机或输料机或者输入输送机22附接到多级给料压缩装置24并且将给料材料输送到多级给料压缩装置24，该多级给料压缩装置24可以是共轴送料机，其包括基本标表示26的第一级压缩和基本表示为28的第二级压缩，第一级压缩可以是诸如第一级压缩区域或压缩螺杆组件的压缩区域，第二级压缩可以是第二级压缩区域或活塞组件区域。来自活塞区域(即，第二级压缩28)的输出通过排放部段供给到基本表示为30的反应器皿进料组件。组件30包括基本竖直定向的消化器下降槽或者进料头部腔室32、进料导管或管道或插入部或者消化器插入部34；以及节流圆锥组件36。进料头部腔室32处于更大的反应器或反应腔室或器皿或者消化器组件40的本体部分中，该反应器或反应腔室或器皿40可以被称为消化器，并且不但包括头部腔室或消化器下降槽32而且包括基本水平的纵向定向的器皿42，该器皿42可以被称为主反应器器皿或消化器。主反应器器皿42可以具有出料或输出组件44，该组件44还可以被称为排放管道。整个装置可以安装在基本表示为46的基座或框架上。反应器器皿有时可以被称为消化器，并且在其它场合可以被称为水解器。进料组件30在表示为48的凸缘联接部处连接到主反应器器皿或者消化器42。尽管只显示了单一的主反应器器皿，但是还可以存在其它中间处理步骤及其相关反应器器皿，并且可以设置在进料组件30和反应器器皿42之间，同样可以按照诸如联接部48的适合的凸缘联接部进行连接。
在一个这样的处理中，处于松散的木质纤维或部分木质纤维属性的有机给料(即，以木材为基础或类似木材的给料)被加压到大概245psig(每平方英寸磅表值)，并且在反应腔室中被加热到部分液态水和部分蒸汽形式的水的饱和温度。湿气可以被增加或被抽取，正如多种化学溶液可以做到的。在给料沿着反应腔室前进时，给料被保持在该压力和温度下一定时间。在排放装置处存在或多或少为瞬时的，基本隔热的且基本等熵的膨胀。几乎瞬时的压力降低可能会趋向于使得被捕集在吸湿木片或薄片中的水趋向于需要经受从液体到蒸汽的几乎瞬时的状态改变，其中在给料之内所产生的可能并不完全的膨胀并不像制作爆米花时那样的蒸汽膨胀。结果是，给料的纤维趋向于被迫隔开，并且在某种意义上被打松，从而形成精细的松散的产品。由此获得的产品可以具有相对高的表面面积与体积的比值，并且可以在某种意义上被“嫩化”，从而使纤维可以更容易在微生物(例如，细菌、真菌、病毒等)的消化处理中被分解，通过这些消化处理，那些纤维会更容易地被转化为其它化工品，例如乙醇。
输入送料机22
输入送料机或进料输送机22可以包括收集器器皿，该收集器器皿可以被称为贮存器、料槽或进料螺杆料斗50。其包括送料进给装置或者送料机或者进料输送机52，其可以是输送机，或者是皮带输送机或者是螺杆输送机或者搅龙54，如图所示。驱动器(也称为进料输送机驱动器)56设置为使搅龙54运行，驱动器56安装在下送料壳体或下降槽58的远侧上，其中驱动器轴通过该壳体在水平纵向方向上延伸到搅龙54。下降槽58在顶上被安装，并且与压缩机装置或共轴送料机24的输入壳体或送料机料斗60流动地连通。
第一级压缩机26
压缩装置或共轴送料机24安装到基板62，该基板62安装到框架46。第一级压缩机或压缩螺杆区域26包括运动的压缩构件64、固定受压给料保持构件66、输入壳体或送料机料斗60、轴承壳体或轴承壳体组件68(以及，固有地包含于其中的轴承)、表示为压缩螺杆减速器70和驱动联接件72的驱动器、以及初始进料给料输送机构件阵列，例如可以表示为三个螺杆组件74。
运动的压缩构件64可以为压缩螺杆76。压缩螺杆76可以包括这样的涡旋部，该涡旋部在涡旋部的单个的斜轨或匝之间具有可变螺距间隔，该可变螺距间隔或者作为阶梯函数或者如实施方案所示，随着螺杆的尖端在纵向或x方向上向前接近末端，压缩螺杆76可以具有连续减小的螺距间隔。压缩螺杆76具有纵向中心线，并且在操作时，螺杆76的旋转既使得给料材料沿着螺杆向前前进，此外还使得给料在纵向方向上受到压缩。螺杆76的基座或近端安装在轴承或者压缩螺杆轴承壳体组件68中，压缩螺杆轴承壳体组件68具有的凸缘安装到输入壳体(例如可以被称为送料机料斗60)的面向后的凸缘。螺杆76的带有键的输入轴被驱动器或减速器70的相似的带有键的输出轴驱动，从而通过联接件72使扭矩通过各轴之间。
压缩螺杆驱动器70包括安装在其自身马达基座78上的压缩螺杆驱动马达80，该马达基座78安装到基板62。马达80可以为齿轮马达，并且可以包括减速齿轮箱。马达80可以为可变速度马达，并且可以包括速度感测、监测和控制装置，该装置能够持续地操作以改变操作过程中的输出速度。
给料进入下降槽58在重力作用下被驱动到输入壳体60内，并且基本向着压缩螺杆76被驱动。为帮助该运动，给料输送机构件74可以用于将给料引导到压缩螺杆76。构件74可以具有两个螺杆或三个螺杆(其倾斜边沿两两基本相对)或搅龙82的形式，该搅龙82安装为基本横向于螺杆76。螺杆82由安装到输入壳体60的马达84驱动。可以例如为四个、六个或八个的螺杆82可以为V形布置。
第二级压缩机28
第二级压缩或第二级压缩机28包括基本表示为100的框架或定子或壳体或叉架；运动的压缩构件或活塞102；与运动的压缩构件或活塞102配合的给料保持器104；以及运动驱动及传动组件110，其还可以被称为柱塞驱动组件。
运动的压缩构件102可以为往复运动活塞112。给料保持器可以限定脱水部段130。脱水部段130随着给料被压缩执行保持给料的功能，并且执行允许液体被排出的滤网或滤器的功能。术语“脱水”意指在压缩的过程中将液体或空气压榨到给料外。尽管该液体可以是水或者主要是水，但是其可以是汁液或油，或者其可以包括除去气体，例如空气。术语“脱水”并不意在暗示该装置仅限制于与水或基于水的液体一起使用。
在脱水部段130的下游存在尾喷管或排放部段，其还可以表示为压缩管184，受压缩的给料通过压缩机级的作用而被驱动经过该压缩管184。排放部段压缩管184可以包括冷却歧管或者压缩管冷却护套186。排放部段184结束于下游凸缘192处。凸缘192与反应器器皿进料尾喷管的对应凸缘194或者消化插入部196配套，其典型地在内径上可以略微大于排放的下游，但是其还可以具有略微向外张开或渐缩的部段管184。
节流圆锥组件36
节流圆锥组件36安装到竖直管道或水解器下降槽200，并与压缩部段(即，消化器插入部196)的水平排放管道轴向对准，即，与其同心。其包括水平短管或者节流圆锥喷嘴202，纵向往复运动轴或节流圆锥轴204安装在该节流圆锥喷嘴202中。轴204的内端承载尖头的基本为圆锥的盖子或者节流圆锥206，该节流圆锥206安装为与消化器插入部196同心地轴向对准。节流圆锥206具有加宽的裙部208，该裙部208在完全延伸时例如可以位于插入部196的端部中。组件36还包括往复运动驱动器210和感测组件212，该往复运动驱动器210安装为在单元的中心线上与轴204轴向对准，该感测组件212可以是测压元件，通过其来感测轴204的位置，并且由此来感测节流圆锥206的位置，并感测对着节流圆锥206作用的力。轴204安装在一对轴向隔开的轴承205上，并且穿过一组表示为节流圆锥填充环216的密封件或密封管。
主反应器器皿或消化器组件40
主反应器腔室或消化器组件40可以包括压力器皿220，该压力器皿220可以具有基本圆柱形管的形式，其中保持并配合适合的压力。圆柱形管可以从输入到输出以平缓向下的角度倾斜。压力器皿220可以具有给料输送机，或者其一种类型可以是由主马达和减速齿轮箱224驱动的中心保持螺杆222。保持螺杆222可以包括中空中心轴，该中空中心轴连接到热源(例如蒸汽热)，并且其在一定程度上对涡旋部或浆状物或保持螺杆斜轨223进行加热，这些斜轨还在径向上延伸换热片，这些换热片建立起热传递接口。这种布置的一个优点是其允许将热量导入到反应器器皿内，并且由此导入到给料内，而不会改变给料中的水分含量。螺杆输送机222可以基本紧密地配合在反应器器皿的内壁之内，从而随着螺杆转动，给料会趋向于沿着中心轴线被驱动或前进。压力器皿220可以为双壁压力器皿，并且内外壁之间的空间可以连接到热源(例如蒸汽热)，正如可以被适用于采用装置20的具体工业处理，其也对器皿容积进行加热，或者可以被隔绝并可以包容加热元件。压力器皿220可以具有多个龙头或喷嘴或喷雾嘴214、218，在此处，流体或者固体或液体形式的化学品可以根据处理性质而被导入或抽取。再次地，压力器皿220还可以根据预期处理而包括加热装置。正如注意到的，给料通过竖直消化器下降区域而被引导到压力器皿的主体内。给料可以在输出组件44处离开压力器皿220。反应器器皿或消化器中的压力在最宽的范围内可以处于75-500psig的范围中。可以采用170至265psig的窄范围，并且如果处理仅是蒸汽处理，则还可以期望190至235psig的窄范围。如果使用酸帮助分解木纤维，则压力会趋向于向着这些范围的下限。反应器器皿中的温度可以典型地在170-220C的范围内，并且更窄地可以在200-210C的范围内。给料在反应器器皿中的留存世间可以为大约4至14分钟，并在典型地为5至9分钟，但是适合地可以更长或更短。
输出或排放螺杆以及排放管组件44
排放解压或输出组件(其也可以被称为排放螺杆和排放管组件)44可以横向地安装到反应器器皿(例如，压力器皿220)的主纵向轴线。可以存在两个短管，它们为分别安装到压力器皿220的驱动短管和输出短管或管道凸缘226、228，并形成压力器皿220的臂部或延伸部。螺杆或搅龙或排放螺杆230可以安装在保持螺杆支撑布置和消化器排放管226、228之间，例如，安装在略微低于压力器皿220的中心线的高度处。搅龙230可以由马达或者排放螺杆驱动器232驱动。螺杆230穿过主螺杆(即，压力器皿保持螺杆222)下面并且不接触主螺杆。保持螺杆222的涡旋部恰好结束于横向安装的排放螺杆230之前，即，在排放螺杆230的前进方向上纵向地退缩或短缺，如图1e所示。横向排放螺杆230为标示为排放管234的输出导管或管道供给，该排放管234又将给料运送到流出管理器，例如，可以称为放空阀的出口阀240。输出导管或管道或排放管234实际上限定了先入先出的输出收集器或累积器或排放前腔室。其在概念上有些类似于电容器，其中用于输出的材料的装料或塞子能够被累积在收集器中等待排放。该塞子部分地具有的功能有些类似于炮筒中的填塞料，其中在预期操作时，总是存在阻碍流出物的多孔给料的垫子或塞子或填塞料。垫子或塞子的尺寸随着流出阀开启和关闭而增大或减小，从而从垫子或塞子的下游端抽取材料，其中垫子通过螺杆230的作用而在其上游得到不断的补充。横向螺杆230随后起到驱动器或压紧器的作用。其形成并压紧收集器中的给料的衬料或装料或垫子。如果该垫子足够大，则装料量将小于阀的一次循环中排放的量。短管228的在纵向上延伸超过搅龙230的尖端的端部可以在下游方向上具有张开部或向外的渐缩部，其与来自压缩机排放部段的进料管道的张开部相当，以便防止给料堵塞在管道中。渐缩部可以为大约30分的弧度。
出口阀240可以为球控阀242，其一种类型是Neles Series E陶瓷球阀，例如可以用在磨蚀性应用中，其中可期望得到抗腐蚀性，并且其在各图中并不必然显示为成比例的。该阀的流动路径可以与包括氧化镁的材料一致，该氧化镁通过氧化锆而被部分地稳定。阀242为电动阀，并且可以包括表示为放空阀伺服马达244的驱动器或驱动马达，其可以是具有连续速度变化的步进马达。阀242可以包括具有连续360度旋转的内部球体。可以意识到，球体每转动180度，在压力从压力器皿220内部的Phigh下降到压力器皿220外部的Pambient的角度看来，将发生递增的排放或“放空”。阀242可以为单向阀，或者可以仅用于单向地转动，其总是顺时针或总是逆时针转动，而不能在两者之间倒转。阀242为电控阀，其中马达244及其速度变化的操作可以响应于预编程的值以及更为普遍地在装置20中感测的参数而进行。这些参考可以包括阀242紧上游的压力、该值的下降值、该值的上升值、由其形成的其变化速度的微分，可以包括温度、湿度或处理时的其它值，并且可以包括涉及马达负载和性能的参数，从这些参数可以推断出累积器中给料的存在，或者推断出故障，容易监测的值是电动马达耗电量。如上所述，数字电子监测和控制装备的时钟速度可以为大约1GHz，而放空的频率可以为大约30-60Hz。
例如在饱和的蒸汽混合物下，典型的内部压力可以在245psig的范围内。球阀242的运动速度可以为使得开启的时间有些像照相机快门或光圈或者喷嘴的开启，并且在这一短时间间隔内，在多多少少会发生喷发的反应器中存在给料。在一定程度上，反应器中存在湿度水平并被给料吸收，这就会趋向于发生蒸汽喷发。经过搅龙端部的出口导管的长度可以在其直径的4∶1至10∶1倍的范围内。装置20的所有马达都可以是具有连续可变的数控速度的伺服马达。球阀242紧上游的压力可以被监测，排放螺杆驱动器(即，马达232)上的马达电流也可以被检测。当在马达232中存在“空载”电流时，控制器会发出马达232的速度增大的信号，以尝试在流出收集器中更快地重新建立给料的适当塞子。相反，在负载电流过高的场合，正如可以表示阻滞，控制器可以发送马达速度减小的信号，直到通过在阀242开启时排放材料而使电流回复到可接受的水平，或者如果在设定时间tLong(例如，1秒或2秒)之内并未解决该问题，并且控制器超时，则控制器可以随后将马达电流暂停的信号发送到马达244以运动到更为开放的排放时间。
正如可以意识到的，快速解压的给料可以通过由球阀242限定的开放孔隙或喷嘴以相当高的速度而被放空，特别是如果在给料中的湿气的状态从液体改变到气体(例如，水蒸气)时同时存在隔热等熵的膨胀则更是如此。离开球阀242的经处理的给料可以通过出口导管而被排放，该出口导管可以是加宽通道的形式，其可以是示意地标示为246的散流器。输出流随后可以在散流器中扩张并减速。输出导管可以连接到示意地标示为248的沉降腔室或旋流器，在此处，经处理的给料可以与被释放的蒸汽分离，并且可以进一步减速并从运载气体(例如，蒸汽)流沉淀出来，并且可以被收集，因此其可以被除去以进行存储或用于进一步的处理，例如用作生产乙醇或其它产品时的给料。马达244、散流器246和旋流器248在各图中可以不按比例显示。
当压力差最大时，压力减小的最快，给料在出口处的喷发会趋向于最为有效。阀242随后像相对快地运动的快门那样进行作用。有利地，该快门可以仅被开启极短的时间，从而在球阀处驱动压力的降低可以被忽略掉。为此目的，球阀伺服马达的可变控制可以使快门的曝光时间(即，阀开启的时间)和快门开口之间的间隔作为时间的函数而连续地受到控制。可以希望开启时间topen如实际能做到的那样短，在处理给料时，许多个短的爆发被认为比更少量的更长的爆发或放空更为有效。
典型地，阀闭合时间tClosed与阀开启时间tOpen的比值可以为大约3∶1至10∶1。阀进行180度旋转的总时间tTotal可以小到1/2秒(包括开启和闭合时间两者)，或者为120Hz，其对应于在每转两个开口下粗略为60r.p.m.的平均旋转速度。进行180度旋转的更为典型的总时间可能为1s至2s，或者60-30Hz。在正常操作时，阀有望在开启和阻滞或闭合位置之间每分钟运动或循环40次或更多次。阀可以被开启1s，被闭合5s或闭合8s。可替代地，阀可以被闭合1s，并且开启1/5或1/8秒。
在操作时，搅龙马达可以具有略微超过10安培的满载耗电量Ifl以及3安培的空载耗电量。当耗电量超过满载的80％时，即可推断出在出口管道中存在给料的塞子，并且该控制可以发送使阀开启的信号。该阀可以具有的目标开启时间tRef大约为1/4s，可以略微小一点，例如1/5s至或者1/8s。如果在阀的紧上游的压力在该时间(例如，1/4s)终了之前下降2psig，则该控制可以发送使阀闭合的信号。马达电流可以下降到接近“空载”的值，其大约为满载电流的40％或更小。如果在异常情况下压降应当超过参考值PDropRef，其至多为4或5psig.，则控制器的编程逻辑会推断出没有塞子留在出口管道累积器中，这是不合需要的。然后，阀242必须立即闭合。当阀242被闭合时，排放螺杆230利用给料补充塞子，直到达到马达耗电量阈值。可替代地，如果阀被开启目标时间tRef(大约1/4s)，并且马达电流并未落到某一阈值(例如，满载的50％)以下，则循环的闭合部分需要更短。如果由于该值的实际物理限制或者由作为速度管理器的控制器施加的值上的限值而使闭合部分变得尽可能短(尽管并不必然如此，但将其假设为tRef)，则开启时间的长度必须加长。如果在低压信号的同时存在高耗电量，则将产生故障信号，并且会将警告或报警信号发送给操作者，并使处理离线。
这样，总的说来，前文描述了用于处理纤维有机给料的装置和方法。该装置包括压缩机、反应器器皿和排放组件，该压缩机可操作为将纤维有机给料升高到处理压力，通过该反应器器皿对处于压力下的纤维有机给料进行处理，该排放组件安装为接收反应器器皿的纤维有机给料。排放组件包括收集器和驱动构件，其可操作为将纤维有机给料压紧到收集器内。流出管理器安装到收集器。流出管理器可在用于将给料保持在收集器中的闭合位置以及用于使给料从收集器排出的开启位置之间运动。流出管理器具有流出管理器驱动器。流出管理器驱动器具有连续可变的速度控制。该速度控制可操作为改变处于开启位置的流出管理器的持续时间以及处于开启和闭合位置所耗费时间的比值两者。
可变的速度控制可操作为在开启和闭合状况之间使流出管理器每分钟循环超过40次。该装置包括传感器，这些传感器可操作为监测流出管理器上游的压力，并且替代地通过监测马达电流，数字电子控制器连接为使流出管理器响应于压力信号并响应于在收集器中感测到的负载而进行操作。该装置包括至少一个热传递接口以及至少一个湿度调节输入或接口，在所述至少一个热传递接口处，热量可以被增加到所述反应器器皿及其任何内容物，并且要么通过脱水部段130或龙头218的抽取，要么通过龙头214(或者可以是218)处的导入，由所述至少一个湿度调节输入或接口来调整所述反应器器皿之内的湿度水平。流出管理器连接为响应于在收集器中存在给料并感测最小流出压力阈值而开启。
该装置可以包括控制逻辑，所述控制逻辑用来：(a)当对于压紧出料收集器的阻力增大时，缩短流出管理器闭合时间；(b)当对于压紧出料收集器的阻力增大时，延长流出管理器开启时间；(c)与总的流出管理器的循环时间成比例地增大流出管理器的开启时间与流出管理器的闭合时间的比值；(d)偏置所述流出管理器以将流出开启时间缩短到最小阈值；或者(e)当流出管理器上游的压力落到指定的设定点值以下时，立即使所述流出管理器运动到闭合位置，或者所述控制逻辑用来执行所有这些操作。
用于处理松散纤维给料的处理方法包括：在相对于环境升高的压力下在反应器器皿中设立松散纤维给料；使给料的装料通过突然的扩张部，所述突然的扩张部可以是基本为隔热的且为等熵的；并且利用可变速度流出阀来实时地控制解压循环参数。
该处理方法可以包括：使用球阀242作为可变速度流出阀，并且其可以包括：单向地驱动球阀242并且在该一个方向上改变速度。该处理方法包括：采用传感器来观测流出阀上游的反应器器皿中的压力，并且响应于在流出阀上游感测到的压力来调整流出阀的操作。其可以包括以下操作中的至少一个操作：(a)将流出阀维持在开启状况下小于一秒；(b)将流出阀维持在开启状况下tOpen，并且将流出阀维持在闭合状况下tClosed，其中tOpen小于tClosed的1/4；(c)感测在流出阀开启时流出阀上游的压降，并且如果压降超过设定的阈值PDropref，则立即驱动流出阀闭合；(d)感测在流出阀上游安装的收集器中给料的存在，并且禁止开启流出阀，除非推断出存在给料；(e)对于流出阀设定最小开启状况时间参考值tRef，并且向着tRef偏置流出阀的开启时间tOpen；(f)在每分钟20至120次的范围内开启并闭合流出阀。
该处理方法可以包括：(a)每分钟开启并闭合流出阀至少40次；(b)维持小于2秒的总的循环时间ttotal，其中ttotal为阀开启时间tOpen和阀闭合时间tClosed之和；(c)维持阀开启时间tOpen和阀闭合时间tClosed的比值小于1∶5，或者包括所有这些操作。其可以包括：在流出阀上游设置给料收集器；将压紧给料的驱动器设置到收集器内；监测驱动马达的电流；监测流出阀紧上游的压力；禁止流出阀开启，直到驱动马达的电流超过电流阈值Ivalveopen，并且流出阀紧上游的反应器压力至少大到压力最小排放触发值Pvalveopen；在如下时间最开始就使该阀闭合：(a)与设定的参考值tLong相比超时；(b)感测到电动马达的电流下降到设定的参考值ILowref以下；(c)感测到压力的下降大于设定的参考值PDropref。该处理方法可以包括：将流出阀的开启时间tOpen偏置到与前面进行的操作状况一致的最短时间，并且将流出阀的开启时间tOpen和流出阀的闭合时间tClosed的比值偏置到与其它操作状况一致的最小值。
该处理方法可以包括：将反应腔室中的给料加热到对应于处于反应器腔室的压力下的饱和水蒸汽温度的温度，或者将反应腔室之内的湿度水平维持在预设范围内，或者包括两者。其可以包括：使阀开启时间tOpen和阀闭合时间tClosed的比值落在3∶1和10∶1的范围内，或者更窄地，使阀开启时间tOpen和阀闭合时间tClosed的比值落在5∶1和8∶1的范围内。当耗电量小于Ifl的70％时，流出控制阀242会被禁止开启，并且当Ifl大于Ifl的50％时，流出控制阀242会被禁止闭合。该处理方法可以具有小于1/2秒的控制阀目标开启时间tOpen。反应器器皿可以被维持在超过190psig的压力下，并且反应器器皿中的温度被维持在对应蒸汽表的饱和温度下。更窄地，反应器器皿目标压力为245psig+/-5psig。控制阀的闭合可以在压力下降2psig时开始，并且在压力下降5psig时立即进行。
已经对各个实施方案进行了详细描述。由于在不脱离本发明的特征、精神或范围的条件下可以对上述实例进行改变或添加，所以本发明并不限制于这些细节。

Claims (33)

1.一种用于处理纤维有机给料的装置，所述装置包括：
压缩机，所述压缩机能够操作为将所述纤维有机给料升高到处理压力；
反应器器皿，通过所述反应器器皿对处于压力下的所述纤维有机给料进行处理；
排放组件，所述排放组件安装为接收所述反应器器皿的纤维有机给料；
所述排放组件包括收集器和驱动构件，所述驱动构件能够操作为将所述纤维有机给料压紧到所述收集器内；
流出管理器安装到所述收集器，所述流出管理器能够在用于将给料保持在所述收集器中的闭合位置以及用于使给料从所述收集器排出的开启位置之间运动；
所述流出管理器具有流出管理器驱动器；
所述流出管理器驱动器具有连续可变的速度控制；并且
所述速度控制能够操作为改变所述流出管理器处于所述开启位置的持续时间以及在所述开启位置和闭合位置所耗费时间的比值两者。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述可变的速度控制能够操作为使所述流出管理器在开启状况和闭合状况之间每分钟循环超过40次。
3.根据权利要求1和2中的任意一项所述的装置，其中所述装置包括至少一种如下传感器：
(a)传感器，所述传感器能够操作为监测所述流出管理器的上游的压力，并且所述控制器连接为响应于压力信号而使所述流出管理器进行操作；以及
(b)传感器，所述传感器用来监测所述收集器中的给料负载，并且所述控制器连接为响应于在所述收集器中感测到的负载而使所述管理器进行操作。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的装置，其中所述装置包括至少一个热传递接口，在所述至少一个热传递接口处，热量可以被添加到所述反应器器皿以及所述反应器器皿的任意内容物。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的装置，其中所述装置包括至少一个湿度调节输入，通过所述至少一个湿度调节输入来调节所述反应器器皿之内的湿度水平。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的装置，其中所述流出管理器为球阀。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述流出管理器驱动器为马达，所述马达安装为在一个方向上连续地使所述球阀转动。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的装置，其中所述装置包括至少一个如下部件：
(a)散流器，所述散流器连接为从所述流出管理器接收流出物；以及
(b)旋流器，所述旋流器连接在所述流出管理器的下游。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的装置，其中所述流出管理器连接为响应于在所述收集器中存在给料并感测最小流出压力阈值而开启。
10.根据权利要求1至8中的任意一项所述的装置，其中所述控制器具有控制逻辑，所述控制逻辑用来执行如下操作中的任意一个操作：
(a)当对于压紧出料收集器的阻力增大时，缩短流出管理器的闭合时间；
(b)当对于压紧出料收集器的阻力增大时，加长流出管理器的开启时间；
(c)与总的流出管理器的循环时间成比例地增大流出管理器的开启时间与流出管理器的闭合时间的比值；
(d)偏置所述流出管理器以将流出开启时间缩短到最小阈值；并且
(e)当所述流出管理器的上游的压力落到指定的设定点值以下时，立即使所述流出管理器运动到所述闭合位置。
11.一种用于处理松散纤维给料的处理方法，所述处理方法包括：
在相对于环境升高的压力下在反应器器皿中设立所述松散纤维给料；
使所述给料的装料通过突然的扩张部；并且
利用可变速度流出阀来实时地控制解压循环参数。
12.根据权利要求11所述的处理方法，其中所述处理方法包括：利用球阀作为所述可变速度流出阀。
13.根据权利要求12所述的处理方法，其中所述处理方法包括：单向地驱动所述球阀并且在该一个方向上改变速度。
14.根据权利要求11至13中的任意一项所述的处理方法，其中所述处理方法包括：采用传感器来观测所述流出阀的上游的所述反应器器皿中的压力，并且响应于在所述流出阀的上游感测到的压力来调节所述流出阀的操作。
15.根据权利要求11至14中的任意一项所述的处理方法，其中所述处理方法包括如下操作中的至少一个操作：
(a)将所述流出阀维持在开启状况下小于一秒；
(b)将所述流出阀维持在开启状况下tOpen，并且将所述流出阀维持在闭合状况下tClosed，其中tOpen小于tClosed的1/4；
(c)感测在所述流出阀开启时所述流出阀的上游的压降，并且如果压降超过设定的阈值PDropref，则立即驱动所述流出阀闭合；
(d)感测在所述流出阀的上游安装的收集器中给料的存在，并且禁止开启所述流出阀，除非推断出存在给料；
(e)对于所述流出阀设定最小开启状况时间参考值tRef，并且向着tRef偏置所述流出阀的开启时间tOpen；
(f)在每分钟20至120次的范围内开启并闭合所述流出阀。
16.根据权利要求11至15中的任意一项所述的处理方法，其中所述处理方法包括如下操作中的至少一个操作：
(a)每分钟开启并闭合所述流出阀至少40次；
(b)维持小于2秒的总的循环时间ttotal，其中ttotal为阀开启时间tOpen和阀闭合时间tClosed之和；
(c)维持阀开启时间tOpen和阀闭合时间tClosed的比值小于1∶5。
17.根据权利要求15所述的处理方法，其中所述处理方法包括权利要求15的(a)至(f)中的全部操作。
18.根据权利要求16所述的处理方法，其中所述处理方法包括权利要求16的(a)、(b)和(c)中的全部操作。
19.根据权利要求11至18中的任意一项所述的处理方法，其中所述处理方法包括：
在所述流出阀的上游设置给料收集器；
将压紧给料的驱动器设置到所述收集器内；
监测驱动马达电流；
监测所述流出阀的紧上游的压力；
禁止所述流出阀开启，直到所述驱动马达电流超过电流阈值Ivalveopen，并且所述流出阀的紧上游的反应器压力至少大到压力最小排放触发值Pvalveopen；
在如下时间最开始就使所述阀闭合：
(a)与设定的参考值tLong相比超时；
(b)感测到电动马达电流下降到设定的参考值ILowref以下；
(c)感测到压力的下降大于设定的参考值PDropref。
20.根据权利要求19所述的处理方法，其中所述处理方法包括：将所述流出阀的开启时间tOpen偏置到与权利要求19的状况一致的最短时间。
21.根据权利要求20所述的处理方法，其中所述处理方法包括：将流出阀的开启时间tOpen和流出阀的闭合时间tClosed的比值偏置到与权利要求20的状况一致的最小值。
22.根据权利要求11至21中的任意一项所述的处理方法，其中所述处理方法包括：将反应腔室中的给料加热到对应于处于反应器腔室的压力下的饱和水蒸汽温度的温度。
23.根据权利要求11至22中的任意一项所述的处理方法，其中所述处理方法包括：将所述反应腔室之内的湿度水平维持在预设范围内。
24.根据权利要求11至23中的任意一项所述的处理方法，其中所述松散纤维给料为松散纤维固体有机给料，并且阀开启时间tOpen和阀闭合时间tClosed的比值落在3∶1和10∶1的范围内。
25.根据权利要求11至24中的任意一项所述的处理方法，其中所述松散纤维给料为松散纤维固体有机给料，并且阀开启时间tOpen和阀闭合时间tClosed的比值落在5∶1和8∶1的范围内。
26.根据权利要求11至25中的任意一项所述的处理方法，其中所述控制阀为球阀，所述球阀具有的平均旋转速度使阀开启频率处于30至60Hz的范围内。
27.根据权利要求11至25中的任意一项所述的处理方法，其中设置有出料装填容器和机动驱动器，所述机动驱动器能够操作为将给料压紧到所述出料装填容器内，所述控制阀具有控制阀马达，所述机动驱动器具有满载电流Ifl，当耗电量小于Ifl的70％时，所述流出阀被禁止开启，并且当Ifl大于Ifl的50％时，所述流出阀被禁止闭合。
28.根据权利要求11至27中的任意一项所述的处理方法，其中所述处理方法具有小于1/2秒的控制阀目标开启时间tOpen。
29.根据权利要求11至28中的任意一项所述的处理方法，其中所述反应器器皿被维持在超过190psig的压力下，并且所述反应器器皿中的温度被维持在对应蒸汽表的饱和温度下。
30.根据权利要求29所述的处理方法，其中反应器器皿目标压力为245psig+/-5psig。
31.根据权利要求11至30中的任意一项所述的处理方法，其中控制阀的闭合在压力下降2psig时开始，并且在压力下降5psig时立即进行。
32.根据权利要求11至31中的任意一项所述的处理方法，包括：在给料进入到所述反应器器皿内的状态下，将给料中的湿度水平维持为35％至55％重量。
33.根据权利要求11至32中的任意一项所述的处理方法，其中所述处理方法包括：使来自所述控制阀的给料穿过如下部件中的至少一个部件：(a)散流器；以及(b)旋流器。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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