CN102524938B - 物料膨胀设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可低成本实现良好膨胀加工效果且结构简单、操作维修简便的物料膨胀设备及方法，其包括膨胀装置及落料仓，所述膨胀装置为一包括压力腔外壳，其内设置由动力装置驱动的滑动活塞的缸形容器，压力腔外壳上设置进料口，压力腔外壳的一端封闭，另一端设置与落料仓连通的爆出口；当滑动活塞的容料口与进料口相对应时，物料进入缸形容器内；当滑动活塞的容料口与爆出口相对应时，物料从缸形容器内膨化爆出。本发明设备结构简单，在获得良好的膨化处理效果的同时，能够大幅度节约蒸汽能源，降低相应的生产处理成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于颗粒状物料膨胀加工设备及方法。
背景技术
目前，烟草制造企业为了充分提高烟梗物料的利用率，多采用高压蒸汽对物料进行膨胀加工。例如中国专利申请200510118934.6所公开的一种制备粒状膨胀烟梗的ESS(Expanded Shredded Stem)工艺方法及其所采用的设备，先将预处理后烟梗置于200—350度过热蒸汽中一段时间，过热蒸汽压力至少10BAR，然后将过热蒸汽和烟梗快速释压获得烟梗物料膨胀效果。其相应的膨胀烟梗设备包括两个过热蒸汽处理段，其中第一处理段与烟梗进料装置连接，并设置有蒸汽注入装置；第一处理段与第二处理段之间设置有控制第一处理段中的过热蒸汽与烟梗进入第二处理段的阀门；第二处理段内部设置有运送烟梗的螺旋运送装置，经文氏管膨化处理。但是，为了实现工艺步骤中至少10bar高压环境下的加压加温处理，该设备处理段必须能够承受最低压力10bar、温度200摄氏度的过热蒸汽。因此，其设备结构复杂，尤其是多处设置承压密封阀，将带来更多的安全生产隐患。同时，目前国内卷烟厂常用锅炉也无法提供如此高压力的过热蒸汽，在使用上述工艺时，卷烟厂还必须再另外配备高温高压锅炉为该膨胀加工设备供应蒸汽，这使得企业能耗大大增加，也不利于环保。
中国专利申请200810195056.1提供了一种可实现连续化处理、有较好膨胀加工效果并可有效降低能耗的烟梗膨胀制粒加工方法及设备，其烟梗膨胀加工方法包括使用8-9bar过热蒸汽对烟梗加温、加压，然后释放压力，使烟梗膨胀；所述的烟梗膨胀制粒加工设备，包括进料装置、加压加温装置和膨胀处理装置，进料装置通过进料辅助装置与加压加温装置连接。该发明所述加工方法将过热蒸汽工作压力降低，降低了处理设备的密封性要求，企业在使用时无需另行配备高压锅炉，能够大幅度节约蒸汽能源，降低相应的生产处理成本。
但是上述技术方案，包括后续陆续出现的相关中国专利申请，均采用文氏管或仅采用密封汽锁做为膨胀处理装置，或者容易造成膨胀堵料，或者无法很好地实现烟梗膨胀效果。需要研究一种即可充分保证膨胀处理过程的密封性，实现良好的膨胀处理效果，同时又结构简单，易于维护操作的物料膨胀设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可低成本实现良好好膨胀加工效果且结构简单、操作维修简便的物料膨胀设备。
本发明所述设备包括膨胀装置及落料仓，所述膨胀装置为一缸形容器，其包括压力腔外壳，其内设置由动力装置驱动的滑动活塞，压力腔外壳的侧壁上设置进料口，压力腔外壳的一端封闭，另一端设置与落料仓连通的爆出口；所述滑动活塞沿缸形容器轴向直线运动；当滑动活塞的容料口与进料口相对应时，物料进入缸形容器内；当滑动活塞的容料口与爆出口相对应时，物料从缸形容器内膨化爆出。
为保持膨胀腔体内有足够压力和温度，以获得更好的膨化效果，所述膨胀腔体设置有蒸汽介质补汽口。 同时，滑动活塞通过高温密封圈与压力腔外壳之间形成滑动密封。所述落料仓的出料口设置旋转气锁，以保证出料过程的相对密闭。
为了使缸形容器有更大的容料空间，所述滑动活塞为异型活塞，其具有阶梯状的纵截面。作为优选方案，所述滑动活塞具有第一、第二两个活塞体，第一、第二活塞体由活塞连杆或活塞连板同轴线固定连接，第一、第二活塞体之间形成容料空间。
此外，为了节约设备布置空间，所述压力腔外壳、落料仓及旋转气锁可从上至下依次连通设置，进料口设置于压力腔外壳的上部；所述压力腔外壳包括V型进料仓及柱形活塞道，柱形活塞道包括上下分离的两部分，滑动活塞在柱形活塞道内上下滑动，并与柱形活塞道内壁面滑动密封。
同时，在V型进料仓的内部，沿柱形活塞道的外壁设置螺旋进料片，可有效压实推送物料，提高进料效率。
本发明还提供一种利用上述设备所实现的物料膨胀方法。
本发明所述物料膨胀方法依次包括以下步骤：
1、将烟梗等颗粒状物料通过进料装置，在常温、常压状态下输入所述缸形容器内，并由缸形容器内的滑动活塞挤压移送至密封空间内， 待物料被加温至80-180℃，加压至0.2-0.8MPa，并保持3—120s后，滑动活塞继续移送物料至缸形容器的出料口，使物料膨化爆出；
2、膨化爆出的烟梗物料经落料仓，初步实现蒸汽和烟梗的气固分离；
3、经旋转气锁输出膨化后烟梗物料。
为了实现良好的膨化处理效果，提高处理效率，在进料之前可进行物料的预处理，包括烟梗打短，叶片切丝，回潮和加热烘干，筛选，定量控制等。
因为本发明采用滑动密闭气缸作为膨胀处理装置，一方面可方便地通过瞬间汽爆使所处理的物料获得良好的膨化效果，使物料膨化可在毫秒级内完成，这相对于现有技术所通常采用的文氏膨胀管或汽锁，大大缩短了高压蒸汽的压力释放过程，使物料膨化实现了质的改变；另一方面，本发明仅使用极少量的蒸汽，即可实现物料膨化所需要的高压状态，能够大幅度节约蒸汽能源，降低相应的生产处理成本，同时，企业在使用时也无需特别配备高压锅炉，节约了设备总体成本；最后，本发明设备结构极为简单，维修简便。
本发明不仅可适用于烟草物料的膨化处理，还可广泛用于颗粒状秸杆、谷物及其它植物茎杆的膨胀处理。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1是本发明实施例一所述膨胀设备结构示意图；
图2是本发明实施例一所述膨胀设备在进料时位置结构示意图；
图3是本发明实施例一所述膨胀设备在物料爆出时位置结构示意图；
图4是本发明实施例二所述膨胀设备结构示意图。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，本发明包括缸形容器1、落料仓2及旋转出料气锁8，其中：缸形容器1包括压力腔外壳3，以及设置于压力腔外壳3内的滑动活塞4。压力腔外壳3的上侧壁开设进料口31，其一端口封闭，另一端口为爆出口32，爆出口32与落料仓2连通。压力腔外壳3的下侧壁开设蒸汽介质入口5。
如图1所示，滑动活塞4包括由活塞杆41连接在同一轴线上的第一活塞体42和第二活塞体43，第一活塞体42和第二活塞体43之间形成容料空间44；同时，滑动活塞4上装设高温密封圈6，实现与压力腔外壳3之间的滑动密封。
如图2所示，当滑动活塞4的容料空间44对应于进料口31时，物料落入缸形容器1内。并可如图1所示，由滑动活塞4在驱动装置7的推送下，移送至密闭容料空间内。
如图3所示，当物料在密闭容料空间内被加温加压至设定参数，并保持一定时间后，由滑动活塞4继续向前推送，至滑动活塞4的容料空间44对应于爆出口32时，物料膨化爆出，落入落料仓2 内。
实施例二：
本实施例与实施例一的不同点在于整套设备竖直设置，以节约设备布置空间，并可实现连续进料。如图4所示，压力腔外壳3、落料仓2及旋转出料气锁8从上至下依次连通，进料口31设置于压力腔外壳3的上部，其中：压力腔外壳3总体呈Y型，包括V型进料仓11及柱形活塞道12，柱形活塞道12包括上下分离的两部分，滑动活塞4在柱形活塞道12内上下滑动，并与柱形活塞道12内壁滑动密封；同时在V型进料仓11的内部，沿柱形活塞道12的外壁设置螺旋进料片9，以使进料过程中有效推送压实物料进入滑动活塞的容料空间，提高进料及膨化处理效率。同时为了保证滑动活塞4沿柱形活塞道直线运动，本实施例中，采用连杆驱动机构10驱动滑动活塞4。
作为优选方案，本发明利用上述膨胀设备所实现的烟梗膨胀处理方法具体包括：
1、烟梗预处理：通过风分、筛分及金属探测剔除，去除待处理烟梗中的杂质及过长的烟梗等，并经重量控制装置使除杂后的烟梗物料，均量分批次经进料装置送入膨胀设备的缸形容器内；
2、加温加压保持：烟梗物料被滑动活塞推送至密闭的容料空间内，缸形容器内充入饱和蒸汽或过热蒸汽，以蒸汽对烟梗加温加压，至100-110℃，加压至0.5-0.6MPa，并保持30—60s；
3、膨化爆出：由滑动活塞继续向前推送烟梗物料，至爆出口，瞬间释压，使烟梗汽爆膨胀，落入落料仓内；
4、气固分离：在大体积的落料仓内，膨后烟梗与蒸汽自然分离；
5、物料输出：膨化后烟梗物料经旋转气锁输出，以保持膨胀设备整体的内部压力保持，节约蒸汽能源。
Claims (6)
1.一种物料膨胀设备，包括膨胀装置及落料仓，其特征在于：所述膨胀装置为一缸形容器，其包括压力腔外壳，其内设置由动力装置驱动的滑动活塞，压力腔外壳上设置进料口，压力腔外壳的一端封闭，另一端设置与落料仓连通的爆出口；所述滑动活塞沿缸形容器轴向直线运动；当滑动活塞的容料口与进料口相对应时，物料进入缸形容器内；当滑动活塞的容料口与爆出口相对应时，物料从缸形容器内膨化爆出；所述滑动活塞为异型活塞，其具有阶梯状的纵截面；且所述滑动活塞具有第一、第二两个活塞体，第一、第二活塞体由活塞连杆或活塞连板同轴线固定连接，第一、第二活塞体之间形成容料空间。
2.根据权利要求1所述的物料膨胀设备，其特征在于：所述膨胀腔体设置有蒸汽介质补汽口；滑动活塞通过高温密封圈与压力腔外壳之间形成滑动密封；所述落料仓的出料口设置旋转气锁。
3.根据权利要求1所述的物料膨胀设备，其特征在于：所述压力腔外壳、落料仓及旋转气锁从上至下依次连通，进料口设置于压力腔外壳的上部；所述压力腔外壳包括V型进料仓及柱形活塞道，柱形活塞道包括上下分离的两部分，滑动活塞在柱形活塞道内上下滑动，并与柱形活塞道内壁面滑动密封。
4.根据权利要求3所述的物料膨胀设备，其特征在于：在V型进料仓的内部，沿柱形活塞道的外壁设置螺旋进料片。
5.一种利用权利要求1-4任何一项权利要求所述的烟草膨胀设备所实现的物料膨胀方法，其特征在于：先将烟梗等物料在常温、常压状态下输入所述缸形容器内，并由缸形容器内的滑动活塞挤压移送至密封空间内，待物料被加温至60-180℃，加压至0.2-0.8MPa，并保持3—360s后，滑动活塞继续移送物料至缸形容器的出料口，使物料膨化爆出；膨化爆出的物料经落料仓，初步实现蒸汽和烟梗的气固分离，并经旋转气锁输出。
6.根据权利要求5所述的物料膨胀方法，其特征在于：在进料之前可进行物料的预处理，包括烟梗打短，叶片切丝，回潮和加热烘干，筛选及定量控制程序。
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