CN102613682B - 用于烟草干燥系统的烟草冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种特别是用于烟草干燥系统的烟草冷却装置(7)，该烟草冷却装置包括用于使过程气体在高温下、在设有烟草干燥柱和用于使过程气体从所述烟草中分离的装置的回路中循环的装置。该装置适于利用可在分离装置的排出位置下游获得的烟草焓值。

Description

用于烟草干燥系统的烟草冷却装置

技术领域

本发明涉及一种特别是用于烟草干燥系统的烟草冷却装置。

背景技术

目前，在各种烟草干燥方法中，已知通常被称为闪蒸(塔式)干燥器或空气干燥器的系统。

这些是使气体(过程气体)在高温下经过闭合或开式回路循环的系统。

通过通常为离心式的风机来使过程气体运动，并设有在高温下操作所需的所有解决方案。

风机产生过程气体的质量和体积流率，这种流率适于提供基本上通过热对流获得的期望的干燥效果并将产品从装料位置传递到排出位置。

在燃烧烃类的基础上对过程气体加热的系统可以是直接火力型或间接火力型。

在第一种情况下，燃烧产品被直接引入(通常为开式的)干燥回路中。

在第二种情况下，使过程气体经过热交换器，燃烧产品在该热交换器的热部段内循环，而过程气体经过冷部段。通常，间接加热技术应用于闭合回路系统。

替代地，将电线圈加热器插入过程气体回路中以对其直接加热，尽管对于小容量干燥器这种应用是较佳的。

然后，使过程气体经过通常称为干燥塔或干燥柱的垂直管，由过程气体推动的产品通常从下向上在过程气体中以悬浮方式前进。

可以各种方法来设定对过程气体的速度和干燥柱的几何形状的调节，以在产品和过程气体之间引起或大或小的速度梯度。

然后，与产品混合的气体进入适于进行气体/产品分离的装置中。

为此，在大多数情况下，由于旋风分离器优越的分离效率而使用旋风分离器。

可采用在借助于气体传递固体材料的技术领域中熟知的其它分离系统，诸如所谓的“切向分离器”或管道膨胀分离器之类(在烟草行业中称为APS)。

然而，由于这两种最新类型的分离效率较低且它们所引起的负载损失较高，所以它们不太可取。

产品通常借助于星形阀(即，气塞)在位于干燥柱之前的管道的水平部分的高度处引入或替代地直接引入干燥柱。

通常借助于星形阀在旋风分离器(或其它的分离系统)的基部处抽出产品。

过程气体在与产品分离之后被送到具有开式回路的结构中的堆叠体(stack)(在能量回收之后，若有的话)，或替代地过程气体被回收并再送到闭合回路系统中的推进风机。

在闭合回路循环中，一部分过程气体(以自然或强制方式)流出，以消除干燥过程中产生的蒸汽。

设置各种仪器来测量气体的温度、速度和流速、干燥器内的压力等。

除了避免火灾危险之外，考虑到大幅消除循环气体中的残余氧气，一般实践中使用过热蒸汽作为过程气体，鉴于蒸汽的较高比热容，热效率可以比用空气进行操作来得高。

通常，产品在100℃被排出，该温度当然对应于海平面处大气压下水的沸点。

在干燥过程之后，产品通常用各种手段来冷却，尽管根据各种不同的应用方案，所有手段都使热量通过热对流从产品移送到可被预冷却或未预冷却的环境空气。

根据最广泛的应用，产品通过开式回路气动传送系统来传送，从而从环境中直接抽吸空气。

由于过程气体的高温和气体的热量快速传递到产品，在闪蒸干燥器内引起产品内水的迅速蒸发(沸腾)，从而使其细胞破裂，引起其比容(cm³/g)的膨胀或更精确地说比容的增大。

同样广泛的是旨在使后续的冷却过程具有以可获得的最佳结果“冷冻”膨胀的功能的技术趋势，这是因为已观察到由于比容的增大，较慢的冷却伴随着产量的减小。

因此，根据广泛采用的过程方案，用适于使冷却效率最大化的装置来促使冷却，这是因为已发现快速冷却可起到优化过程的作用。

通常借助于标准过程来测量比容，即在具有标定容积的容器内使预先确定质量的产品的试样受到已知重量的压缩并压缩预设定的时间。

确定适当的公式表达，以引入对试样的当前湿度的读数的修正。

已证实产品比容的增大又对应于卷烟填充力的增大，这意味着填充卷烟的管状容积所需的烟草量减少，但又不改变它的牢固性。

然而，适于确定填充力的确证测试仍然是继续包装大量卷烟(上千)并在相等的包装条件下测量与卷烟的实际稠度有关的产品的实际含量，这又是在标准横向压缩测试的基础上确定的。

尽管这是现在公认确定并在工业上广泛应用的技术，但已发现对于技术/经济层面的一些限制，其中我们注意到，由于用于使产品与气体分离的较佳系统是旋风分离器，因而用于工业规模生产的过程所涉及的气体流率需要使用几米高的旋风分离器。

此外，干燥柱也需要几米的有效高度，大多数过程在该干燥柱内通过沿垂直方向延伸来进行。

这使安装干燥器的工厂屋顶必须经常经历其重要性和成本从经济角度看使投资不太有吸引力的结构性修改。

可归因于所述背景技术的另一缺点是已观察到的高能耗。

实际能耗可根据所用的技术设计而变化，例如它主要取决于是否取代开式回路而采用闭合回路、气体流出的程度、回路的隔热质量、用于加热过程气体的组件(燃烧器和热交换器)效率等。

然而，已观察到用于典型的工业应用场合的能耗程度还是相当大的，由此对投资回报率(ROI)不利，这点不太吸引人。

此外，在干燥之后为了优化比容而必要的冷却过程引起能量成本的附加的和相当大的增加。

可归因于所述背景技术的另一缺点是作为该过程结果的产品的受限比容，该比容通常可以两种方式来改进：通过增加过程气体的温度(以通过增大热梯度而加速将热量传递到产品并因此加速水的蒸发)或通过增大产品进入时的湿度(以增加可用于蒸发的水量)。

然而，这些已知的解决方案的限制在于过程气体的增大的温度和湿度的增大往往改变最终产品的感官特征，但其相反必须以尽可能最大的均匀性和重复性来重现，由于这一点在大多数的已知工业应用中未完全利用这些解决方案。

因此，仅部分地使用原则上可获得的比容的增大，并且这再一次放慢了投资回报率。

可归因于所述背景技术的又一缺点是过程是不可控制的和不可再现的。

的确，在干燥之后的冷却过程通常使用环境空气来以对流方式排出热量。

环境空气的温度当然可根据工厂内的当前条件和季节作变化。

此外，由于冷却过程产生进一步的(尽管是有限的)干燥效果，这种效果又对环境空气的当前温度是敏感的，实践中必须处理由于环境空气的温度的可变性而造成的控制总体过程的某些难点，以实现最终的湿度和温度目标。

可归因于所述背景技术的另一缺点是已观察到的产品(烟草)的降解。

在烟草加工中，降解定义为产品的分裂，这种分裂来自于过程并且由于减小产品的颗粒尺寸具有对其比容和填充力的负面作用。

当然，降解是在处理产品过程中所固有的将要付出的代价，但还必须坚决地使其最小化。

意指在两个位置之间传送的装置的气动传送系统的已知使用通常受限于不可或缺的最小值，这是由于它们被发现是形成降解的原因，这种降解可主要是由于产品的动态撞击而造成，特别是如果产品在干燥状态下、特别是在传送管道具有迂回的形状的情况下由于撞抵传送管道的壁而造成。

因此，采用适于促使冷却的气动传送系统由于填充力的总体增大在恢复的膨胀和引起的降解之间平衡的方面几乎无效。

发明内容

因此，本发明的目的是通过提供一种装置来解决上述缺点并由此解决所述技术问题，该装置可用于烟草干燥系统并可减小通过对流从热过程气体中传递的能量大小，这允许烟草干燥装置的尺寸减小和因此主要是系统总高的减小。

在此目的范围内，目标还使得可以实现能量的节省。

本发明的另一目标是提供一种装置，该装置将实现由干燥过程产生的产品的比容增大的特征与前述特征组合起来。

本发明的另一目标是提供一种装置，该装置使得能够实现干燥过程的可控制性和可再现性。

本发明的另一目标是获得一种装置，该装置可用于烟草干燥系统并能够实现干燥产品的有限降解。

通过一种特别是用于烟草干燥系统的烟草冷却装置来实现将在下面的说明中变得更加显而易见的这个目的以及这些和其它目标，该烟草冷却装置包括用于使过程气体在高温下并在设有烟草干燥柱和用于使所述过程气体与所述烟草分离的装置的回路中循环的装置，其特征在于，它适于利用在所述分离装置的排出位置的下游可获得的烟草焓值。

附图说明

本发明的其它特征和优点会从对附图中以非限制示例方式示出的特定但非排它性的实施例的详细描述中变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的具有能量回收装置的烟草干燥系统的侧视图；

图2是具有能量回收装置的烟草干燥系统的另一侧视图；

图3是具有能量回收装置的烟草干燥系统的又一侧视图；

图4是具有能量回收装置的烟草干燥系统的立体图；

图5是具有能量回收装置的烟草干燥系统的平面图；

图6是具有能量回收装置的烟草干燥系统的另一立体图；

图7和8是能量回收装置的回路图。

具体实施方式

在以下示例性实施例中所给出的关于具体实例的各个特征可实际上与其它示例性实施例中的其它不同特征互换。

参见所述附图并考虑到它们示例出一些特定的实施例且比例可变化并且其中的各个附图标记对应于相同或等效的元件，附图标记1表示用于干燥烟草(也被称为“产品”)的系统，该系统包括用于过程气体的已知类型的过热器2，该过程气体被升高到较高温度。

定义回路3，产品例如在位于过热器2下游的第一星形阀4处被引入该回路，然后产品被传送到垂直的干燥柱5的基部。

垂直的干燥柱5将产品传递到后续的已知类型的分离装置6，诸如旋风分离器。

总体由附图标记7表示的能量回收装置适于产生适合于利用而不是耗散包含在位于烟草从分离装置6排出的位置8处的烟草的冷却前温度和冷却后温度之间的焓差(enthalpycontent)的条件。

如已注意到的，在背景技术中，产品目前在100℃温度下从干燥系统排出，并且相对于后续冷却过程(通常为40℃)下游的目标温度水平“可获得的”焓目前由于少量残余的干燥效果而通过热量朝向冷却气体(通常为环境空气)的对流而完全耗散。

参见工业级别涉及的值，冷却前温度和冷却后温度之间包含的(目前为消散的)焓梯度毫无疑问相当大。

此外，这是已存在于产品质量中的焓值，其可“立即”获得以形成快速干燥及因此膨胀，这是由于该过程的迅速性不会受到对于每个对流式热交换器典型的传热时间和效率的负面影响。

因此，烟草冷却装置7具有用于在低于大气的压力下引入蒸发级的第一装置，该第一装置设置在烟草从分离器或分离装置6中排出的第一位置8的下游，以产生适于再开始蒸发的干湿条件，从能量角度看，上述“可获得的”焓支持这种蒸发。

因此，烟草冷却装置7具有调节环境的压力条件的功能，因而，包含在产品的干质量内的显热以及包含于其内的水的显热被转化成潜热以引起水的状态变化(沸腾)。

在所述特定的但不排他的实施例中，因此烟草冷却装置7包括呈局部真空的容器9，该容器设有内部传送装置10，传送装置适于将产品从设置在第一排出位置8下游的装料位置传递到第二排出位置11。

容器9设置成直接连接到烟草的第一排出位置8并设置有用于与外部环境隔绝的合适装置；在容器9内可以借助于强制抽出产生于其内的空气和蒸汽来保持明显的低于大气的压力，因而能够通过将显热转化成潜热而促使水的快速蒸发并实现同时将产品冷却到其目标传送温度(通过冷却来干燥)。

内部传送装置10在特定实施例中例如由螺旋进料机构成，但它们可由在背景技术中通常可获得的其它传送系统来构成。

作为容器9和螺旋进料机10的一种替代方式，还可以使用其它的传送装置，诸如重力漏斗。

容器9设置有第二排出星形阀12，设置该阀以使产品排走，并同时以尽可能的最佳效率保持与外部大气环境的压力隔绝。

烟草冷却装置7包括用于强制抽出由水蒸汽(由于固有蒸发和与效率和装料阀(loadingvalve)的间隙容积有关的通风而产生的)和空气(在稳态是由于与效率和排出阀的间隙容积有关的通风而产生的)的混合物构成的气体的系统，该系统与容器9连接。

这两种气体成分下文被称为“可冷凝”气体，即水蒸汽，其与“不可冷凝”气体，即空气相比在所涉及的压力水平下的确可仅通过冷却而再次可冷凝。

抽出系统是两级型的并由适于使“可冷凝”气体冷凝的冷凝器13(第一级)和适于将“不可冷凝”气体再压缩到大气压力以最终返回到环境中的压缩机14(第二级)(如必要，则在用于中和环境冲击的可选处理之后)。

冷凝器13可以是通过接触(通过气体经过冷却水幕)的直接型或者是借助于根据通常已知的技术选项设置的管壳式热交换器(tubenestexchanger)的间接型。

在两种情况下，在冷凝器13内部使用水作为冷却流体，并且水可在开式或闭合回路中被传递，其中，在后一种情况下，设置蒸发塔15以在水回收之前将水冷却。

因此，本发明实现了上述目的和目标，并已获得一种装置，其中，对于相等容量的干燥系统和获得的比容的相等增大，借助于再次使用在干燥器的排出位置处的产品中固有的焓，通过对流从热过程气体中传递的能量较小。

因此，大幅减少实现目的所需的产品的暴露时间或过程气体的流动。

所有这些都致使干燥器的尺寸更加减小以及因此主要致使干燥器的总高减小。

此外，出于干燥过程的目的，在干燥器的排出位置处的产品内固有的焓值的回收致使相应地节省净能量。

与在用于“通过冷却来干燥”的容器内保持低于大气的压力相关的消耗实际上与目前用于冷却装置的消耗在尺寸的数量级方面相当。

此外，观察到比容的增大。

通过改变压力条件而引起的蒸发(这种蒸发引起固有的显热突然转化成潜热)具有关于产品的细胞壁比由对流传热产生的任何蒸发过程大得多的“爆炸性”的特性。

因此，大大提高对于相等的过程温度和产品湿度进入时产品比容的增大，但不会引入对产品的感官特征的任何变化。

此外，装置能够实现干燥过程的可控制性和可再现性。

实际上借助于在低于大气的压力条件下引起的蒸发来获得产品的冷却。

因此，最终产品的目标传送温度和湿度的控制和再现性必须仅归因于在用于“通过冷却来干燥”的容器内建立的压力水平。

从技术角度看，该值非常易于控制，这是由于这仅仅是作用于在冷凝器内冷凝的流体温度以调节“可冷凝”气体的压缩程度以及作用于压缩机的流速以调节“不可冷凝”气体的抽出的事情。

因此，该过程可控制和可再现得多。

最后，观察到产品的有限降解并且大幅减小这种降解，这是由于无须气动传送系统来实现最终产品的冷却。

当然，本发明可进行多种更改和改型，所有这些都落入所附的权利要求书的范围内。

构成本发明各个部件的尺寸以及所用的材料当然也可根据特定的要求来更为合适。

用于执行某些不同的功能的各种装置不一定仅在所述实施例中共存，但本身可在包括那些未示出的许多实施例中存在。

表示为有利的、方便的或类似的特征也可以省去或用等效特征来代替。

Claims (12)

1.一种用于烟草干燥系统的烟草冷却装置(7)，所述烟草冷却装置包括用于使过程气体在高温下、在设有烟草干燥柱和用于使所述过程气体从所述烟草中分离的分离装置(6)的回路中循环的装置，其特征在于，所述烟草冷却装置包括用于引入在低于大气的压力下的蒸发级的第一装置，所述第一装置位于所述分离装置(6)的烟草排出位置(8)的下游，以产生适于开始水的蒸发的干湿条件，从能量角度看“可利用的”焓来支持这种蒸发。

2.如权利要求1所述的烟草冷却装置(7)，其特征在于，所述烟草冷却装置包括局部真空的重力漏斗或设置有内部传送装置(10)的局部真空的容器(9)，所述漏斗或所述内部传送装置(10)适于将所述产品从位于所述分离装置(6)的所述烟草排出位置(8)下游的装料位置传递到第二排出位置(11)。

3.如权利要求2所述的烟草冷却装置(7)，其特征在于，所述内部传送装置(10)由传送器构成。

4.如权利要求2所述的烟草冷却装置(7)，其特征在于，所述容器(9)设置有第二排出星形阀(12)，设置所述第二排出星形阀以使产品排走，同时以可能的最佳效率保持与外部大气环境的压力隔绝。

5.如权利要求2所述的烟草冷却装置(7)，其特征在于，所述重力漏斗或容器(9)设置成直接连接到所述分离装置(6)的所述烟草排出位置(8)，并设置有用于与所述外部环境隔绝的合适装置。

6.如权利要求5所述的烟草冷却装置(7)，其特征在于，所述烟草冷却装置包括强制抽出空气和蒸汽的强制装置，所述装置强制能够从所述重力漏斗或容器(9)中抽出空气和蒸汽，来保持明显的低于大气的压力，因而能够通过将显热转化成潜热而促使水的快速蒸发并实现同时通过冷却来干燥而将产品冷却到其目标传送温度。

7.如权利要求1所述的烟草冷却装置(7)，其特征在于，所述烟草冷却装置包括用于强制抽出气体的系统，所述系统与所述容器(9)连接，所述气体由水蒸汽和空气的混合物构成，所述水蒸汽是由于固有蒸发和与效率和装料阀的间隙容积有关的通风造成的，所述空气是由于在稳态条件下与效率和排出阀的间隙容积有关的通风造成的，与“不可冷凝”气体，即空气相反，所述两种气体成分也能被确认为“可冷凝”气体，即水蒸汽。

8.如权利要求1所述的烟草冷却装置(7)，其特征在于，所述烟草冷却装置使用用于获得两级型的抽出系统的装置，所述用于获得两级型的抽出系统的装置包括适于使“可冷凝”气体冷凝的冷凝器(13)，以及适于将“不可冷凝”气体在大气压下再压缩以最终返回到环境的压缩机(14)。

9.如权利要求8所述的烟草冷却装置(7)，其特征在于，所述冷凝器(13)是通过接触，即通过气体经过冷却水幕的直接型或者是借助于管壳式热交换器的间接型，在两种情况下，水在所述冷凝器(13)内被用作冷却流体，水在开式或闭合回路中被传送，在后一种情况下，设置蒸发塔(15)以在水回收之前将水冷却。

10.如权利要求1所述的烟草冷却装置(7)，其特征在于，所述烟草干燥系统包括过程气体过热器(2)，以及回路(3)，所述烟草在设置于所述过热器(2)下游的第一星形阀(4)处插入所述回路，然后传送到垂直干燥柱(5)的基部，所述干燥柱又适于将所述烟草传送到后续的分离装置(6)，所述烟草冷却装置(7)能够产生适于利用包含在位于所述烟草在所述分离装置(6)的烟草排出位置(8)处的冷却前温度和冷却后温度之间的焓值的条件。

11.一种烟草干燥系统(1)，所述烟草干燥系统包括：

烟草干燥柱(5)，高温的过程气体流入所述烟草干燥柱(5)；以及

从所述烟草中分离所述过程气体的后续的分离装置(6)；

所述烟草干燥系统(1)还包括烟草冷却装置(7)，所述烟草冷却装置(7)设置在所述分离装置(6)的烟草排出位置(8)的下游，

其特征在于，所述烟草冷却装置(7)根据如权利要求1－10所述的任何一项来实现。

12.如权利要求11所述的烟草干燥系统(1)，其特征在于，所述烟草干燥系统包括：

加热过程气体的过热器(2)；

用于使所述高温的过程气体在设有所述烟草干燥柱(5)和所述分离装置(6)的回路中循环的装置，所述烟草在设置于所述过热器(2)下游的第一星形阀(4)处插入所述回路，然后传送到所述垂直干燥柱(5)的基部，所述干燥柱又适于将所述烟草传送到所述分离装置(6)。