PL211482B1

PL211482B1 - Sposób i dozownik do zwiększenia sprawności procesu napęczniania oraz suszenia materiałów organicznych, zwłaszcza w suszarce strumieniowej

Info

Publication number: PL211482B1
Application number: PL383413A
Authority: PL
Inventors: Arkadiusz Drużdżel
Original assignee: Int Tobacco Machinery Poland; International Tobacco Machinery Poland Społka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Priority date: 2007-09-24
Filing date: 2007-09-24
Publication date: 2012-05-31
Also published as: JP5355011B2; JP2009159944A; EP2042045B1; US20090090374A1; CN101396168B; PL383413A1; EP2042045A1; CN101396168A

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211482 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 383413 ^{(51) Int.Cl.}

A24B 3/04 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 24.09.2007

Sposób i dozownik do zwiększenia sprawności procesu napęczniania oraz suszenia materiałów organicznych, zwłaszcza w suszarce strumieniowej

	(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 30.03.2009 BUP 07/09	INTERNATIONAL TOBACCO MACHINERY POLAND SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Radom, PL
	(72) Twórca(y) wynalazku:
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:	ARKADIUSZ DRUŻDŻEL, Radom, PL
31.05.2012 WUP 05/12	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Katarzyna Karcz

PL 211 482 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i dozownik do zwiększenia sprawności procesu napęczniania oraz suszenia materiałów organicznych, zwłaszcza w suszarce strumieniowej, stosowany szczególnie w procesie suszenia rozdrobnionego tytoniu.

Ze stanu techniki znanych jest wiele sposobów napęczniania i suszenia rozdrobnionych materiałów organicznych, jak również wiele układów technologicznych zawierających suszarki, zwłaszcza suszarki strumieniowe, wykorzystujące gazowy czynnik suszący, szczególnie przegrzaną parę wodną o temperaturze w zakresie do 400°C. W ukł adach tych wystę pują zawory rotacyjne, spełniają ce funkcję zaworów dozujących rozdrobnione produkty, zwłaszcza płyny.

W celu zapewnienia ciąg ło ś ci podawania obrabianego materiału organicznego, zwł aszcza rozdrobnionego tytoniu w dowolnej postaci, do strefy napęczniania i/lub suszenia, według znanego sposobu postępowania, materiał podaje się grawitacyjnie, jak to pokazano przykładowo w opisie patentowym US 6185843. Jednakże, ten znany sposób ma praktyczne ograniczenia wywołane możliwością blokowania się i zakleszczania podawanego produktu, zwłaszcza tytoniu, w strefie wylotu, co w rezultacie powoduje nierównomierność podawanego do obróbki strumienia masy. Dodatkowo, rozwiązanie to utrudnia lub wręcz praktycznie uniemożliwia korzystną obróbkę nadciśnieniową, w której czynnik roboczy, na przykł ad para wodna, w kanale suszą cym przepływa pod ciś nieniem wyższym niż ciśnienie atmosferyczne, powodując ubytki (wyciek) medium gazowego, na przykład powietrza, dwutlenku węgla (CO2), czy pary wodnej, przez podawaną warstwę produktu roślinnego, zwłaszcza tytoniu, oraz kondensację pary na produkcie, co powoduje nawilżanie produktu, podawanego do wysuszenia.

Inne rozwiązanie dotyczące podawania materiałów roślinnych, zwłaszcza tytoniu, do strefy napęczniania jest przedstawione w opisie patentowym US 4791942, w którym przedstawiony jest zmodyfikowany zawór rotacyjny, do którego doprowadza się pod ciśnieniem medium procesowe i w którym odbywa się tylko obróbka ciśnieniowego napęczniania tytoniu za pomocą pary wodnej lub dwutlenku węgla.

Jeszcze inne rozwiązania przedstawiono w opisach patentowych US 6158441, US 6581608 oraz US 6779527, według których tuż przed podaniem obrabianego produktu do strefy napęczniania i/lub suszenia, jest on poddany procesowi kondycjonowania poprzez wtrysk (dodanie) w zespole zaworu wlotowego, wody i/lub pary wodnej. Dodany w ten sposób płyn oddaje częściowo swoją entalpię (energię) parowania do produktu podawanego z zewnątrz, nagrzewając go i jednocześnie skraplając się na jego powierzchni. Ze względu na znaczną dynamikę procesu podawania produktu organicznego do urządzenia napęczniającego i/lub suszącego, warstwa kondensatu na powierzchni produktu nie ulega wchłonięciu do wnętrza struktury komórkowej tego produktu i pozostaje na jej powierzchni jako zbędny izolator energii cieplnej aż do momentu bezpośredniego kontaktu z medium napęczniającym i/lub suszącym.

Na fig. 1 załączonego rysunku przedstawiono przykładowe, znane rozwiązanie konstrukcyjne suszarki strumieniowej, wykorzystującej gazowy czynnik suszący, szczególnie przegrzaną parę wodną o temperaturze w zakresie do 400°C. Według tego rozwią zania, materiał organiczny, zwł aszcza rozdrobniony tytoń 1 podaje się z linii produkcyjnej, poprzez urządzenie dozujące i ustalające przepływ 4 do strefy napęczniania i/lub suszenia 9, a po obróbce, materiał ten opuszcza tę strefę przez urządzenie dozujące i ustalające wypływ 10. Przez napęcznianie rozumie się tu zwiększanie objętości właściwej obrabianego produktu, mierzone w m³/g.

Efektem ubocznym znanych sposobów obróbki i podawania (transportowania) materiałów organicznych, zwłaszcza tytoniu, do strefy bezpośredniej obróbki to znaczy strefy napęczniania i/lub suszenia, opisanych w stanie techniki jest między innymi powstawanie niepożądanej warstwy wilgoci (wody) powierzchniowej, niezwiązanej chemicznie, która nie zdąży wniknąć do struktury komórkowej tytoniu przed podaniem go do docelowej strefy napęczniania i/lub suszenia. Warstwa ta stanowi izolację cieplną o zmiennej, przypadkowej grubości, która znacznie utrudnia lub wręcz praktycznie uniemożliwia homogeniczną, jakościowo optymalną i energetycznie efektywną obróbkę rozdrobnionego produktu roślinnego, zwłaszcza tytoniu w dowolnej postaci.

Aby zobrazować jak skutecznym izolatorem ciepła jest woda (wilgoć), porównamy dwa współczynniki opisujące własności cieplne dwóch różnych materiałów, to jest dla wody (izolator ciepła) oraz dla na przykład miedzi (bardzo dobry przewodnik ciepła).

PL 211 482 B1

	Woda (izolator ciepła)	Miedź (przewodnik ciepła)
Ciepło właściwe, C_p [kJ/kg-K]	4.18	0.389
Przewodność cieplna, λ [W/m-K]	0.58	386

Porównanie wartości ciepła właściwego, Cp, dla obu materiałów wykazuje, że należy dostarczyć około dziesięciokrotnie więcej energii cieplnej, aby ogrzać jednostkową masę wody o jeden stopień (°C lub 1 K), niż aby ogrzać o jeden stopień taką samą jednostkę masy miedzi. Jednocześnie, porównanie współczynników przewodności cieplnej A potwierdza, że warstwa wody działa jak niekorzystny i bardzo skuteczny izolator ciepł a, to znaczy warstwa wody powierzchniowej o grubości 1 mm zatrzymuje tyle energii cieplnej co warstwa miedzi o grubości około 600 mm (dla wyżej wymienionych danych 665 razy więcej).

Dodatkowo, należy uwzględnić to, że konieczność odparowania wilgoci powierzchniowej wiąże się z koniecznością dostarczenia dodatkowej, znacznej ilości energii cieplnej, aby spowodować przemianę fazową cieczy w parę. Jednakże, skutkiem przemiany fazowej wody w parę jest odebranie produktowi znacznej ilości energii cieplnej, tak zwanej entalpii parowania, która wynosi dla wody około 2250 kJ/kg, co z kolei powoduje niekorzystny efekt chłodzenia (zamiast nagrzewania) tego produktu.

Biorąc powyższe pod uwagę, korzystne jest zapewnienie, aby produkt wsadowy do suszarki, zwłaszcza do suszarki strumieniowej typu „flash, był pozbawiony wilgoci powierzchniowej, która jest izolatorem dla energii cieplnej, co wymusza zwiększenie czasu przebywania produktu w kanale suszącym i w konsekwencji, zwiększenie wymiarów suszarki i zapotrzebowania na energię.

Przedmiotem wynalazku jest sposób zwiększania sprawności procesu napęczniania oraz suszenia materiałów organicznych, zwłaszcza w suszarce strumieniowej, stosowanej do rozdrobnionych materiałów roślinnych, szczególnie rozdrobnionego tytoniu. Suszarka ta pracuje z wykorzystaniem gazowego czynnika napęczniającego i/lub suszącego pod roboczym ciśnieniem absolutnym w zakresie od 2,5 kPa do 10 MPa. Jako gazowy czynnik procesowy, napęczniający i/lub suszący, stosuje się korzystnie przegrzaną parę wodną.

Istota wynalazku polega na tym, że podczas transportowania produktu od strefy zasypu do strefy kontaktu z czynnikiem napęczniającym i/lub suszącym, dozownik, korzystnie dozownik gwiazdowy przepłukuje się, korzystnie w sposób ciągły, medium gazowym, które ma zdolność absorpcji wilgoci, pod ciśnieniem absolutnym w zakresie od 2,5 kPa do 10 MPa. Temperatura medium gazowego, korzystnie powietrza, wynosi w zakresie od 50 do 200°C. Następnie, pozostałości gazu procesowego usuwa się z dozownika gwiazdowego.

Korzystnie, według wynalazku, w bezpośrednim kontakcie strumienia medium gazowego z produktem nagrzewa się transportowany produkt i usuwa się pozostałości szczątkowej wilgoci powierzchniowej z powierzchni produktu, przy czym za pomocą strumienia medium gazowego nasącza się transportowany produkt i przeprowadza się proces rozwłókniania produktu.

Przedmiotem wynalazku jest również dozownik do zwiększania sprawności procesu napęczniania oraz suszenia materiałów organicznych, zwłaszcza w suszarce strumieniowej, stosowanej do rozdrobnionych materiałów roślinnych, szczególnie rozdrobnionego tytoniu. Dozownik ten posiada łopaty obracające się w obudowie.

Istota tego wynalazku polega na tym, że w obudowie dozownika wykonane są otwory doprowadzające medium gazowe do ruchomych przestrzeni między łopatami i otwory odprowadzające medium gazowe z ruchomych przestrzeni między łopatami, przy czym otwory rozmieszczone są odpowiednio w ś cianach obudowy dozownika.

Otwory te mają wydłużony kształt i są rozmieszczone promieniowo a ich osie wzdłużne są prostopadłe do osi wlotu i wylotu produktu, przy czym niektóre z nich są przesunięte względem siebie promieniowo.

Dozownik według wynalazku wyposażony jest w deflektory strumienia produktu.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia jednorodność i ciągłość procesów, w wyniku których uzyskuje się optymalnie duży efekt napęcznienia oraz wysuszenia do pożądanego poziomu. Specjaliści z zakresu obróbki tytoniu określają ten efekt na poziomie wilgotności do 10-14%.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie znane ze stanu techniki urządzenie do napęczniania i/lub suszenia rozdrobnionych produktów roślinnych, zwłaszcza tytoniu, zawierające urządzenie dozujące i ustalające

PL 211 482 B1 przepływ, fig. 2 - przekrój poprzeczny wlotowego dozownika według wynalazku, dozującego rozdrobniony produkt roślinny, fig. 3 - widok z góry dozownika według fig. 2, wraz z kanałami doprowadzającymi medium procesowe do tego zaworu oraz kanałami odprowadzającymi medium procesowe z zaworu, fig. 4 - przekrój poprzeczny wlotowego dozownika według wynalazku w położeniu roboczym łopat zabierakowych dozownika na której pokazano zakres oddziaływania dostarczonego medium gazowego w dozowniku.

Według wynalazku, w urządzeniu do napęczniania i/lub suszenia rozdrobnionego tytoniu zastosowano wlotowy zawór rotacyjny w postaci dozownika gwiazdowego 4, który umieszczony jest między strefą zasypu 6 i strefą napęczniania i/lub suszenia, czyli strefą obróbki 9. Poprzez dozownik gwiazdowy 4, produkt roślinny, zwłaszcza tytoń 1, 1A, podawany jest do strefy obróbki 9 w sposób, który eliminuje lub znacząco zmniejsza przedostawanie się wilgotnego nośnika gazowego PG do strefy zasypu 6 produktu roślinnego, zwłaszcza tytoniu 1.

Na fig. 2 przedstawiono przekrój poprzeczny dozownika 4, dozującego produkt roślinny, zwłaszcza tytoń 1, 1A, do strefy obróbki 9. Standardowy (typowy) zawór rotacyjny został zmodyfikowany przez stworzenie dwóch stref, aktywnej i pasywnej, które są pokazane na fig. 4. W strefie aktywnej transportowany jest rozdrobniony produkt roślinny, zwłaszcza tytoń 1, do strefy obróbki 9. W części pasywnej (powrotnej) pomiędzy łopatami zaworu transportowane jest tylko gazowe medium procesowe PG.

Obracające się łopaty 3 tworzą w kontakcie z obudową dozownika 4 zamknięte, ruchome przestrzenie, do których doprowadza się otworami 5 i/lub 7, a następnie odprowadza się otworami 5A, 7A strugę gazowego medium procesowego, na przykład gorącego powietrza, w zakresie temperatur 50-150°C, pod ciśnieniem absolutnym w zakresie od 2,5 kPa do 1 MPa.

Zgodnie z fig. 3, dozownik 4 wyposażony jest w kanały doprowadzające 13, 14 strugę gazowego medium procesowego do otworów 5, 5A i kanały odprowadzające 13A, 14A strugę gazowego medium procesowego.

W celu zintensyfikowania efektu przepł ukania gazem przestrzeni, pomię dzy ł opatami 3, otwory 7 i 7A mogą być przesunięte wzdłuż promienia, jak to pokazano na fig. 2 i fig. 3, przez co wydłuża się drogę strumienia gazu w przepłukiwanej przestrzeni. W strefie pasywnej, gdzie pomiędzy łopatami 3 jest transportowany tylko gaz PG i nie ma produktu, zwłaszcza tytoniu 1, 1A, można zastosować inny kształt i rozmieszczenie otworów 5 i 5A, które nie muszą być przesunięte względem siebie, jak to pokazano na fig. 2 i fig. 3.

Otwory 5 i 7, doprowadzające gazowe medium procesowe 11 i/lub 12 do obudowy zaworu 4, a takż e otwory 5A i 7A odprowadzają ce gazowe medium procesowe 11A i 14A maj ą w podanym przykładzie kształt podłużnych otworów, umieszczonych promieniowo i prostopadle do kierunku wlot-wylot produktu 1-1A podawanego do obróbki napęczniania i/lub suszenia, jak to przedstawiono na fig. 2 i fig. 4.

W celu optymalnego i korzystnego wykorzystania przestrzeni roboczych zaworu, to jest przestrzeni pomiędzy łopatami zabierającymi 3, a obudową dozownika (4), stosuje się deflektory strumienia produktu 2, 2A i 8, przedstawione na fig. 2. Dodatkowo, deflektory te korzystnie wydłużają drogę kontaktu pomiędzy łopatami 3 a obudową dozownika 4, przez co korzystnie wydłuża się czas obróbki gazowym medium 11, 11A. Jednocześnie, jak to pokazano na fig. 4, zastosowane deflektory eliminują niekorzystne zjawisko przedostawania się (wycieku) medium gazowego, doprowadzanego do dozownika 4, do strefy obróbki 9 a także do strefy zasypu 6.

Produkt 1A opuszczający dozownik 4, w strefie obróbki 9, w której następuje bezpośredni kontakt z czynnikiem napęczniającym i/lub suszącym PG, zwalnia przestrzeń pomiędzy łopatami 3 i obudową dozownika 4, która jest natychmiast zapełniana przez gazowy czynnik napęczniający i/lub suszący PG, znajdujący się w strefie obróbki 9. Następnie czynnik ten jest transportowany pomiędzy łopatami 3 a obudową dozownika 4. W strefie tej umieszczono promieniowo otwory 5 oraz 7, jak to przedstawiono na fig. 2 i fig. 3, poprzez które gazowy czynnik procesowy 11 i/lub 12, na przykład powietrze z otoczenia, doprowadzany jest do dozownika, a także otwory 5A i 7A, którymi odprowadzana jest (odsysana) mieszanka gazowa 11A i 12A.

W rezultacie stosowania wyż ej opisanego rozwią zania, w chwili ponownego otwarcia obracają cej się komory roboczej, dozownika 4, do strefy zasypu 6 nie przedostają się pozostałości wilgotnego czynnika gazowego PG, a w konsekwencji, nie następuje kondensacja wilgoci na podawanym do obróbki produkcie roślinnym, zwłaszcza tytoniu 1. Podawany w ten sposób do obróbki napęczniania i/lub suszenia produkt roślinny, zwłaszcza tytoń 1, nie posiada izolacyjnej warstwy wolnej, niezwiązanej

PL 211 482 B1 chemicznie wilgoci powierzchniowej, która jest izolatorem cieplnym i inhibitorem reakcji chemicznych zachodzących w strefie obróbki 9, co pozwala na znaczne zmniejszenie ilości energii, doprowadzanej z zewnątrz, niezbędnej do właś ciwego przeprowadzenia procesu napęczniania i/lub suszenia.

W rezultacie zastosowanego rozwiązania, z dozownika 4 dozującego produkt 1 i separującego od strefy procesu obróbki 9, usuwa się całość lub znaczną część procesowego medium gazowego PG, która jest nośnikiem wilgoci, zwłaszcza pary wodnej. Brak pary wodnej nasyconej w strefie zasypu 6 produktu 1 do dozownika 4 zmniejsza lub docelowo eliminuje kondensację pary wodnej (wilgoci) na podawanym do obróbki produkcie roślinnym, zwłaszcza tytoniu. Produkt ten, bez kontaktu z wilgotnym czynnikiem gazowym, zwłaszcza z parą wodną, może być korzystnie poddany działaniu strumienia gorącego, suchego powietrza (na fig. 3 strumienie 11, 12), przez co podnosi się temperaturę (energię wewnętrzną) podawanego do obróbki produktu roślinnego, zwłaszcza tytoniu, jednocześnie umożliwiając usunięcie szczątkowej warstwy wilgoci powierzchniowej, pozostałej po wcześniejszej obróbce procesowej i bez wytwarzania dodatkowej, niekorzystnej warstwy wilgoci powierzchniowej.

Na skutek kontaktu podawanego do obróbki rozdrobnionego, zwykle włóknistego i skłębionego produktu roślinnego, zwłaszcza tytoniu, ze strumieniem medium gazowego 11, 12, na przykład powietrza, jednocześnie korzystnie rozwłóknia się (deaglomeruje) podawany do obróbki produkt, przez co znacznie zwiększa się jednorodność obróbki napęczniania i/lub suszenia poszczególnych cząstek produktu. Jednocześnie, na skutek zastosowanego rozwiązania, znacznie zmniejsza się wydatek energetyczny, poprzez wyeliminowanie części energii koniecznej do usunięcia zbędnej wilgoci powierzchniowej, czyli zwiększa się sprawność energetyczną procesu.

Jednocześnie, za pomocą otworu 5A i kanału 13A odsysa się medium gazowe PG zabrane pomiędzy łopatami 3 dozownika 4 ze strefy obróbki 9. Gaz procesowy PG zostaje usunięty z dozownika 4 przez otwór 5A, umieszczony promieniowo, jak na fig. 3, za pomocą podawanego z zewnątrz gazu 11, korzystnie powietrza pobranego z otoczenia, dostarczanego kanałem 13 i otworem 5 i następnie usuwanego otworem 5A i kanałem 13A do ewentualnego dalszego przerobu poza dozownikiem 4, w celu na przykład odzyskania energii cieplnej (entalpii) z odpadowego strumienia gazu 11A. W konsekwencji, uzyskanie tych efektów pozwala na krótsze przebywanie produktów roślinnych, zwłaszcza tytoniu, w strefie napęczniania i/lub suszenia, a co za tym idzie, pozwala zmniejszyć rozmiary kanałów suszących i całej suszarki strumieniowej. Ponadto, w konsekwencji uzyskuje się znaczne zwiększenie sprawności energetycznej prowadzonego procesu napęczniania i/lub suszenia produktów roślinnych, zwłaszcza tytoniu.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zwiększania sprawności procesu napęczniania oraz suszenia materiałów organicznych, zwłaszcza w suszarce strumieniowej, stosowanej do rozdrobnionych materiałów roślinnych, szczególnie rozdrobnionego tytoniu, pracującej z wykorzystaniem gazowego czynnika napęczniającego i/lub suszącego pod roboczym ciśnieniem absolutnym w zakresie od 2,5 kPa do 10 MPa, przy czym jako gazowy czynnik procesowy, napęczniający i/lub suszący, stosuje się korzystnie przegrzaną parę wodną, znamienny tym, że podczas transportowania produktu (1) od strefy zasypu (6) do strefy (9) kontaktu z czynnikiem napęczniającym i/lub suszącym, dozownik, korzystnie dozownik gwiazdowy (4) przepłukuje się, korzystnie w sposób ciągły, medium gazowym (11, 12), które ma zdolność absorpcji wilgoci, pod ciśnieniem absolutnym w zakresie od 2,5 kPa do 10 MPa, przy czym temperatura medium gazowego (11, 12), korzystnie powietrza, wynosi w zakresie od 50 do 200°C i usuwa się z dozownika gwiazdowego (4) pozostałości gazu procesowego.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w bezpośrednim kontakcie strumienia medium gazowego (11, 12) z produktem (1) nagrzewa się transportowany produkt (1) i usuwa się pozostałości szczątkowej wilgoci powierzchniowej z powierzchni produktu (1).
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że za pomocą strumienia medium gazowego (11, 12) nasącza się transportowany produkt (1).
4. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że za pomocą strumienia medium gazowego (11, 12) przeprowadza się proces rozwłókniania produktu (1).
5. Dozownik do zwiększania sprawności procesu napęczniania oraz suszenia materiałów organicznych, zwłaszcza w suszarce strumieniowej, stosowanej do rozdrobnionych materiałów roślinnych, szczególnie rozdrobnionego tytoniu, posiadający łopaty obracające się w obudowie, znamienny tym,

PL 211 482 B1 że w obudowie dozownika (4) wykonane są otwory (5, 7), doprowadzające medium gazowe do ruchomych przestrzeni między łopatami (3) i otwory (5A, 7A), odprowadzające medium gazowe z ruchomych przestrzeni między łopatami (3), przy czym otwory (5, 7, 5A, 7A) rozmieszczone są odpowiednio w ścianach obudowy dozownika (4).
6. Dozownik według zastrz. 5, znamienny tym, że otwory (5, 7) i otwory (5A, 7A) mają wydłużony kształt i są rozmieszczone promieniowo a ich osie wzdłużne są prostopadłe do osi wlotu i wylotu produktu (1).
7. Dozownik według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że otwory (7) i otwory (7A) są przesunięte względem siebie promieniowo.
8. Dozownik według zastrz. 5, znamienny tym, że wyposażony jest w deflektory (2, 8) strumienia produktu.