干燥設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于干燥纖維材料或顆粒材料的干燥設(shè)備和方法，尤其涉及，但不僅僅涉及干燥諸如煙葉或煙葉的部分等纖維材料的干燥設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在基本的煙草加工中，煙葉被加工用于香煙制造。煙葉的層疊部分被壓縮，然后在切割機(jī)中切割，以便為香煙制造提供適合的煙草顆粒。通常將水分從纖維煙草材料中除去以便改善煙草材料的處理和填充屬性。
[0003]在煙草工業(yè)內(nèi)已知的是，采用氣動(dòng)傳送干燥機(jī)(也被稱為急驟干燥機(jī))來將香煙纖維材料的水分含量降低到例如適于香煙制造和包裝的水平。這樣的干燥機(jī)中的一般原理是煙草產(chǎn)品通過熱氣流而沿著通道傳送。氣流提供使煙草產(chǎn)品在通道中分散和干燥的環(huán)境。然后通過一些手段從氣流中分離出煙草產(chǎn)品。產(chǎn)品的干燥是由于氣流和煙草產(chǎn)品之間的熱量和質(zhì)量轉(zhuǎn)移而發(fā)生的。已知的是采用過熱蒸汽、空氣、空氣和二氧化碳的混合物或具有其它燃燒組分的空氣作為傳送氣體。
[0004]煙草是香煙最貴的組分，因此制造商對于用給定重量的煙草生產(chǎn)最大化香煙數(shù)量的方式來加工煙草有非常強(qiáng)烈的動(dòng)機(jī)。產(chǎn)生較低密度的切割的煙草產(chǎn)品提高了從給定重量的初始產(chǎn)品的產(chǎn)量。和其它干燥方法相比，目前使用氣動(dòng)傳送干燥機(jī)(也被稱為急驟干燥機(jī))和作為干燥介質(zhì)的過熱蒸汽來干燥確實(shí)提供了切割的煙草的較低密度和提高的產(chǎn)量。
[0005]圖1示出了常規(guī)的干燥設(shè)備100 (例如氣動(dòng)傳送干燥機(jī))，包括過程加熱器10、產(chǎn)品喂料裝置1、用于提供材料的受控排出和釋放的設(shè)備，在這個(gè)示例中釋放設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)空氣鎖2，干燥設(shè)備100還包括干燥管道3、分離器、另一旋轉(zhuǎn)空氣鎖和排出設(shè)備5。分離器通常是旋風(fēng)分離器4。存儲的煙草產(chǎn)品進(jìn)入干燥設(shè)備，并且喂料裝置I生產(chǎn)潮濕的煙草產(chǎn)品流。然后潮濕的煙草產(chǎn)品穿過旋轉(zhuǎn)空氣鎖2，產(chǎn)品分散在管道3中，并且通過傳送熱氣流而將氣體和固體的混合物沿著管道3傳送到旋風(fēng)分離器4。熱氣將熱傳給煙草產(chǎn)品，使煙草的一些水分含量蒸發(fā)。旋風(fēng)分離器4將干燥后的煙草產(chǎn)品的固體從氣流中分離。干燥的煙草產(chǎn)品通過空氣鎖5排出，然后可以根據(jù)需要傳送到香煙制造工藝的下一階段上。
[0006]圖1中示出的常規(guī)干燥設(shè)備還包括用來捕捉和再循環(huán)傳送氣流的部件。干燥設(shè)備還包括風(fēng)扇6、出口 7、收集管道8和蒸汽注入設(shè)備。離開旋風(fēng)分離器4的氣流被傳送到風(fēng)扇6，以向著過程加熱器10或其它熱源(熱交換器)再循環(huán)并且再次到達(dá)干燥管道3。蒸汽經(jīng)由合適的控制閥9和流量計(jì)量系統(tǒng)被注入到系統(tǒng)。風(fēng)扇6進(jìn)行動(dòng)作，以生成足夠的壓力來沿著管道8傳送氣流。過剩的氣體(部分返回氣體)在出口 7處被排放或排泄以維持系統(tǒng)的質(zhì)量平衡。過剩的氣體是由于以下原因產(chǎn)生的:空氣通過空氣鎖的不可避免的向內(nèi)泄漏，蒸汽的注入，以及來自最初潮濕的煙草產(chǎn)品的水分的蒸發(fā)。在圖1示出的示例中，示出了過剩的氣體被排放到大氣中，然而氣體也可在釋放之前被處理或凈化。示例包括冷凝或清洗，例如化學(xué)清洗，以從蒸汽排放物中除去任何雜質(zhì)、臭氣和污染物。
[0007]氣動(dòng)傳送干燥機(jī)中的密度減小和提高的產(chǎn)量可以歸功于干燥過程的快速性，快速性是熱可以從干燥氣體傳遞到產(chǎn)品的速率的函數(shù)。和由平緩的傳熱速率產(chǎn)生的蒸汽壓力相比，高的傳熱速率將在煙草細(xì)胞基質(zhì)中產(chǎn)生較高蒸汽壓力。如果內(nèi)部蒸汽壓力高于環(huán)境壓力，細(xì)胞基質(zhì)將趨于膨脹，因此使得煙草產(chǎn)品在干燥過程中或干燥過程后的密度減小。干燥氣體和煙草產(chǎn)品之間的傳熱由很多因素確定，特別是干燥氣體的熱力學(xué)性質(zhì)，因?yàn)楫?dāng)產(chǎn)品被傳送通過干燥機(jī)時(shí)，這些因素影響包圍產(chǎn)品的每個(gè)顆粒表面的氣體邊界層的傳熱特性。
[0008]上述干燥設(shè)備可能是龐大的。氣流干燥機(jī)的物理尺寸(特別是它的高度)與希望的生產(chǎn)能力以及水分去除職能和效率密切相關(guān)。因此目標(biāo)在于提高干燥氣體和產(chǎn)品之間的傳熱，從而干燥機(jī)的整體尺寸和資本成本可以減少，目標(biāo)還在于提供用于干燥諸如煙草等纖維產(chǎn)品的可替代設(shè)備和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種用于干燥纖維材料或顆粒材料的干燥設(shè)備，干燥設(shè)備包括加熱器、分離器、風(fēng)扇、管道和流量變化設(shè)備，加熱器被安排用來對第一氣流和纖維材料加熱，第一氣流被安排用來在進(jìn)口處進(jìn)入干燥設(shè)備，氣流包括蒸汽；分離器用來將所述纖維材料從第一氣流中分離出來，以形成第二氣流；風(fēng)扇和管道被安排用來使第二氣流再循環(huán)到過程加熱器和蒸汽注入設(shè)備；流量變化設(shè)備被安排用來改變第一氣流中的氣體流動(dòng)。
[0010]US8037620、US5252061和US4859248描述了商用干燥機(jī)，并且這三篇專利應(yīng)用氣流脈動(dòng)來加強(qiáng)傳熱以干燥有機(jī)材料，例如，谷物和木肩。在這些干燥機(jī)中，通過脈動(dòng)燃燒器或脈動(dòng)噴氣引擎來產(chǎn)生脈動(dòng)燃燒器流，即脈動(dòng)氣流，脈動(dòng)燃燒器或脈動(dòng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生用于直接加熱有機(jī)材料的脈動(dòng)熱氣流。在干燥煙草時(shí)，和有機(jī)材料的一些其它示例不同，通常不允許煙氣接觸產(chǎn)品，因?yàn)闊煔獾幕瘜W(xué)成分被認(rèn)為對正在加工的煙草的味道或冒煙特性有影響。煙草干燥機(jī)的設(shè)計(jì)受到這種觀點(diǎn)的影響:較高的溫度被認(rèn)為對煙草味道有不利影響。由于煙草中的糖和淀粉組分的燃燒，高溫去除了香味。然而，由于增加的對產(chǎn)品的傳熱速率，較高的干燥溫度趨于使煙草產(chǎn)生較高的膨脹。
[0011]本發(fā)明利用流動(dòng)變化設(shè)備特征來開發(fā)脈動(dòng)氣流的熱力學(xué)和其它過程優(yōu)點(diǎn)，而不需要脈動(dòng)燃燒器的相關(guān)使用。參照氣動(dòng)傳送干燥機(jī)或急驟干燥機(jī)描述了本發(fā)明，本發(fā)明和要求保護(hù)的安排也適用于其它干燥設(shè)備，例如，其中對于待干燥產(chǎn)品采用對流傳熱的那些設(shè)備。一個(gè)示例是使用傳送或流化氣體作為傳熱方法的流化床干燥機(jī)。
[0012]在一實(shí)施例中，流動(dòng)變化設(shè)備被安排用來以周期方式改變流動(dòng)。氣流的周期性有重復(fù)加熱煙草產(chǎn)品輔助傳熱的效果。流動(dòng)中的這些變化可以采用速度變化，或壓力變化，或速度和壓力的結(jié)合的形式。
[0013]在一實(shí)施例中，流動(dòng)變化設(shè)備被安排用來使過程氣體的流動(dòng)進(jìn)行脈動(dòng)并且發(fā)揮作用以提高傳熱。流動(dòng)變化設(shè)備在過程氣體的流動(dòng)中的生成脈動(dòng)，當(dāng)產(chǎn)品的顆粒被傳送通過干燥機(jī)時(shí)，所述脈動(dòng)打碎并攪動(dòng)包圍產(chǎn)品每個(gè)顆粒表面的氣體邊界層。這依次增加了過程氣體到煙草產(chǎn)品之間的傳熱速率，在較低的過程氣體溫度下改善產(chǎn)品膨脹，確保了提供具有改善的味道特性的較低密度的煙草的上述優(yōu)點(diǎn)。
[0014]因此，設(shè)備尋求利用具有流動(dòng)速率變化的脈動(dòng)氣流的熱力學(xué)和氣體過程優(yōu)點(diǎn)來直接加熱過程氣體，而不需要脈動(dòng)燃燒器的相關(guān)使用。
[0015]在一實(shí)施例中，流動(dòng)變化設(shè)備被安排用來在0.3Hz-200Hz的頻率范圍內(nèi)來改變流動(dòng)，并且可以被安排用來在0.3Hz-5Hz的頻率范圍內(nèi)來改變流動(dòng)。這里通過以較低頻率(較低頻率通常在，但是不局限于0.3Hz-5Hz范圍內(nèi))進(jìn)行操作，干燥設(shè)備內(nèi)的煙草流動(dòng)可以交替地、周期性地停頓并且接著加速。這個(gè)周期性停頓執(zhí)行兩種功能:首先，因?yàn)闊煵莓a(chǎn)品和氣流之間的相對速度增加了，所以傳熱增加了。其次，煙草產(chǎn)品在干燥機(jī)中的停留時(shí)間增加了，并且還允許干燥過程在較低溫度下發(fā)生，從而獲得味道方面的優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明中，提供流動(dòng)變化和周期變化的設(shè)備的位置在旋風(fēng)排氣裝置的出口處或可以在熱交換器的出口處。流動(dòng)變化采用以下形式:速度變化，或壓力變化，或壓力和速度的組合。
[0016]在一實(shí)施例中，流動(dòng)變化設(shè)備包括機(jī)械裝置。在下面描述的實(shí)施例中，第一氣流和纖維材料具有過程流動(dòng)方向，其中，流動(dòng)變化設(shè)備包括可旋轉(zhuǎn)的盤或切盤，盤或切盤具有垂直于過程流動(dòng)方向的旋轉(zhuǎn)軸線。這提供了簡單的流動(dòng)變化設(shè)備，并且盤包括用于第一氣流過程流動(dòng)的至少一個(gè)開口?？梢葬槍ΜF(xiàn)有的干燥設(shè)備對盤進(jìn)行改型。在一個(gè)實(shí)施例中，盤包括用于第一氣流過程流動(dòng)的多個(gè)開口。許多開口可以幫助氣流和諸如煙草等纖維產(chǎn)品的通過，并且可能是有用的，例如，如果一個(gè)開口變得阻塞或堵塞。
[0017]還描述了一實(shí)施例，其中，第一氣流和纖維材料有過程流動(dòng)方向，并且其中流動(dòng)變化設(shè)備包括可旋轉(zhuǎn)的擋板，擋板具有垂直于過程流動(dòng)方向的旋轉(zhuǎn)軸線。對于流動(dòng)變化設(shè)備來說，擋板是一種方便可靠的結(jié)構(gòu)。
[0018]在要求較高頻率流動(dòng)變化的實(shí)施例中，流動(dòng)變化設(shè)備包括氣動(dòng)聲音發(fā)射器。在另一實(shí)施例中，流動(dòng)變化設(shè)備包括電動(dòng)聲音發(fā)射器。
[0019]在過程氣體和產(chǎn)品之間的傳熱和氣體分子的邊界層中的條件相關(guān)，該邊界層緊鄰或包圍纖維材料的產(chǎn)品顆粒。由于氣體邊界層的瓦解或破壞，熱交換系統(tǒng)中應(yīng)用的較高頻率的流動(dòng)變化(例如聲學(xué)振動(dòng))顯著加強(qiáng)了傳熱。電動(dòng)或氣動(dòng)聲音發(fā)射器