СИСТЕМА И СПОСОБ СУШКИ ЧАСТИЦ
SYSTEM AND METHOD FOR DRYING PARTICLES

Настоящее изобретение относится к системе сушки частиц. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу сушки частиц, в котором массовый поток частиц перемещается силой тяжести через башню, а газообразная сушильная среда перемещается в направлении, противоположном направлению перемещения частиц.
Системы сушки частиц известны, например, из GB-A-875,685, в котором описана вертикальная охлаждающая башня для сушки табака. Табак поступает в башню сверху и подвергается охлаждающему воздействию струи холодного воздуха, втягиваемого вверх через башню. В башне расположены наклонные перегородки или лопатки. Табак, падающий под действием силы тяжести в башне, распределяется посредством лопаток. Лопатки также замедляют падение табака внутри башни. Однако, в зависимости от размера, влагосодержания и количества частиц табака, высушивающее воздействие на отдельные частицы может изменяться, что приводит к нежелательным различиям в качестве обработанных частиц.
Таким образом, целью настоящего изобретения является создание системы сушки частиц и способа, который приспособлен для сушки частиц с однородным качеством.
Настоящее изобретение обеспечивает систему сушки частиц, содержащую башню, через которую частицы перемещаются по существу в первом направлении и через которую поток газообразной сушильной среды перемещается по существу во втором направлении, причем упомянутое первое направление по существу противоположно упомянутому второму направлению. В соответствии с изобретением система сушки частиц дополнительно содержит регулировочные средства, способные изменять характеристики потока внутри башни. Регулировочные средства содержат по меньшей мере одну подвижную боковую стенку башни. Упомянутая по меньшей мере одна подвижная боковая стенка выполнена с возможностью перемещения по меньшей мере в направлении, перпендикулярном продольной протяженности башни. Это эффективный и надежный способ реализации изменения площади поперечного сечения башни. Боковые стеки, расположенные рядом с подвижными стенками, предпочтительно, по существу герметично соединены с упомянутой подвижной боковой стенкой, например, с использованием резиновых уплотнений. Однако можно также обеспечить просто плотное соединение между упомянутой по меньшей мере одной подвижной боковой стенкой и расположенными рядом боковыми стенками. В качестве альтернативы, подвижными могут быть две противоположные боковые стенки или две расположенные рядом боковые стенки. Посредством приспосабливания характеристик потока внутри башни в соответствии с разными количествами и типами частиц можно добиться того, что частицы остаются в башне в течение заданного времени пребывания, подвергаясь воздействию газообразной сушильной среды. Это обеспечивает значительно более гибкую систему сушки по сравнению с системой сушки с неизменным сопротивлением потоку башни. В частности, в соответствии с изобретением можно улучшить регулирование времени пребывания частиц внутри башни. Это обеспечивает широкий диапазон возможностей для влияния на количество влаги, которую удаляют во время обработки частиц посредством сушки.
Предпочтительно, частицы перемещаются вниз через башню, ускоряемые гравитацией. Данному перемещению вниз противодействует восходящий поток газообразной среды обработки. При неизменном сопротивлении потоку башни, скорость массового потока частиц по существу постоянная. Это означает, что количество влаги, которое может быть удалено из данного массового потока, заранее задано. Дополнительными параметрами, которые влияют на процесс сушки, являются, например, температура частиц, температура газообразной сушильной среды и различие по влажности частиц и сушильной среды.
Упомянутое устройство для сушки частиц, в частности, пригодно для сушки растительного материала, такого как, например, частицы табака, такого как, например, табачное крошево, листовой табак, табачные стебли или табачные обрезки. Другой растительный материал может представлять собой, например, чайный лист, листья мяты, ароматические травы или гвоздику.
Термин «массовый расход» частиц, например, частиц табака, используется в данном описании для обозначения величины, соответствующей переносу заданной массы частиц, в первом направлении через башню в течение заданного периода времени, измеряемой в килограммах в секунду.
Предпочтительно, по существу постоянный уровень влажности частиц, выходящих из системы сушки частиц, может быть получен для некоторого диапазона изменения массовых потоков. Таким образом, по сравнению с системами известного уровня техники система в соответствии с изобретением обеспечивает выбор широкого диапазона регулируемых рабочих режимов системы сушки частиц в соответствии с изобретением.
Регулирование сопротивления потоку независимо от массового расхода частиц имеет дополнительное преимущество в том, что частицы, проходящие через башню, могут подвергаться воздействию по существу постоянных фрикционных и флюидальных сил в течение своего времени пребывания. Это может предотвратить колебания влажности частиц или других параметров частиц внутри системы сушки частиц со временем.
Предпочтительно, осуществляется регулирование времени пребывания частиц внутри системы сушки частиц. Предпочтительно, регулировочные средства выполнены с возможностью регулирования сопротивления потоку башни так, что достигается заданная влажность частиц, которые выходят из системы сушки частиц, для некоторого диапазона разных массовых расходов частиц. Кроме того, может быть уменьшено или предотвращено потенциальное разрушение частиц, которое может быть вызвано высоким массовым расходом. Разрушение может приводить, например, к уменьшению размера частиц и образованию пыли частиц.
Чем больше время пребывания частиц в башне, тем дольше частицы подвергаются воздействию газообразной сушильной среды. Таким образом, можно регулировать время сушки частиц в соответствии с одним или более параметрами скорости массового расхода частиц через систему сушки частиц, такими как, например, размер частиц, влажность частиц перед входом в систему сушки частиц и требуемая влажность частиц, когда они выходят из системы сушки частиц.
Предпочтительно, регулировочные средства выполнены с возможностью регулирования сопротивления потоку посредством изменения поперечного сечения башни, сужая или расширяя ее форму. В качестве альтернативы или дополнительно, регулировочные средства регулируют сопротивление потоку башни посредством регулирования размера и/или количества препятствий на траектории частиц. Регулировочные средства могут представлять собой, например, набор подвижных элементов и приводов, которые перемещают упомянутые подвижные элементы. Подвижные элементы могут представлять собой, например, стенки башни или устройства, выполнены с возможностью введения или извлечения из башни.
Предпочтительно, можно регулировать объемный расход газообразной сушильной среды. Поскольку газообразная сушильная среда перемещается в направлении, противоположном направлению массового потока частиц, объемный расход газообразной сушильной среды может быть использован также для регулирования массового расхода и времени пребывания частиц в системе сушки частиц. Посредством регулирования сопротивления потоку башни и объемного потока газообразной сушильной среды может быть осуществлен выбор различных режимов сушки в башне.
Предпочтительно, регулировочные средства выполнены с возможностью изменения площади поперечного сечения башни.
В качестве альтернативы или дополнительно, регулировочные средства могут представлять собой регулируемые лопатки, которые проходят в башню. Упомянутые лопатки могут выполнять две разные задачи. Они могут представлять собой препятствия для перемещения частиц через башню так, чтобы регулировать расстояние свободного перемещения частиц и время сушки частиц в башне. Кроме того, лопатки могут управлять потоком газообразной сушильной среды, например, для образования завихрения или турбулентности. Это может оказывать благоприятный эффект в плане подвергания отдельных частиц воздействию газообразной сушильной среды, поскольку вихревой и турбулентный поток может отделять отдельные частицы друг от друга.
В одном варианте осуществления лопатки могут быть по меньшей мере частично проницаемыми для газообразной сушильной среды. Например, лопатки могут быть по меньшей мере частично выполнены из решетчатого материала. В качестве альтернативы, лопатки могут быть снабжены соплами или воронками, которые направляют поток газообразной сушильной среды в требуемом направлении, или для локального увеличения скорости потока. Проницаемость лопаток имеет преимущество в том, то даже частицы, которые проходят рядом с лопатками, подвергаются воздействию газообразной сушильной среды. Таким образом, газообразная сушильная среда может быть направлена в те части башни, которые подвергались бы только небольшому воздействию или не подвергались бы воздействию потока газообразной сушильной среды, если бы упомянутые лопатки были непроницаемыми.
Предпочтительно, регулируемые лопатки соединены с боковыми стенками башни посредством шарниров. Это обеспечивает простое регулирование лопаток. Предпочтительно, ось вращения шарниров проходит в по существу горизонтальном направлении так, что можно регулировать угол наклона лопаток относительно горизонтальной плоскости. Шарниры могут также содержать приводы, которые подсоединены так, чтобы управлять лопатками отдельно или совместно. В частности, лопатки могут содержать ведущую шестерню, которая входит в зацепление с зубчатой рейкой. Зубчатая рейка используется для поворота лопаток вокруг шарнирных осей.
Предпочтительно, две противоположные боковые стенки башни содержат по меньшей мере одну, а предпочтительно, множество лопаток соответственно, например, от 2 до примерно 50 лопаток, предпочтительно от 3 до 8 лопаток. Лопатки могут проходить по существу перпендикулярно направлению удлинения башни вдоль ширины соответствующих боковых стенок. Лопатки могут быть расположены под углом к внешней поверхности башни так, что участок лопаток, который продолжается во внутреннюю часть башни, является самым низким, а участок лопаток, который соединен со стенкой башни, является самым высоким.
В одном варианте осуществления лопатки имеют криволинейную конфигурацию. Упомянутая криволинейная конфигурация допускает, что кривизна лопаток может быть сделана более крутой в зонах около стенок башни и менее крутой в зонах, которые направлены к центру башни. Это имеет преимущество в том, что частицы плавно направляются к центру башни, где поток газообразной сушильной среды более интенсивный.
Лопатки могут быть размещены на противоположных боковых стенках на разных высотах. Предпочтительно, лопатки на одной боковой стенке расположены на высоте, которая находится по существу между высотой двух ближайших лопаток на противоположной боковой стенке. В одном варианте осуществления лопатки выполнены с возможностью поворота между опущенным положением, в котором они расположены ближе всего к боковым стенкам, и поднятым положением, в котором они находятся в их максимальной протяженности в башню. Данный признак увеличивает время перемещения частиц через башни, когда лопатки находятся в поднятом положении, и увеличивает поток частиц, когда лопатки находятся в своем опущенном положении. Предпочтительно, лопатки перекрываются в своих частично или полностью поднятых положениях с лопатками противоположных боковых стенок так, что образуется зигзагообразная траектория потока.
В одном варианте осуществления лопатки выполнены с возможностью вибрации, чтобы предотвратить осаждение частиц на любой из лопаток. Это имеет преимущество в том, что частицы постоянно перемещаются через башню так, что все частицы имеют по существу одинаковое среднее время пребывания в башне. Вибрация лопаток может быть инициирована потоком газообразной сушильной среды или приводами.
В одном варианте осуществления площадь поперечного сечения башни изменяют вдоль продольной протяженности башни. Предпочтительно, башня имеет коническую форму вдоль направления ее удлинения.
Посредством реализации башни, которая увеличивает свою площадь поперечного сечения к верхней части башни, может быть увеличена скорость потока газообразной сушильной среды в нижней части башни, при этом может быть уменьшена плотность частиц в верхней части башни. В качестве альтернативы, если требуется обратный эффект, то может быть уменьшена также площадь поперечного сечения башни около верхней части.
В частности, регулировочные средства могут включать в себя поворотную боковую стенку для изменения локальных площадей поперечного сечения башни вдоль продольной протяженности башни.
В одном варианте осуществления по меньшей мере одна боковая стенка башни выполнена с возможностью перемещения в направлении продольной протяженности башни относительно другой боковой стенки башни. Таким образом, посредством перемещения боковых стенок башни, на которых, например, прикреплены лопатки, может быть изменено внутреннее сопротивление потоку башни, и могут быть изменены характеристики потока для газообразной сушильной среды и частиц.
В одном варианте осуществления обеспечено по меньшей мере одно регулируемое дополнительное сопло для локального введения в башню дополнительного потока газообразной сушильной среды. Данное сопло может содержать трубы или лопасти, которые локально обеспечивают перемещение газообразной сушильной среды внутри башен. Упомянутое сопло может быть расположено в боковых стенках башни и может обеспечивать поток, который направлен в сторону внутренней части башни. Упомянутый поток может быть также направлен в по существу горизонтальном направлении или в наклонном направлении. Предпочтительно, упомянутое сопло может управляемым с возможностью приведения в действие по требованию. Дополнительный поток воздуха, вводимый в башню, может изменять сопротивление потоку башни посредством внесения встречных потоков или турбулентностей.
В одном варианте осуществления башня имеет по существу круглое поперечное сечение, и диаметр башни может быть приспособлен для изменения характеристик потока башни. Изменение площади круглого поперечного сечения башни может быть достигнуто посредством изготовления башни из гибкого материала, который имеет волнообразную форму в его окружном направлении.
Другой аспект изобретения относится к способу сушки частиц, предусматривающему изменение характеристик потока в башне посредством регулировочных средств. Характеристики потока в башне изменяют посредством перемещения по меньшей мере одной боковой стенки башни. Данным перемещением может быть поступательное перемещение боковой стенки в направлении продольной протяженности башни или поступательное перемещение боковой стенки, перпендикулярное направлению удлинения башни. Кроме того, упомянутое перемещение по меньшей мере одной боковой стенки башни может также включать в себя вращательное движение боковой стенки, такое как поворот боковой стенки вокруг горизонтальной оси. Можно, конечно, комбинировать различные перемещения боковой стенки башни.
Предпочтительно, характеристики потока в башне изменяются посредством перемещения регулируемых лопаток, обеспеченных в башне. Регулирование лопаток может включать в себя вращение вокруг горизонтальной оси, которая продолжается по существу вдоль боковой стенки башни. Кроме того, оно может включать в себя горизонтальное вращение лопаток вдоль горизонтальной оси, которая перпендикулярна боковой стенке башни.
Предпочтительно, регулирование характеристик потока башни, количества частиц и потока газообразной сушильной среды осуществляется таким образом, что частицы подвергаются воздействию газообразной сушильной среды в башне в течение заданного среднего времени сушки.
Предпочтительно, управление регулировочными средствами и потоком газообразной сушильной среды может осуществляться посредством блока управления, который обеспечивает изменение как потока газообразной сушильной среды, так и положения регулировочных средств в соответствии с условиями сушки частиц, измеряемыми посредством датчиков, размещенных внутри или за пределами башни. Предпочтительно, упомянутый блок управления содержит систему обратной связи, чтобы обеспечить изменение в реальном времени сопротивление потоку башни, быстро реагируя на сигналы, выдаваемые датчиками.
Изобретение будет описано ниже, только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемый чертеж, в котором:
Фиг.1 показывает схематичный вид в разрезе варианта осуществления системы сушки частиц.
На Фиг.1 в поперечном разрезе показана система 1 сушки частиц, в которой башня 2 продолжается в вертикальном продольном направлении 30 удлинения.
Башня 2 содержит левую боковую стенку 3 и правую боковую стенку 4, которые продолжаются в вертикальном направлении параллельно друг другу. На каждой из боковых стенок 3, 4 обеспечено множество лопаток 5, 6. Лопатки 5, 6 расположены поочередно на левой боковой стенке 3 и правой боковой стенке 4 башни 2 в продольном направлении 30 удлинения.
Помимо левой боковой стенки 3 и правой боковой стенки 4 башня также содержит переднюю боковую стенку и заднюю боковую стенку.
Правая боковая стенка 4 выполнена с возможностью перемещения в горизонтальном направлении 40 для увеличения или уменьшения площади поперечного сечения башни 2. Таким образом, правая боковая стенка 4 находится в подвижном зацеплении с передней боковой стенкой и задней боковой стенкой. В контакте правой боковой стенки 4 с передней боковой стенкой, соответственно задней боковой стенкой, может быть обеспечен уплотнительный элемент, такой как резиновое уплотнение. Башня 2 закрыта в своих боковых стенках 3, 4 и открыта в верхней и нижней части.
Пунктирными линиями показаны различные возможные положения правой боковой стенки 4.
Все регулируемые лопатки 5 все шарнирно соединены с левой боковой стенкой 3, а все регулируемые лопатки 6 соединены с правой боковой стенкой 4 башни 2 и выполнены с возможностью поворота в пределах горизонтального угла 10, который показан для самой верхней левой лопатки 5. Регулируемые лопатки 5, 6 выполнены с возможностью поворота совместно или отдельно. Пунктирными линиями показаны различные положения самой верхней левой лопатки 5.
В одном варианте осуществления регулируемые лопатки 5, 6 снабжены ведущей шестерней вокруг их шарнирного соединения с боковой стенкой, а вдоль боковой стенки расположена зубчатая рейка, чтобы регулировать угол лопаток 5, 6 посредством вертикального перемещения.
Таким образом, посредством перемещения правой боковой стенки 4 и лопаток 5, 6 можно осуществлять изменение сопротивления потоку башни 2 и характеристик потока башни 2.
В данном варианте осуществления правая боковая стенка 4 и регулируемые лопатки 5, 6 образуют регулировочные средства.
Ниже описан способ сушки частиц в соответствии с изобретением со ссылкой на Фиг.1.
После резки и, по желанию, дополнительных этапов обработки, которым подвергается табак, частицы табака перемещают к верхнему отверстию 7 башни 2 и выпускают в данное отверстие, как показано стрелкой 20.
Башня 2 подвергается воздействию восходящего потока газообразной сушильной среды, который показан стрелкой 50. Газообразная сушильная среда может содержать специальные ингредиенты для сушки табака, которые известны в данной области техники, или может состоять только из воздуха, имеющего определенную влажность и температуру. Газообразную сушильную среду, предпочтительно, подают через нижнее отверстие 8 башни 2 и/или через сопла в боковой стенке 3, 4 около нижнего отверстия 8 башни 2.
Силой тяжести частицы табака перемещаются через башню 2, при этом поток газообразной сушильной среды 50 и сопротивление потоку башни 2 определяют длительность пребывания частиц табака в башне 2. Таким образом, можно осуществлять регулирование интенсивности сушки частиц в башне 2.
Соответственно, если нужно увеличить перемещение частиц через башню, то либо увеличивают площадь поперечного сечения башни, либо опускают лопатки 5, 6 таким образом, что происходит ускоренное перемещение частиц табака через башню. Скорость перемещения частиц через башню может быть также увеличена посредством уменьшения скорости потока газообразной сушильной среды 50.
Для того чтобы частицы оставались в башне в течение достаточного времени, подвергаясь обработке, можно уменьшить площадь поперечного сечения башни 2 посредством перемещения боковой стенки 4 в сторону внутренней части башни 2 или же можно поднять регулируемые лопатки 5, 6. В качестве альтернативы или дополнительно, можно увеличить поток 50 газообразной сушильной среды в направлении, противоположном направлению перемещения частиц так, что флюидальные силы уменьшают скорость перемещения частиц табака через башню 2. Таким образом, более тяжелые частицы, такие как влажные частицы, которые подают в башню 2, могут подвергаться обработке, не перемещаясь слишком быстро.
Посредством регулирования потока газообразной сушильной среды 50, положения боковой стенки 4 и регулируемых лопаток 5, 6 могут быть установлены время и интенсивность сушки частиц.
Контроль процесса сушки частиц 20 табака может осуществляться непрерывно, например, посредством измерения соотношения частиц и газа в башне 2. Кроме того, можно измерять массовый расход и влажность до и после системы сушки частиц. Данные измерения могут быть использованы в контуре обратной связи для регулирования положения боковых стенок, положения лопаток или температуры и объемного расхода газообразной сушильной среды.
Частицы выходят из башни в нижнем отверстии 8 и размещаются на средстве 9 транспортировки, таком как ленточный транспортер, который перемещает обработанные частицы табака для дополнительной обработки. Возможность регулирования сопротивления потоку башни 2 обеспечивает надлежащую обработку частиц, при этом обеспечивая обработку разных типов и количеств частиц и, например, частиц с разными уровнями влажности.