[0001] 本发明涉及用于干燥纤维材料或颗粒材料的干燥设备和方法，尤其涉及，但不仅仅涉及干燥诸如烟叶或烟叶的部分等纤维材料的干燥设备和方法。

[0002] 在基本的烟草加工中，烟叶被加工用于香烟制造。烟叶的层叠部分被压缩，然后在切割机中切割，以便为香烟制造提供适合的烟草颗粒。通常将水分从纤维烟草材料中除去以便改善烟草材料的处理和填充属性。

[0003] 在烟草工业内已知的是，采用气动传送干燥机(也被称为急骤干燥机)来将香烟纤维材料的水分含量降低到例如适于香烟制造和包装的水平。这样的干燥机中的一般原理是烟草产品通过热气流而沿着通道传送。气流提供使烟草产品在通道中分散和干燥的环境。然后通过一些手段从气流中分离出烟草产品。产品的干燥是由于气流和烟草产品之间的热量和质量转移而发生的。已知的是采用过热蒸汽、空气、空气和二氧化碳的混合物或具有其它燃烧组分的空气作为传送气体。

[0004] 烟草是香烟最贵的组分，因此制造商对于用给定重量的烟草生产最大化香烟数量的方式来加工烟草有非常强烈的动机。产生较低密度的切割的烟草产品提高了从给定重量的初始产品的产量。和其它干燥方法相比，目前使用气动传送干燥机(也被称为急骤干燥机)和作为干燥介质的过热蒸汽来干燥确实提供了切割的烟草的较低密度和提高的产量。

[0005] 图1示出了常规的干燥设备100(例如气动传送干燥机)，包括过程加热器10、产品喂料装置1、用于提供材料的受控排出和释放的设备，在这个示例中释放设备包括旋转空气锁2，干燥设备100还包括干燥管道3、分离器、另一旋转空气锁和排出设备5。分离器通常是旋风分离器4。存储的烟草产品进入干燥设备，并且喂料装置1生产潮湿的烟草产品流。然后潮湿的烟草产品穿过旋转空气锁2，产品分散在管道3中，并且通过传送热气流而将气体和固体的混合物沿着管道3传送到旋风分离器4。热气将热传给烟草产品，使烟草的一些水分含量蒸发。旋风分离器4将干燥后的烟草产品的固体从气流中分离。干燥的烟草产品通过空气锁5排出，然后可以根据需要传送到香烟制造工艺的下一阶段上。

[0006] 图1中示出的常规干燥设备还包括用来捕捉和再循环传送气流的部件。干燥设备还包括风扇6、出口7、收集管道8和蒸汽注入设备。离开旋风分离器4的气流被传送到风扇6，以向着过程加热器10或其它热源(热交换器)再循环并且再次到达干燥管道3。蒸汽经由合适的控制阀9和流量计量系统被注入到系统。风扇6进行动作，以生成足够的压力来沿着管道8传送气流。过剩的气体(部分返回气体)在出口7处被排放或排泄以维持系统的质量平衡。过剩的气体是由于以下原因产生的：空气通过空气锁的不可避免的向内泄漏，蒸汽的注入，以及来自最初潮湿的烟草产品的水分的蒸发。在图1示出的示例中，示出了过剩的气体被排放到大气中，然而气体也可在释放之前被处理或净化。示例包括冷凝或清洗，例如化学清洗，以从蒸汽排放物中除去任何杂质、臭气和污染物。

[0007] 气动传送干燥机中的密度减小和提高的产量可以归功于干燥过程的快速性，快速性是热可以从干燥气体传递到产品的速率的函数。和由平缓的传热速率产生的蒸汽压力相比，高的传热速率将在烟草细胞基质中产生较高蒸汽压力。如果内部蒸汽压力高于环境压力，细胞基质将趋于膨胀，因此使得烟草产品在干燥过程中或干燥过程后的密度减小。干燥气体和烟草产品之间的传热由很多因素确定，特别是干燥气体的热力学性质，因为当产品被传送通过干燥机时，这些因素影响包围产品的每个颗粒表面的气体边界层的传热特性。

[0008] 上述干燥设备可能是庞大的。气流干燥机的物理尺寸(特别是它的高度)与希望的生产能力以及水分去除职能和效率密切相关。因此目标在于提高干燥气体和产品之间的传热，从而干燥机的整体尺寸和资本成本可以减少，目标还在于提供用于干燥诸如烟草等纤维产品的可替代设备和方法。

[0040] 现在将参照图1-9的设备来描述常规的已知的干燥设备和本发明的干燥设备。已经在上面说明了已知的干燥设备的结构和操作方法的一些细节，并且将细节总结如下。在对气流中的烟草产品进行传送和分散的管道3中将水分从潮湿的烟草产品中去除。旋风分离器4进行动作，以将烟草产品从排放气体中分离，然后排放气体被处理和净化或再循环。

[0041] 本发明的实施例的干燥设备200、300、400、500包括大致类似于图1中示出的设备的部件的一些部件，因此相似的特征使用相同的附图标记来进行标记。参照附图中的图2，其中示出了根据本发明的第一个实施例的干燥设备200，干燥设备200具有流动变化设备20，流动变化设备20位于过程气体管道3中，在旋转空气锁2之前。流动变化设备可以放置在旋风分离器之后。

[0042] 图3中示出的实施例中展示了流动变化设备20，流动变化设备20包括可旋转的盘21的机械工具。盘21可转动地安装在设备上，盘21具有平行于过程气体的流动方向40的轴线22。盘在中心安装在轴线22处。许多孔21围绕盘的圆周定位，在这些孔21之间有许多陆地部分或实体区域24。过程气体管道3容纳盘21和安装轴线22。

[0043] 图4示出了流动变化设备，以及盘21和驱动工具50的截面图，驱动工具50用来驱动盘21，并使得盘21绕着轴线22转动。在这个实施例中，驱动工具是变速马达50。盘21直接安装至变速马达50的轴。静止的壳体60被安排用来包围盘21并用来将盘21连接至过程气体管道3，并且防止气体向流动变化设备单元或从流动变化设备单元泄漏。

[0044] 在使用时，马达50驱动盘21，盘21横切过程气体管道3。当孔23和管道3对齐时，在方向40上移动的过程气体可以穿过孔23，或者如果盘21的实体陆地部分22和管道3对齐，那么流动将被阻断。流动的波形可以根据盘21上的孔23的形状或图案而变化。流动的变化频率可以根据盘21的转动速度增加或减少。

[0045] 图5中示出了流动变化设备的可替代实施例。流动变化设备是挡板25，挡板25设置在过程气体管道3中，在产品喂料点之前或旋风分离器之后，并且挡板25具有垂直于过程气体流动方向40的旋转轴线26。挡板25是具有长边L和短边H的长方形形状的板。形状和尺寸被选择成和过程管道3的横截面的高度和宽度的内部尺寸互补，但是形状不相同。这里示出的过程气体管道3是立方体形的。挡板25安装到并连接至驱动马达，或用于驱动挡板25并使其转动的装置。

[0046] 使用中，当板转动时，板交替地阻挡并允许气流通过管道3。如果板25的面积等于或接近管道3的横截面的面积，那么最小流量将几乎为零。如果板25的面积稍微小于管道3的面积，最小流量将成比例地接近最大流量。

[0047] 图7中提供了相对于管道的高度或直径HH改变宽度尺寸W的效果的图解。速度曲线27表示板的宽度H和管道高度HH的比率为66％，曲线28表示等于管道高度HH的50％的板的宽度H的效果，曲线29表示等于管道高度HH的22％的板的宽度H的效果。在这些曲线中，假设了过程气体风扇速度被调节成提供自始至终相同的平均气体流量。在具有图3中示出的盘21的实施例中，可以通过改变开口面积和总面积的比率来获得相似的效果。出于说明目的，而不是限制于这些值，提供了曲线中的速度数字和时间数字。

[0048] 如上所述，通过在较低频率下(较低频率通常在，但是不局限于0.3-5Hz范围内)操作，干燥设备内的烟草流动可以交替地、周期性地停顿并且接着加速。这个周期性停顿执行两种功能：首先因为烟草和气流之间的相对速度增加了，所以传热增加了。其次，烟草在干燥机内的停留时间增加了，还允许干燥过程在较低温度下发生，从而获得了味道上的优点。

[0049] 如图6所示，可替代的干燥设备300被示出为具有设置在管道3中的流动变化设备20。这里的流动变化设备包括声音发射器90，例如气动声音发射器，例如瑞典的Kockum Sonic of Malmo制造的IKT 150/360。如图6所示，这种声音发射器可以通过产品喂料装置之前的支路管道连接至干燥机管道系统。使用中，声音发射器将生成流动的高频率脉动，流动的高频率脉动将改变沿着管道3移动的过程气体流动。按照设想，上述的一个或多个流动变化装置20可以用在一个干燥系统和设备中。这样，通过旋转的盘21或挡板25的机械工具生成流动的低频率变化，而通过气动声音发射器90生成产生较高频率的声振动。

[0050] 在可替代实施例中，描述成盘21、板25和声音发射器90的流动变化设备20也可以用在图8和图9中示出的干燥设备400、500中，并且干燥设备400、500还包括热交换器12、压缩机16和蒸汽监控装置17，其中热交换器12用于冷凝排放气流，并且具有访问进口
11和出口13、14。在优选的实施例中，蒸汽监控装置是蒸汽流量计，而压缩机是转子凸轮压缩机。设备200还包括单独的、独立的蒸汽供应装置19和用于将额外的蒸汽提供到过程蒸汽注入管线15中的蒸汽注入系统。蒸汽注入系统包括流量计18和响应蒸汽监控装置17的流量控制阀9。

[0051] 蒸汽经由适合的控制阀和流量计量系统注入系统，以在干燥机中维持所需的低氧浓度，其示例对于本领域技术人员来说是已知的。

[0052] 设备400、500采用针对常规设备100的上述方式来操作。与干燥设备100不同，来自干燥设备400的排放气体在7处被引导到热交换器12，在热交换器12中，排放气体向供应到位于热交换器12的壳体侧的进口11的蒸汽水分11提供热。液位传感器控制器(未示出)维持热交换器12中的水位，从而传热表面被覆盖，但是水分不可能从热交换器12排出而进入过程蒸汽注入管线15。热交换器12中的压力被维持在大气压以下，在一个优选的实施例中为绝对0.5bar。通过压缩机16建立负压。在这个低压下，热交换器产生的蒸汽的温度在65℃到75℃之间，70℃左右，因此回收了排放气体中的蒸汽的潜热含量。换句话说，通过热交换器12，干燥过程排放气体混合物中的热量被用来生成低压蒸汽。

[0053] 然后这种不带水分或其它内容的低压蒸汽被压缩机16机械地压缩，并且被注入到过程气流中以维持期望的蒸汽浓度。压缩机16将低压蒸汽压缩至高于绝对1bar的压力。已经发现高于1bar的压力适于将蒸汽注入过程管线、干燥过程和过程加热器级10中。根据蒸汽流量计17的反馈，通过改变压缩机16的速度来控制注入管道3和分离器4中的蒸汽流量。如果来自压缩机16的蒸汽流量少于希望的蒸汽流量，那么由流量计18和流量控制阀9组成的独立的蒸汽注入系统可以被用来从单独的源19供应适当流量的额外的蒸汽。在这个优选的实施例中，单独的源19是中央锅炉厂，并且提供蒸汽以使总的蒸汽注入流量达到预定的期望水平。并非所有的排气流都被热交换器冷凝。特别地，排放气体中的空气含量从热交换器12的冷凝器经由出口14排出。在出口7和14处的排气和过量的气体包括由于来自处于饱和状态的热交换器12的输出而形成的蒸汽组分。如上所述，排放气体可以要求额外的处理，以净化气体和/或去除臭气成分。水分还将在出口13从热交换器
12排出，在出口13，水分在放出其凝结潜热的同时发生冷凝。气流指的是在干燥设备中将烟草产品、气体、蒸汽、杂质以及某些情况下将水分传送通过系统的流体流。

[0054] 参照附图中的图9，示出了具有根据本发明的另一实施例的流动变化设备20的干燥设备500。本发明的实施例的干燥设备400、500大致相似，因此相似的特征使用相同的附图标记来标记。干燥设备500的安排和干燥设备400的安排的不同在于：压缩机16位于热交换器12的上游。压缩机16，并且因此干燥的压缩级位于热交换器12之前。在这个实施例中，在作为蒸汽被重新注入干燥过程之前，排放气体被直接重新压缩，并且通过诸如这个优选实施例的热交换器12等工具来将空气从蒸汽中去除。因此回收的气体和能量的温度上升到对于在干燥过程中使用的有益的水平。

[0055] 在不背离本发明的范围的情况下，可对上述实施例做出多种变型。可以存在不同数量的干燥级或压缩机或热交换工具。可存在一个以上的分离器。另外，可以使用独立的蒸汽源，例如完全处于操作工厂外的罐或供应源。可以根据需要，并且取决于很多详细的设计构思来优化能量回收的效率。将被干燥的材料可以是纤维或颗粒，并且可以包括有机材料。这里示出的管道是圆形。可以使用其他形状的管道，管道可以具有任何方便的截面，例如圆形或方形。描述了气动声音发射器，也可以是电驱动的声音发射器，或通过其它工具或使用其它能量供应装置并且使用某一范围的频率来驱动声音发射器。