專利名稱：用于膨化煙草的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及煙草的膨化，更具體一些，涉及用于加熱已經(jīng)浸漬以膨化劑的煙草的方法和設備。
膨化是一種已經(jīng)公知的改進單位重量的煙草的充填能力(通常用每克煙草的體積為單位來測量)的方法。在實踐中用得較多的膨化煙草的方法之一包括下列步驟將一批切好的填充煙草浸漬以膨化劑(或“浸漬劑”)，然后將經(jīng)過浸漬的煙草快速加熱，使膨化劑揮發(fā)，從而使煙草組織膨化。加熱可以方便地如下所述的進行使煙草夾帶在熱的氣流(或“塔式氣流”)中，并使氣流經(jīng)過一氣動輸送柱(“塔”)。在許多膨化系統(tǒng)中，一位于塔的下游的旋風式分離器將煙草與塔式氣流分開。
美國專利No.3771533公開了一種工藝方法，其中，將煙草填料浸以氨與二氧化碳。此后，使經(jīng)過浸漬的煙草材料受到快速地加熱，例如用熱空氣或空氣與過熱蒸汽混合形成的氣流加熱，從而在浸漬劑轉變成氣體時使煙草膨脹。
美國專利No.4336814(PM745)公開了數(shù)種用液態(tài)二氧化碳浸漬煙草的方法，它將一部分浸漬劑變成固體形式，然后快速加熱經(jīng)過浸漬的煙草，使二氧化碳揮發(fā)并使煙草膨脹。
美國專利No.4235250和4258729分別公開了一種方法，該方法在壓力下用氣態(tài)二氧化碳浸漬煙草，然后在釋放了壓力之后將煙草迅速加熱。
美國專利No.4366825公開了一種方法，它使煙草在熱的塔式氣流中膨脹，并在切向分離器中完成已膨脹的煙草與氣流的分離。該項專利公開了塔的一種現(xiàn)有的典型結構，其中，氣動輸送柱包括一方向垂直的圓柱形管。
美國專利No.4697604公開了另一種氣動輸送柱，它包括一向上傾斜的有矩形截面的導管。在該項專利中公開的這類傾斜的導管通常是不受歡迎的，因為它們的傾斜在制造設備中占據(jù)了過大的占地面積，同時還由于傾斜的導管允許由重力將煙草顆粒推向導管的最下壁。矩形還有四個角，在該處，局部渦流有將煙草截留并予以烘烤(過熱)的傾向。角部區(qū)域加重了煙草在塔中冒火花(點燃)的危險性。
比較傳統(tǒng)的圓柱形氣動柱也不是沒有它們本身的問題。最麻煩的是被夾帶的煙草有沿傳統(tǒng)的塔的一側運行而不是在塔氣中更均勻地分散的傾向。這種流動現(xiàn)象對實現(xiàn)煙草的完全而有效的膨化是有害的，在本技術領域中稱之為“結繩”(roping)。煙草沿塔集中或結繩的有限區(qū)域也稱為密相區(qū)。當產(chǎn)生結繩時，氣動柱的相當大的部分仍然是含有非常少的煙草的氣態(tài)區(qū)，并且集中的煙草只與通過塔的氣流的有限部分直接相互作用，因而大多數(shù)煙草流的加熱就不能如所預期的那樣快速或有效。如果煙草一開始就立即從柱的下部盡可能快速地均勻加熱，就可以得到較完全的膨化。
當塔系統(tǒng)做得越來越大，和/或減少傳統(tǒng)的塔中的氣體速度時，煙草沿傳統(tǒng)的塔的壁集中的問題將變得越來越難于解決。但在其它方面，又堅決選擇較低的氣體速度，因為它可以將煙草絲的氣力破損減至最少。
大規(guī)模的膨化塔可沿其整個長度經(jīng)受結繩效應，除非采取某些修正動作。我們現(xiàn)在認為，由于在圓柱形塔的直徑與密相流動狀態(tài)的持久性之間有一已知的關系，對于較大的塔，結繩便成為特別麻煩的事。為了驅散密相流，以及為了重新產(chǎn)生塔氣與煙草的混合，管子的直徑看來應當與管子的長度成正比。因此，大直徑的圓柱形塔比細長的塔更容易沿其長度的較大部分產(chǎn)生結繩。
在過去，大型的傳統(tǒng)膨化塔的操作人員力圖通過用提高氣體速度的辦法來限制結繩，這種方法加重了煙草的破損，并減少了煙草在給定的塔中的停留時間。也曾經(jīng)企圖在膨化塔中裝上折流板(稱為“滑躍”)，以此作為瓦解結繩的方法。但是，這種折流板同樣會加重煙草的破損，同時也已經(jīng)證明，它對瓦解結繩流的有效性是有限的。已經(jīng)找到了一種較好的解決方法并在此處予以公開，它不會加重煙草的破損并且提供了其它的優(yōu)點，這將在下面的描述中得出。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種處理煙草的塔裝置和方法，它能將在塔中產(chǎn)生的結繩減至最少或予以完全避免，從而能改進膨化，并有利于用較低的氣體速度操作，同時使之具有較少的煙草破損和在生產(chǎn)水平物料通過量下有較大的圓柱體體積(CV’s)。
本發(fā)明的再一目的為提供一種膨化塔裝置，其中，在塔柱的較大部分中，煙草能更完全地分散在氣流中，從而能實現(xiàn)煙草的更快速而且徹底的加熱，尤其是在塔柱的下部。
本發(fā)明的又一目的為在煙草經(jīng)過塔裝置時，避免煙草被截留在角落上和類似的地方。
本發(fā)明的另一目的為提供一種處理煙草的膨化塔和方法，其中，在煙草離開工業(yè)規(guī)格的塔裝置時，能改進膨化的煙草的圓柱體體積(CV)。
本發(fā)明的再一目的為提供一種處理煙草的膨化塔和方法，其中，在煙草吞吐率的較寬范圍內，都能始終得到大的圓柱體體積(CV’s)。
本發(fā)明還有一個目的在于提供一種能在較低的氣體與煙草的質量流率下運行而不使煙草圓柱體體積(CV)有可覺察的損失的膨化塔和方法。
根據(jù)配合附圖而進行的下列描述，將可以進一步地了解本發(fā)明的性質和目的，這些附圖是

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例建造的塔裝置的透視圖；圖2是沿圖1的II-II線取的剖視圖；圖3是根據(jù)圖1所示優(yōu)選實施例建造的長橢圓形(obloid)輸送導管的透視圖，圖中同時示出了沿長橢圓形輸送導管裝有熱電偶的地方，該熱電偶用于提供以圖7、8和9中的曲線形式表示的讀數(shù)。
圖4a和4b是現(xiàn)有技術的圓柱形輸送導管的剖視圖，它們分別示出了直徑為8英寸和24英寸的導管，其中顯示了煙草顆粒和煙絲如何從中流過；圖5是一曲線圖，示出了熱電偶讀數(shù)沿圖4a所示的輸送導管在各個不同位置的變化；圖6是一曲線圖，示出了熱電偶讀數(shù)沿圖4b所示的輸送導管在各個不同位置的變化；圖7是一曲線圖，示出了熱電偶讀數(shù)沿圖3所示優(yōu)選實施例的長橢圓形輸送導管在各個不同位置的變化；圖8是一曲線圖，示出了在煙草的質量流率的值不同時，熱電偶讀數(shù)沿圖4a的現(xiàn)有技術的輸送導管和圖3所示本發(fā)明的長橢圓形輸送導管在各個不同位置的變化；圖9是一曲線圖，示出了圖4a所示現(xiàn)有技術的塔與圖3所示本發(fā)明的塔的作為煙草產(chǎn)量的函數(shù)的煙草圓柱體體積的比較；以及圖10示出了可用在實施作為本發(fā)明的一個方面的優(yōu)選方法中的幾何關系與公式。
本發(fā)明公開了一種方法和設備，用于快速加熱經(jīng)過浸漬的煙草，從而將其膨化。
“圓柱體體積”(CV)一詞是一種衡量用于制造煙草產(chǎn)品的煙草的相對充填能力的尺度。在本申請中，所采用的與CV有關的值全部如下確定將稱重10.000g的煙草填料放在一直徑為3.358cm的圓筒中，并用重量為1875g、直徑為3.335cm的活塞壓縮5分鐘。將填料的最后體積記錄為其圓柱體體積。此試驗通常都在75°F和60％相對濕度的標準環(huán)境條件下進行，試樣在此條件下要預先處理48小時。
在本說明書中所用的“長橢圓形”一詞在此處通常包括圖中所示的那些形狀，同時進一步包括那些被認為落入了下列名詞的任一普通理解范圍內的其它形狀“闊橢圓形”(oblorg，通過拉長而與圓形不同)；“扁球形”(oblate，在極點處被壓扁或被壓下)；“橢球形”(ellipsoidal，一表面的截面，其所有平截面均為橢圓)；“卵圓形”(oval，具有圓角或圓形端部的矩形)或“橢圓形”(elliplical，與橢圓有關或形狀像橢圓)。
參考圖4a和4b以及美國專利No.4366825，現(xiàn)有技術包括具有圓柱形輸送導管34的塔裝置。圖4a和4b中所示的圓柱形導管24和341的直徑分別為8英寸和24英寸。
現(xiàn)在專門參看圖4a進行分析，以試圖了解在8英寸直徑的圓柱形輸送導管34中在A至K的各個不同地方產(chǎn)生什么樣的流動情況。每個帶字母的地方都對應于橫切導管34的一個截面。
雖然位置A～K在各個圖中可能是每個圖都不同的，但在圖4a的8英寸輸送導管34中，位置A位于導管34的水平部分，在導管34的下彎曲部分41a的前面。位置B～J之間的距離相等并從下彎曲部分41a的終點上方開始，而最后的位置J剛好位于導管34的上彎曲部分41b的起點的下方，位置K則位于上彎曲部分41b之外。分析包括在每個位置A～K設置一組四個熱電偶36、37、38和39。在多數(shù)位置，例如在位置B，熱電偶36～39繞圓柱形導管34等距離分布， 以使熱電偶36的位置位于導管34的遠離入口35的一側41c。圖4a中熱電偶的這種布置在所有其它位置都以相似的方式重復。
對于圖4b所示現(xiàn)有技術的導管34’，以及對于圖3所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，都作了相似的布置。不過，用于圖4b所示導管的熱電偶組的截面位置與導管34是不同的，但它們在圖5～9所示的數(shù)據(jù)表示中相互有關系。熱電偶在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中的設置也略有不同，這將在下面聯(lián)系圖3討論時予以說明。
現(xiàn)在重新參看圖4a，在位置A～K處的截面上，各采用了一組熱電偶，以在各特殊的塔運行時推斷出煙草是如何在在各個位置限定的平面中均勻分布的。由于與較冷的煙草相比，引入塔中的氣體是處于極限溫度下的，因此，一個混合得很好的煙草/氣體系統(tǒng)將在特殊的截面位置上使在該位置的熱電偶36～39得到大致相同的讀數(shù)。如果一個或多個熱電偶的溫度讀數(shù)彼此不同，則可以推斷出在該相應截面位置或其附近的混合不良并有結繩。
現(xiàn)在再具體地參看圖4a，煙草經(jīng)過入口35送入8英寸的圓柱形輸送導管34，煙草的物料通過速率約為180至700英磅每小時，氣流速度約為85英尺每秒，并且氣流溫度約為625°F至725°F。煙草在流經(jīng)下彎曲部分41a并一般地會走向圓柱形導管34的背側41c時，煙草顆粒40常常沿背側41c在位置B處或其附近聚集，在該處形成被稱為“密相流”42或“結繩”的狀況，它們有沿背側41c連續(xù)直至位置G處為止的傾向。在剛剛越過位置G時，煙草顆粒40就有在導管34內在整個氣流中分散，以形成所謂的“分散相流”44的傾向，這種情況在通向上彎曲部分41b的整個導管34的其余部分中，基本上保持穩(wěn)定。
分散相流44在圖4a所示的位置G處或其附近的產(chǎn)生可從圖5示出的曲線中看出。在位置B～F處的熱電偶讀數(shù)給出了相當大的標準偏差值，表明沿該處有結繩的狀況。在位置G～J處的讀數(shù)趨向表明有分散相氣流的水平。
前面已經(jīng)討論過，在密相流42中，煙草只與熱氣流的相鄰部分混合，降低了對煙草的傳熱率。在圓柱形導管34的下部存在密相流42，它在煙草進入塔時對煙草的快速、均勻加熱是有害的。
現(xiàn)在參看圖4b和圖6，在一個大規(guī)模的管徑為24英寸的傳統(tǒng)圓柱形導管34’中，在某些情況下，沿導管34’的壁的密相流可沿導管34’的整個長度延伸，除非采取改正措施。沿導管34’的整個長度的結繩42可由熱電偶的讀數(shù)看出，這些讀數(shù)在圖6中用沿著在導管34’的各個位置處的曲線示出。當不希望受理論的束縛時，直徑較大的塔中結繩的持續(xù)增加原則上可能與流體力學中的公認關系有關，其中，建立一給定的流動狀態(tài)所需的管子長度是與所研究的管子的直徑成正比的。為了在龐大的傳統(tǒng)圓柱形膨化塔中控制這一大范圍的結繩，常常求助于增加塔氣的輸入速度。塔的操作人員都喜歡在約為85英尺每秒的氣體速度下操作大規(guī)模的膨化塔，但是為了與結繩效應作斗爭，他們不得不將氣體速度提高到150英尺每秒或更高。這種較高速度在物理上對煙草是有害的，它加重了煙絲的斷裂。即使在高的氣體速度下，大規(guī)模的導管34’即使在其上部也仍然有明顯的結繩42’。
參考附圖的圖1，本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例提供了一個塔裝置10，它包括一用于接受熱氣流的入口管段12，一在入口部分12的下游的文丘里管16和一在文丘里管16的下游的長橢圓形輸送導管20，文丘里管與一個回轉的進口閥18配合。文丘里管16的寬度最好保持與長橢圓形導管20的寬度相同。回轉閥18在氣流經(jīng)過文丘里管16進入長橢圓形導管20時均勻地將供應的煙草在文丘里管16處送入并在塔的寬度上均勻地分布。回轉閥18本身最好從一振動輸送機19進給煙草，以便均勻地經(jīng)過文丘里管16始終如一地上料。給料器的排放口是矩形的，矩形的長邊延伸過文丘里管16的寬度的大部分。長橢圓形導管20將氣流和夾帶的煙草排入一分離裝置22，氣體通過導管24從該裝置排出。處于膨脹狀態(tài)的煙草通過分離裝置22的出口閥26排出。最好，長橢圓形輸送導管20包括一垂直放置的直線部分28，它在高度方面可延伸20至25英尺。
在入口12處，塔氣在溫度為500°F至750°F，最好為650°F至700°F時送入，它包括75％至85％的優(yōu)質蒸汽，其中含有少量的空氣和二氧化碳，其余的氣體中包含大約10％至15％的氮。但是，對那些本技術領域中的技術人員而言，在閱讀了本公開內容后將會很容易地認識到，本發(fā)明可用各種類型的不同塔氣在不同的氣體溫度下運行。
現(xiàn)在參看圖1和2，長橢圓形輸送導管20最好建造成沿其整個長度具有(如前面所定義的)長橢圓形，至少是其垂直段28的大部分具有長橢圓形。將長橢圓形輸送導管20在沿其長度的任何位置的橫截面形狀最好做成卵圓形，更好一些是在其橫截面中包括一對相對的半圓形端部30和30’，其間放置有隔板或平面部分32和32’。平面部分32和32’最好彼此平行地布置并隔開一段距離D，D代表導管的“深度”。導管的寬度用圖2中的距離W表征，它是從一個圓形端部30的橫向終端量至另一個圓形端部30’的橫向終端而得到的距離。
參看圖2和3，在沿長橢圓形輸送導管20的各個互相隔開的位置A～H上都以下述方式裝有熱電偶，即，使所提供的讀數(shù)能得到同圓柱形輸送導管34和34’的讀數(shù)一樣的解釋。詳細地參看圖2，在此優(yōu)選實施例的每個位置A～H上，在端部30、30’中的一個上裝有一個熱電偶，而在每個平面部分32和32’上裝有至少兩個熱電偶。特別地參看圖3，在優(yōu)選實施例中，位置A是長橢圓形輸送導管20的下彎曲部分41d的上游，而位置H則是長橢圓形輸送導管20的上彎曲部分41e的下游。
現(xiàn)在參看圖2、3和7，該長橢圓形輸送導管20是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例構造的，并將其形狀做成能處理與圖4a所示8英寸圓柱形試驗導管34相同的煙草通過速率范圍。試驗數(shù)據(jù)表明，長橢圓形輸送導管20在下彎曲部分41d以前就和在圖3中的長橢圓形導管的位置A一樣早的開始出現(xiàn)非常好的分散相流。在下彎曲部分41d之后，重新建立分散相流，煙草在長橢圓形導管20的大部分長度上都保持分散相44，這可由用于長橢圓形導管20的圖7中所示的曲線的熱電偶讀數(shù)證實。數(shù)據(jù)表明，即使在長橢圓形導管20的下垂直部分和長橢圓形導管20的下水平部分41f，煙草顆粒也與塔的氣流混合，從而能實現(xiàn)煙草的早期的與快速的加熱。此快速加熱保證了煙草的較完全和有效的膨化。
本發(fā)明的建立一個較早的和更一致的分散相流的能力可進一步地從圖8中看出，其中，提供了8英寸直徑的圓柱形導管34中熱電偶的讀數(shù)，以在煙草通過速率為3至10.5英磅每分鐘的范圍內與長橢圓形輸送導管20的相應讀數(shù)進行比較。在所有這些物料通過速率范圍內，本發(fā)明能始終如一地在位置C處或其附近得到分散相流，而圖4a所示8英寸的圓柱形導管34則在剛過了位置C時就產(chǎn)生了結繩。圖8中示出的信息還說明，本發(fā)明的長橢圓形輸送導管20在寬廣的煙草質量流率范圍內能保證較早地出現(xiàn)分散相流，而圓柱形輸送導管34的記錄讀數(shù)則表明，當提高煙草的通過速率時，結繩情況就更嚴重。對長橢圓形輸送導管20明顯有利的是，它在較寬的物料通過率的范圍內都是有效的。
在圖9中，將在按照圖1和2所示優(yōu)選實施例建造的長橢圓形塔20中處理的煙草的CV值與在試驗性生產(chǎn)規(guī)模的8英寸管徑的圓柱形塔34中處理的煙草的CV值進行比較，所述圓柱形塔是按照圖4a的現(xiàn)有技術建造的。圖9中所示的信息說明，當在傳統(tǒng)的圓柱形塔中提高按英磅每分鐘計算的煙草通過率時，排出的煙草的CV值顯著地減少。與之相反，優(yōu)選實施例的長橢圓形導管20在以所有的通過率值工作時都能達到較高的CV值，而且CV值在整個通過率的范圍內保持相當?shù)姆€(wěn)定。如果不希望受理論的束縛，則可以認為，CV在較寬的輸送率范圍內恒定這個優(yōu)點是由于長橢圓形輸送導管20能在長橢圓形導管20的較下的位置A處或附近、剛好在下彎曲部分41d之前就開始產(chǎn)生穩(wěn)定的分散相流，并在位置C處、剛好在下彎曲部分41d之后恢復分散相流。
可以理解，在圓柱形導管的兩個半圓部分之間放入即使是較狹窄的板，也能得到本發(fā)明的這些優(yōu)點。因此，通過合適的改變設計，像此處所說的那樣在半圓形部分之間包括平板，即使采用了直徑為24英寸或更大的大尺寸導管，也能得到較高的CV和較早開始的分散相流。這些平板的長度可以短到3英寸，長到50英寸或更多；但是，超過50英寸的板就煙草如何在塔的入口處送入而言，會產(chǎn)生各種實際問題。
但是，我們現(xiàn)在公開了一種在改進現(xiàn)有的圓柱形塔或設計一新的塔裝置時確定深度D和寬度W的優(yōu)選方法，以便能實施和享受本發(fā)明的好處。
如果假設一選好的傳統(tǒng)圓柱形塔在或打算在入口氣體速度為Vi、所要求的設計煙草通過速率為(Mi)時工作，則此方法的第一步最好包括使所選取的塔在連續(xù)的較低的煙草通過率時工作，直至所處理的煙草得到一個可以被接受的CV。在多數(shù)傳統(tǒng)的塔中，當減少通過率時，將改進CV。得到可接受的CV時的物料通過率被稱為Mcv。在進行這些操作時，塔最好實驗地和/或在分析上以60至100英尺每秒的中等氣體速度運行，更好一些以約70至90英尺每秒運行，優(yōu)選這樣的速度是由于它們將煙絲的破損減至最少，同時又保持了合適的輸送特性。此外，塔氣溫度(tt)要調節(jié)成使煙草在所有這些實驗性操作中都能以基本上相同的目標出口CV或濕度水平排出。
一旦解決了減少的物料通過率MCV，則其值，連同塔的長度LT、煙草在物料通過率為MCV時經(jīng)過塔的長度LT的停留時間，以及在結繩狀況下估計的或用試驗方法確定的煙草密度，都可以用來計算煙草沿塔的長度LT結繩時煙草所占據(jù)的總體積。這個體積以后均稱之為體積1。在進行這一步驟時，只在數(shù)學上合適地而且優(yōu)選地測量作為在下彎曲部分41d與上彎曲部分41e之間的距離的LT。
根據(jù)體積1就可以進行計算，以確定沿塔的長度LT的使體積等于體積1的圓弓形部分的高度h。由于所選的塔的直徑和長度均為已知的，這種圓弓形部分的高度h就可利用圖10中示出的幾何關系用迭代法算出，其中，體積1與塔沿長度LT的總體積(為一已知值)之比等于結繩體積的橫截面面積與管子的橫截面面積之比。(還可參看McGraw-Hill圖書公司出版的數(shù)學圖表和公式手冊第四冊，p.16)。這樣，就確定了高度h的值。
下一步驟是進行另一計算，以求得長橢圓形導管20的理想寬度W的值。從根本上，該計算要求出在一其高度等于高度h的值的矩形導管中，寬度W的什么樣的值能提供一個體積2，該體積2等于體積1乘以預定設計的煙草通過率Mi與另一物料通過率Mcv之比。這一步驟根據(jù)下列方程求出長橢圓形導管20的寬度W的值(W)(h)(LT)＝體積1(Mi/McV)；和 W＝體積1(Mi/McV)/(h)(LT)。
事實上，上述步驟用因數(shù)Mi/McV將導管從一個圓形截面拓寬成一個長橢圓形截面。這個關系建立了W的最小值。
應當知道，通過求出什么樣的假設的、其高度等于h值的長橢圓形導管(不是假設的矩形導管)能提供一個體積2，而體積2等于體積1乘以因數(shù)Mi/Mcv，就可以進行上述的求解W的步驟。不過，根據(jù)矩形導管求解寬度W是一種數(shù)學方法，它似乎不會較大地改變最終結果。
最后的步驟是求解長橢圓形輸送導管20的深度D，此時，最好設定D，以使D與已經(jīng)確定的W能提供一個與原有的圓柱形導管的總面積接近的總面積，或使總面積按所要求的百分比有某些減少或增加。在把長橢圓形導管的設計固定在D值上以前，對于設計者來說，最好下決心使深度D的預定值能提供足夠的能力，以在所選定的塔氣溫度下，使供給的氣流大到足以在煙草中達到所要求的出口CV或濕度水平。不過，必須了解，本發(fā)明能使人們在較低的氣體與煙草的質量流比下操作，而不會不利地影響煙草的出口CV，這是因為，使煙草與塔氣有了改進的、更有效的混合和加熱。
此外，經(jīng)驗表明，如果深度D的計算值大致等于標準的材料尺寸，人們就可相應地設定深度D的值，這樣通過采用容易得到的材料可以便利地進行端部30和30’的制造。
總之，對于一個選定的具有設計煙草通過量的圓柱形塔，上述方法首先求出了一個能得到可接受的CV的物料通過率。一旦求得該物料通過率，就可以保守地認為，沿塔的整個長度仍然存在結繩，因而可以算出與該結繩的橫截面形狀接近的圓弓形部分的高度。此后，該方法就在不超過同一高度但是在原有的較大的煙草通過率時求得該結繩煙草在平面中究竟有多寬。然后用該寬度來求出長橢圓形輸送導管20的寬度W。其后，通過使面積接近原有的圓柱形導管的面積，并調節(jié)成保證有足夠的塔氣流進入，可以求得深度D。此技術實際上求得一個寬度，該寬度足以在煙草行經(jīng)塔時使煙草沿側向擴散成這樣一種程度，即，使煙草結繩變細和/或中止，并提高了煙草的CV。
求解按照優(yōu)選實施例的長橢圓形輸送導管20的橫截面形狀的尺寸和比例的另一種方法為解析地或試驗地求得長橢圓形塔20的深度Di和寬度Wi的初始值，并據(jù)之試驗地求解煙草的CV值，該煙草是在煙草的輸送率范圍內在同樣的塔氣溫度和氣體速度(最好為70至90英尺每秒或在其附近)下經(jīng)過處理的。如果試驗數(shù)據(jù)表明，CV值在煙草通過率R1小于規(guī)定的理想通過率Rs時太低，則要加大長橢圓形導管的寬度W，使之大致與物料通過率Rs與R1之比成正比關系。然后用深度D和寬度W的新值重復試驗，確定已經(jīng)得到本發(fā)明的CV值的好處。
另外，求解按照本發(fā)明的長橢圓形塔20的尺寸的近似方法為將長橢圓形塔寬W與長橢圓形塔深D之比的值設定在3至8左右的范圍內，最好在4.5至6.5左右之間，同時又滿足能保持適當?shù)挠糜谒饬鞯臋M截面面積的要求。這一技術特別適合于設計橫截面面積為50至300平方英寸左右的塔。前面已經(jīng)說過，即使含有窄于由上述方法提供的平面部分的平面部分32、32’，仍然可以得到好處，因此，人們可能寧愿建造一個遠遠超過3至8的范圍的長橢圓形導管。
大規(guī)模的圓柱形塔傾向于直徑接近24英寸或在其左右，以處理3500至5500英磅每小時的流量。進一步加大平面部分32和32’的寬度并加大半圓部分30和30’的半徑，本發(fā)明的優(yōu)選實施例的規(guī)模就可以從上述的實驗廠規(guī)模按比例放大成能處理與24英寸直徑的傳統(tǒng)塔相同的流量。由本發(fā)明定義的深度D最好保持在4至20英寸的范圍內，更好一些在6至14英寸的范圍內。在改進圓柱形塔時，上述設計方法中的任何一種都可用來得到按照本發(fā)明的長橢圓形輸送導管20的寬度W和深度D的適當值，不過，比較好的還是采用上述的第一種方法，以避免改裝設備。
上述的優(yōu)選實施例涉及工藝方法與設備，它們用于膨化已經(jīng)浸漬以像二氧化碳、氟里昂或其它試劑的膨化誘導劑的煙草。本發(fā)明很容易用于其它的煙草處理工序，例如像授予Wright的美國專利No.3357436和授予Krber股份公司的EPO528227A1中所描述的，將潮濕的煙草急驟干燥到預定的最終濕度水平。在Wright的專利中，干燥煙草時是在沿熱空氣的路徑的某個位置將煙草送入，該熱空氣載著煙草經(jīng)過一取向垂直的圓柱形導管，以在煙草與熱空氣流之間進行濕氣交換。Krber系統(tǒng)則將煙草夾帶入熱空氣流和/或熱蒸汽流或過熱蒸汽流中，然后將氣流引入并經(jīng)過圓柱形導管。同膨化塔一樣，這些干燥系統(tǒng)易于在其導管內產(chǎn)生結繩，這種麻煩可以通過采用本發(fā)明而減輕，也就是說，使夾雜的煙草和熱氣體介質經(jīng)過一按照上述技術建造并參照上述技術運行的長橢圓形導管。
上述實施例應當看作是說明性的而不是限制性的，同時應當理解，在不脫離由下列權利要求所限定的本發(fā)明的范圍的前提下，其他人可以做出各種變化、更改和等同物。按照本發(fā)明進行的實施在煙草膨化廠的運行中可提供顯著的經(jīng)濟效益。尤其是，本發(fā)明可在較高的煙草通過率下以較少的煙草破損提供較高的CV’s，從而導致有較高的充填能力和較高的煙草成品率。
權利要求
1.一種用氣體介質制造煙草的設備，包括一煙草和介質向其中送入的輸送導管，其特征為，所述輸送導管有長橢圓形截面。
2.如權利要求1所述的設備，其特征為，所述長橢圓形輸送導管的截面基本上是卵圓形的。
3.如權利要求1所述的設備，其特征為，所述長橢圓形輸送導管有一由用相對的半圓形端部連接的彼此相互隔開一段距離并互相平行的平面部分限定的橫截面。
4.如權利要求1、2或3所述的設備，還包括一長橢圓形輸送導管上游的第一導管，它與熱氣體介質源連通；一用于將煙草加入所述第一導管中的給料器，所述的長橢圓形輸送導管要布置成能接納給料器的輸出口和第一導管；以及一在輸送導管下游的分離器。
5.如權利要求4所述的設備，其特征為，所述的長橢圓形輸送導管在與給料器相鄰的地方有一第一彎曲部分，在與分離器相鄰的地方有一第二彎曲部分，并且在第一和第二彎曲部分之間有一直的垂直段。
6.如權利要求4或5所述的設備，其特征為，所述第一導管包括一文丘里管，所述給料器適用于將煙草送入并經(jīng)過文丘里管。
7.如權利要求6所述的設備，其特征為，所述的文丘里管與長橢圓形輸送導管具有基本上相同的寬度。
8.如權利要求4、5或6所述的設備，進一步包括一振動輸送機，將它布置成可將煙草送往給料器。
9.如上述任何一項權利要求所述的設備，其特征為，所述輸送導管有一其范圍約為3至8的寬度與深度之比。
10.如權利要求9所述的設備，其特征為，所述輸送導管有一其范圍約為4.5至6.5的寬度與深度之比。
11.一種根據(jù)上述任何一項權利要求所述的煙草干燥塔。
12.一種根據(jù)上述權利要求1至10中的任何一項所述的煙草膨化塔。
13.一種如權利要求12所述的膨化塔，具有一輸送導管，上述的做成圓柱形的輸送導管有一產(chǎn)生第一煙草CV的煙草的設計通過率，上述的呈圓柱形的輸送導管有一產(chǎn)生第二個較大的煙草CV的煙草的較小的第二通過率，其改進包括用一包括煙草的上述設計通過率與煙草的上述較小的第二通過率之比的因數(shù)將上述輸送導管拓寬成為有近似的長橢圓形橫截面的形狀。
14.一種如權利要求13所述的膨化塔，其特征為，上述拓寬產(chǎn)生了一長橢圓形橫截面形狀的深度(D)，它小于上述圓柱形的直徑。
15.一種處理煙草的方法，包括建立熱氣體介質流；將煙草送入熱氣體介質流；將熱氣體介質流和送入的煙草引導通過一長橢圓形輸送導管，使送入的煙草在熱氣體介質流中分散；以及在長橢圓形輸送導管的下游將煙草與氣流介質分開。
16.一種如權利要求15所述的方法，其特征為，給料步驟包括在輸送導管入口附近位置沿輸送導管的寬度均勻地分布煙草。
7.一種如權利要求15或16所述的用于膨化煙草的方法，其特征為，煙草在送入熱氣體介質之前用膨化劑處理。
18.一種根據(jù)權利要求15或16所述的用于改變煙草的水分含量的方法。
19.一種根據(jù)權利要求18所述的用于干燥煙草的方法。
全文摘要
一種煙草膨化設備和方法，包括塔氣源，與氣源連通的長橢圓形輸送導管(20)，在沿長橢圓形輸送導管的某個位置處的煙草給料器(18)和用于從膨化設備中回收煙草的分離器(22)。煙草給料器(18)適于在長橢圓形輸送導管(20)的寬度上均勻地送入煙草。該設備改進了經(jīng)過處理的煙草的填充能力，并可以以較高的物料通過率運行而且有較少的煙草破損，從而提高了煙草的成品率。
文檔編號A24B3/18GK1158076SQ95195103
公開日1997年8月27日 申請日期1995年8月24日 優(yōu)先權日1994年8月24日
發(fā)明者巴里·E·菲希爾, 沃倫·D·溫特森 申請人:菲利普莫里斯生產(chǎn)公司