專利名稱：具有輸出閥的處理裝置及其操作的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于在升高的壓力下處理松散材料的裝置的領域，并且特別是涉及這樣一種裝置，松散材料可以在經受壓力的降低的同時通過該裝置。
背景技術：
大量工業(yè)處理涉及將松散固體有機給料導入到加壓反應腔室或器皿內。除非該處理受限于一批操作，其會要求將給料加壓并壓迫到反應器皿內，同時反應器皿維持在升高的壓力下，并且還可以維持在升高的溫度下。例如在1978年10月10日授權的Brown的US專利4，119，025、1990年8月14日授權的Brown等的US專利4，947，743以及2000年2月17日公布為WO 00/07806的Burke 等的PCT申請PCT/CA99/00679中顯示了在該領域中早先的工作，所有這些文獻的主題通過引用納入本文。在該處理結束時，松散的纖維，典型地為有機材料通過某些種類的排放組件而離開反應腔室，并由此對其收集以用于進一步的使用或處理。在一定程度上，隨后將處理的給料用作后續(xù)處理(例如生物消化處理)的輸入，纖維材料可望進行細微的擴張。

發(fā)明內容
在本發(fā)明的一個方面中，涉及一種用于處理纖維有機給料的裝置。所述裝置包括 壓縮機，所述壓縮機能夠操作為將纖維有機給料升高到處理壓力；反應器器皿，通過所述反應器器皿對處于壓力下的所述纖維有機給料進行處理；以及排放或解壓組件，所述排放或解壓組件安裝為接收所述反應器器皿的所述纖維有機給料。所述排放或解壓組件包括收集器和驅動構件，所述驅動構件能夠操作為將所述纖維有機給料壓緊到所述收集器內。流出管理器安裝到所述收集器。所述流出管理器能夠在用于將給料保持在所述收集器中的閉合位置以及用于使給料從所述收集器排出的開啟位置之間運動。所述流出管理器具有流出管理器驅動器。所述流出管理器驅動器具有連續(xù)可變的速度控制。所述速度控制能夠操作為改變所述流出管理器處于所述開啟位置的持續(xù)時間以及在所述開啟位置和閉合位置所耗費時間的比值兩者。在本發(fā)明的該方面的一個特征中，所述控制能夠操作為使所述流出管理器在開啟狀況和閉合狀況之間每分鐘循環(huán)超過40次。在另一個特征中，所述裝置包括傳感器，所述傳感器能夠操作為監(jiān)測所述流出管理器的上游的壓力，并且替代地通過監(jiān)測馬達電流，數字電子控制器連接為使所述流出管理器響應于壓力信號并響應于在所述收集器中感測到的負載而進行操作。在另一個特征中，所述裝置包括至少一個熱傳遞接口，在所述至少一個熱傳遞接口處，熱量可以被添加到所述反應器器皿以及所述反應器器皿的任意內容物； 以及至少一個濕度調節(jié)輸入或接口，通過所述至少一個濕度調節(jié)輸入或接口來調節(jié)所述反應器器皿之內的濕度水平。所述流出管理器連接為響應于在所述收集器中存在給料并感測最小流出壓力閾值而開啟。
在另一個特征中，所述裝置包括控制邏輯，所述控制邏輯用來(a)當對于壓緊出料收集器的阻力增大時，縮短流出管理器的閉合時間；(b)當對于壓緊出料收集器的阻力增大時，加長流出管理器的開啟時間；(C)與總的流出管理器的循環(huán)時間成比例地增大流出管理器的開啟時間與流出管理器的閉合時間的比值；(d)偏置所述流出管理器以將流出開啟時間縮短到最小閾值；或者(e)當上游的壓力落到指定的設定點值以下時，立即使所述流出管理器運動到所述閉合位置，或者執(zhí)行所有這些操作。在本發(fā)明的另一個方面中，涉及一種用于處理松散纖維給料的處理方法。所述處理方法包括在相對于環(huán)境升高的壓力下在反應器器皿中設立所述松散纖維給料；使給料的裝料通過突然的擴張部，所述突然的擴張部可以是基本為隔熱的且為等熵的；并且利用可變速度流出閥來實時地控制解壓循環(huán)參數。在所述處理方法的一個特征中，所述可變速度流出閥為球閥。在一個附加特征中， 所述處理方法可以包括單向地驅動所述球閥并且在該一個方向上改變速度。在另一個特征中，所述處理方法包括采用傳感器來觀測所述流出閥的上游的所述反應器器皿中的壓力，并且響應于在所述流出閥的上游感測到的壓力來調節(jié)所述流出閥的操作。在又一個特征中，所述處理方法包括以下操作中的至少一個操作(a)將所述流出閥維持在開啟狀況下小于一秒；(b)將所述流出閥維持在開啟狀況下to^，并且將所述流出閥維持在閉合狀況下ta。sed，其中、εη小于ta。sed的74 ； (C)感測在所述流出閥開啟時所述流出閥的上游的壓降，并且如果壓降超過設定的閾值PD—rf，則立即驅動所述流出閥閉合；⑷感測在所述流出閥的上游安裝的收集器中給料的存在，并且禁止開啟所述流出閥，除非推斷出存在給料； (e)對于所述流出閥設定最小開啟狀況時間參考值tKrf，并且向著tKrf偏置所述流出閥的開啟時間tQpen ； (f)在每分鐘20至120次的范圍內開啟并閉合所述流出閥。在另一個特征中，所述處理方法包括(a)每分鐘開啟并閉合所述流出閥至少40 次；(b)維持小于2秒的總的循環(huán)時間tt。tal，其中tt。tal為閥開啟時間和閥閉合時間 ta。sed之和；(c)維持閥開啟時間和閥閉合時間ta。sed的比值小于1 5，或者包括所有這些操作。在又一個特征中，所述處理方法包括在所述流出閥的上游設置給料收集器；將壓緊給料的驅動器設置到所述收集器內；監(jiān)測驅動馬達電流；監(jiān)測所述流出閥的緊上游的壓力；禁止所述流出閥開啟，直到所述驅動馬達電流超過電流閾值Ivalvrapm，并且所述流出閥的緊上游的反應器壓力至少大到壓力最小排放觸發(fā)值Pvalvrajpm ；在如下時間最開始就使該閥閉合(a)與設定的參考值、。η8相比超時；(b)感測到電動馬達電流下降到設定的參考值I^ef以下；(c)感測到壓力的下降大于設定的參考值PD_Mf。在再一個特征中，所述處理方法包括執(zhí)行如下操作的任一個操作或兩個操作(a)將所述流出閥的開啟時間、_偏置到與前面進行的操作狀況一致的最短時間，并且(b)將流出閥的開啟時間和流出閥的閉合時間ta_d的比值偏置到與其它操作狀況一致的最小值。在又一個特征中，所述處理方法包括將反應腔室中的給料加熱到對應于處于反應器腔室的壓力下的飽和水蒸汽溫度的溫度，或者將反應腔室之內的濕度水平維持在預設范圍內，或者包括兩者。在另一個特征中，所述處理方法包括使閥開啟時間〖0^和閥閉合時間的比值維持在3 1和10 1的范圍內，或者更窄地，使閥開啟時間t_n和閥閉合時間ta。sed的比值維持在5 1和8 1的范圍內。當耗電量小于Ifl的70%時，所述流出控制閥可以被禁止開啟，并且當Ifl大于Ifl的50%時，所述流出控制閥可以被禁止閉合。所述處理方法可以具有小于72秒的控制閥目標開啟時間t_n。所述反應器器皿可以被維持在超過190psig的壓力下，并且所述反應器器皿中的溫度被維持在對應蒸汽表的飽和溫度下。更窄地，反應器器皿目標壓力為M5psig+/-5psig。控制閥的閉合可以在壓力下降2psig時開始，并且在壓力下降5psig時立即進行。在實施方式和附圖中描述了本發(fā)明的這些和其它方面。


本發(fā)明可以借助于所附附圖來進行描述，在這些附圖中圖Ia為根據本發(fā)明的一個方面的具有送料壓縮機組件的高壓處理裝置的立體顯示的基本設置；圖Ib為圖Ia的處理裝置的輪廓圖或側視圖；圖Ic為圖Ia的處理裝置的俯視圖；圖Id為圖Ia的處理裝置的端部視圖；圖Ie為如圖Ic中的截面“l(fā)e-le”所示的沿著圖Ia的處理裝置的中心豎直平面的縱向橫截面；并且圖2為圖Ia的裝置在圖Ic的截面“2_2”上呈現的水平側向截面圖。
具體實施例方式下文的描述以及本文所描述的實施方案以顯示本發(fā)明的原理的具體實施方案的實例或例子的方式給出。這些實例提供用作解釋本發(fā)明各原理的目的，而并非限制性的。在描述中，貫穿說明書全文和附圖，同樣的部件以同樣的各自的附圖標記進行表示。在本說明書中使用的術語應當被認為與北美地區(qū)的本領域技術人員所理解的那些術語的習慣含義及通常含義相一致。根據聯(lián)邦巡回上訴法院在Wiillips對AWH公司中的決定，并且在不排除基于在其它參考的基礎上的其它來源(其與術語的習慣含義及通常含義基本一致，或者與本說明基本一致，或者與兩者一致)的解釋的同時，申請人明確地排除與本說明不一致的所有解釋，特別是明確地排除例如可以在USPTO中或者在任何其它專利局做出的權利要求書或本說明書所用語言的任何解釋，除非受到本說明的支持或者根據保護范圍(In rn Lee)記錄的客觀證明的支持，例如可以示范本領域技術人員如何使用和理解這些術語，或者以本領域有經驗的技術人員的專家證明的方式如何使用和理解這些術語。就通常定向和方向的術語而言，可以采用兩種類型的參照系。首先，由于本說明書涉及螺桿、螺桿輸送機或者螺桿壓縮機，因此其可以有助于限定軸向或X方向，該方向為給料或工件材料沿著轉動時螺桿的前進方向，還存在徑向方向和周向方向。其次，在其它場合下，可以適當地考慮笛卡爾參考系。在該文件中，除非另外指出，X方向為工件或給料通過機器前進的方向，并且可以典型地呈現為各種給料流動導管的縱向中心線。y方向呈現為垂直于χ軸線的水平軸線。ζ方向通常為豎直軸線。通常來說，除非另外注明，所呈現的附圖可以基本是成比例且按比例的。裝置20-概述在圖la、lb、lc、ld和Ie中以大體設置顯示了處理裝置20。其可以是用于處置或處理纖維有機固體給料的裝置。在給料材料的流動方向上，存在可以為輸入送料機的第一組件22，在該輸入送料機處導入給料材料。出于這一討論的目的，給料可以呈現為有機給料，例如玉米桿、或者甘蔗桿、或竹子、或者木屑或樹皮或鋸屑等等。給料可以是纖維的，可以是各有異性的，并且可以在或多或少的程度上為親水性的，例如源于處理新木材的木屑或木薄片。給料可以具有在10 %和大約65 %至70 %重量之間的初始含水量，并且典型地對范圍在35%至55%重量的初始含水量進行處理。輸入送料機或輸料機或者輸入輸送機22附接到多級給料壓縮裝置M并且將給料材料輸送到多級給料壓縮裝置對，該多級給料壓縮裝置M可以是共軸送料機，其包括基本標表示沈的第一級壓縮和基本表示為觀的第二級壓縮，第一級壓縮可以是諸如第一級壓縮區(qū)域或壓縮螺桿組件的壓縮區(qū)域，第二級壓縮可以是第二級壓縮區(qū)域或活塞組件區(qū)域。 來自活塞區(qū)域(即，第二級壓縮28)的輸出通過排放部段供給到基本表示為30的反應器皿進料組件。組件30包括基本豎直定向的消化器下降槽或者進料頭部腔室32、進料導管或管道或插入部或者消化器插入部34 ；以及節(jié)流圓錐組件36。進料頭部腔室32處于更大的反應器或反應腔室或器皿或者消化器組件40的本體部分中，該反應器或反應腔室或器皿40 可以被稱為消化器，并且不但包括頭部腔室或消化器下降槽32而且包括基本水平的縱向定向的器皿42，該器皿42可以被稱為主反應器器皿或消化器。主反應器器皿42可以具有出料或輸出組件44，該組件44還可以被稱為排放管道。整個裝置可以安裝在基本表示為 46的基座或框架上。反應器器皿有時可以被稱為消化器，并且在其它場合可以被稱為水解器。進料組件30在表示為48的凸緣聯(lián)接部處連接到主反應器器皿或者消化器42。盡管只顯示了單一的主反應器器皿，但是還可以存在其它中間處理步驟及其相關反應器器皿，并且可以設置在進料組件30和反應器器皿42之間，同樣可以按照諸如聯(lián)接部48的適合的凸緣聯(lián)接部進行連接。在一個這樣的處理中，處于松散的木質纖維或部分木質纖維屬性的有機給料 (即，以木材為基礎或類似木材的給料)被加壓到大概M5psig (每平方英寸磅表值)，并且在反應腔室中被加熱到部分液態(tài)水和部分蒸汽形式的水的飽和溫度。濕氣可以被增加或被抽取，正如多種化學溶液可以做到的。在給料沿著反應腔室前進時，給料被保持在該壓力和溫度下一定時間。在排放裝置處存在或多或少為瞬時的，基本隔熱的且基本等熵的膨脹。幾乎瞬時的壓力降低可能會趨向于使得被捕集在吸濕木片或薄片中的水趨向于需要經受從液體到蒸汽的幾乎瞬時的狀態(tài)改變，其中在給料之內所產生的可能并不完全的膨脹并不像制作爆米花時那樣的蒸汽膨脹。結果是，給料的纖維趨向于被迫隔開，并且在某種意義上被打松，從而形成精細的松散的產品。由此獲得的產品可以具有相對高的表面面積與體積的比值，并且可以在某種意義上被“嫩化”，從而使纖維可以更容易在微生物(例如，細菌、真菌、病毒等)的消化處理中被分解，通過這些消化處理，那些纖維會更容易地被轉化為其它化工品，例如乙醇。輸入送料機22輸入送料機或進料輸送機22可以包括收集器器皿，該收集器器皿可以被稱為貯存器、料槽或進料螺桿料斗50。其包括送料進給裝置或者送料機或者進料輸送機52，其可以是輸送機，或者是皮帶輸送機或者是螺桿輸送機或者攪龍M，如圖所示。驅動器(也稱為進料輸送機驅動器)56設置為使攪龍M運行，驅動器56安裝在下送料殼體或下降槽58的遠側上，其中驅動器軸通過該殼體在水平縱向方向上延伸到攪龍54。下降槽58在頂上被安裝，并且與壓縮機裝置或共軸送料機M的輸入殼體或送料機料斗60流動地連通。第一級壓縮機26壓縮裝置或共軸送料機M安裝到基板62，該基板62安裝到框架46。第一級壓縮機或壓縮螺桿區(qū)域沈包括運動的壓縮構件64、固定受壓給料保持構件66、輸入殼體或送料機料斗60、軸承殼體或軸承殼體組件68 (以及，固有地包含于其中的軸承)、表示為壓縮螺桿減速器70和驅動聯(lián)接件72的驅動器、以及初始進料給料輸送機構件陣列，例如可以表示為三個螺桿組件74。運動的壓縮構件64可以為壓縮螺桿76。壓縮螺桿76可以包括這樣的渦旋部，該渦旋部在渦旋部的單個的斜軌或匝之間具有可變螺距間隔，該可變螺距間隔或者作為階梯函數或者如實施方案所示，隨著螺桿的尖端在縱向或X方向上向前接近末端，壓縮螺桿76 可以具有連續(xù)減小的螺距間隔。壓縮螺桿76具有縱向中心線，并且在操作時，螺桿76的旋轉既使得給料材料沿著螺桿向前前進，此外還使得給料在縱向方向上受到壓縮。螺桿76的基座或近端安裝在軸承或者壓縮螺桿軸承殼體組件68中，壓縮螺桿軸承殼體組件68具有的凸緣安裝到輸入殼體(例如可以被稱為送料機料斗60)的面向后的凸緣。螺桿76的帶有鍵的輸入軸被驅動器或減速器70的相似的帶有鍵的輸出軸驅動，從而通過聯(lián)接件72使扭矩通過各軸之間。壓縮螺桿驅動器70包括安裝在其自身馬達基座78上的壓縮螺桿驅動馬達80，該馬達基座78安裝到基板62。馬達80可以為齒輪馬達，并且可以包括減速齒輪箱。馬達80 可以為可變速度馬達，并且可以包括速度感測、監(jiān)測和控制裝置，該裝置能夠持續(xù)地操作以改變操作過程中的輸出速度。給料進入下降槽58在重力作用下被驅動到輸入殼體60內，并且基本向著壓縮螺桿76被驅動。為幫助該運動，給料輸送機構件74可以用于將給料引導到壓縮螺桿76。構件74可以具有兩個螺桿或三個螺桿(其傾斜邊沿兩兩基本相對)或攪龍82的形式，該攪龍82安裝為基本橫向于螺桿76。螺桿82由安裝到輸入殼體60的馬達84驅動。可以例如為四個、六個或八個的螺桿82可以為V形布置。第二級壓縮機28第二級壓縮或第二級壓縮機觀包括基本表示為100的框架或定子或殼體或叉架； 運動的壓縮構件或活塞102 ；與運動的壓縮構件或活塞102配合的給料保持器104 ；以及運動驅動及傳動組件110，其還可以被稱為柱塞驅動組件。運動的壓縮構件102可以為往復運動活塞112。給料保持器可以限定脫水部段 130。脫水部段130隨著給料被壓縮執(zhí)行保持給料的功能，并且執(zhí)行允許液體被排出的濾網或濾器的功能。術語“脫水”意指在壓縮的過程中將液體或空氣壓榨到給料外。盡管該液體可以是水或者主要是水，但是其可以是汁液或油，或者其可以包括除去氣體，例如空氣。術語“脫水”并不意在暗示該裝置僅限制于與水或基于水的液體一起使用。在脫水部段130的下游存在尾噴管或排放部段，其還可以表示為壓縮管184，受壓縮的給料通過壓縮機級的作用而被驅動經過該壓縮管184。排放部段壓縮管184可以包括冷卻歧管或者壓縮管冷卻護套186。排放部段184結束于下游凸緣192處。凸緣192與反應器器皿進料尾噴管的對應凸緣194或者消化插入部196配套，其典型地在內徑上可以略微大于排放的下游，但是其還可以具有略微向外張開或漸縮的部段管184。節(jié)流圓錐組件36節(jié)流圓錐組件36安裝到豎直管道或水解器下降槽200，并與壓縮部段(即，消化器插入部196)的水平排放管道軸向對準，即，與其同心。其包括水平短管或者節(jié)流圓錐噴嘴 202，縱向往復運動軸或節(jié)流圓錐軸204安裝在該節(jié)流圓錐噴嘴202中。軸204的內端承載尖頭的基本為圓錐的蓋子或者節(jié)流圓錐206，該節(jié)流圓錐206安裝為與消化器插入部196同心地軸向對準。節(jié)流圓錐206具有加寬的裙部208，該裙部208在完全延伸時例如可以位于插入部196的端部中。組件36還包括往復運動驅動器210和感測組件212，該往復運動驅動器210安裝為在單元的中心線上與軸204軸向對準，該感測組件212可以是測壓元件，通過其來感測軸204的位置，并且由此來感測節(jié)流圓錐206的位置，并感測對著節(jié)流圓錐206 作用的力。軸204安裝在一對軸向隔開的軸承205上，并且穿過一組表示為節(jié)流圓錐填充環(huán)216的密封件或密封管。主反應器器皿或消化器組件40主反應器腔室或消化器組件40可以包括壓力器皿220，該壓力器皿220可以具有基本圓柱形管的形式，其中保持并配合適合的壓力。圓柱形管可以從輸入到輸出以平緩向下的角度傾斜。壓力器皿220可以具有給料輸送機，或者其一種類型可以是由主馬達和減速齒輪箱2 驅動的中心保持螺桿222。保持螺桿222可以包括中空中心軸，該中空中心軸連接到熱源(例如蒸汽熱)，并且其在一定程度上對渦旋部或漿狀物或保持螺桿斜軌223進行加熱，這些斜軌還在徑向上延伸換熱片，這些換熱片建立起熱傳遞接口。這種布置的一個優(yōu)點是其允許將熱量導入到反應器器皿內，并且由此導入到給料內，而不會改變給料中的水分含量。螺桿輸送機222可以基本緊密地配合在反應器器皿的內壁之內，從而隨著螺桿轉動，給料會趨向于沿著中心軸線被驅動或前進。壓力器皿220可以為雙壁壓力器皿，并且內外壁之間的空間可以連接到熱源(例如蒸汽熱)，正如可以被適用于采用裝置20的具體工業(yè)處理，其也對器皿容積進行加熱，或者可以被隔絕并可以包容加熱元件。壓力器皿220 可以具有多個龍頭或噴嘴或噴霧嘴214、218，在此處，流體或者固體或液體形式的化學品可以根據處理性質而被導入或抽取。再次地，壓力器皿220還可以根據預期處理而包括加熱裝置。正如注意到的，給料通過豎直消化器下降區(qū)域而被引導到壓力器皿的主體內。給料可以在輸出組件44處離開壓力器皿220。反應器器皿或消化器中的壓力在最寬的范圍內可以處于75-500psig的范圍中?？梢圆捎?70至沈5 &8的窄范圍，并且如果處理僅是蒸汽處理，則還可以期望190至235psig的窄范圍。如果使用酸幫助分解木纖維，則壓力會趨向于向著這些范圍的下限。反應器器皿中的溫度可以典型地在170-220C的范圍內，并且更窄地可以在200-210C的范圍內。給料在反應器器皿中的留存世間可以為大約4至14分鐘， 并在典型地為5至9分鐘，但是適合地可以更長或更短。輸出或排放螺桿以及排放管組件44排放解壓或輸出組件(其也可以被稱為排放螺桿和排放管組件)44可以橫向地安裝到反應器器皿(例如，壓力器皿220)的主縱向軸線?？梢源嬖趦蓚€短管，它們?yōu)榉謩e安裝到壓力器皿220的驅動短管和輸出短管或管道凸緣226、228，并形成壓力器皿220的臂部或延伸部。螺桿或攪龍或排放螺桿230可以安裝在保持螺桿支撐布置和消化器排放管226、 2 之間，例如，安裝在略微低于壓力器皿220的中心線的高度處。攪龍230可以由馬達或者排放螺桿驅動器232驅動。螺桿230穿過主螺桿(即，壓力器皿保持螺桿22 下面并且不接觸主螺桿。保持螺桿222的渦旋部恰好結束于橫向安裝的排放螺桿230之前，即，在排放螺桿230的前進方向上縱向地退縮或短缺，如圖Ie所示。橫向排放螺桿230為標示為排放管234的輸出導管或管道供給，該排放管234又將給料運送到流出管理器，例如，可以稱為放空閥的出口閥M0。輸出導管或管道或排放管234實際上限定了先入先出的輸出收集器或累積器或排放前腔室。其在概念上有些類似于電容器，其中用于輸出的材料的裝料或塞子能夠被累積在收集器中等待排放。該塞子部分地具有的功能有些類似于炮筒中的填塞料，其中在預期操作時，總是存在阻礙流出物的多孔給料的墊子或塞子或填塞料。墊子或塞子的尺寸隨著流出閥開啟和關閉而增大或減小，從而從墊子或塞子的下游端抽取材料，其中墊子通過螺桿230的作用而在其上游得到不斷的補充。橫向螺桿230隨后起到驅動器或壓緊器的作用。其形成并壓緊收集器中的給料的襯料或裝料或墊子。如果該墊子足夠大， 則裝料量將小于閥的一次循環(huán)中排放的量。短管228的在縱向上延伸超過攪龍230的尖端的端部可以在下游方向上具有張開部或向外的漸縮部，其與來自壓縮機排放部段的進料管道的張開部相當，以便防止給料堵塞在管道中。漸縮部可以為大約30分的弧度。出口閥240可以為球控閥M2，其一種類型是Neles Series E陶瓷球閥，例如可以用在磨蝕性應用中，其中可期望得到抗腐蝕性，并且其在各圖中并不必然顯示為成比例的。 該閥的流動路徑可以與包括氧化鎂的材料一致，該氧化鎂通過氧化鋯而被部分地穩(wěn)定。閥 242為電動閥，并且可以包括表示為放空閥伺服馬達244的驅動器或驅動馬達，其可以是具有連續(xù)速度變化的步進馬達。閥242可以包括具有連續(xù)360度旋轉的內部球體。可以意識到，球體每轉動180度，在壓力從壓力器皿220內部的Phigh下降到壓力器皿220外部的 P—的角度看來，將發(fā)生遞增的排放或“放空”。閥242可以為單向閥，或者可以僅用于單向地轉動，其總是順時針或總是逆時針轉動，而不能在兩者之間倒轉。閥242為電控閥，其中馬達244及其速度變化的操作可以響應于預編程的值以及更為普遍地在裝置20中感測的參數而進行。這些參考可以包括閥242緊上游的壓力、該值的下降值、該值的上升值、由其形成的其變化速度的微分，可以包括溫度、濕度或處理時的其它值，并且可以包括涉及馬達負載和性能的參數，從這些參數可以推斷出累積器中給料的存在，或者推斷出故障，容易監(jiān)測的值是電動馬達耗電量。如上所述，數字電子監(jiān)測和控制裝備的時鐘速度可以為大約 1GHz，而放空的頻率可以為大約30-60HZ。例如在飽和的蒸汽混合物下，典型的內部壓力可以在M5psig的范圍內。球閥M2 的運動速度可以為使得開啟的時間有些像照相機快門或光圈或者噴嘴的開啟，并且在這一短時間間隔內，在多多少少會發(fā)生噴發(fā)的反應器中存在給料。在一定程度上，反應器中存在濕度水平并被給料吸收，這就會趨向于發(fā)生蒸汽噴發(fā)。經過攪龍端部的出口導管的長度可以在其直徑的4 1至10 1倍的范圍內。裝置20的所有馬達都可以是具有連續(xù)可變的數控速度的伺服馬達。球閥242緊上游的壓力可以被監(jiān)測，排放螺桿驅動器(S卩，馬達232) 上的馬達電流也可以被檢測。當在馬達232中存在“空載”電流時，控制器會發(fā)出馬達232 的速度增大的信號，以嘗試在流出收集器中更快地重新建立給料的適當塞子。相反，在負載電流過高的場合，正如可以表示阻滯，控制器可以發(fā)送馬達速度減小的信號，直到通過在閥 242開啟時排放材料而使電流回復到可接受的水平，或者如果在設定時間、。η8 (例如，1秒或 2秒)之內并未解決該問題，并且控制器超時，則控制器可以隨后將馬達電流暫停的信號發(fā)送到馬達對4以運動到更為開放的排放時間。正如可以意識到的，快速解壓的給料可以通過由球閥M2限定的開放孔隙或噴嘴以相當高的速度而被放空，特別是如果在給料中的濕氣的狀態(tài)從液體改變到氣體(例如， 水蒸氣)時同時存在隔熱等熵的膨脹則更是如此。離開球閥242的經處理的給料可以通過出口導管而被排放，該出口導管可以是加寬通道的形式，其可以是示意地標示為M6的散流器。輸出流隨后可以在散流器中擴張并減速。輸出導管可以連接到示意地標示為248的沉降腔室或旋流器，在此處，經處理的給料可以與被釋放的蒸汽分離，并且可以進一步減速并從運載氣體(例如，蒸汽)流沉淀出來，并且可以被收集，因此其可以被除去以進行存儲或用于進一步的處理，例如用作生產乙醇或其它產品時的給料。馬達對4、散流器246和旋流器248在各圖中可以不按比例顯示。當壓力差最大時，壓力減小的最快，給料在出口處的噴發(fā)會趨向于最為有效。閥 242隨后像相對快地運動的快門那樣進行作用。有利地，該快門可以僅被開啟極短的時間， 從而在球閥處驅動壓力的降低可以被忽略掉。為此目的，球閥伺服馬達的可變控制可以使快門的曝光時間(S卩，閥開啟的時間)和快門開口之間的間隔作為時間的函數而連續(xù)地受到控制。可以希望開啟時間t。pm如實際能做到的那樣短，在處理給料時，許多個短的爆發(fā)被認為比更少量的更長的爆發(fā)或放空更為有效。典型地，閥閉合時間ta。sed與閥開啟時間tQpen的比值可以為大約3 1至10 1。 閥進行180度旋轉的總時間tT。tal可以小到72秒(包括開啟和閉合時間兩者)，或者為 120Hz，其對應于在每轉兩個開口下粗略為60r.p.m.的平均旋轉速度。進行180度旋轉的更為典型的總時間可能為Is至2s，或者60-30HZ。在正常操作時，閥有望在開啟和阻滯或閉合位置之間每分鐘運動或循環(huán)40次或更多次。閥可以被開啟ls，被閉合k或閉合8s。 可替代地，閥可以被閉合ls，并且開啟1/5或1/8秒。在操作時，攪龍馬達可以具有略微超過10安培的滿載耗電量Ifl以及3安培的空載耗電量。當耗電量超過滿載的80%時，即可推斷出在出口管道中存在給料的塞子，并且該控制可以發(fā)送使閥開啟的信號。該閥可以具有的目標開啟時間tKrf大約為74s，可以略微小一點，例如1/ 至或者l/8s。如果在閥的緊上游的壓力在該時間(例如，74S)終了之前下降2psig，則該控制可以發(fā)送使閥閉合的信號。馬達電流可以下降到接近“空載”的值，其大約為滿載電流的40%或更小。如果在異常情況下壓降應當超過參考值PDrapKrf，其至多為4 或5psig.，則控制器的編程邏輯會推斷出沒有塞子留在出口管道累積器中，這是不合需要的。然后，閥242必須立即閉合。當閥242被閉合時，排放螺桿230利用給料補充塞子，直到達到馬達耗電量閾值。可替代地，如果閥被開啟目標時間tKrf(大約74s)，并且馬達電流并未落到某一閾值(例如，滿載的50%)以下，則循環(huán)的閉合部分需要更短。如果由于該值的實際物理限制或者由作為速度管理器的控制器施加的值上的限值而使閉合部分變得盡可能短(盡管并不必然如此，但將其假設為tKrf)，則開啟時間的長度必須加長。如果在低壓信號的同時存在高耗電量，則將產生故障信號，并且會將警告或報警信號發(fā)送給操作者，并使處理離線。這樣，總的說來，前文描述了用于處理纖維有機給料的裝置和方法。該裝置包括壓縮機、反應器器皿和排放組件，該壓縮機可操作為將纖維有機給料升高到處理壓力，通過該反應器器皿對處于壓力下的纖維有機給料進行處理，該排放組件安裝為接收反應器器皿的纖維有機給料。排放組件包括收集器和驅動構件，其可操作為將纖維有機給料壓緊到收集器內。流出管理器安裝到收集器。流出管理器可在用于將給料保持在收集器中的閉合位置以及用于使給料從收集器排出的開啟位置之間運動。流出管理器具有流出管理器驅動器。 流出管理器驅動器具有連續(xù)可變的速度控制。該速度控制可操作為改變處于開啟位置的流出管理器的持續(xù)時間以及處于開啟和閉合位置所耗費時間的比值兩者?？勺兊乃俣瓤刂瓶刹僮鳛樵陂_啟和閉合狀況之間使流出管理器每分鐘循環(huán)超過 40次。該裝置包括傳感器，這些傳感器可操作為監(jiān)測流出管理器上游的壓力，并且替代地通過監(jiān)測馬達電流，數字電子控制器連接為使流出管理器響應于壓力信號并響應于在收集器中感測到的負載而進行操作。該裝置包括至少一個熱傳遞接口以及至少一個濕度調節(jié)輸入或接口，在所述至少一個熱傳遞接口處，熱量可以被增加到所述反應器器皿及其任何內容物，并且要么通過脫水部段130或龍頭218的抽取，要么通過龍頭214 (或者可以是218)處的導入，由所述至少一個濕度調節(jié)輸入或接口來調整所述反應器器皿之內的濕度水平。流出管理器連接為響應于在收集器中存在給料并感測最小流出壓力閾值而開啟。該裝置可以包括控制邏輯，所述控制邏輯用來(a)當對于壓緊出料收集器的阻力增大時，縮短流出管理器閉合時間；(b)當對于壓緊出料收集器的阻力增大時，延長流出管理器開啟時間；(c)與總的流出管理器的循環(huán)時間成比例地增大流出管理器的開啟時間與流出管理器的閉合時間的比值；(d)偏置所述流出管理器以將流出開啟時間縮短到最小閾值；或者(e)當流出管理器上游的壓力落到指定的設定點值以下時，立即使所述流出管理器運動到閉合位置，或者所述控制邏輯用來執(zhí)行所有這些操作。用于處理松散纖維給料的處理方法包括在相對于環(huán)境升高的壓力下在反應器器皿中設立松散纖維給料；使給料的裝料通過突然的擴張部，所述突然的擴張部可以是基本為隔熱的且為等熵的；并且利用可變速度流出閥來實時地控制解壓循環(huán)參數。該處理方法可以包括使用球閥242作為可變速度流出閥，并且其可以包括單向地驅動球閥242并且在該一個方向上改變速度。該處理方法包括采用傳感器來觀測流出閥上游的反應器器皿中的壓力，并且響應于在流出閥上游感測到的壓力來調整流出閥的操作。其可以包括以下操作中的至少一個操作(a)將流出閥維持在開啟狀況下小于一秒； (b)將流出閥維持在開啟狀況下，并且將流出閥維持在閉合狀況下ta_d，其中小于ta。sed的74 ;(c)感測在流出閥開啟時流出閥上游的壓降，并且如果壓降超過設定的閾值PDMpref，則立即驅動流出閥閉合；(d)感測在流出閥上游安裝的收集器中給料的存在，并且禁止開啟流出閥，除非推斷出存在給料；(e)對于流出閥設定最小開啟狀況時間參考值 tEef,并且向著tKef偏置流出閥的開啟時間tQpen ； (f)在每分鐘20至120次的范圍內開啟并閉合流出閥。該處理方法可以包括(a)每分鐘開啟并閉合流出閥至少40次；(b)維持小于2秒的總的循環(huán)時間tt。tal，其中tt。tal為閥開啟時間t_n和閥閉合時間ta。sed之和；(C)維持閥開啟時間、εη和閥閉合時間ta。sed的比值小于1 5，或者包括所有這些操作。其可以包括在流出閥上游設置給料收集器；將壓緊給料的驅動器設置到收集器內；監(jiān)測驅動馬達的電流；監(jiān)測流出閥緊上游的壓力；禁止流出閥開啟，直到驅動馬達的電流超過電流閾值 Ivalve0pen'并且流出閥緊上游的反應器壓力至少大到壓力最小排放觸發(fā)值Pvalvrapm ；在如下時間最開始就使該閥閉合(a)與設定的參考值、。η8相比超時；(b)感測到電動馬達的電流下降到設定的參考值Itomf以下；(c)感測到壓力的下降大于設定的參考值Pllrapref。該處理方法可以包括將流出閥的開啟時間to^偏置到與前面進行的操作狀況一致的最短時間，并且將流出閥的開啟時間和流出閥的閉合時間ta。sed的比值偏置到與其它操作狀況一致的最小值。該處理方法可以包括將反應腔室中的給料加熱到對應于處于反應器腔室的壓力下的飽和水蒸汽溫度的溫度，或者將反應腔室之內的濕度水平維持在預設范圍內，或者包括兩者。其可以包括使閥開啟時間丨_和閥閉合時間ta。sed的比值落在3 1和10 1 的范圍內，或者更窄地，使閥開啟時間、εη和閥閉合時間ta。sed的比值落在5 1禾Π8 1 的范圍內。當耗電量小于Ifl的70%時，流出控制閥242會被禁止開啟，并且當Ifl大于Ifl 的50%時，流出控制閥242會被禁止閉合。該處理方法可以具有小于72秒的控制閥目標開啟時間t_n。反應器器皿可以被維持在超過190psig的壓力下，并且反應器器皿中的溫度被維持在對應蒸汽表的飽和溫度下。更窄地，反應器器皿目標壓力為M5psig+/-5psig。 控制閥的閉合可以在壓力下降2psig時開始，并且在壓力下降5psig時立即進行。已經對各個實施方案進行了詳細描述。由于在不脫離本發(fā)明的特征、精神或范圍的條件下可以對上述實例進行改變或添加，所以本發(fā)明并不限制于這些細節(jié)。
權利要求
1.一種用于處理纖維有機給料的裝置，所述裝置包括壓縮機，所述壓縮機能夠操作為將所述纖維有機給料升高到處理壓力；反應器器皿，通過所述反應器器皿對處于壓力下的所述纖維有機給料進行處理；排放組件，所述排放組件安裝為接收所述反應器器皿的纖維有機給料；所述排放組件包括收集器和驅動構件，所述驅動構件能夠操作為將所述纖維有機給料壓緊到所述收集器內；流出管理器安裝到所述收集器，所述流出管理器能夠在用于將給料保持在所述收集器中的閉合位置以及用于使給料從所述收集器排出的開啟位置之間運動；所述流出管理器具有流出管理器驅動器；所述流出管理器驅動器具有連續(xù)可變的速度控制；并且所述速度控制能夠操作為改變所述流出管理器處于所述開啟位置的持續(xù)時間以及在所述開啟位置和閉合位置所耗費時間的比值兩者。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述可變的速度控制能夠操作為使所述流出管理器在開啟狀況和閉合狀況之間每分鐘循環(huán)超過40次。
3.根據權利要求1和2中的任意一項所述的裝置，其中所述裝置包括至少一種如下傳感器(a)傳感器，所述傳感器能夠操作為監(jiān)測所述流出管理器的上游的壓力，并且所述控制器連接為響應于壓力信號而使所述流出管理器進行操作；以及(b)傳感器，所述傳感器用來監(jiān)測所述收集器中的給料負載，并且所述控制器連接為響應于在所述收集器中感測到的負載而使所述管理器進行操作。
4.根據權利要求1至3中的任意一項所述的裝置，其中所述裝置包括至少一個熱傳遞接口，在所述至少一個熱傳遞接口處，熱量可以被添加到所述反應器器皿以及所述反應器器皿的任意內容物。
5.根據權利要求1至4中的任意一項所述的裝置，其中所述裝置包括至少一個濕度調節(jié)輸入，通過所述至少一個濕度調節(jié)輸入來調節(jié)所述反應器器皿之內的濕度水平。
6.根據權利要求1至5中的任意一項所述的裝置，其中所述流出管理器為球閥。
7.根據權利要求6所述的裝置，其中所述流出管理器驅動器為馬達，所述馬達安裝為在一個方向上連續(xù)地使所述球閥轉動。
8.根據權利要求1至7中的任意一項所述的裝置，其中所述裝置包括至少一個如下部件(a)散流器，所述散流器連接為從所述流出管理器接收流出物；以及(b)旋流器，所述旋流器連接在所述流出管理器的下游。
9.根據權利要求1至8中的任意一項所述的裝置，其中所述流出管理器連接為響應于在所述收集器中存在給料并感測最小流出壓力閾值而開啟。
10.根據權利要求1至8中的任意一項所述的裝置，其中所述控制器具有控制邏輯，所述控制邏輯用來執(zhí)行如下操作中的任意一個操作(a)當對于壓緊出料收集器的阻力增大時，縮短流出管理器的閉合時間；(b)當對于壓緊出料收集器的阻力增大時，加長流出管理器的開啟時間；(c)與總的流出管理器的循環(huán)時間成比例地增大流出管理器的開啟時間與流出管理器的閉合時間的比值；(d)偏置所述流出管理器以將流出開啟時間縮短到最小閾值；并且(e)當所述流出管理器的上游的壓力落到指定的設定點值以下時，立即使所述流出管理器運動到所述閉合位置。
11.一種用于處理松散纖維給料的處理方法，所述處理方法包括 在相對于環(huán)境升高的壓力下在反應器器皿中設立所述松散纖維給料； 使所述給料的裝料通過突然的擴張部；并且利用可變速度流出閥來實時地控制解壓循環(huán)參數。
12.根據權利要求11所述的處理方法，其中所述處理方法包括利用球閥作為所述可變速度流出閥。
13.根據權利要求12所述的處理方法，其中所述處理方法包括單向地驅動所述球閥并且在該一個方向上改變速度。
14.根據權利要求11至13中的任意一項所述的處理方法，其中所述處理方法包括采用傳感器來觀測所述流出閥的上游的所述反應器器皿中的壓力，并且響應于在所述流出閥的上游感測到的壓力來調節(jié)所述流出閥的操作。
15.根據權利要求11至14中的任意一項所述的處理方法，其中所述處理方法包括如下操作中的至少一個操作(a)將所述流出閥維持在開啟狀況下小于一秒；(b)將所述流出閥維持在開啟狀況下，并且將所述流出閥維持在閉合狀況下tclosed，其中 tOpen 7J"1 于 ^Closed W V4 ；(C)感測在所述流出閥開啟時所述流出閥的上游的壓降，并且如果壓降超過設定的閾值，則立即驅動所述流出閥閉合；(d)感測在所述流出閥的上游安裝的收集器中給料的存在，并且禁止開啟所述流出閥， 除非推斷出存在給料；(e)對于所述流出閥設定最小開啟狀況時間參考值tKef，并且向著tRef偏置所述流出閥的開啟時間(f)在每分鐘20至120次的范圍內開啟并閉合所述流出閥。
16.根據權利要求11至15中的任意一項所述的處理方法，其中所述處理方法包括如下操作中的至少一個操作(a)每分鐘開啟并閉合所述流出閥至少40次；(b)維持小于2秒的總的循環(huán)時間tt。tal，其中tt。tal為閥開啟時間和閥閉合時間tClosed 之禾口 ；(c)維持閥開啟時間和閥閉合時間ta。sed的比值小于1 5。
17.根據權利要求15所述的處理方法，其中所述處理方法包括權利要求15的(a)至 (f)中的全部操作。
18.根據權利要求16所述的處理方法，其中所述處理方法包括權利要求16的(a)、(b) 和(c)中的全部操作。
19.根據權利要求11至18中的任意一項所述的處理方法，其中所述處理方法包括 在所述流出閥的上游設置給料收集器；將壓緊給料的驅動器設置到所述收集器內；監(jiān)測驅動馬達電流；監(jiān)測所述流出閥的緊上游的壓力；禁止所述流出閥開啟，直到所述驅動馬達電流超過電流閾值Ivalvrapm，并且所述流出閥的緊上游的反應器壓力至少大到壓力最小排放觸發(fā)值Pvalvrajpm ；在如下時間最開始就使所述閥閉合(a)與設定的參考值、。 8相比超時；(b)感測到電動馬達電流下降到設定的參考值I^rf以下；(c)感測到壓力的下降大于設定的參考值Pllrapref。
20.根據權利要求19所述的處理方法，其中所述處理方法包括將所述流出閥的開啟時間偏置到與權利要求19的狀況一致的最短時間。
21.根據權利要求20所述的處理方法，其中所述處理方法包括將流出閥的開啟時間 、 和流出閥的閉合時間ta。sed的比值偏置到與權利要求20的狀況一致的最小值。
22.根據權利要求11至21中的任意一項所述的處理方法，其中所述處理方法包括將反應腔室中的給料加熱到對應于處于反應器腔室的壓力下的飽和水蒸汽溫度的溫度。
23.根據權利要求11至22中的任意一項所述的處理方法，其中所述處理方法包括將所述反應腔室之內的濕度水平維持在預設范圍內。
24.根據權利要求11至23中的任意一項所述的處理方法，其中所述松散纖維給料為松散纖維固體有機給料，并且閥開啟時間丨_和閥閉合時間ta。sed的比值落在3 1和10 1 的范圍內。
25.根據權利要求11至M中的任意一項所述的處理方法，其中所述松散纖維給料為松散纖維固體有機給料，并且閥開啟時間〖_和閥閉合時間ta。sed的比值落在5 1和8 1 的范圍內。
26.根據權利要求11至25中的任意一項所述的處理方法，其中所述控制閥為球閥，所述球閥具有的平均旋轉速度使閥開啟頻率處于30至60Hz的范圍內。
27.根據權利要求11至25中的任意一項所述的處理方法，其中設置有出料裝填容器和機動驅動器，所述機動驅動器能夠操作為將給料壓緊到所述出料裝填容器內，所述控制閥具有控制閥馬達，所述機動驅動器具有滿載電流Ifl，當耗電量小于Ifl的70%時，所述流出閥被禁止開啟，并且當Ifl大于Ifl的50%時，所述流出閥被禁止閉合。
28.根據權利要求11至27中的任意一項所述的處理方法，其中所述處理方法具有小于 V2秒的控制閥目標開啟時間t_n。
29.根據權利要求11至洲中的任意一項所述的處理方法，其中所述反應器器皿被維持在超過190psig的壓力下，并且所述反應器器皿中的溫度被維持在對應蒸汽表的飽和溫度下。
30.根據權利要求四所述的處理方法，其中反應器器皿目標壓力為M5psig+/-5psig。
31.根據權利要求11至30中的任意一項所述的處理方法，其中控制閥的閉合在壓力下降2psig時開始，并且在壓力下降5psig時立即進行。
32.根據權利要求11至31中的任意一項所述的處理方法，包括在給料進入到所述反應器器皿內的狀態(tài)下，將給料中的濕度水平維持為35 %至55 %重量。
33.根據權利要求11至32中的任意一項所述的處理方法，其中所述處理方法包括使來自所述控制閥的給料穿過如下部件中的至少一個部件(a)散流器；以及(b)旋流器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于處理松散纖維固體有機給料的裝置。所述裝置包括反應器器皿和壓縮機，所述壓縮機能夠操作為在升高的壓力下將給料導入到所述反應器器皿內。所述裝置包括用于控制并調節(jié)所述反應器之內的濕度水平的裝置。所述裝置包括流出或排放組件，所述流出或排放組件具有其自身的送料機或驅動器，用于將給料壓緊到排放累積器內。在通過伺服馬達操作的球閥進行單向旋轉的情況下，所述排放累積器為流出閥送料。來自閥的排放物可以經過散流器而被運送到沉降旋流器內。在操作時，所述球閥旋轉以開啟及閉合流出通道，旋轉速度可以實時地變化。旋轉速度可以是在所述反應器皿中并且特別是在所述球閥的緊上游的所述累積器中感測到的壓力或其它參數以及代替的感測值的函數，所述代替的感測值例如為排放送料機馬達電流。
文檔編號B01J19/20GK102497924SQ201080038413
公開日2012年6月13日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權日2009年7月17日
發(fā)明者M·J·伯克 申請人:瑪斯康瑪加拿大公司