專利名稱：在煙葉和其它農產品的膨脹過程中,改進水合物生成和膨脹劑回收效率的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種通過在高壓和膨脹劑的飽和溫度的條件下，用一種膨脹劑浸漬產品，隨后，使浸漬的產品處于促進膨化劑膨脹的條件下來膨化農產品，如煙葉、食品或其它類似物質的方法和系統。具體地說，本發明涉及一種在這種方法或系統中回收額外數量的二氧化碳或其它類似膨脹劑的方法和裝置，該方法和裝置能夠改進水合物的生成和改進二氧化碳或其它類似膨脹劑的回收效率。
如美國專利No.5,143,096(Steinberg)中所討論的，膨脹包括煙葉和其它農產品的多孔物質的許多方法已被公知。總的來說，這些方法涉及將一種膨脹劑，即一種能夠承受如由液體到氣體的相變的膨脹物質引入這些物質的微孔中，并使這種膨脹劑膨脹。
膨脹多孔物質也是公知的，其是通過在高壓下，使用一種如液化二氧化碳的液化氣體膨脹劑來浸漬多孔物質；從多孔物質中移除過量的膨化劑；降低多孔物質的壓力從而使膨脹劑固化；和加熱多孔物質，如通過暴露于熱氣流中，例如，蒸汽、空氣等，以使固化的膨脹劑蒸發或升華。固化的膨脹劑以大于該膨脹劑在氣態形式下能從這種多孔物質脫離的速率的速率來蒸發。這種處理的結果是該物質被強制膨脹。
在美國專利No.4,235,250(Utsch)；4,258,729(de la Burde等人)；和4,336,814(Sykes等人)中尤其對為膨化煙葉而作為膨脹劑的二氧化碳的用途進行了討論。在這些專利公開的方法中，為了浸漬，使二氧化碳以氣態或液態的形式與煙葉接觸，隨后使浸漬過的煙葉經受快速熱處理以揮發二氧化碳，從而膨脹煙葉。
美國專利No.4,340,073(de la Burde等人)公開了一種通過在一定條件下用二氧化碳浸漬煙葉來膨化煙葉的方法和裝置，諸如在液態形式下二氧化碳與煙葉接觸，從煙葉中移除過量的液化二氧化碳，降低浸漬過的煙葉的壓力以固化煙葉結構內部的二氧化碳，和在大氣壓力下快速加熱該煙葉以蒸發二氧化碳和膨脹煙葉。
英國專利說明書1,484,536(Michals)公開了一種使用液態二氧化碳膨化有機物質的方法，如煙葉。該方法包括以下步驟，用二氧化碳對含要被膨脹的物質的容器加壓到大約200-1,070 psi的壓力范圍，當該容器內部維持這種壓力時，在液態二氧化碳中浸入這種物質，從而用二氧化碳浸漬該物質，從浸漬容器中移除過量的液態二氧化碳，將該容器的壓力基本上降至大氣壓力，從而使該物質表面和內部的液化的二氧化碳固化，從該容器中移除這種浸漬過的物質，加熱該物質，以使該物質的膨脹至少達10％。在該方法中，用于加壓浸漬容器的二氧化碳取自于向浸漬室提供液態二氧化碳的工藝容器的蒸汽空間。在從浸漬室移除液態二氧化碳后，將浸漬室中的二氧化碳殘余氣體排至大氣或二氧化碳回收系統中(在該專利說明書中未表示)。
在現有技術中公開的煙葉膨脹方法中使用的二氧化碳和其它膨脹劑(如丙烷)的各種回收系統，如下所述。
美國專利No.4,165,618(Tyree，Jr.)公開了一種使用如液化二氧化碳的液體致冷劑處理如煙葉的產品的方法。在該方法中，一個浸漬煙葉的容器被凈化，并且通過將來自于液體致冷劑貯罐蒸汽空間的氣體導入浸漬容器來將其加壓。在加壓后，將液體致冷劑從液體貯罐導入浸漬容器。在一預定的時間周期，使煙葉吸入液體致冷劑，之后，液體致冷劑被返回到液體貯罐中。然后，在液體致冷劑脫除后仍保留在浸漬容器中的氣態致冷劑被送入一系列收集器中，在此處該氣體被壓縮，并且最終被返回到該液體致冷劑的主貯罐中。
美國專利No.5,365,950(Yoshimoto等人)公開了一種使用二氧化碳作膨脹劑膨化煙葉和使用變壓吸附(PSA)裝置再生二氧化碳的裝置。PSA裝置被用作回收/分離單元以從回收的二氧化碳中分離空氣(一種摻雜氣體)。然后，二氧化碳被壓縮至較高的壓力，并被導入浸漬容器。描述了利用一個或多個壓縮機來增加回收的二氧化碳壓力的幾種可供選擇的實施方案。
美國專利No.5,311,885(Yoshimoto等人)公開了另一種使用二氧化碳作膨脹劑膨化煙葉和為了二氧化碳的回收/分離而使用PSA裝置再生二氧化碳的裝置，它與美國專利No.5,365,950相類似。
美國專利No.5,711,319(Cumner)公開了一種使用二氧化碳的煙葉膨脹方法。在減壓步驟中從浸漬容器排出的二氧化碳氣體被收集在二氧化碳回收球罐內。回收球罐內的氣體被用壓縮機再壓縮，并且在返回到一個工藝容器之前用熱交換器被再液化。用直接從壓縮機來的二氧化碳氣體再補給二氧化碳貯罐。做為選擇，在減壓步驟中從浸漬容器排出的二氧化碳氣體被收集到一個保持部分排出的氣體壓力的中間壓力容器內，剩余物被排入回收球罐。優選地，提供一個壓縮機來將氣體從回收球罐送入中間壓力容器，和使用第二壓縮機來將氣體送入熱交換器。然后，從熱交換器來的再液化的二氧化碳被返回到工藝貯罐。補給含二氧化碳的貯罐的氣體是直接從第二壓縮機得到的。
美國專利No.5,819,754(Conrad等人)公開了一種用如丙烷的膨脹劑膨脹煙葉的裝置和方法。在一預定的浸漬周期后，一些膨脹劑從浸漬區釋放到再生用的收集器中(返回收集器中的丙烷被再生，并被用于隨后的煙葉處理循環)。提供一條膨脹劑回收管線以進一步移除殘留在浸漬區和由于平衡收集器和腔室中的壓力而沒被再生的丙烷。它還提供從浸漬區周期性地移除高壓膨脹劑，以使污染物(如，濕氣等)不增大到膨脹劑中不希望的水平。為了從中回收膨脹劑或回收能量，該膨脹劑回收管線被連接到一個優選的氣體回收或可處理區(在該專利中未表示)。
煙葉膨化裝置一般可以劃分為間歇型膨化裝置和連續型膨化裝置。在典型的間歇型膨化裝置中，將一預定數量的煙葉物質貯存在一個浸漬容器中，高壓二氧化碳被導入浸漬容器，以用二氧化碳浸漬煙葉物質，隨后煙葉物質被移走，從而膨化煙葉物質。在連續型膨化裝置中，煙葉材料和二氧化碳被連續地導入浸漬容器。
雖然間歇型裝置具有簡單的結構，但它的效率低，并且大量的二氧化碳被損失。近來設計的連續型膨化裝置具有更高的效率，并且能夠回收和重新使用二氧化碳，如上述討論的授權給Yoshimoto等人的專利USNo.5,311,885和5,365,950中所顯示的那樣。
許多傳統的方法，包括干冰膨脹煙葉(DIET)方法和其它二氧化碳膨脹方法，不回收和重新使用所有的可利用的膨脹劑(如二氧化碳)，一些被排放到大氣中，除增加排到環境中的散發物之外，這還導致在效率和經濟性方面低于該方法的理想性能。
希望有一種用于農產品，如煙葉、食品、或其它類似物質的膨脹的改進的方法和系統，其能克服現有技術的缺點。
進一步希望有一種用于農產品，如煙葉、食品、或其它類似物質膨脹的更有效和更經濟的方法和系統。
還進一步希望有一種用于農產品，如煙葉、食品、或其它類似物質膨脹，并使用二氧化碳作膨脹劑的改進的方法和系統。
還進一步希望有一種用于膨化農產品，如煙葉、食品、或其它類似物質，并在這種方法和系統中具有用于回收額外數量的二氧化碳的改進的方法和系統，或在該方法和系統中的另一種類似膨脹劑。
還進一步希望有一種用于膨化農產品，如煙葉、食品、或其它類似物質，并具有使這種產品更好地膨脹和膨脹更均勻的改進的水合物生成裝置的改進的方法和系統。
本發明是一種在煙葉或其它農產品，如食品或其它多孔產品的膨脹工藝中用于回收額外的膨脹劑的方法和裝置。本發明包括一種用于煙葉或其它農產品膨脹的方法，其中該方法包括一種回收額外膨脹劑的方法。本發明還包括一種按照該方法生產的膨脹的煙葉產品或其它產品。另外，本發明包括一種用于煙葉或其它農產品膨脹的系統，其中，該系統包括一種用于回收額外膨脹劑的裝置。
本發明的第一實施方案是一種在煙葉或其它農產品的膨脹過程中回收額外膨脹劑的方法，該過程具有至少包括使浸漬容器減壓的第一和第二減壓步驟的多步減壓工序，其包括以下步驟在多步減壓工序期間，在大約第二減壓步驟結束時，抽出浸漬容器中所有數量的膨脹劑；將至少一部分所述數量的膨脹劑送入低壓氣體貯罐。
本發明的第二實施方案是一種包括下列附加步驟的回收額外膨脹劑的方法從低壓氣體貯罐中抽出至少一部分膨脹劑；將從低壓氣體貯罐中抽出的膨脹劑壓縮；將壓縮的膨脹劑送入高壓氣體貯罐；從高壓氣體貯罐中抽出至少一部分壓縮的膨脹劑；進一步將從高壓氣體貯罐中抽出的壓縮的膨脹劑壓縮；冷凝進一步壓縮的膨脹劑；和在貯罐中貯存冷凝的膨脹劑。
第三實施方案是一種在煙葉或其它農產品的膨脹過程中回收額外膨脹劑的方法，該過程具有至少包括用于使浸漬容器減壓的第一和第二減壓步驟的多步減壓工序，其包括以下步驟在多步減壓工序期間，在大約第二減壓步驟結束時，基本上抽出浸漬容器中所有數量的膨脹劑；和將至少一部分所述數量的膨脹劑壓縮至足夠的壓力，以冷凝該膨脹劑。
第四實施方案具有除第三實施方案中的步驟之外的兩個步驟。附加的步驟是，冷凝壓縮的膨脹劑，和在貯罐中貯存冷凝的膨脹劑。
第五實施方案具有除第四實施方案中的步驟之外的一個步驟。附加的步驟是，為了煙葉或其它農產品中的大量水的最大限度的水合作用，以足夠的質量流率調節從浸漬容器中抽出的所述數量的膨脹劑的質量流量。
第六實施方案是一種如第三實施方案中的回收額外膨脹劑的方法，但是包括以下額外步驟用于在從初始浸漬壓力到膨脹劑停止生成水合物的壓力的減壓壓力范圍期間，確定最大量水合物生成的最合適的減壓質量流率。在一種變化的實施方案中，該附加步驟包括以下次步驟(a)以選擇的質量流率來設定膨脹劑的質量流率；(b)在大約浸漬循環結束時，確定存在于浸漬過的產品中的膨化劑的數量；(c)通過一種增量來調節膨脹劑的質量流率；和(d)重復次步驟(b)、(c)和(d)，直至存在于浸漬過的產品中的膨化劑的最大量被確定。
本發明的第七實施方案是一種煙葉或其它農產品的膨脹方法，其中該方法包括一種如第一實施方案中的回收額外膨脹劑的方法。
第八實施方案是一種煙葉或其它農產品的膨脹方法，其中該方法包括一種如第三實施方案中的回收額外膨脹劑的方法。
第九實施方案是一種在煙葉或其它農產品的膨脹過程中回收額外膨脹劑的裝置，該過程具有至少包括使浸漬容器減壓的第一和第二減壓步驟的多步減壓工序，其包括在多步減壓工序過程中，于大約第二減壓步驟結束時，基本上抽出浸漬容器中所有數量的膨脹劑的設備；和將至少一部分所述數量的膨脹劑送入低壓氣體貯罐的設備。
本發明的第十實施方案是一種如第九實施方案中的回收額外膨脹劑的裝置，但是其包括下列附加設備從低壓氣體貯罐抽出至少一部分膨脹劑的設備；壓縮從低壓氣體貯罐抽出的膨脹劑的設備；將壓縮的膨脹劑送入高壓氣體貯罐的設備；從高壓氣體貯罐抽出至少一部分壓縮過的膨脹劑的設備；進一步壓縮從高壓氣體貯罐抽出壓縮過的膨脹劑的設備；冷凝進一步壓縮的膨脹劑的設備；和在貯罐中貯存冷凝的膨脹劑的設備。
第十一實施方案是一種在煙葉或其它農產品的膨脹過程中回收額外膨脹劑的裝置，該過程具有至少包括使浸漬容器減壓的第一和第二減壓步驟的多步減壓工序，其包括在多步減壓工序過程中，在大約第二減壓步驟結束時，基本上抽出浸漬容器中所有數量的膨脹劑的設備；和將至少一部分所述數量的膨脹劑壓縮至足夠的壓力以冷凝該膨脹劑的設備。
第十二實施方案是一種如第十一實施方案中的回收額外膨脹劑的裝置，但是其包括下列附加設備冷凝壓縮的膨脹劑的設備；和在貯罐中貯存冷凝的膨脹劑的設備。
本發明的第十三實施方案是一種如第十一實施方案中的回收額外膨脹劑的裝置，但是其包括下列附加設備為了煙葉或其它農產品中的大量水的最大限度的水合作用，以足夠的質量流率調節從浸漬容器中抽出的所述數量的膨脹劑的質量流量的設備。
第十四實施方案是一種如第十一實施方案中的回收額外膨脹劑的裝置，但是其包括下列附加設備用于從初始浸漬壓力到膨脹劑停止生成水合物的壓力的減壓壓力范圍期間，確定最大量水合物生成的最合適的減壓質量流率的設備。
本發明的第十五實施方案是一種煙葉或其它農產品的膨脹系統，其中，該系統包括一種如第九實施方案中的回收額外膨脹劑的裝置。
本發明的第十六實施方案是一種煙葉或其它農產品的膨脹系統，其中，該系統包括一種如第十一實施方案中的回收額外膨脹劑的裝置。
本發明的第十七實施方案是一種如第十三實施方案中的裝置，其中調節設備包括一個與適宜將從浸漬容器中抽出的所述數量膨脹劑的質量流量輸送到壓縮設備的管道連接的流量調節閥；一個與流量調節閥和壓縮設備連接的差動流量測量設備；和一個與流量調節閥和差動流量測量設備連接的定值調節器。
本發明的另一方面是一種按照第七實施方案的方法生產的膨脹的煙葉產品或其它產品。
本發明的再一方面是一種按照第八實施方案的方法生產的膨脹的煙葉產品或其它產品。
在上面所討論的本發明的任一實施方案和方面中，膨脹劑可以是二氧化碳(CO2)。然而，也可使用除二氧化碳以外的膨脹劑，包括但不限于在本發明的詳細描述和所附的權利要求中列出的膨脹劑目錄。
為了更好地理解本發明，可以參考附圖。附圖表示優選的本發明的幾個實施方案。然而，應該明白，本發明并不限于附圖所示的排列和方法。


圖1表示在膨脹煙葉的生產中，使用的傳統二氧化碳回收方法的工藝流程圖簡圖；圖2表示在膨脹煙葉的生產中，使用的一個本發明實施方案的二氧化碳回收方法的工藝流程圖簡圖；和圖3表示在膨脹煙葉的生產中，使用的另一個本發明實施方案的二氧化碳回收方法的工藝流程圖簡圖。
此處相對于使用二氧化碳(CO2)作膨脹劑膨脹煙葉的生產方法來討論本發明的幾個實施方案。然而，本發明不限于膨脹煙葉，也適合于其它膨脹的多孔狀產品和/或農產品，包括但不限于食品生產的其它方法和系統。同時，在本發明中，也可使用其它膨脹劑來代替二氧化碳，包括但不限于下列物質乙烯(C2H2)、丙烯(C3H6)、環丙烷(C3H6)、丙烷(C3H8)、異丁烷(C4H10)、氯(Cl2)、硫化氫(H2S)、氮(N2)、氧(O2)、甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)、乙烷(C2H6)、碘化甲烷(CH3I)、氬(A)、胂(AsH3)、溴(Br2)、氯化溴(BrCl)、二氧化氯(ClO2)、硒化二氫(H2Se)、氪(Kr)、甲基硫醇(CH3HS)、氧化亞氮(N2O)、磷化氫(PH3)、二氧化硫(SO2)、六氟化硫(SF6)、磺酰氯(SO2Cl2)、銻化氫(SbH3)、和氙(Xe)。
另外，在本發明中，致冷劑可以作為膨脹劑來使用，包括但不限于下列物質F-11(CCl3F)、F-12(CCl2F2)、F-12B1(CClF2Br)、F-13B1(CBrF3)、F-20(CHCl3)、F-21(CHCl2F)、F-22(CHClF2)、F-30(CH2Cl2)、F-31(CH2ClF)、F-32(CH2F2)、F-40(CH3Cl)、F-40B1(CH3Br)、F-142b(CH3CClF2)、F-152a(CH3CHF2)、F-12B2(CF2Br2)、F-22B1(CHBrF2)、F-41(CH3F)、F-150a(CH3CHCl2)、F-160(C2H5Cl)、F-160B1(C2H5Br)、F-161(C2H5F)和F-1140(CH2＝CHCl)。
在這種二氧化碳膨脹方法中，膨脹煙葉的生產利用二氧化碳(CO2)作膨脹劑或浸漬劑。在適當的溫度和壓力條件下，當將這種浸漬劑與煙葉接觸放置時，在煙葉中生成一種膨化劑(例如CO2水合物)(注意“CO2水合物”被稱作“膨化劑”(expanding agent)，而CO2是“膨脹劑”(expansion agent)，有時被稱作“浸漬劑”)。當浸漬過的煙葉經受快速加熱時，膨化劑分解，釋放出膨脹煙葉微孔的大量氣體。
圖1表示用于二氧化碳膨脹方法的傳統二氧化碳回收方法和裝置10。由于二氧化碳的物理性能，煙葉和液態二氧化碳的接觸必須在高壓條件下于浸漬容器12中進行。在經過足夠的接觸時間后，將浸漬容器中的液態二氧化碳排出，并將浸漬容器減壓。
減壓方法通常以三個步驟進行(雖然兩步法是可接受的，但更多的是使用三步法)。參考圖1，減壓工序包括第一減壓步驟，它是使二氧化碳氣體膨脹并流入高壓氣體貯罐14，隨后的第二減壓步驟是流入低壓氣體貯罐16。在第三減壓步驟中，浸漬容器12中的二氧化碳經閥18被排入大氣中。作為第三減壓步驟的結果，在第二減壓步驟完成時，存在于浸漬容器中的所有可利用的剩余二氧化碳被損失。
為了回收第一、二減壓步驟產生的、存在于高壓氣體貯罐14和低壓氣體貯罐16中的二氧化碳，將二氧化碳氣體壓縮至足夠的壓力，在該壓力下被冷凝和貯存，以供隨后在高壓液體貯罐20(未表示)中重新使用，如圖1所示。為了將二氧化碳氣體壓縮至冷凝壓力，用低壓氣體壓縮機22將低壓氣體經閥15和17從低壓氣體貯罐16泵送至高壓氣體貯罐14。用高壓氣體壓縮機24將高壓氣體經閥19和21從高壓氣體貯罐14泵送至冷凝器(未表示)。在冷凝后，將回收的液體貯存在高壓液體貯罐20中(未表示)。
通過改進現有技術的減壓方法和設備，按照本發明的第一優選實施方案，如圖2所示，在第三減壓步驟過程中正常排入大氣(在圖1的傳統方法中)的二氧化碳能夠改為被回收，以供重新使用。這種額外二氧化碳的回收帶來較低的生產成本并減少了散發到大氣中的散發物。
圖2所示的二氧化碳回收方法30利用低壓氣體壓縮機22，通過將可利用的剩余二氧化碳直接從浸漬容器泵送至低壓氣體貯罐16，來使浸漬容器12的壓力從第二減壓步驟結束時的壓力減壓至大氣壓力。這是通過閥23和直接將浸漬容器12連接到低壓氣體壓縮機22吸入側的管線29的安裝來實現的。低壓氣體壓縮機22將二氧化碳從浸漬容器12經閥25和管線31泵送至低壓氣體貯罐16。當浸漬容器達到大氣壓力時，將該容器打開，產品卸出，并使膨脹煙葉的生產方法繼續進行。這時存在于低壓氣體貯罐16中的額外回收的二氧化碳以上述正常的工序(對于圖1所示的現有技術方法)被壓縮和回收。這種如圖2所示的改進的減壓和二氧化碳回收方法能夠在任何現有的膨脹煙葉的裝置中進行。
在浸漬容器12中，在29和32bar表壓之間，將煙葉浸沒在液態二氧化碳中，使煙葉微孔飽和。然后，將過量的二氧化碳從浸漬容器中排出，僅剩下吸收在煙葉中的液態二氧化碳及其周圍的平衡氣體。為了在煙葉中生成膨化劑，即CO2水合物，二氧化碳分子和水分子(在煙葉中的)被冷卻以產生膨化劑是必要的。(如前面注意的，“CO2水合物”被稱作“膨化劑”(expanding agent)，而CO2是“膨脹劑”(expansion agent)，有時被稱作“浸漬劑”。)CO2水合物的化學式是CO2·6H2O，和用化學方程式←+熱量CO2＋6H2O平衡CO2·6H2O-熱量→表示水合物生成的可逆反應。在二氧化碳膨脹方法的現有技術中，生成水合物需要的冷卻，是通過在兩步方法中將浸漬容器12減壓至高壓氣體貯罐14和低壓氣體貯罐16，終止于低于二氧化碳三相點(4.17bar表壓)的壓力區(pressure well)，而使吸收在煙葉中的部分液態二氧化碳蒸發，來實現的。如果煙葉中有可利用的足夠的水(以濕重計，正常大約為20％)，和如果液態二氧化碳的蒸發速率足以從煙葉/水/CO2基體中移除水合作用的熱量，在從初始浸漬壓力減壓至二氧化碳三相點以下的全過程中，都能生成水合物。水合物在稍高(3-7℃)于相同鹽度下的水的結冰點的溫度下生成。水合物生成反應是放熱反應，為實現該反應，水合物的熱量(131.5cal/gm水水合)需要的冷卻比水的結冰所需要的(80cal/gm水結冰)冷卻多得多。如果由于液態二氧化碳蒸發，冷卻速率降到水合作用的熱量以下，部分水將結冰，并且將不再被水合作用所利用。
在二氧化碳膨脹方法的兩步法減壓中，當從浸漬容器12到高壓氣體貯罐14的閥26打開時(見圖1)，液態二氧化碳的蒸發速率非常高，當浸漬容器12和高壓氣體貯罐14之間的壓差非常高時，產生足夠的冷卻以引起良好的水合作用。當浸漬容器中的壓力降低和高壓氣體貯罐中的壓力增加時，由于朝著兩個容器之間的平衡壓力方向流動，壓差達到一個二氧化碳的蒸發速率太低以致于不能生成水合物的點，但仍然遠高于將水凍成冰的點。當兩個容器之間達到壓力平衡時，開始減壓的第二步驟。同樣地，當浸漬容器12被排入低壓氣體貯罐16時發生水合作用，蒸發減少，水一冰生成，并且剩余的二氧化碳在二氧化碳的三相點變成干冰。在浸漬容器中的氣體能被回收或經閥18排至大氣中。
在浸漬容器12中使用20％濕度的煙葉，如果所有可利用的水被水合，以煙葉的濕重為基礎，理論上的最大水合物生成能高達8.7％的CO2變作為水合物。在該方法的本實施方案中，典型的水合物生成量在2-3％的CO2變作為水合物的范圍內。如果變作為水合物的CO2低于2.0％，煙葉膨脹非常差，而處理裝置運行接近3％的水平表示總的產品質量較好。
本發明的第二優選實施方案如圖3所示。這個實施方案適合于現有的處理裝置，也適合于新的或將來的處理裝置，并且對于浸漬容器12的減壓來說，相信該方法提供了更有效的二氧化碳的回收。
參考圖3，能夠注意到，該實施方案40使用了直接與浸漬容器12連接的包括多級的或復合壓縮機42的壓縮系統(本領域的技術人員將認識到，串聯的單級壓縮機的結合，象其它壓縮設備的結合一樣，能夠代替多級壓縮機使用)。該壓縮系統能將二氧化碳從一個大氣壓壓縮至貯罐20(未表示)中的壓力，其等于足夠冷凝膨脹劑的壓力(對于二氧化碳來說，大約為35.5bar表壓)。該方案排除了對高壓氣體貯罐14和低壓氣體貯罐16的需要。直接將壓縮機連接到浸漬容器并不排除在浸漬容器和該壓縮機之間安裝分離器容器(“knockout pot”)(未表示)。如果需要，該分離器容器將從氣流中移除任何夾帶的煙葉粉末。
如圖3所示，使用多級或復合壓縮機42來使浸漬容器12減壓的另一個重要優點是，為了煙葉中水的最大限度的水合作用，能夠以任何足夠的速率來調節離開浸漬容器的氣體的質量流量。這要求在排出浸漬容器的管線28上安裝常用的流量調節閥44，并且在調節閥44和復合壓縮機42的吸入管線之間安裝常用的差動流量測量裝置46。流量調節閥和差動流量測量裝置一起與采用常用的定值調節器48的調節回路相連。本領域的技術人員將認識到，差動流量測量裝置46能夠安裝在調節閥44的上游的替代方案是可行的。本領域的技術人員還將認識到，在從初始浸漬壓力減至膨脹劑停止生成水合物的壓力(當膨脹劑是二氧化碳時，該壓力是二氧化碳的三相點)的整個減壓壓力范圍期間，對于最大限度的水合物生成來說，確定最優減壓質量流率是容易的。
通過將膨脹劑的質量流率設定為一選定的值，并且在浸漬過程結束時，通過實驗室分析確定存在于浸漬產品的膨化劑的量，來使用迭代法確定最優減壓質量流率。在進行確定后，增量地調節膨脹劑的質量流率，并重復該方法。隨后，進行膨脹劑質量流率的調節直至發現存在于浸漬產品中的膨化劑的最大量。
在實施方案40中，高壓和低壓氣體貯罐(14，16)的排除降低了整個系統的硬件成本。當在大約1000秒的整個循環時間里，該壓縮機將被使用的最長時間是大約300秒時，一個多級或復合壓縮機能夠被設計成控制三個浸漬容器。
雖然上面已討論了本發明的各種實施方案，但應該意識到，對那些實施方案所做的各種變化和修正并沒有脫離如所附的權利要求所限定的本發明的精神和范圍。
上述已充分地描述和圖解了我們的發明，因而沒有進一步的詳細描述，在各種工作條件下，通過應用目前的和/或將來的知識，他人可以容易地采用本方法。
權利要求
1.一種在煙葉或其它農產品的膨脹過程中回收額外膨脹劑的方法，該方法具有至少包括使浸漬容器減壓的第一和第二減壓步驟的多步減壓工序，其包括以下步驟在多步減壓工序期間，在大約第二減壓步驟結束時，基本上抽出浸漬容器中所有數量的膨脹劑；和將至少一部分所述數量的膨脹劑送入低壓氣體貯罐。
2.一種如權利要求1的回收額外膨脹劑的方法，其進一步包括以下步驟從低壓氣體貯罐中抽出至少一部分膨脹劑；將從低壓氣體貯罐中抽出的膨脹劑壓縮；將壓縮的膨脹劑送入高壓氣體貯罐；從高壓氣體貯罐中抽出至少一部分壓縮的膨脹劑；進一步將從高壓氣體貯罐中抽出的壓縮的膨脹劑壓縮；冷凝進一步壓縮的膨脹劑；和在貯罐中貯存冷凝的膨脹劑。
3.一種在煙葉或其它農產品的膨脹過程中回收額外膨脹劑的方法，該過程具有至少包括使浸漬容器減壓的第一和第二減壓步驟的多步減壓工序，其包括以下步驟在多步減壓工序期間，在大約第二減壓步驟結束時，基本上抽出浸漬容器中所有數量的膨脹劑；和將至少一部分所述數量的膨脹劑壓縮至足夠的壓力，以冷凝該膨脹劑。
4.一種如權利要求3的回收額外膨脹劑的方法，其進一步包括以下步驟冷凝壓縮的膨脹劑；和在貯罐中貯存冷凝的膨脹劑。
5.一種如權利要求3的回收額外膨脹劑的方法，其進一步包括以下步驟為了煙葉或其它農產品中的大量水的最大限度的水合作用，以足夠的質量流率調節從浸漬容器中抽出的所述數量的膨脹劑的質量流量。
6.一種如權利要求3的回收額外膨脹劑的方法，其進一步包括以下步驟用于從初始浸漬壓力到膨脹劑停止生成水合物的壓力的減壓壓力范圍期間，確定最大量水合物生成的最合適的減壓質量流率。
7.一種煙葉或其它農產品的膨脹方法，其中該方法包括一種回收額外膨脹劑的方法，該方法具有至少包括使浸漬容器減壓的第一和第二減壓步驟的多步減壓工序，其包括以下步驟在多步減壓工序期間，在大約第二減壓步驟結束時，基本上抽出浸漬容器中所有數量的膨脹劑；和將至少一部分所述數量的膨脹劑送入低壓氣體貯罐。
8.一種煙葉或其它農產品的膨脹方法，其中該方法包括一種回收額外膨脹劑的方法，該方法具有至少包括使浸漬容器減壓的第一和第二減壓步驟的多步減壓工序，其包括以下步驟在多步減壓工序期間，在大約第二減壓步驟結束時，基本上抽出浸漬容器中所有數量的膨脹劑；和將至少一部分所述數量的膨脹劑壓縮至足夠的壓力，以冷凝該膨脹劑。
9.一種在煙葉或其它農產品的膨脹過程中回收額外膨脹劑的裝置，該過程具有至少包括使浸漬容器減壓的第一和第二減壓步驟的多步減壓工序，其包括在多步減壓工序過程中，在大約第二減壓步驟結束時，基本上抽出浸漬容器中所有數量的膨脹劑的設備；和將至少一部分所述數量的膨脹劑送入低壓氣體貯罐的設備。
10.一種如權利要求9的回收額外膨脹劑的裝置，其進一步包括從低壓氣體貯罐抽出至少一部分膨脹劑的設備；壓縮從低壓氣體貯罐抽出的膨脹劑的設備；將壓縮的膨脹劑送入高壓氣體貯罐的設備；從高壓氣體貯罐抽出至少一部分壓縮過的膨脹劑的設備；進一步壓縮從高壓氣體貯罐抽出的壓縮過的膨脹劑的設備；冷凝進一步壓縮的膨脹劑的設備；和在貯罐中貯存冷凝的膨脹劑的設備。
11.一種在煙葉或其它農產品的膨脹過程中回收額外膨脹劑的裝置，該過程具有至少包括使浸漬容器減壓的第一和第二減壓步驟的多步減壓工序，其包括在多步減壓工序過程中，在大約第二減壓步驟結束時，基本上抽出浸漬容器中所有數量的膨脹劑的設備；和將至少一部分所述數量的膨脹劑壓縮至足夠的壓力以冷凝該膨脹劑的設備。
12.一種如權利要求11的回收額外膨脹劑的裝置，其進一步包括冷凝壓縮的膨脹劑的設備；和在貯罐中貯存冷凝的膨脹劑的設備。
13.一種如權利要求11的回收額外膨脹劑的裝置，其進一步包括為了煙葉或其它農產品中的大量水的最大限度的水合作用，以足夠的質量流率調節從浸漬容器中抽出的所述數量膨脹劑的質量流量的設備。
14.一種如權利要求11的回收額外膨脹劑的裝置，其進一步包括用于從初始浸漬壓力到膨脹劑停止生成水合物的壓力的減壓壓力范圍期間，確定最大量水合物生成的最合適的減壓質量流率的設備。
15.一種煙葉或其它農產品的膨脹系統，其中，該系統包括一種在煙葉或其它農產品的膨脹過程中回收額外膨脹劑的裝置，該過程具有至少包括使浸漬容器減壓的第一和第二減壓步驟的多步減壓工序，其包括在多步減壓工序過程中，在接近第二減壓步驟結束時，基本上抽出浸漬容器中所有數量的膨脹劑的設備；和將至少一部分所述數量的膨脹劑送入低壓氣體貯罐的設備。
16.一種煙葉或其它農產品的膨脹系統，其中，該系統包括一種在煙葉或其它農產品的膨脹過程中回收額外膨脹劑的裝置，該過程具有至少包括使浸漬容器減壓的第一和第二減壓步驟的多步減壓工序，其包括在多步減壓工序過程中，在接近第二減壓步驟結束時，基本上抽出浸漬容器中所有數量的膨脹劑的設備；和將至少一部分所述數量的膨脹劑壓縮至足夠的壓力以冷凝該膨脹劑的設備。
17.一種如權利要求13的裝置，其中所述調節設備包括一個與適宜將從浸漬容器中抽出的所述數量膨脹劑的質量流量輸送到壓縮設備的管道連接的流量調節閥；一個與流量調節閥和壓縮設備連接的差動流量測量設備；和一個與流量調節閥和差動流量測量設備連接的定值調節器。
18.一種按照煙葉或其它農產品的膨脹方法生產的膨脹的煙葉產品或其它產品，其中該方法包括一種回收額外膨脹劑的方法，該方法具有至少包括使浸漬容器減壓的第一和第二減壓步驟的多步減壓工序，其包括以下步驟在多步減壓工序期間，在大約第二減壓步驟結束時，基本上抽出浸漬容器中所有數量的膨脹劑；和將至少一部分所述數量的膨脹劑送入低壓氣體貯罐。
19.一種按照煙葉或其它農產品的膨脹方法生產的膨脹的煙葉產品或其它產品，其中該方法包括一種回收額外膨脹劑的方法，該方法具有至少包括使浸漬容器減壓的第一和第二減壓步驟的多步減壓工序，其包括以下步驟在多步減壓工序期間，在大約第二減壓步驟結束時，基本上抽出浸漬容器中所有數量的膨脹劑；和將至少一部分所述數量的膨脹劑壓縮至足夠的壓力以冷凝該膨脹劑。
20.一種如權利要求1的方法，其中膨脹劑選自以下物質構成的小組中二氧化碳(CO2)、乙烯(C2H2)、丙烯(C3H6)、環丙烷(C3H6)、丙烷(C3H8)、異丁烷(C4H10)、氯(Cl2)、硫化氫(H2S)、氮(N2)、氧(O2)、甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)、乙烷(C2H6)、碘化甲烷(CH3I)、氬(A)、胂(AsH3)、溴(Br2)、氯化溴(BrCl)、二氧化氯(ClO2)、硒化二氫(H2Se)、氪(Kr)、甲基硫醇(CH3HS)、氧化亞氮(N2O)、磷化氫(PH3)、二氧化硫(SO2)、六氟化硫(SF6)、磺酰氯(SO2Cl2)、銻化氫(SbH3)、和氙(Xe)、F-11(CCl3F)、F-12(CCl2F2)、F-12B1(CClF2Br)、F-13B1(CBrF3)、F-20(CHCl3)、F-21(CHCl2F)、F-22(CHClF2)、F-30(CH2Cl2)、F-31(CH2ClF)、F-32(CH2F2)、F-40(CH3Cl)、F-40B1(CH3Br)、F-142b(CH3CClF2)、F-152a(CH3CHF2)、F-12B2(CF2Br2)、F-22B1(CHBrF2)、F-41(CH3F)、F-150a(CH3CHCl2)、F-160(C2H5Cl)、F-160B1(C2H5Br)、F-161(C2H5F)和F-1140(CH2＝CHCl)。
21.一種如權利要求3的方法，其中膨脹劑選自以下物質構成的小組中二氧化碳(CO2)、乙烯(C2H2)、丙烯(C3H6)、環丙烷(C3H6)、丙烷(C3H8)、異丁烷(C4H10)、氯(Cl2)、硫化氫(H2S)、氮(N2)、氧(O2)、甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)、乙烷(C2H6)、碘化甲烷(CH3I)、氬(A)、胂(AsH3)、溴(Br2)、氯化溴(BrCl)、二氧化氯(ClO2)、硒化二氫(H2Se)、氪(Kr)、甲基硫醇(CH3HS)、氧化亞氮(N2O)、磷化氫(PH3)、二氧化硫(SO2)、六氟化硫(SF6)、磺酰氯(SO2Cl2)、銻化氫(SbH3)、和氙(Xe)、F-11(CCl3F)、F-12(CCl2F2)、F-12B1(CClF2Br)、F-13B1(CBrF3)、F-20(CHCl3)、F-21(CHCl2F)、F-22(CHClF2)、F-30(CH2Cl2)、F-31(CH2ClF)、F-32(CH2F2)、F-40(CH3Cl)、F-40B1(CH3Br)、F-142b(CH3CClF2)、F-152a(CH3CHF2)、F-12B2(CF2Br2)、F-22B1(CHBrF2)、F-41(CH3F)、F-150a(CH3CHCl2)、F-160(C2H5Cl)、F-160B1(C2H5Br)、F-161(C2H5F)和F-1140(CH2＝CHCl)。
22.一種如權利要求9的裝置，其中膨脹劑選自以下物質構成的小組中二氧化碳(CO2)、乙烯(C2H2)、丙烯(C3H6)、環丙烷(C3H6)、丙烷(C3H8)、異丁烷(C4H10)、氯(Cl2)、硫化氫(H2S)、氮(N2)、氧(O2)、甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)、乙烷(C2H6)、碘化甲烷(CH3I)、氬(A)、胂(AsH3)、溴(Br2)、氯化溴(BrCl)、二氧化氯(ClO2)、硒化二氫(H2Se)、氪(Kr)、甲基硫醇(CH3HS)、氧化亞氮(N2O)、磷化氫(PH3)、二氧化硫(SO2)、六氟化硫(SF6)、磺酰氯(SO2Cl2)、銻化氫(SbH3)、和氙(Xe)、F-11(CCF)、F-12(CCl2F2)、F-12B1(CClF2Br)、F-13B1(CBrF3)、F-20(CHCl3)、F-21(CHCl2F)、F-22(CHClF2)、F-30(CH2Cl2)、F-31(CH2ClF)、F-32(CH2F2)、F-40(CH3Cl)、F-40B1(CH3Br)、F-142b(CH3CClF2)、F-152a(CH3CHF2)、F-12B2(CF2Br2)、F-22B1(CHBrF2)、F-41(CH3F)、F-150a(CH3CHC)、F-160(C2H5Cl)、F-160B1(C2H5Br)、F-161(C2H5F)和F-1140(CH2＝CHCl)。
23.一種如權利要求11的裝置，其中膨脹劑選自以下物質構成的小組中二氧化碳(CO2)、乙烯(C2H2)、丙烯(C3H6)、環丙烷(C3H6)、丙烷(C3H8)、異丁烷(C4H10)、氯(Cl2)、硫化氫(H2S)、氮(N2)、氧(O2)、甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)、乙烷(C2H6)、碘化甲烷(CH3I)、氬(A)、胂(AsH3)、溴(Br2)、氯化溴(BrCl)、二氧化氯(ClO2)、硒化二氫(H2Se)、氪(Kr)、甲基硫醇(CH3HS)、氧化亞氮(N2O)、磷化氫(PH3)、二氧化硫(SO2)、六氟化硫(SF6)、磺酰氯(SO2Cl2)、銻化氫(SbH3)、和氙(Xe)、F-11(CCl3f)、F-12(CCl2F2)、F-12B1(CClF2Br)、F-13B1(CBrF3)、F-20(CHCl3)、F-21(CHCl2F)、F-22(CHClF2)、F-30(CH2Cl2)、F-31(CH2ClF)、F-32(CH2F2)、F-40(CH3Cl)、F-40B1(CH3Br)、F-142b(CH3CClF2)、F-152a(CH3CHF2)、F-12B2(CF2Br2)、F-22B1(CHBrF2)、F-41(CH3F)、F-150a(CH3CHCl2)、F-160(C2H6Cl)、F-160B1(C2H5Br)、F-161(C2H5F)和F-1140(CH2＝CHCl)。
24.一種如權利要求6的方法，其中確定最優減壓質量流率的步驟包括以下次步驟(a)以選擇的質量流率來設定膨脹劑的質量流率；(b)在大約浸漬循環結束時，確定存在于浸漬過的產品中的膨化劑的數量；(c)通過一種增量來調節膨脹劑的質量流率；和(d)重復次步驟(b)、(c)和(d)，直至存在于浸漬過的產品中的膨化劑的最大數量被確定。
全文摘要
本發明公開了一種在煙葉或其它農產品的膨脹過程中回收額外膨脹劑的裝置和方法。一個實施方案是一種在煙葉或其它農產品的膨脹過程中回收額外膨脹劑的方法,該過程具有至少包括使浸漬容器減壓的第一和第二減壓步驟的多步減壓工序,該方法包括以下步驟:在多步減壓工序過程中,于大約第二減壓步驟結束時,基本上抽出浸漬容器中所有數量的膨脹劑的設備;和將至少一部分所述數量的膨脹劑送入低壓氣體貯罐的設備。在一個實施方案中,膨脹劑是二氧化碳。
文檔編號A24B3/18GK1328421SQ99813879
公開日2001年12月26日 申請日期1999年11月12日 優先權日1998年11月30日
發明者杜魯門·W·埃利森, 唐納德·A·貝爾, 杰克·B·奈特 申請人:杜魯門·W·埃利森