устройство для распушения сельскохозяйственного продукта

Формула изобретения

1. Устройство для распушения сельскохозяйственного продукта, преимущественно табачного материала, с использованием диоксида углерода в качестве распушающего агента, содержащее резервуар для пропитывания, связанный с системой подачи и восстановления диоксида углерода для поддержания давления пропитывания материала, средствами затворов повышения давления для непрерывной подачи материала и диоксида углерода в резервуар для пропитывания и средствами затворов понижения давления для непрерывной разгрузки материала и диоксида углерода, отличающееся тем, что оно снабжено средством восстановления-сепарирования для эффективного восстановления диоксида углерода, сепарирования примешанного к нему воздуха и возвращения восстановленного диоксида углерода в резервуар для пропитывания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство восстановления-сепарирования содержит адсорбент для адсорбирования диоксида углерода для удаления воздуха и газовых примесей, смешанных с диоксидом углерода, посредством сепарирования.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средство восстановления-сепарирования содержит адсорбент, имеющий величину адсорбции газообразного диоксида углерода, зависящую от давления.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средство восстановления-сепарирования имеет ряд адсорбционных емкостей, наполненных адсорбентом и соединенных с множеством клапанов для поочередного изменения режима адсорбционных емкостей с режима подачи восстанавливаемого расширяющего агента в адсорбционные емкости в режим понижения давления в адсорбционных емкостях для разгрузки адсорбированного диоксида углерода из адсорбента.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными герметичными емкостями, связанными с системой подачи и восстановления диоксида углерода для подачи диоксида углерода низкого давления, и расположенными соответственно выше и ниже по ходу процесса средствами затвора повышения давления и средствами затвора понижения давления для транспортировки материала через герметичную емкость, расположенную выше по ходу процесса, посредством средств затворов повышения давления в резервуар для пропитывания, затем через средства затворов повышения давления в герметичную емкость, расположенную ниже по ходу процесса и после чего на выход.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в дополнительных емкостях установлены воздушные затворы для подачи и/или разгрузки материала из герметичных емкостей посредством воздушных затворов.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство восстановления-сепарирования имеет систему восстановления диоксида углерода низкого давления, систему восстановления диоксида углерода промежуточного давления и средства бустеров для повышения давления диоксида углерода.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что средство бустера имеет бустер промежуточного давления для повышения давления диоксида углерода низкого давления до промежуточного давления и бустер высокого давления для повышения давления диоксида углерода промежуточного давления до высокого давления.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что средство бустера имеет первый бустер высокого давления для повышения давления диоксида углерода низкого давления до высокого давления и второй бустер высокого давления для повышения давления диоксида углерода промежуточного давления до высокого давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается устройства для распушения сельскохозяйственного продукта, такого как табачный материал или пищевой продукт. Более конкретно, изобретение касается устройства, использующего диоксид углерода в качестве распушающего агента, которое может распушать табачный материал или ему подобный непрерывно и рециркулировать распушающий агент в системе без выброса его в атмосферу воздуха.

Известно устройство для распушения сельскохозяйственных продуктов, содержащее герметические емкости, расположенные по ходу процесса, резервуар(ы), средства затвора для непрерывной подачи в резервуар для пропитывания материала и агента и средства затвора для непрерывной выгрузки из резервуара для пропитывания материала и агента, средство восстановления агента, причем средство затвора содержит корпус с подающим и разгрузочным каналами и имеющий ряд каналов, выполненных в нем соответственно на сторонах повышения и понижения давления, вращающийся элемент, герметично установленный в корпусе с возможностью вращения, на наружной поверхности которого выполнен ряд углубленных каналов.

Однако известное устройство для распушения имеет недостатки системы извлечения и циркуляции двуокиси углерода. Размеры такого устройства велики и, следовательно, количество используемой в нем двуокиси углерода также велико. Кроме того, выброс в атмосферу двуокиси углерода в таком устройстве также достаточно велик.

Технической задачей, решаемой с помощью изобретения является улучшение системы извлечения и циркуляции двуокиси углерода, снижения количества используемой в устройстве двуокиси углерода, а также сокращение вредного влияния двуокиси углерода на окружающую среду без увеличения расхода энергии и затрат за счет сокращения выпуска двуокиси углерода из устройства.

Такие задачи решаются с помощью устройства для распушения сельскохозяйственного продукта, преимущественно табачного материала, с использование диоксида углерода в качестве распушающего агента, содержащего резервуар для пропитывания, связанный с системой подачи и восстановления диоксида углерода для поддержания давления пропитывания материала, средствами затворов повышения давления для непрерывной подачи материала и диоксида углерода в резервуар для пропитывания и средствами затворов понижения давления для непрерывной разгрузки материала и диоксида углерода, которое снабжено средством восстановления/cепарирования для эффективного восстановления диоксида углерода, сепарирования примешанного к нему воздуха и возвращения восстановленного диоксида углерода в резервуар для пропитывания.

Согласно варианту устройства, в нем средство восстановления/сепарирования содержит адсорбент для адсорбирования диоксида углерода для удаления воздуха и газовых примесей, смешанных с диоксидом углерода, посредством сепарирования.

Согласно варианту устройства, в нем средство восстановления/сепарирования содержит адсорбент, имеющий величину адсорбции газообразного диоксида углерода, зависящую от давления.

Согласно варианту устройства, в нем средство восстановления/сепарирования имеет ряд адсорбционных емкостей, наполненных адсорбентом и соединенных с множеством клапанов для поочередного изменения режима адсорбционных емкостей с режима подачи восстанавливаемого расширяющего агента в адсорбционные емкости в режиме понижения давления в адсорбционных емкостях для разгрузки адсорбированного диоксида углерода из адсорбента.

Согласно варианту устройства, оно снабжено дополнительными герметичными емкостями, связанными с системой подачи и восстановления диоксида углерода для подачи диоксида углерода низкого давления, и расположенными соответственно выше и ниже по ходу процесса средствами затвора повышения давления и средствами затвора понижения давления для транспортировки материала через герметичную емкость, расположенную выше по ходу процесса посредством средств затворов повышения давления в резервуар для пропитывания, затем через средства затворов понижения давления в герметичную емкость, расположенную ниже по ходу процесса и после чего на выход.

Согласно варианту устройства, в нем в дополнительных герметичных емкостях установлены воздушные затворы для подачи и/или разгрузки материала из герметичных емкостей посредством воздушных затворов.

Согласно варианту устройства, в нем средство восстановления/сепарирования имеет систему восстановления диоксида углерода низкого давления, систему восстановления диоксида углерода промежуточного давления и средства бустеров для повышения давления диоксида углерода.

Согласно варианту устройства в нем средство бустера имеет бустер промежуточного давления для повышения давления диоксида углерода низкого давления до промежуточного давления и бустер высокого давления для повышения давления диоксида углерода промежуточного давления до высокого давления.

Согласно варианту устройства, в нем средство бустера имеет первый бустер высокого давления для повышения давления диоксида углерода низкого давления до высокого давления и второй бустер высокого давления для повышения давления диоксида углерода промежуточного давления до высокого давления.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство согласно первому варианту реализации изобретения, общий вид; на фиг. 2 первый шаровой затвор и герметичная емкость, продольное сечение; на фиг. 3 четвертый шаровой затвор и герметичная емкость, продольное сечение; на фиг. 4 модификация герметичной емкости, продольное сечение; на фиг. 5 узел восстановления/сепарации; на фиг. 6 то же, в другом состоянии; на фиг. 7 график, показывающий характеристики узла сепарации типа ожижения; на фиг. 8 график, показывающий характеристики узла сепарации типа адсорбции; на фиг. 9 общий монтаж устройства в соответствии со вторым вариантом реализации изобретения; на фиг. 10 общий монтаж устройства в соответствии с третьим вариантом реализации изобретения; на фиг. 11 изображение, показывающее общий монтаж устройства в соответствии с четвертым вариантом реализации изобретения.

Диоксид углерода, имеющий заданное давление, удерживается в резервуаре 21 для предварительного пропитывания при давлении около 15 атм. Диоксид углерода подается в резервуар 22 для пропитывания для поддерживания давления около 30 атм.

Табачный материал непрерывно подается в резервуар 21 предварительного пропитывания, откуда в резервуар 22 для пропитывания. Ткани табачного материала пропитываются диоксидом углерода в резервуаре для пропитывания.

Табачный материал, пропитанный диоксидом углерода, непрерывно подается на нагревающий узел 23 для контактирования с перегретым водяным паром. Затем диоксид углерода, пропитывающий табачный материал, расширяется, распушая ткани табачного материала.

Табачный материал транспортируется по транспортирующему трубопроводу 31 вместе с воздухом и, отделяется от него с помощью тангенциального сепаратора 32, подается в герметичную емкость 35 посредством воздушных затворов 33 и 34. Давление в герметичной емкости является атмосферным давлением.

Табачный материал, поданный в герметичную емкость 35, непрерывно подается в резервуар 21 предварительного пропитывания через первый шаровой затвор 36 на стороне повышения давления. Когда табачный материал подается через первый шаровой затвор 36, его атмосфера подвергается повышению давления от атмосферного примерно до 15 атм резервуара 21. Шнек 37 установлен в резервуар 21 для подачи табачного материала. Табачный материал из резервуара 21 подается в резервуар 22 для пропитывания через второй шаровой затвор 41 на стороне повышения давления. Когда табачный материал подается через затвор 41, его атмосфера подвергается повышению давления от 15 атм резервуара 21 предварительного пропитывания до 30 атм резервуара 22 для пропитывания.

Табачный материал, поданный в резервуар 22 для пропитывания, затем подается шнеком 42, установленным в резервуаре 22. Диоксид углерода подается в резервуар 22, чтобы поддерживать высокое давление около 30 атм и ткани табачного материала пропитываются диоксидом углерода.

Табачный материал, разгруженный из резервуара 22, подается в герметичную емкость 44 через третий шаровой затвор 43 на стороне понижения давления. Внутреннее пространство герметичной емкости 44 поддерживается в атмосфере диоксида углерода, имеющего давление около 15 атм. Когда табачный материал проходит через третий шаровой затвор 43, его окружающий газ подвергается снижению давления с 30 атм резервуара 22 до 15 атм герметичной емкости 44.

Далее табачный материал, разгруженный из герметичной емкости 44, подается в герметичную емкость 46 через четвертый шаровой затвор 45 на стороне понижения давления. Внутреннее пространство герметичной емкости 46 поддерживается в атмосфере диоксида углерода, имеющего атмосферное давление. Когда табачный материал проходит через четвертый шаровой затвор 45, его давление снижается с 15 атм герметичной емкости 44 до примерно атмосферного давления герметичной емкости 46.

Табачный материал, поданный в герметичную емкость 46, непрерывно подается в колонну 51 расширения нагревающего узла через воздушный затвор 47. Газовая смесь воздуха и перегретого водяного пара протекает через колонну расширения. Газовая смесь нагревается до заданной темературы нагревателем 52 и подается в колонну расширения вентилятором 53. Табачный материал, поданный в колонну расширения, входит в контакт с газовой смесью для нагревания. Тогда диоксид углерода, пропитывающий табачный материал, расширяется, распушая ткани табачного материала. Распущенный табачный материал отделяется тангенциальным сепаратором 54 и разгружается через воздушный затвор 55. Воздушный затвор 47 служит для предотвращения газа в колонне 51 расширения протекать в герметичную емкость 46.

С первого по четвертый шаровые затворы 36, 41, 43 и 45 имеют одинаковую конструкцию.

Первый шаровой затвор 36 (фиг. 2) имеет корпус 1, подающий 2 и разгружающий 3 каналы, вращающийся элемент 4 герметично заделан в корпусе. На наружных поверхностях вращающегося элемента 4 выполнены карманы 5. На сторонах повышения и понижения давления каналы 6 и 7.

Среди каналов 6 на стороне повышения давления канал высокого давления конечной стадии соединен с резервуаром 21 предварительного пропитывания через трубопровод 9 подачи диоксида углерода, так что в него подается диоксид углерода высокого давления. Среди каналов 7 на стороне понижения давления последний канал понижения давления соединен с трубопроводом 10а восстановления диоксида углерода, так что диоксид углерода пониженного давления улавливается/восстанавливается. Остальные каналы 6 и 7 сторон повышения и понижения давления сообщаются друг с другом через соответствующие трубопроводы 8 сообщения.

Внутреннее пространство подающего канала 2 устанавливается, например, на уровне атмосферного давления, а внутреннее пространство разгрузочного канала 3 на уровне промежуточного давления атмосферы диоксида углерода. Табачный материал, загруженный в подающий канал 2 через бункер или ему подобное, загружается в соответствующие карманы 5 вращающегося элемента 4, а затем транспортируется на канал 3, когда вращающийся элемент вращается.

Так как внутреннее пространство загрузочного канала 3 установлено в атмосфере диоксида углерода промежуточного давления, внутренне пространство пустого кармана 5, которое расположено напротив канала 3 для разгрузки в него табачного материала, устанавливается в атмосфере диоксида углерода промежуточного давления. Когда карманы 5 оказываются напротив каналов 7 стороны понижения давления, диоксид углерода высокого давления в каждом кармане последовательно разгружается в противолежащий канал 7 стороны понижения давления, чтобы быть при пониженном давлении, например, около 5 атм.

Так как каналы 7 стороны понижения давления сообщаются с каналами 6 стороны повышения давления через трубопроводы сообщения 8, диоксид углерода, разгруженный из соответствующих каналов 7 стороны понижения давления, подается на соответствующие каналы 6 стороны повышения давления. Соответственно, когда каждый карман 5, содержащий табачный материал, затем оказывается напротив каждого канала 6 стороны повышения давления, диоксид углерода в этом кармане подвергается повышению давления, например, на каждые 5 атм.

Когда каждый карман 5 находится напротив канала 6 стороны повышения давления конечной стадии, диоксид углерода в этом кармане подвергается повышению давления до той же величины давления как во внутреннем пространстве разгрузочного канала 3. Тогда этот карман 5 оказывается напротив разгрузочного канала 3 для разгрузки табачного материала, содержащегося в нем, чем разгрузочный канал.

Когда пустой карман 5 оказывается напротив канала 7 стороны понижения давления конечной стадии, диоксид углерода низкого давления, остающийся в кармане, улавливается из канала 7 через улавливающий трубопровод 10а диоксида углерода, и внутреннее пространство кармана восстанавливается до атмосферного давления.

В разгрузочном канале 3 установлена стенка 12 сопла и образован инжекционный канал 11 для сообщения с зазором между стенкой сопла и внутренней поверхностью разгрузочного канала. Диоксид углерода высокого давления подается через инжекционный канал 11 для инжектирования диоксида углерода высокого давления из зазора, образуемого стенкой 12 сопла и внутренней поверхностью разгрузочного канала 3, и пустой карман 5, из которого был загружен табачный материал, тем самым удаляя табачный материал, остающийся в кармане, с помощью инжекционного потока.

Однако шаровые затворы стороны понижения давления для разгрузки табачного материала, одновременно понижая его давление, имеют ту же конструкцию, как описано выше, и выполняют операции повышения и понижения давления противоположным образом.

Например, фиг. 3 показывает конструкцию части, содержащей четвертый шаровой затвор 45 и герметичную емкость 46. Так как четвертый шаровой затвор 45 подает табачный материал, одновременно понижая его давление, направление вращения вращающегося элемента 4 в отношении каналов 6 и 7 сторон понижения давления и повышения давления противоположно направлению вращения первого шарового затвора 36. Поэтому каждый карман 5, содержащий табачный материал, поданный через подающий канал 2, транспортирует табачный материал в разгрузочный канал 3, последовательно находясь напротив каналов 7 стороны понижения давления. Давление внутри каждого кармана уменьшается каждый раз на 5 атм во время этого транспортирования.

Система подачи и восстановления диоксида углерода содержит газгольдер 61, который наполняется диоксидом углерода из источника 62 питания. Диоксид углерода в газгольдере 61 сжимается до высокого давления, например 30 атм, с помощью компрессора 69 и подается в резервуар 22 для пропитывания через дегидратор 60 для удаления влаги из диоксида углерода, теплообменник 63 и клапан 64. Диоксид углерода высокого давления подается в инжекционные каналы первого и второго шаровых затворов 36 и 41 через затворы (клапаны) 65 и 66 и инжектируется в карманы шаровых затворов 36 и 41 для удаления оставшегося табачного материала.

Диоксид углерода, разгруженный из канала стороны понижения давления конечной стадии второго шарового затвора 41, подается в резервуар 21 предварительного пропитывания. Диоксид углерода, разгруженный из канала стороны понижения давления конечной стадии третьего шарового затвора 43, подается в герметичную емкость 44. Давления резервуара 21 предварительного пропитывания и герметичной емкости 44 устанавливаются, например, на 15 атм посредством клапана 120 управления давлением, и избыточный диоксид углерода для поддержания давления подвергается понижению давления до атмосферного давления и восстанавливается.

Диоксид углерода низкого давления, улавливаемый из этих компонентов, восстанавливается в газгольдере 61 и подается в дальнейший цикл следующим образом. Следует отметить, что цифровая позиция 67 обозначает морозильную камеру для охлаждения циркулирующего диоксида углерода.

Герметичные емкости 35 и 46 устройства расширения установлены выше (по ходу процесса) первого шарового затвора 36 стороны повышения давления и ниже (по ходу процесса) четвертого шарового затвора 45 стороны понижения давления соответственно, чтобы препятствовать внешнему воздуху примешиваться к диоксиду углерода.

Герметичная камера или емкость 35 соединена с подающим каналом 2 шарового затвора 36 (фиг. 2), имеет инвертированную коническую форму и служит в качестве желоба. Канал 71 загрузки табачного материала образован в верхней поверхности герметичной емкости 35, и табачный материал непрерывно загружается в загрузочный канал 71 через шаровые затворы 33 и 34.

Обходной 72 и разгрузочный 73 каналы диоксида углерода образованы в верхней поверхности герметичной емкости 35. Канал 72 сообщается с каналом 7 стороны понижения давления конечной стадии шарового затвора 36 через обходной трубопровод 10а, разгрузочный канал 73 с газгольдером 61 через трубопровод 74.

В первом шаровом затворе 36, имеющем приведенную конструкцию, когда каждый карман 5 вращающегося элемента 4 шарового затвора оказывается напротив канала 7 стороны понижения давления конечной стадии, давление, остающееся в кармане, разгружается в канал 7. Так как канал 7 сообщается с герметичной емкостью 35 через обходной трубопровод 10а и обходной канал 72, это давление разгружается в герметичную емкость 35, поэтому давление внутри кармана устанавливается равным давлению внутри герметичной емкости 35, так что никакого остаточного давления не будет разгружаться, когда карман находится напротив подающего канала 2 следующий раз, обеспечивая плавный поток табачного материала.

Когда каждый карман оказывается напротив канала 7 стороны понижения давления конечной стадии, диоксид углерода подается в герметичную емкость 36 через обходной трубопровод 10а и обходной канал 72. Воздух течет в герметичную емкость 35 вместе с загруженным табачным материалом. Однако, так как диоксид углерода подается в герметичную емкость 35, внутреннее пространство герметичной емкости устанавливается в атмосфере диоксида углерода. Поэтому воздух, содержащийся в загруженном табачном материале, замещается диоксидом углерода, и после этого табачный материал подается в резервуар 21 предварительного пропитывания через шаровой затвор 36. В результате поток воздуха в резервуар 21 предварительного пропитывания или ему подобного может предотвращаться.

Когда каждый карман 5 находится напротив канала 7 стороны понижения давления конечной стадии, табачный материал, оставшийся в том кармане, подается в герметичную емкость 35 вместе с инжектированным диоксидом углерода, отделенным от диоксида углерода в герметичной емкости, и подается в резервуар 21 предварительного пропитывания вместе с загруженным табачным материалом через шаровой затвор 36. Поэтому табачный материал не будет выбрасываться в отход, и нет элемента, вызывающего засорение фильтра или ему подобного, который должен быть образован.

Фиг. 3 показывает часть, содержащую четвертый шаровой затвор 45 стороны понижения давления и герметичную емкость 46, которая имеет инвертированную коническую форму и служит в качестве желоба. Загрузочный канал 81 образован в верхней поверхности герметичной емкости 46 для сообщения с разгрузочным каналом 3 четвертого шарового затвора. Обходной 82 и разгрузочный 83 каналы образованы в верхней герметичной емкости 46. Обходной канал 82 сообщается с каналом 7 стороны понижания давления конечной стадии через обходной трубопровод 10b, а разгрузочный канал 83 с газгольдером 61 через трубопровод 84.

Герметичная емксоть 46, показанная на фиг. 3, препятствует воздуху, водяному пару или т.п. протекать в систему циркуляции диоксида углерода таким же образом, как в герметичную емкость 35, показанную на фиг. 2. Иначе говоря, хотя табачный материал, загруженный в герметичную емкость 46, не содержит воздуха, воздух или водяной пар в колонне расширения 51 может протекать в герметичную емкость 46 в той или иной мере из-за внутренней утечки воздушного затвора 47. Однако даже в этом случае, так как газ, протекающий в герметичную емкость 46, замещается диоксидом углерода, который подается в герметичную камеру 46, воздух или водяной пар не будет течь выше (по ходу процесса) герметичной емкости.

Устройство для распушения табачного материала имеет узел для эффективного восстановления распушающего агента, т.е. диоксида углерода, и для эффективного поддержания концентрации диоксида углерода в системе.

В части, содержащей первый шаровой затвор 36 и герметичную емкость 35, и в части, содержащей четвертый шаровой затвор 45 и герметичную емкость 46, диоксид углерода подается в герметичные емкости 35 и 46 для замещения диоксидом углерода воздуха, текущего снаружи. Диоксид углерода, разгруженный из герметичных емкостей 35 и 46, содержит воздух и т.п. Поэтому если диоксид углерода, восстановленный из герметичных емкостей 35 и 46, непосредственно возвращается в газгольдер 61, воздух накапливается в системе циркуляции диоксида углерода устройства расширения, уменьшая эффективность устройства.

Для устранения такого недостатка диоксид углерода, восстановленный из герметичных емкостей 35 и 46, может выбрасываться в воздушную атмосферу. Однако большое количество диоксида углерода должно пополнятьcя из иcточника 62 питания диокcида углерода, что невыгодно с точки зрения производственных затрат. Также невыгодно выбрасывать диоксид углерода в окружающую атмосферу. Этот недостаток становится типичным, когда размер устройства увеличиваетcя.

Предлагаемое устройство имеет узел 91 восстановления/cепарации для эффективного восстановления диоксида углерода и сепарирования примешанного к нему воздуха (фиг. 1).

Селекторные клапаны 75 и 85 установлены посередине трубопроводов 74 и 84 для улавливания диоксида углерода, разгружаемого из разгрузочных каналов 73 и 83 герметичных емкостей 35 и 46 соответственно, и улавливающие трубопроводы 92 и 93 ответвляются от верхней (по ходу процесса) части селекторых клапанов 75 и 85 соответственно.

Улавливающие трубопроводы 92 и 93 сообщаются с узлом 91 восстановления/сепарирования, поэтому когда селекторные клапаны 75 или 85 закрыты, диоксид углерода, содержащий воздух, который разгружается из герметичной емкости 35 или 46, не подается в газгольдер 61, а подается в узел 91 восстановления/сепарирования.

Узел 91 восстановления/сепарирования является узлом сепарирования диоксида углерода типа адсорбционной колонны. Две адсорбционные колонны 94а и 94b установлены в узел 91 восстановления/сепарирования. Эти колонны заполняют сорбент, такой как активированный уголь или цеолит. Каждый из этих адсорбентов селективно адсорбирует диоксид углерода из газовой смеси, содержащей воздух и диоксид углерода и, чем выше давление, тем больше величина адсорбции, чем ниже давление, тем меньше величина адсорбции.

Узел 91 восстановления/сепарации также имеет нагнетательный 95 и вакуумный 96 насосы, каждый из которых соединен с одним концевым участком каждой из адсорбционных колонн 94а и 94b через клапаны 98а и 98b или клапаны 99а и 99b. Другой концевой участок каждой из адсорбционных колонн 94а и 94b соединен с разгрузочным трубопроводом 101 через соответствующий один из клапанов 97а и 97b.

В узле 91 восстановления/сепарации (фиг. 5) клапаны 98а и 97а одной адсорбционной колонны 94b открыты, и газовая смесь, содержащая диоксид углерода и воздух, подается из герметичной емкости 35 и 46 в адсорбционную колонну 94а нагнетательным насосом 95, так что диоксид углерода адсорбируется адсорбционной колонной 94а. Остающийся газ, например воздух, от которого был отделен диоксид углерода, разгружается в окружающую атмосферу воздуха через разгрузочный трубопровод 101. В этот момент клапаны 98b и 97b другой адсорбционной колонны 94b закрыты, клапан 99b открыт, и внутреннее пространство другой адсорбционной колонны 94b вакуумируется до низкого давления вакуумным насосом 96. В результате диоксид углерода, адсорбированный в адсорбенте в другой адсорбционной колонне 94b, разгружается, восстанавливается (улавливается) и возвращается в систему устройства.

Затем, как показано на фиг. 6, клапаны 98а и 97а одной адсорбционной колонны 94а закрываются и клапаны 98b и 97b другой адсорбционной колонны 94b открываются противоположно тому, как описано выше, чтобы установить внутреннее пространство одной адсорбционной колонны 94a под низким давлением, так что диоксид углерода, адсорбированный в адсорбенте в адсорбционной колонне 94а, разгружается и восстанавливается (улавливается), тогда как диоксид углерода адсорбируется в другой адсорбционной колонне 94b. Эта операция повторяется, чтобы попеременно принуждать адсорбционные колонны 94а и 94b производить адсорбцию, тем самым сепарируя и воccтанавливая диоксид углерода. Этот цикл повторяется сравнительно короткий период времени, например от 90 до 180 с.

С помощью узла 91 восстановления/сепарации приведенной конструкции диоксид углерода, содержащий воздух, может восстанавливаться, воздух эффективно удаляться путем сепарирования и только диоксид углерода может возвращаться в систему устройства. Поэтому диоксид углерода не будет разгружаться и выбрасываться в окружающую атмосферу и концентрация диоксида углерода в системе может точно управляться.

Так как узел 91 восстановления/сепарации отделяет диоксид углерода путем адсорбции, он может сепарировать диоксид углерода даже низкой концентрации. Дополнительно узел 91 восстановления/сепарации имеет хорошую характеристику реагирования и может стабильно управлять концентрацией диоксида углерода в системе циркуляции диоксида углерода этого устройства.

Более конкретно, фиг. 7 показывает характеристики узла сепарации диоксида углерода обычного ожижающего типа для сжатия газовой смеси и сепарирования диоксида углерода путем ожижения. В обычном сепараторе ожижающего типа, когда концентрация воздуха отрабатываемого газа высокая, эффективность сепарирования диоксида углерода становится значительно низкой и диоксид углерода не может быть существенно сепарирован или восстановлен. В этом сепараторе ожижающего типа, так как пуск узла и изменение в функционировании требуют длительного времени, узел не может справиться с изменением концентрации диоксида углерода в системе циркуляции диоксида углерода и концентрация диоксида углерода в системе становится нестабильной.

В противоположность этому узел 91 восстановления/сепарирования может поддерживать очень высокую эффективность сепарирования, как показано на фиг. 8, даже когда концентрация диоксида углерода низкая. Дополнительно, так как узел 91 восстановления/сепарирования функционирует в течение очень короткого цикла его пуск и изменение функционирования выполняются очень быстро. В результате он может легко справиться с изменением концентрации диоксида углерода в системе циркуляции диоксида углерода этого устройства и может точно и правильно управлять концентрацией диоксида углерода в системе циркуляции диоксида углерода.

Чтобы произвести отделение и восстановление диоксида углерода посредством узла 91 восстановления/сепарирования более эффективно герметичные емкости 35 и 46 могут иметь конструкцию, показанную на фиг. 4. Устройство содержит герметичную емкость 106, загрузочный канал 102 образован в верхней части герметичной емкости 106. Циклонный сепаратор 103 смонтирован на верхней части герметичной емкости 106. Диоксид углерода из канала 7 стороны понижения давления конечной стадии шарового затвора подается на циклонный сепаратор 103 через обходной трубопровод 109, и диоксид углерода и табачный материал, содержащийся в нем, отделяются.

Диоксид углерода, от которого отделен табачный материал, восстанавливается в газгольдере 61 через трубопровод 107. Отделенный табачный материал подается в герметичную емкость 106 вместе с небольшим количеством диоксида углерода из подающего канала 104 через шаровой затвор 105. Этот табачный материал подаетcя на нижнюю (по ходу процесса) сторону вместе с табачным материалом, который загружен из загрузочного канала 102. Воздух, который снаружи течет в герметичную емкость 106, замещается диоксидом углерода, подаваемым в герметичную емкость 106. Диоксид углерода, смешанный с этим воздухом, подается на узел 91 восстановления/сепарирования из улавливающего канала 110 через улавливающий трубопровод 108.

Когда эта герметичная емкость используется, большинство диоксида углерода, подаваемого из шарового затвора, непосредственно восстанавливается в газгольдере 61, и количество диоксида углерода, смешанного с воздухом и поданного на узел 91 восстановления/сепарирования, снижается. Соответственно нагрузка на узел 91 снижается. В этом случае, хотя концентрация диоксида углерода газовой смеси, подаваемой на узел 91 снижается, узел 91 восстановления/сепарирования адсорбционного типа может эффективно сепарировать даже диоксид углерода, имеющий низкую концентрацию.

Концентрация воздуха расширяющего агента в системе предпочтительно минимальная, и концентрация воздуха должна управляться, чтобы составлять, например, около 5 об. или меньше. Чтобы управлять концентрацией воздуха, концентрация воздуха распушающего агента, подаваемого в резервуар 22 для пропитывания, измеряется детектором 100 воздушной концентрации; количество восстановленного газа, подаваемое на узел 91 восстановления/сепарирования, изменяется автоматически путем регулирования степени открывания клапана (затвора) клапанов управления потоком 75 и 95, соединенных с улавливающими трубопроводами 74 и 84, идущими от герметичных емкостей 35 и 46 соответственно, так что измеренная величина удовлетворяет заданную воздушную концентрацию, тем самым управляя концентрацией воздуха.

Если детектируемая величина не удовлетворяет заданную воздушную концентрацию, даже когда весь восстановленный газ из герметичных емкостей 35 и 46 подан на узел 91 восстановления/сепарирования часть или весь восстановленный газ из резервуара 21 предварительного пропитывания и герметичной емкости 44 может также подаваться на узел 91 восстановления/сепарирования.

В первом варианте реализации шаровой затвор используется в качестве узла клапана для непрерывной подачи табачного материала, одновременно повышая или понижая давление. Однако шаровой клапан может использоваться вместо шарового затвора.

Фиг. 9 показывает устройство в соответствии со вторым вариантом реализации изобретения, в котором используются шаровые клапаны. Во втором варианте реализации резервуар предварительного пропитывания отсутствует и используется только резервуар для пропитывания 22. За исключением этого второй вариант реализации имеет тот же монтаж, как и первый вариант реализации.

На фиг. 9 цифровые позиции 36а, 41а, 43а и 45а обозначают первый, второй, третий и четвертый шаровые клапаны соответственно, и 35, 35а, 44 и 46 герметичные емкости или камеры. Соответствующие шаровые клапаны подают табачный материал посредством вращающихся шаровых элементов, и каналы сторон повышения или понижения давления, предусмотренные в описанном шаровом затворе, не образованы ни в одном из них. Поэтому диоксид углерода подается на герметичные емкости 35, 35а и 44 по трубопроводам 121, 131 и 141 и через клапаны 123, 133 и 143 для поддержания их внутренних пространств в атмосфере диоксида углерода.

Диоксид углерода подается на герметичную емкость 46 вместе с табачным материалом через четвертый шаровой клапан 45а для поддержания ее внутреннего пространства в атмосфере диоксида углерода.

Так как воздух не примешивается в диоксид углерода, разгружаемый из герметичных емкостей 35а и 44, этот диоксид углерода непосредственно восстанавливается в газгольдере 61 через трубопроводы 132 и 142 и клапаны 134 и 144. Так как воздух примешивается к диоксиду углерода, разгружаемому из самой верхней (по ходу процесса) части герметичной емкости 35 и самой нижней (по ходу процесса) части герметичной емкости 46, диоксид углерода из них подается на узел 91 через трубопроводы 122 и 152 и клапаны 124 и 154.

Также требуется энергия для сжатия диоксида углерода, восстанавливаемого приведенными образом, до высокого давления. Чтобы уменьшить энергию, необходимую для сжатия восстановленного диоксида углерода, система восстановления диоксида углерода может быть выполнена по типу третьего варианта реализации, показанного на фиг. 10. Система восстановления согласно третьему варианту реализации восстанавливает диоксид углерода путем сепарирования его в системах низкого и промежуточного давлений. Устройство для распушения табачного материала согласно третьему варианту реализации идентично первому варианту реализации;

Диоксид углерода, восстановленный из систем подачи и разгрузки подвергаетcя повышению давления до величины немного выше, чем давление пропитывания около 30 атм и подается в резервуар 161 высокого давления, а затем в резервуар 22 для пропитывания через теплообменник 63 и клапан 64. Этот диоксид углерода высокого давления также подается на инжекционные каналы первого и второго шаровых затворов 36 и 41 через клапаны 65 и 66 соответственно, и инжектируется в карманы шаровых затворов 36 и 41, чтобы удалить оставшийся табачный материал.

Диоксид углерода, разгруженный из канала стороны понижения давления конечной стадии второго шарового затвора 41, подается в резервуар 21 предварительного пропитывания, диоксид углерода, разгруженный из канала стороны понижения давления конечной стадии третьего шарового затвора 43 подается на герметичную емкость 44, внутренние пространства резервуара предварительного пропитывания 21 и герметичной емкости 44 устанавливаются на величину давления, например, 15 атм с помощью клапана 193 регулирования давления, и диоксид углерода, избыточный для поддержания давления, восстанавливается.

Диокисд углерода, восстановленный из систем подачи и разгрузки тиабачного материала по отдельности восстанавливается системами восстановления низкого и промежуточного давлений и в конечном счете восстанавливается в резервуаре высокого давления.

Теперь будет описываться конструкция системы восстановления низкого давления. Внутреннее пространство герметичной емкости 35 на конце подающей системы поддерживается на низком давлении, например на атмосферном давлении, и диоксид углерода, восстановленный из герметичной емкости 35, находится при низком давлении. Воздух, содержащийся в транспортируемом табачном материале, присутствует в герметичной емкости 35. Внутреннее пространство герметичной емкости 46 в конце системы разгрузки табачного материала также поддерживается под низким давлением, под атмосферным давлением, и диоксид углерода, восстановленный из герметичной емкости 46, находится под низким давлением. Диоксид углерода, восстановленный из герметичной емкости 46, содержит воздух или влагу, протекающие из окружающей атмосферы.

Диоксид углерода низкого давления, восстановленный из герметичных емкостей 35 и 46, собирается в трубопроводе 171 восстановления низкого давления, а затем подается на сепарационный узел 91 с помощью насоса 173 через сепарационный трубопровод низкого давления 172.

Диоксид углерода, от которого воздух отделен сепарационным узлом 91, подается на резервуар 178 низкого давления насосом 176 через возвратный трубопровод 172 низкого давления. Резервуар 178 поддерживается под низким давлением и содержит диоксид углерода.

Обходной трубопровод 181 низкого давления выполнен независимо от трубопровода 171 восстановления низкого давления. Обходной трубопровод 181 низкого давления соединен с восстанавливающим трубопроводом 171 низкого давления через клапаны 182 и 183 и с резервуаром 178 низкого давления через насос 184. Соответственно диоксид углерода низкого давления, восстановленный (уловленный) путем открывания клапанов 182 и 183, подается в резервуар 178 низкого давления путем обхода через сепарационный узел 91.

Восстановленный диоксид углерода в резервуаре 178 низкого давления подвергается повышению давления с помощью бустера 185 промежуточного давления от низкого давления до промежуточного давления порядка от 5 до 15 атм, и подается на резервуар 194 промежуточного давления восстанавливающей системы промежуточного давления. Диоксид углерода пополняется из источников 62 питания диоксида углерода, поступая в резервуар 178 низкого давления, чтобы пополнить диоксид углерода в системе циркуляции диоксида углерода устройства.

Внутренние пространства резервуара 21 предварительного пропитывания и герметичной емкости 44 поддерживаются под промежуточным давлением около 15 атм посредством клапана 193 регулирования давления, и диоксид углерода, восстановленный из резервуара 21 предварительного пропитывания и герметичной емкости 44, находится под промежуточным давлением. Диоксид углерода, восстановленный из резервуара 21 предварительного пропитывания и герметичной емкости 44, содержит немного примеси, наприер воздуха, он собирается в восстанавливающем трубопроводе 191 промежуточного давления и подается на резервуар 194 промежуточного давления через трубопроводы промежуточного давления 192 и 193. Резервуар промежуточного давления содержит диоксид углерода под промежуточным давлением от 5 до 15 атм.

Обходной трубопровод 196 промежуточного давления имеет ответвления в середине длины каждого из трубопроводов промежуточного давления 192 и 193 и соединен с резервуаром 178 низкого давления. Клапан 197 соединен посередине длины каждого обходного трубопровода 196 промежуточного давления. Таким образом, когда клапаны 197 открыты, весь или часть диоксида углерода промежуточного давления не подается в резервуар 194 промежуточного давления, но подается в резервуар 178 низкого давления.

В третьим варианте реализации, так как диоксид углерода промежуточного давления восстанавливается восстанавливающей системой промежуточного давления, бустер 195 высокого давления восстанавливающей системы промежуточного давления требуется только для увеличения давления диоксида углерода от промежуточного давления до высокого давления, так что мощность и потребляемая энергия бустера могут быть небольшими. В этом варианте реализации, так как диоксид углерода низкого давления, восстановленный восстанавливающей системой низкого давления, подвергается повышению давления до промежуточного давления и подается в резервуар 194, последний служит в качестве буферного резервуара двух бустеров, упрощая их управление.

В этом варианте реализации, так как только диоксид углерода низкого давления, с которым смешан воздух, подается на сепарационный узел 91 для отделения примешанного воздуха или т.п. мощность сепарационного узла 91 может быть небольшой.

Устройство, имеющее две системы восстанавливания диоксида углерода, не ограничивается третьим вариантом реализации. Устройство расширения согласно четвертому варианту (фиг. 11) реализации имеет первый бустер 185а высокого давления для быстрого увеличения давления восстановленного диоксида углерода, восстановленного в резервуаре 178 низкого давления от низкого давления до высокого давления. Диоксид углерода в резервуаре 178 непосредственно подается на резервуар 161 высокого давления, и диоксид углерода в резервуаре 194 промежуточного давления подвергается повышению давления вторым бустером 195а высокого давления, который увеличивает давление от промежуточного до высокого таким же образом, как в третьем варианте реализации, и подается в резервуар 161 высокого давления. За исключением этих аспектов четвертый вариант реализации имеет ту же конструкцию, что и описанный выше третий вариант.

В четвертом варианте реализации, так как первый и второй бустеры высокого давления 185а и 195а установлены параллельно друг с другом, они могут функционировать независимо.