用于转移粉末和对粉末增压的设备和方法.pdf

本发明涉及一种用于将粉状材料从压力P1下的第一区转移到压力P2下的第二区并将粉状材料从压力P1增压到压力P2的设备。本发明可以使粉状材料进行诸如振荡的运动，以通常避免在转移期间粉状材料结块。

权利要求书
1.  一种设备，用于将粉状材料从处于第一压力P1的第一区转移到处于第二压力P2的第二区，并用于将所述粉状材料从压力P1增压到压力P2，所述设备包括一容器(3)，所述容器配备有在所述第一区和所述容器(3)之间的粉末入口(5)、在所述容器(3)和所述第二区之间的粉末出口(13)、气体入口(14，16)和气体出口(14)、适于在所述粉状材料的转移和增压期间将所述容器(3)相对于第一区、第二区或者这两个区选择性密封的闭合装置(5a，8)，其特征在于，所述容器(3)配备有位于所述粉末出口(13)的上游的振荡器(1)，其中，所述振荡器(1)适于在所述粉状材料的排放期间被致动，所述振荡器(1)因而在所述粉状材料的排放期间赋予所述粉状材料振荡。

2.  根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述振荡器(1)包括设置在所述容器(3)中且垂直于粉末排放方向延伸的可旋转的阀瓣(17)，所述可旋转的阀瓣能够位于半开位置，并且所述可旋转的阀瓣能够被致动以便在粉末排放期间围绕半开位置振荡。

3.  根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述可旋转的阀瓣由致动器(2)在没有滞后的情况下致动。

4.  根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述致动器(2)为气动致动器。

5.  根据权利要求2-4中的任一项所述的设备，其特征在于，所述振荡器为蝶阀。

6.  根据权利要求1-5中的任一项所述的设备，其特征在于，所述容器配置有至少两个气体入口(14，16)，这两个气体入口中的至少一个位于所述振荡器和所述粉末出口之间。

7.  根据权利要求1-6中的任一项所述的设备，其特征在于，所述容器配备有过滤器，所述过滤器能够保持所述粉状材料并在所述容器中限定：
-设有所述气体出口(14)的顶部空间，和
-设有所述粉末入口(5)和所述粉末出口(13)的工作空间。

8.  根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述顶部空间设有气体入口(14)。

9.  根据权利要求1-8中的任一项所述的设备，其特征在于，所述容器配备有通过相应气体管道(15，16)与单个气体供给源(7)连接的多个气体入口。

10.  根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述气体管道(15，16)从所述气体供给源到所述气体入口(14，16a，16b)并行设置。

11.  根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述气体管道配备有优选为可控的截止阀的闭合装置(7a，16a，16b)。

12.  根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述气体管道(15，16)的闭合装置(7a，16a，16b)能够控制成同时打开或闭合。

13.  根据权利要求1-12中的任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括在所述振荡器和所述粉末出口(13)之间的锥形件。

14.  根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述振荡器(8)适于以0.5Hz至30Hz之间的频率振荡。

15.  根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述振荡器(8)适于以1度至20度之间的振幅振荡。

16.  根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述设备适于以第一压力P1和第二压力P2之间的至少10巴的绝对压力差操作。

17.  根据前述权利要求中的任一项所述的加压设备，其特征在于，所述第一压力P1和第二压力P2之间的绝对压力差|P2-P1|为至少10巴。

18.  一种利用根据权利要求1-16中任一项的设备将粉状材料从处于压力P1的第一区转移到处于压力P2的第二区的方法，所述方法包括：
-在粉末入口(5)打开、粉末出口(13)闭合、气体出口(14)打开并且气体入口(14，16)优选闭合的同时，通过供给粉状材料到容器(3)中，用来自第一区的粉状材料填充所述设备；
-在粉末入口(5)、粉末出口(13)和气体出口(14)闭合的同时， 通过经由一个或多个气体入口(14，16)供给加压气体到所述设备中，对所述设备加压；
-通过打开粉末出口(8)、启动振荡器(1)以及优选地允许加压气体经由一个或多个气体入口流入所述设备，来排空所述设备。

说明书用于转移粉末和对粉末增压的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于将粉状材料从压力P1下的第一区转移到压力P2下的第二区并对粉状材料从压力P1增压到压力P2的设备。本发明可以赋予粉状材料运动(例如，振荡)，以便典型地避免粉状材料在转移期间结块。
背景技术
在生产线中处理粉状材料通常包括在具有不同热力动态特性的不同区之间运输粉末，即从具有压力P1的第一区运输到具有压力P2的第二区。
处理粉末的一个示例公开在有关发泡配料和包含该配料的粉末的生产的文献EP 1,206,193中。
文献US 7,234,493公开了一种装置，其用于将尘状、粉末状、细粒状或颗粒状的被运送的材料转移出储存容器并移入加工容器或转移容器或类似容纳空间。该装置包括与用于被运送的材料的供给管线连接的加工室，还包括排放横截面。至少一个用于介质流动的供给管线通向加工室内，并且过滤装置位于流动介质和被运送的材料之间。用于被运送的材料的供给管线通向管状过滤空间内，并且同样为管状且限定该过滤空间的过滤插入件放置在与空气管线和/或气体管线连接的加工室内。
该文献没有提出将粉状材料从第一压力增压到第二压力。然而，通过利用流体介质转移的粉状材料有结块的趋势，并且这种结块导致用于将粉状材料从压力P1下的第一区转移到压力P2下的第二区的装置的堵塞，该堵塞将严重阻止任何进一步的转移。已发现该堵塞后果会随着压力差的增加而扩大。
因此，用于转移粉状材料的改进的设备和方法将是有利的，尤其是， 更有效的和/或可靠的设备和方法将是有利的。
因此，可以将提供解决现有技术的上述问题的设备和方法视作本发明的一个目的。
发明内容
因此，上述目的和若干其他目的预期通过本发明的第一方面实现，其提供了一种用于将粉状材料从第一压力P1下的第一区转移到第二压力P2下的第二区并用于将粉状材料从压力P1增压到压力P2的设备。该设备包括一容器，该容器配置有在第一区和容器之间的粉末入口、在容器和第二区之间的粉末出口、气体入口和气体出口、适于在粉状材料的转移和增压期间将容器相对于第一区、第二区或者这两个区选择性密封的闭合装置，其特征在于:该容器配置有位于粉末出口的上游的振荡器，其中，该振荡器适于在粉状材料排放期间被致动，并且该振荡器因而使粉状材料在其排放期间进行振荡。
通过本发明获得的其中一个效果是，可以在粉状材料上提供疏松作用，这可以抵抗粉状材料结块形成固体状结构的趋势。此外，气体的进给通常通过赋予设备中的粉状材料流化作用而能够在粉状材料上提供进一步的疏松作用。
振荡器优选地设置在设备的内部并靠近粉末出口。因此，该振荡器可以与粉状材料直接接触并且因而直接作用在粉状材料上。
应该注意的是，粉状材料的转移至少由优选为气体的流体流协助，该流体流自身运载粉状材料。因此，特征“粉末入口”和“粉末出口”是指用于气体和粉状材料的混合物的入口和出口。
在该设备的优选实施例中，振荡器可以包括设置在容器中且垂直于粉末排放方向延伸的可旋转的阀瓣(flap)。该可旋转的阀瓣可以位于半开位置(微开位置，ajar position)，并且该可旋转的阀瓣可以被致动以便在粉末排放期间围绕其半开位置振荡。
优选地和有利地，该可旋转的阀瓣由致动器在没有滞后的情况下致动。 该致动器可以优选地包括气动致动器。
在本发明的特定的优选实施例中，振荡器可以包括蝶阀。
该容器可以优选地配置有至少两个气体入口，至少其中一个气体入口位于振荡器和粉末出口之间。
此外，该容器可以优选地配置有过滤器，该过滤器能够保持该粉状材料并在该容器中限定：设有气体出口的顶部空间，和设有粉末入口和粉末出口的工作空间。另外，该顶部空间可以优选地设有气体入口。
该容器可以优选地配置有通过各自的气体管道与单个气体供给源连接的多个气体入口。此外，所述气体管道可以优选地从气体供给源到气体入口并行设置。附加地或可选地，气体管道可以优选地配置有优选为可控的截止阀的闭合装置。优选地，气体管道的闭合装置可以控制成同时打开或闭合。
该设备可以优选地包括在振荡器和粉末出口之间的锥形件。
优选地，振荡器可以适于以0.5Hz至30Hz之间的频率振荡，并且可以优选地适于以1度至20度之间的振幅振荡。
根据本发明的设备可以优选地适于以至少10巴的在第一压力P1和第二压力P2之间的绝对压力差操作。因此，本发明的第二方面涉及根据前述权利要求中的任一项所述的增压设备，其中，第一压力P1和第二压力P2之间的绝对压力差|P2-P1|为至少10巴。
本发明的第三方面涉及一种将粉状材料从压力P1下的第一区转移到压力P2下的第二区的方法。该方法利用根据本发明的其他方面的设备并包括：
-在粉末入口打开、粉末出口闭合、气体出口打开并且气体入口优选闭合的同时，通过供给粉状材料到容器中，用来自第一区的粉状材料填充所述设备；
-在粉末入口、粉末出口和气体出口闭合的同时，通过经由一个或多个气体入口供给加压气体到所述设备中，对所述设备加压；
-通过打开粉末出口、启动振荡器以及优选地允许加压气体经由一个 或多个气体入口流入所述设备，来排空所述设备。
本发明的第一、第二和第三方面均可以与任何其他方面组合。参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得明显并得到说明。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述根据本发明的优选实施例。该附图示出实施本发明的方式，并且不应解释为限制落入所附权利要求范围内的其他可能的实施例。
图1示意性地示出根据本发明的用于转移粉状材料的设备的第一实施例。
图2示意性地示出根据本发明的振荡器。
具体实施方式
图1示意性地示出根据本发明的用于转移粉状材料的设备的第一实施例。该设备适于将粉状材料从第一压力P1下的第一区转移到第二压力P2下的第二区。该设备可以优选地适于以至少10巴、更优选地至少50巴的、在第一压力P1和第二压力P2之间的绝对压力差操作。
通过由优选地为从设备流出并流向位于下游的第二区的加压气体的流体运载粉状材料而至少部分实现将粉状材料转移出设备。类似地，粉状材料通过从第一区流出并流入设备中的、优选为加压气体的流体运载而优选被供给到设备中。
该设备包括成形为圆柱体的容器3。在容器3的上端(参考附图)设置有半球形件11，并在下端设置有锥形件12。在锥形件12的窄端设置有管件13。
在该设备内部，过滤器9设置在半球形件11的区域内。该过滤器优选地设置在容器3的上端，并且半球形件11因此形成顶部空间，而容器3和锥形件12一起形成设置有粉末入口5和形式为管件13的粉末出口的工作空间。
该设备通过管道和阀与一定数量的源连接，其中，具有与管道的接头/ 连接件的阀可以是该设备的整体的一部分。如图所示，各种阀通常是可控的截止阀，并且这些阀通常为电动或气动控制的。
粉状材料从第一压力P1下的第一区通过粉末入口5进入设备，该粉末入口5包括设置在第一区和容器3的内部之间的管道接头中的可控的截止阀5a。粉末通过用作粉末出口的管件13离开设备，该管件13与在第二压力P2下的第二区连接。通过通常也在重力的影响下由气流运载粉末来完成粉状材料的转移。
在该设备的上端(在半球形件11的顶部上)提供与真空6和供给压力源7的选择性连接。应该注意的是，在本文的上下文中，特征“真空”用于指通过提供低于容器3中的压力的压力而提供的抽吸(或至少提供允许较高压力下的气体流向真空的可能性)，特征“供给压力源”用于指在高于容器3内部压力的较高压力下的流体，优选为气体。
通过包括可控的截止阀6a和7a的管道提供与真空6和供给压力源7的连接。如图1所示，顶部空间因此经由从半球形件11的顶部延伸到中间管道15的管道14连接到供给压力源7上。在中间管道15的一端处设置有阀7a，在中间管道14的另一端处设置有阀6a。通过该构型，根据气体是通过管道14流入还是流出设备，该管道14可以用作气体入口和气体出口。
可以通过管道16提供辅助连接，该管道16从中间管道15经由两个用于控制加压气体的流动的可控的截止阀16a和16b在两个位置延伸到该设备；该阀16a控制气体流入容器3，而阀16b控制气体流入锥形件12。因此，具有可控的截止阀的管道16用作该设备的气体入口。应该注意的是，可以省略阀16a和/或16b形成其中一部分的一个或两个接头。
该设备还包括形式为可控的过程阀8的闭合装置，该过程阀8适于关闭锥形件12和管件13之间的通道。该过程阀8优选地为瓣阀的形式，其中阀瓣可以设置在至少两个位置：水平位置和竖直位置，在水平位置，锥形件12的开口被密封，而在竖直位置锥形件12的开口未密封。方向“水平”和“竖直”是根据如图所示的设备的取向来给出的，其中，通过该设备的粉状材料的流动是竖直的。所提供的密封优选地足以允许设备增压到至少等于第 二区中的压力的压力，并且在多个实施例中，该密封和阀瓣优选地适于承受在过程阀8两侧的至少10巴的压力差。
此外，将在下文更详细地描述的振荡器1设置在圆柱形容器3和锥形件12之间的通道内。振荡器1优选地为气动启动和控制的，并且因而与连接到控制器10的致动器2连接，该控制器10通常包括计算机。
应该注意的是，图1中示出的管线仅仅是一个示例，其中管道并行连接到单个源7上，并且其中阀7a，16a和16b可以优选地被控制成同时或者以其他顺序转换状态(打开/闭合)，即，连接和控制该设备以供给压力和真空的各种其他方式的状态。
优选地以下述方式使用该设备。
设备的填充
为了将粉末引入设备，各种阀以下述方式安排：
7a16a16b85a6a闭合闭合闭合闭合打开打开
半球形件11暴露在真空中、粉末在第一区中处于压力P1下以及阀8闭合这些条件的组合使得粉末流入容器3。通过过滤器9在半球形件处的连接防止粉末离开容器3。
设备的增压
一旦期望量的粉末已被引入设备，则各种阀以下述方式安排：
7a16a16b85a6a打开打开打开闭合闭合闭合
在此阶段期间，对设备增压是目的，并且增压优选地通过从供给压力源7供给加压气体来执行。可以利用打开状态下的阀7a、16a和16b中的仅一个或多个获得增压，并且可以按照与上述表格所示不同的方式来选择用于这些阀的打开次序。例如，如果引入的粉末很容易结块，则优选打开阀16a和16b，因为这可以例如通过在增压期间的流化作用而使粉末变疏松。
设备的排空
一旦期望量的粉末已被引入容器3并且设备已被增压，则各种阀以下述方式安排：
7a16a16b85a6a打开打开打开打开闭合闭合
如上所示，阀8是打开的直到设备内的压力累积至设备内的压力等于第二区中的压力P2。可选地，阀8可以打开直到压力增加至稍高(例如1巴)于压力P2。
一旦设备内的压力处于期望水平并且阀8打开，则设备内存在的粉末可以经由锥形件12、管件13离开容器3，并进入随后的处理管线。
上述过程适于将粉状材料的压力从压力P1增加到压力P2。必须注意的是，该设备还可以用于将粉状材料的压力从压力P2降低到压力P1。如上所述执行设备的填充。随后对设备减压。然后，如上所述排空设备。
设备的减压
一旦期望量的粉末已被引入设备，则各种阀以下述方式安排：
7a16a16b85a6a闭合闭合闭合闭合闭合打开
在此阶段期间，对设备减压是目的，并且减压优选地通过从真空6抽吸来执行。可选地，阀6a可以打开直到压力累积到稍低于(例如1巴)压力P1。
粉末通常趋向于结块成固体状结构，为了避免这种能够在例如锥形件12、管件13或者甚至更下游中堵塞设备的结块，设置振荡器1以使粉末振动，以便通常通过诸如粉末流体化的疏松作用而避免结块。通过结合振荡器1，可以通过经由阀16a、16b或这两者引入优选为气体的流体而使粉末变疏松。
设备优选地设置成其纵向平行于重力的方向(参考图1，重力沿从半球形件11朝管件13的方向发挥作用)。因此，重力将至少有助于排空设备。通过继续将加压气体供给到设备中(阀7a、16a和16b是打开的)，气体将流向管件13，并且随着粉末变疏松，粉末将由气体流运载。
振荡器1在图2中更详细地示出。图2a示出了沿设备的纵向和垂直于附图平面的方向截取的设备的一部分的剖视图。图2b示出了沿设备的纵向和 平行于附图平面的方向截取的设备的一部分的剖视图。最后，图2c示出了垂直于设备的纵向的设备的一部分的剖视图。
如图2所示，振荡器1包括具有设置在轴18上的可旋转阀瓣17的蝶阀。该轴18垂直于粉末的排放方向(该排放方向为从容器3朝向过程阀8的纵向方向)沿径向延伸通过容器3的几何中心。在图2示出的实施例中，轴18示出为设置在阀瓣17的上方(参考附图)。然而，轴18可以设置在阀瓣17的下方。轴18在容器3之外延伸到致动器2。通过利用致动器2，阀瓣17可以设置在半开位置(由附图2中的实线指示)，阀瓣围绕该位置前后旋转以提供振荡运动。
在图2a中，阀瓣17的极限位置由虚线指示。用于提供阀瓣17的振荡运动的轴18的角运动的幅度通常大约在±1度和20度之间，并且频率(定义为每秒的循环数，其中一个循环是从一个极限位置到另一个极限位置并返回的运动)通常在0.5Hz和30Hz之间。对于不同的材料，由于材料结块的趋势不同，所述幅度和频率的实际选择可以不同。可以采用任何振荡运动，例如正弦曲线、三角形或正方形振荡运动。
如图2a所示，阀瓣17的其中一个极限位置是阀瓣17垂直于设备的纵向的位置。阀瓣17优选地成形为使得当它位于该极限位置时，提供粉末密封，以便没有粉末能够离开容器3。已经发现，没有必要使阀瓣成形为提供气体密封，虽然如果期望的话这是可以的。因而，阀瓣17可以防止粉状材料在设备的填充期间流入锥形件12。
虽然可以使用电动致动器或电子-气动致动器，但是致动器2优选地为气动致动器。致动器2优选地设计成使得在角运动中不会引入滞后现象。
当阀瓣17旋转离开它的垂直位置时，在设备的壁和阀瓣的周缘之间形成开口，以允许粉末离开容器3。当阀瓣17旋转时，粉末将由阀瓣的向上运动的半部向上推动，并且在阀瓣17的向下运动的半部上的粉末将失去支承(或者由于阀瓣17的向下运动，该支承至少将变小)。此动作的结果是使粉末振荡，该振荡由于疏松作用而防止了粉末结块或者至少使结块程度最小。
此外，施加给粉末的振荡还可以起计量功能，以使得粉末以kg/s(为单位进行)测量的良好限定的流离开容器3。
在上述公开内容中，使用了特征气体。虽然本发明不限于气体(可以使用液体)，但是本发明尤其适用于气相的流体。
该设备的一个特别优选的应用涉及用于生产粉状可溶性起泡剂配料的加工粉末，该起泡剂配料用于生产食品和饮料中的强化泡沫，如EP1206193中所公开的。该配料包括含碳水化合物和压力下的滞留气体的基质。该基质还可以包含蛋白质。通过使基质的多孔颗粒(粉状材料)在升高的压力和高于基质的玻璃化转变温度的温度下暴露于气体氛围中以及随后对该颗粒淬火或固化来获得该配料。因此，本发明可用于在具有不同热力动态状态(例如，不同压力和温度)的多个区之间转移包括多孔颗粒的粉状材料。
因此，在用于生产上述粉状可溶性起泡剂配料的工业生产线中，利用根据本发明的设备将多孔颗粒粉末从第一容器转移到气体处理单元中，以便对该多孔颗粒粉末增压。该容器处于大气压力下，而该气体处理单元在大约50巴的升高压力下。一旦经过气体处理，则多孔颗粒仍在相同压力下被转移至淬火单元，以获得粉状可溶性起泡剂配料。在淬火后，该起泡剂配料利用根据本发明的设备被转移到第二容器中，以对该起泡剂配料减压。
应用这种设备允许将气体处理单元和淬火单元保持在升高的压力下。这避免了在生产粉状可溶性起泡剂配料期间对这些单元增压和减压的需要。
该设备优选地由以下材料制成：对经过设备的流体和粉末有化学抗性、具有允许对设备增压的机械特性并且能耐受例如来自粉末的磨损作用。选择用于该设备的典型材料为不锈钢。
该设备优选地由分离的部分制成，这些部分以可释放的方式组合以形成该设备。因此，该设备可以被拆卸以用于检修。
该设备优选地适于以至少10巴的在第一压力P1和第二压力P2之间的绝对压力差操作。因此，在这种优选实施例中，所述阀、设备的材料以及 密封件选择为能承受至少10巴的压力。
虽然已经结合具体实施例描述了本发明，但是本发明不应理解为以任何方式局限于给出的示例。本发明的范围由所附权利要求给出。在权利要求书的上下文中，术语“包括”没有排除其他可能的元件或步骤。而且，提及诸如“一”、“一个”等量词不应解释为排除了多个的情况。在权利要求中对附图中示出的元件使用参考标号也不应解释为限制本发明的范围。此外，不同权利要求中提到的单独的特征可以有利地组合，并且，在不同权利要求中提到这些特征并不排除这些特征的组合是可能的和有利的。