CN100344242C - 烟草挤压机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及经一模板挤压出均质烟草丝及其下游处理。该模板构作成使得每根丝的横截面呈方形或长方形，其下游处理对挤压成形丝进行吹塑或挤塑。

Description

烟草挤压机
本申请为中国专利申请号01812677.4的分案申请。
技术领域
本发明涉及烟草均质，特别涉及均质烟草丝束的挤压成形。确切说，本发明涉及对烟草均质挤压机下游的均质烟草丝束进行处理。
背景技术
使用粒状烟草制作基于烟草的材料公知有多种建议。按照这些建议，粒状烟草可为烟制品如卷烟制作过程中的副产品烟草粉末，或通过烟草叶片部或茎部磨碎获得粒状烟草。用粒状材料制成的材料可呈片状或板状、杆状、丝状或空心圆柱形。这些材料的生产过程通常称为烟草均质过程。
在由均质过程生成的材料中，除了烟草，其他成分最好还包括水；粘合剂如果胶、淀粉、出芽短梗孢糖和纤维素粘合剂；填料；保湿剂；膨胀剂；强化剂和香味剂。
本申请人的一现有均质烟草过程见英国专利说明书Nos.2 201081B和2 201 080B。该过程涉及把粒状烟草、淀粉和粘合剂的混合物加水后送到一挤压机形成片状挤出物，通过挤压使得挤出物的横截面大于挤压模具的出口孔的横截面即经受膨胀过程。最好是吹塑或挤塑出片状挤出物，从而增加挤出物的机器向尺寸和减小其厚度。
另一均质烟草过程见GB 2 291 778B。
这些专利说明书所述均质烟草过程的一个缺点是会给片状材料的生产带来问题。例如，片状材料的厚度、强度和弹性很难控制，如这些参数中有任何参数不在误差范围内，就会有害地影响下游对片状材料进行的处理(即切割)。
现有均质烟草过程的另一个缺点是，一旦冷却，所得片状制品有一上层表皮和一下层表皮，上层表皮和下层表皮之间呈蜂窝结构。从而该制品的横向表面即不由表皮构成的表面会恶化。因此该制品易折断。因此不利于或实际上无法靠气动输送该制品。
在美国专利4,632,131公开的均质烟草丝束的挤压成形中，从一包括出口孔的圆形阵列的模具挤压出许多丝，然后这些丝束互相粘合形成在其纵向上延伸有通道的均质烟丝条。
当需要生成分离的丝束时，均质烟草的这类丝束挤压方法的一个缺点是，很难使从挤压模具出口孔挤出的丝束不互相粘合在一起。
发明内容
本发明的一个目的是对挤压成形丝束状均质烟草的制作方法作出改进。
本发明的另一个目的是对挤压机出口孔下游的挤压成形均质烟草丝的处理方法作出改进。
本发明的另一个目的是对丝状均质烟草制品作出改进。
本发明的另一个目的是提供一种均质烟草制品，其尺寸便于将烟草制品加入烟制品即香烟中。
本发明提供一种对模具装置下游的挤压成形均质烟草丝进行处理的方法，所述丝通过模具装置时受挤压，其中，用气动输送装置沿所述丝的纵向把所述丝被输送离开所述模具，所述输送装置产生所述丝的吹塑或挤塑，使得所述丝的横截面尺寸减小。
该方法还可包括一切割步骤，在该步骤中，在挤压成形丝长度上把挤压成形丝横向地间隔切割成多个部分。例如，该丝可以约10mm-50mm范围的间隔进行切割。最好在丝的横截面尺寸减小后切割挤压成形丝。该切割步骤中使用的切割装置可为一旋转式切刀。
在某些场合下该方法还可包括一冷却步骤，在该步骤中，冷却空气与挤压成形丝接触，实现丝的冷却。挤压成形丝在切割装置处的温度最好低到足以确保挤出物的粘度不会在切割装置的正常工作中产生问题。挤压成形丝在切割阶段时的温度为约20-60℃，最好为约30-50℃。
最好是，气动输送装置包括一气体介质输送装置和导管装置，该气体介质输送装置可操作导致气体介质通过该导管装置连续流动。该气体介质输送装置比方说可包括抽气装置，该抽气装置可为风扇装置。最好是，导管装置的进口端位于挤压模具旁，从而当丝从模具出口孔流出时便于丝在通过导管装置的气体介质连续流的作用下沿丝的纵向被输送离开模具。导管装置的进口端离挤压模具的距离在约5-20mm范围内，最好在约10-15mm范围内。丝在纵向上的输送最好起初与模具表面垂直。然后可在大致水平或垂直平面中输送。
该气体介质通常为空气，因此下面只结合空气予以说明。
在与丝输送方向相同的方向上流动的空气的速度大于挤压速度，从而产生对丝的吹塑或挤塑，以减小其横截面尺寸。因此用空气张紧、吹塑或挤塑挤压模具下游的丝。为增强吹塑或挤塑，还可在一张紧装置上拉丝而进一步张紧丝。该张紧装置比方说可为一受驱滚轮。
实现吹塑或挤塑的空气速度为60-180m/s，最好至少为100m/s。所需吹塑或挤塑速度决定于配方和挤压机的生产量。可用抽气装置、导管的横截面面积或这两者改变空气速度。吹塑或挤塑后的输送速度可为30-60m/s，最好为至少35m/s，更好为40-60m/s。
气动输送装置构型和空气质量流量值的选择最好确保丝在通过导管装置输送时不与导管装置的任何内表面接触，
最好是，挤压成形均质烟草丝束的横截面形状与切割的烟草、特别是切割的叶片部烟草的横截面形状相似。为此，挤压成形烟草丝的横截面应呈长方形或方形。挤出物在从挤压模具流出时会发生膨胀。因此，在挤出物发生膨胀的情况下，为了生成长方形或方形横截面挤压成形丝，模具出口孔的形状一般应呈方形或长方形，方形或长方形的四面为凹的。相对于挤出物膨胀度使用合适的凹度，可生成横截面形状为四边笔直的长方形或方形的丝。
吹塑或挤塑后丝的横截面尺寸为约0.7mm×约1mm，最好为约0.3mm×约0.8mm。丝切割后的长度可为约10-50mm。使用本发明，可获得吹塑或挤塑后横截面尺寸保持不变的丝的有利结果。
所生成的丝状均质烟草制品由一段段丝构成，每段丝包括：一蜂窝状内部；以及，当丝的横截面呈方形或长方形时，伸展在丝的至少纵向四面上的一体化表皮。这一结构使得制品结实，然后可用气动输送而不恶化。
该制品的充填值为约3.8-5.0mm3/mg，合适的充填值为约4.0-4.6mm3/mg。这表示了充填值可比英国专利说明书Nos.2 201 081B和2 201 080B所述过程制成的制品的充填值提高10-20％的潜力。制品密度可为约150-600mg/mm3，最好小于约400mg/mm3。
通常，用本发明制成的均质烟草制品构成香烟充填混合物的一部分，该混合物的其他烟草成分可为或包括切割叶片部和切割茎部。
最好是，同时挤压成形许多均质烟草丝。当同时挤压成形许多丝时，使用一包括许多出口孔的模具。最好是，这一挤压模具的出口孔布置成使得从中流出的各丝最好在水平方向上为并排的阵列。最好是，这许多丝都不互相接触。从而防止丝互相粘合。
本发明还提供烟草挤压机，包括一挤压模板，该模板上有模孔，这些模孔呈方形或长方形，方形或长方形的四面为凹的，所述模孔在模具表面上布置成一排或多排，所述模孔构置成在操作中从所述模孔挤压成形的许多均质烟草丝中的丝保持与其他丝彼此不接触。
该模具的出口表面呈长方形，其上的出口孔在该表面上布置成一排。出口孔也可在该表面上布置成上下两纵向排，上排的出口孔与下排的出口孔在垂直方向上错开。当挤压许多丝时，气动输送装置的导管可呈长方形横截面，从而通过导管并排输送许多丝。模具中的孔的数量按照挤压机所需生产量加以选择。
最好是，挤压混合物包括粒状烟草、淀粉和粘合剂。最好当该混合物在挤压机的圆桶中时在上述混合物中最好加水。
淀粉在烟草/淀粉/粘合剂混合物中的含量为按重量计的约5％-35％，最好为按重量计的约10％-20％。淀粉在该混合物中的含量以重量计超过粘合剂两倍，最好超过三倍或三倍以上。粘合剂在该混合物中的含量不超过按重量计的10％，最好不超过按重量计的5％。
淀粉比方说可为玉米淀粉。淀粉或其一部分可为改性淀粉。
粘合剂可包括纤维素粘合剂。用来实施本发明的纤维素粘合材料可为羟丙基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素和乙基纤维素。可用来实施本发明的其他粘合剂包括树胶如黄原胶、瓜耳豆胶和角豆胶。此外也可使用本领域普通技术人员公知的合适粘合剂。该混合物的粘合剂可由两种或多种粘合材料组成。
与在GB 2 201 080所述均质烟草制品中一般要求使用的高质量粘合剂相比较，本发明也可使用质量较次即价格较便宜的粘合剂。本发明也可使用数量较少的高质量粘合剂。本发明之所以可使用质量较次粘合剂和/或数量较少粘合剂，是因为本发明所得粒状细丝质的均质烟草制品包括一蜂窝状内部以及当该颗粒的横截面呈方形或长方形时一伸展在该颗粒的至少纵向四面上的一体化表皮。这与GB2 201080的只包括一上层表皮和一下层表皮以及其间的蜂窝结构的片状均质烟草制品相对照。
此外，如上所述，用本发明生成的制品获得的充填值的提高可在保持与GB 2 201 080B所述制品不相上下的充填值的同时减少粘合剂在该配方中的含量。
除了烟草、淀粉和粘合剂，还可向挤压机加糖。如加糖的话，该糖可包括一种糖或多种糖如果糖、葡萄糖或蔗糖。糖在烟草/淀粉/粘合剂混合物中的合适含量不超过按重量计的约5％，但可高达约10％。
挤压机中的总水量如下：如不使用挤出物干燥步骤，吹塑或挤塑后丝的含水量为重量(按湿量)的约5％-20％。“总水量”指烟草/淀粉/粘合剂混合物的“干”成分中的水分和所加水之和。水可在混合物的各成分送入挤压机前加入混合物成分中的一种或多种和/或从挤压机圆桶上的孔口注入。一种方便的做法是混合该混合物的各成分后在干燥状态下把该混合物送入挤压机中，然后把水注入挤压机圆桶中。
可把保湿剂和/或增塑剂如甘油或丙二醇与上述混合物的各成分一起送入挤压机和/或注入挤压机圆桶中。增塑剂的含量按湿量可为按重量计的约1％-10％。
通过确保在挤压机内绝热或接近绝热地处理送入挤压机中的材料可获得性能最佳的丝。另一要点是，通过挤压机圆桶的温度曲线来操作直到挤压模具为止使得挤压机中各种材料中的烟草部分的温度不达到有害于烟草的温度，其合适范围为约80-180℃。
最好在如下条件下进行该处理，挤出物一旦从模具中流出就通过其中的水分闪蒸成蒸汽而膨胀。因此挤出物的横截面增加，生成蜂窝状内部结构。
烟草均质技术领域的普通技术人员不难看出，可把香料送入挤压机。这类香料可为天然或人造香味素或植物萃取液。
在本发明过程中使用的粒状烟草可取自烟草叶的茎部和/或叶片部如烟草粉末。粒状烟草的粒度最好小于约500μm，更好小于约370μm.。该粒度通常决定于模孔的最小尺寸。
为充分理解和实施本发明，下面参见例示性附图，附图中：
附图说明
图1示出实施本发明方法的一设备；
图2示出实施本发明方法的另一设备；以及
图3示出挤压模具的正面及其出口孔。
各附图中相同部件尽量用同一标号表示。
具体实施方式
如图1所示，设备1包括一(由APV Baker，of Peterborough，U.K.制造，型号为MPF50-15的)双螺杆挤压机2，该挤压机包括一模具3和一圆桶4。挤压模具3装在挤压机2圆桶4的出口端上。挤压模具3上方有一蒸汽抽吸装置5，用来除去挤压过程中从模具3流出的蒸汽。设备1还包括气动输送装置，该气动输送装置包括一从挤压模具3旁位置伸出的气体介质(即空气)导管装置6和气体介质输送装置8。从图1和2可看出，导管装置6在其上游端包括一弧形进口部6′。导管装置6的横截面呈长方形。该横截面的主要尺寸与图1图面垂直。该气体介质输送装置8包括由一抽气风扇提供的抽气装置。冷空气进口9在导管装置6底端与之连通，该空气进口9用来把冷却空气吸入导管装置6中。导管装置6中有一切割装置10，即旋转式切刀用来把挤压成形均质烟草丝7切成丝状均质烟草制品颗粒12。一颗粒/空气分离器11装在导管装置6中，使得在导管装置6中流动的空气与丝状均质烟草制品颗粒12和在导管装置6中输送的任何其他粒状物质分离。丝状烟草制品12经一气闸13，即一转动气闸输送到喂给装置14，该供给装置14把丝状烟草制品12输送到一料斗(未示出)。
图2示出可替代图1设备的另一设备，其中，导管装置6定位成使得丝7在大致水平平面中沿丝7的纵向被输送离开模具3。与图1设备1比较，导管装置6定位成使得丝7在导管装置6的至少一部分上在大致垂直平面中输送。另一方面图2设备与图1相似，只是图2中的设备1包括一储藏容器15，设备1工作时，切割的制品12气动输送到该容器15中。
图3为模具3的正面3′的视图。如图3所示，模具3上有许多出口孔16，16′。图3只示出一少量出口孔16，16′。但是，实际上模具3上总共有约100个出口孔16，16′。因此同时挤压许多均质烟草丝7。模具3的所有出口孔16，16′呈方形或长方形，方形和长方形的侧面是凹的。挤出物一旦从模具3流出，相对挤出物的膨胀度使用合适凹度即可生成横截面形状为侧面笔直的方形和长方形的丝7。模具3的出口孔16，16′布置成使得从中流出的丝7并排成一水平阵列。这许多丝7互相不接触。模具3呈长方形，出口孔16，16′在表面3′上布置成上下纵向两排。如图3所示，上排16的孔与下排16′的孔在垂直方向上互相错开。
在图1或图2设备工作时，80％的粒状烟草粉末、15％的淀粉和5％的纤维素粘合剂的干混合物以约145公斤/小时的速率送入挤压机2。挤压机2的一供料装置(未示出)经一供料管(未示出)把该混合物送入挤压机2的圆桶4的进口端。一泵(未示出)把从一水箱(未示出)中抽出的水以约21公斤/小时的速率注入圆桶4中。同样，从另一箱(未示出)抽出的甘油以约5公斤/小时的速率注入圆桶4中。例如圆桶4中该湿混合物中的总水量占该湿混合物的重量为16％。
圆桶4有加热装置(未示出)使得沿圆桶4保持所需温度变化曲线。圆桶温度比方说从进口端的40℃提高到出口端的95℃。
挤压机中的压力保持足够高的值，以确保其中的水保持液态。因此可使用500psig(3,400kPa或34.5Bar)-2000psig(13,600kPa或137.8Bar)的压力，例如1000psig(6,800kPa或68.9Bar)-1500psig(102,000kPa或103.4Bar)。
在这些温度和压力下，造成送入挤压机3中的淀粉糊化。
随着挤压成形丝7从许多出口孔16，16′流出，其中的水闪蒸成蒸汽，使得每根丝的横截面形状因膨胀而改变，从而当每一出口孔的形状如图3所示时每根丝7的横截面形状变成四边笔直的方形或长方形。
约100根同时挤压成形的丝7从模具3流出，其总质量流率为约157公斤/小时，每根挤压成形丝7的线性速度为约1米/秒。蒸汽抽吸装置5除去闪蒸蒸汽。
从孔16，16′流出的丝7导入导管装置6中后在导管装置6中沿丝7的纵向上被输送离开模具3。丝7一旦进入导管装置6，就被引入到在导管装置6中流动的连续空气流中。因此丝7在导管装置6中气动输送。导管装置6中的气流由抽气风扇8造成。在长方形导管装置6中输送许多丝7时，这些丝不互相接触。从而避免丝7互相粘合。
丝7被吹塑或挤塑而减小其横截面尺寸。为此，导管装置6中的空气流速大于挤压速度，该速度差使得空气在每根丝7上作用一拉拔力。因此，挤压模具3下游的丝7受空气的张紧并从而被吹塑或挤塑。举例说，当挤压速度为约1米/秒时，可有效张紧、吹塑或挤塑丝7的气流流速为约60-180米/秒。为了进行吹塑或挤塑从模具3出口孔16，16′流出的丝7，至少在导管装置6的始端提供这一气流流速。对丝7进行吹塑或挤塑直到获得所需横截面大小的丝7。导管装置6中在导管装置的初始吹塑或挤塑部下游的气流流速至少为35米/秒，可为约50-60米/秒。为使气流流速减小，可使导管装置6吹塑或挤塑部下游的横截面面积大于吹塑或挤塑部横截面面积。比方说35米/秒的下游气流流速可输送丝7但又不吹塑或挤塑丝。因此丝7的横截面尺寸在吹塑或挤塑步骤后保持不变。丝7吹塑或挤塑后的输送速度比方说为约2米/秒。
用切割装置10沿丝7的长度以约30mm的间隔横切丝7，从而生成由丝状均质烟草颗粒构成的制品12。该切割步骤在丝7的横截面尺寸减小后进行。粒状制品12然后以约20米/秒气动输送到一气闸13(图1)或直接输送到一储藏容器15(图2)。料斗供料装置14可位于气闸13的下游。用一空气/颗粒分离器11分离制品12的颗粒和输送空气。
该方法还可包括一增强冷却步骤，使得冷却空气与挤压成形丝7接触，从而冷却丝。冷却空气从冷却空气进口9进入导管装置6。需要时可使用多个冷却空气进口。冷却空气进口的孔的横截面面积可与导管装置6的进口部6′的孔相同。最好是，进口9和进口部6′的横截面面积之和等于导管装置6在进口部6′紧下游部分延伸的斜槽的横截面面积。最好是，冷却空气进口9中的气流可调；例如，冷却空气进口9中可设置一位置可调导流板(未示出)，该导流板用来控制进口9中的气流流速。丝7在切割装置10处的温度应足够低，以确保挤出物不粘住在切割装置10上。丝7在切割装置10处的温度应为30-50℃。
举例说，进口9和导管装置6的进口部6′的横截面面积各为约10-20cm2，导管装置6在其上述吹塑或挤塑部上的横截面面积为约20-40cm2，导管装置6在切割装置10处的横截面面积为约250-400cm2。
每根丝7吹塑或挤塑后的横截面的尺寸比方说为约0.7mm×1mm。每一丝状烟草制品12颗粒(即切割后的丝7部分)比方说长约30mm。所得丝状均质烟草制品12由颗粒构成，每一颗粒12由一段丝7构成，从而包括一蜂窝状内部以及当该颗粒的横截面呈方形或长方形时一伸展在该颗粒的至少纵向四面上的一体化表皮。
该挤压机可为任何可提供一定范围流量的挤压机。该生产量可高达300公斤/小时，能提供该生产量的合适挤压机为Buhler DNDG62。提高挤压机的生产量需要相应提高气体介质输送装置，例如对于约300公斤/小时的生产量抽气风扇的功率提高到约75-100kW。约150公斤/小时的生产量需要使用约45kW的抽气风扇。
在本发明另一种结构中气动输送装置可另包括喷气装置。该喷气装置最好设置在挤压机圆桶旁，从而当丝从模孔中流出时在由喷气装置提供的气体介质连续流的作用下便于丝在导管装置中沿其纵向被输送离开模具。
或者，该气动输送装置也可包括压缩空气喷流。在本发明这一替代结构中，可从受控脉冲式或连续流式压缩空气喷流获得压缩空气，从而当丝从模孔中流出时，在其纵向上输送丝。所提供的压缩空气可把丝互相分开，并排输送丝。压缩空气喷流相对于挤压机的圆桶最好布置成使得压缩空气与丝流动方向相切。压缩空气喷流也可布置成用至少一个模孔通过模板输送空气。这些模孔最好不是用来挤压丝的模孔。
在本发明使用压缩空气喷流的另一种结构中，气动输送装置可包括也可不包括导管装置。
该压缩空气喷流可布置成把丝断裂成大小受控的一段段丝后把这些丝段被输送离开模孔。
在本发明使用压缩空气的这些结构中，空气压力为约1-200bar，最好为约5-10bar。

Claims (6)

1.一种烟草挤压机，包括带有模孔的挤压模板，其特征在于，所述模孔大致呈方形或长方形，方形或长方形的四侧面是凹的，所述模孔在模具表面上布置成一排或多排，所述模孔构置成在操作中从所述模孔挤压成形的许多均质烟草丝中的丝保持与其他丝彼此不接触。
2.按权利要求1所述的烟草挤压机，其特征在于，所述模孔在所述模具表面上布置成单排。
3.按权利要求1所述的烟草挤压机，其特征在于，所述模孔在所述模具表面上布置成两排。
4.按权利要求1-3中任一项所述的烟草挤压机，其特征在于，所述模孔布置成使得挤压成形丝为并排阵列从模板中流出。
5.按权利要求1-3中任一项所述的烟草挤压机，其特征在于，所述模板的出口表面呈长方形。
6.按权利要求1或3所述的烟草挤压机，其特征在于，模孔布置成上下两纵向排，上排的出口孔与下排的出口孔在垂直方向上互相错开。
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