CN102196736A - 提取式的烟草材料挤压方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从烟草材料提取物质的方法，其中将烟草材料输送经过壳体，给该壳体提供提取剂（14、24），将所述提取剂又从壳体中导出，其中在挤压机（10、20）中在较高的挤压压力下对烟草材料进行挤压处理期间，使得烟草材料与提取剂接触，由此进行提取。本发明还涉及一种用于烟草材料的提取装置，其具有壳体（13、23）和位于该壳体中的输送机构（5），以及具有提取剂入口（3）和提取物出口（7），其中壳体属于螺旋挤压机（10、20），其中提取物利用在其中产生的压力并通过相对于外围环境的压降，从挤压机（10、20）中分离出来。

Description

提取式的烟草材料挤压方法

本发明涉及一种从烟草材料提取物质的技术领域，例如所谓的硝酸盐提取（Nitrat-Extraktion）。在DE 195 35 587 A1中已记载到，从烟草材料特别是叶梗材料中剔除（Abreicherung）烟草所含物质，为此使用带有输送器螺杆的柱形壳体。该壳体布置在倾斜位置，装入的水在下面的烟草材料入口端区域中汇集，由此提取装入的烟草叶梗的硝酸盐。在壳体中并不进行重要的材料压紧；压力适度地提高。总之，按照这种现有技术的处理方式的缺点在于，在根本上需要一个单独的剔除机构，且牵涉到设备成本和运行成本。

由DE 10 2004 059 388 B4已知利用挤压机来碎化烟草叶梗材料的方法和装置。

本发明的目的在于，优化从烟草材料提取烟草所含物质。特别是要达到较高的提取度，和/或降低器材成本以及运行成本。

根据本发明，采用根据权利要求1的方法和根据权利要求6的装置，即可实现所述目的。从属权利要求限定了本发明的优选实施方式。

原则上，本发明与现有技术的共有特征是，使用壳体、输送经过壳体、使用提取剂，但根据本发明进行的提取的特点是，在挤压机中在较高的挤压压力下对烟草材料进行挤压处理期间，使得烟草材料与提取剂接触。所述“挤压”和“挤压机”，系指对烟草材料进行处理，其中从（工具的）入口到出口机械地对烟草材料进行高度压紧，所述工具用于导出烟草和用于成型或造型（Strukturbildung）。

能用于制造可点燃抽吸的烟丝或其它烟制品（香烟）的烟草材料在本发明的范围内系指所有已知的碎片（Fraktion），例如叶片、叶梗等，其可以通过提取式挤压被加潮，并由此增加强度（Aufwertung）。加潮（加湿、加热）在此系指用水/蒸汽进行处理，例如旨在提高机械负荷能力。

挤压机能将固体碎化、混合、加潮，然后产生新的结构，组分可以经过提取，进而减少，而本发明兼有这两者的优点。在这种挤压机中产生的高压（高于3巴的绝对压力，特别是高于10巴的绝对压力，尤其高于50巴的绝对压力，优选高于100巴的绝对压力，不超过200巴的绝对压力）相对于外围环境产生一种压降，而本发明恰恰认识到，这种压降可用来使得所添加的提取剂在吸取内含物质之后又从壳体中导出。挤压机中的高压和所进行的混合有助于使得提取剂高程度地渗透（Penetration）烟草材料，由此改善提取效果。这样就得到了一种组合的效果，即一方面可将多个过程步骤归总在一起（提取过程和诸如成型/加潮的挤压机过程），另一方面可在挤压机中很好地达到提取目的。

因而在本发明方法的一种优选实施中，在挤压机中机械地特别是利用螺旋挤压机的输送螺杆压紧烟草材料，由此提高挤压压力并提高挤压温度。在这里，挤压机中的最终压力（相对于外围环境的差压）和压力变化情况决定于工具的自由成型横断面，其中工作压力可以通过对（工具的）出料口（Auslauf）或螺杆几何形状的结构设计来决定。还可以通过改变螺杆转速来控制耗散程度（Dissipation）及相关的加热程度。在挤压机中添加水和引入能量的配合作用下，在成型为例如纤维之后，得到了用于进一步处理的最终水分含量。该最终水分含量可以通过不同地添加、取出和调节例如始终保持在40％。

提取剂可以是液体尤其是水，或者是气体，这种气体通过压力和/或温度而处于能提取的状态，特别是处于液态和/或超临界的状态。原则上需要指出，除了水外，在本发明中还可以使用由现有技术已知的所有其它提取剂（根据所希望的提取而定）。

在图6中研究添加水、成功提取和在离开挤压机之后所达到的出口湿度的相互作用。如图所示，除了新鲜水/烟草材料的比外，可达到的最终湿度也对于提取的成功与否至关重要。该模型按照“稀释原理”仅基于质量平衡。其以水溶液欠饱和（untersättig）为前提（不超过可溶性产品），并采用新鲜水方法工作，亦即并不部分地反馈提取物。

提取剂/提取水在工具之前发生损耗，在工具之后发生蒸发，由此才得到最终湿度。只有因提取而致的“机械地发生的水损耗”才有助于实现剔除，而“以热的方式发生的水损耗”仅对产品最终温度有影响。图7示出在从挤压机导出时因急骤蒸发而致的附加干燥效果。

经过本发明的处理得到的产品的特点是，可溶解于提取剂中的内含物质如硝酸盐、氯化物、碳酸盐、尼古丁、蛋白质（视pH值而定）等有所减少。此外，并非所愿的所谓的TSNA内含物质（烟草特有的亚硝胺）被剔除。颇有意味的是，在本发明的设计中，填充力附加地提高了约50％，而这又有助于减小香烟的填料密度。填充力提高的原因仅能部分地由在体积相同情况下内含物质发生质量损失得到解释。当然引人注意的是，按照本发明制得的香烟的NO产生率有所减小，这与硝酸盐损失相关，且增强了产品强度。

在本发明的实施方式中，施加有提取剂的烟草材料被输送经过过滤器，特别是网圈式过滤器、网篮式过滤器或杆式过滤器，提取物经由所述过滤器从挤压机中分离出来。因而为了分离提取物，这里使用一种过滤器，这种过滤器具有空隙通孔，尤其是变宽的空隙通孔。这种过滤器的优点是，它不会堵塞，其工作可以长时间地进行，而无需进行维护。这还有利地使得这种过滤器相对容易地为实现本发明的目的做好准备。已经有一些例如用于榨油机（Ölpresse）的过滤器装置，其与本发明的显著差别在于，按照本发明，并不使用提取物，而是使用经过滤的产品。按照现有技术的带有过滤器的螺旋压力机（例如榨油机）与本发明的另一差别在于，这种螺旋压力机（Schneckenpresse）通常在出口没有工具或喷嘴的情况下进行工作，从而沿着路径会出现压力最大值（由于螺杆几何形状改变引起压力改变）。就挤压机而言，压力持续上升直至工具出口（节流器）。在挤压领域，“工具”系指用于使得面团状的（teigig）物质或浆糊成型的装置。在最简单的情况下，这种工具是孔板（阴模），而复杂的装置也能实现对复杂结构的包括包封在内的挤压和实现混合挤压（Koextrusion）。在这种意义下，根据本发明的过滤器在一种新的技术环境下使用。

原则上，提取过程可以如下工作：不断地添加新鲜水，不断地导出提取物。但当然也可以（例如为了节省水）将提取物完全地或者部分地作为提取剂又提供给挤压机，其中特别是给提取物提供新鲜的提取剂，和/或采取一种或多种措施例如离子交换、反向渗透pH值调节来将有待提取的物质的提取物剔除。

在本发明的方法的一种实施方式中，除了挤压之外或者附加于挤压压力提高，还在提取之前特别是利用高压齿轮泵机械地使得烟草材料压力提高。压力提高可以有利地在挤压之后且在提取之前进行，可以在机械地（附加地）进行压力提高之前将提取剂提供给烟草材料。特别是可以在挤压过程或螺旋挤压机的末端或者在挤压过程或螺旋挤压机之后进行这种提供。

通过这种机械地提高压力，在提取区域内，亦即在装置（例如过滤器单元）的提取单元内，产生了一种较高的压力，这有利于将固态组分与液态组分分离。在压力提高单元（泵）中建立较高的压力还能改善在挤压机中亦即例如在螺旋挤压机单元中的输送特性。如果在泵之前添加提取剂，而在泵之后导出提取剂，则也可以使得这两种措施在其压力范围方面解耦。

本发明的提取装置的特点是，壳体属于螺旋挤压机，提取物利用在其中产生的压力并通过相对于外围环境的压降，从挤压机中分离出来。挤压机可以是单螺杆或双螺杆挤压机，其中所述螺杆通过对烟草材料的机械地压紧来产生较高的挤压压力和较高的挤压温度。单螺杆挤压机特别便宜；双螺杆挤压机比较贵。如上所述，可以在提取物出口区域中布置有过滤器，特别是网圈式过滤器（Scheibenseiher）、网篮式过滤器（Korbseiher）或杆式过滤器，提取物经由这种过滤器从挤压机中分离出来。于是可以在过滤器上设置有收集槽，该收集槽的出口形成提取物出口。如果要反馈提取物，则在提取物出口与提取剂入口之间进行这种提取物反馈，且可以设置用于有待提取的物质的剔除机构，和/或设置用于新鲜的提取剂的输送机构。挤压机可以在挤压机出口具有可改变距离的用来调节挤压机物质流的工具，和/或具有用来调节挤压机中的压紧力的螺杆转速调节机构。所希望的烟草材料成型状况通过工具选择来调节。提取剂入口最好位于挤压机壳体的基本上处于烟草材料入口与壳体中心之间的区域中，特别是可以位于材料入口附近。如果壳体由各个可连接且可分开的区段或“接段”构成，则可以给接段之一安置上述过滤器，提取剂出口位于其中设置有提取物出口或过滤器的接段中。提取剂入口也可以位于烟草材料入口附近，特别是位于同一个接段中，或者位于下一个接段中。

可以非常普遍地说，根据本发明，在挤压机的“压缩路径”的区域中（入口区末端至工具）安置有允许利用相对于外围环境的压降来压出挤压机（例如单轴销钉式挤压机）中的例如添加的水（提取剂）的装置。根据本发明，将提取剂导出（过滤器），可实现在挤压期间进行机械地剔除，这附加地实现了在过程中的超过现有技术的自由度。例如，添加水/蒸汽决定了提取温度，因为湿度增加与粘度相关。

过滤装置优选与挤压机中的不同的螺杆结构配合，也就是说，与对应的优化的螺杆配合。对表面特性的设计必须考虑到，提取装置（过滤器）与挤压材料之间的摩擦力大于压滤饼（Presskuchen）与螺杆之间的压力。这样就能减少挤压材料与螺杆一起转动。在最严重的情况下，螺杆上的“打滑”会减少或者防止输送。

本发明的装置的一种实施方式具有用于烟草材料的机械的压力提高单元，该压力提高单元布置在提取单元之前，特别是布置在挤压单元之后。挤压单元在此例如主要是无挤压工具的螺旋挤压机，而提取单元则由所述装置的一部分构成，该部分例如包括过滤装置，且工具位于该部分之后。在这种配置中，可以将机械的压力提高单元设计成高压泵，特别是齿轮泵。此外可以将提取剂入口特别是布置在挤压单元的末端或之后。此处所述的装置设计的优点已在上面说明相应的方法步骤时予以阐述。

下面借助实施例并对照附图详细介绍本发明。本发明包括所有这里所述的各个特征以及这些特征的任意有利组合。附图中示出：

图1为根据本发明的装置的示意图，其带有新鲜水供应机构和提取物导出机构（Extraktabfuhr）；

图2示出根据本发明的装置，其带有提取物反馈机构；

图3为根据本发明的装置的壳体接段（Gehäuseschuss）的横剖视图，其带有杆式过滤器（Stabseiher）；

图4和5为具有网圈式过滤器的实施方式的示意图；

图6为烟草材料提取关于硝酸盐含量和新鲜水份额的曲线图；

图7为由于在挤压机出口处急骤蒸发（Flashverdampfung）引起的湿气损耗的曲线图；

图8示出压力和进给速度关于挤压机长度的过程曲线；和

图9示出具有附加的高压泵的本发明的装置。

图1和2均示出本发明的具有提取配置或能力的烟草材料挤压机。在图2中，相同的附图标记或者仅仅增加了10的附图标记表示与图1相同的或功能相同的部件，这些附图标记未分别单独阐述。挤压装置10具有挤压机壳体13，在该挤压机壳体中设有螺杆5和用于转动该螺杆的驱动机构（Antrieb）或传动机构（Getriebe）11。作为烟草材料12，例如使用叶梗材料，叶梗材料经由入口3被输送给挤压机10，在该挤压机中，叶梗材料被螺杆5向右输送，并机械地处于高压之下。挤压机由各个区段构成，这些区段相互法兰连接（所谓的接段），在入口3后面的接段（Schuss）中对提取剂14进行输送。在该接段之后的壳体区段是可更换的整体接段，该整体接段包括过滤器装置17，该过滤器装置在此是网圈式过滤器。提取物经由该网圈式过滤器通过压力下降被引出到周围环境中，在该网圈式过滤器的下面设有带有提取物出口7的收集槽9。在该网圈式过滤器的右端是带有工具18的挤压机出口，挤压物（Extrudat）通过急骤蒸发而从该挤压机出口冒出，从而例如得到纤维状的（fasrig）烟草材料，这种烟草材料可以紧接着被输送给烟制品制造装置。

在根据图1的实施方式中，使得提取剂（水）14准备好吸取（Aufnahmebereitschaft）内含物质的实现方式为，不断地添加新鲜提取剂或新鲜水14，同时导出提取物（Extrakt）16。根据图2的实施方式与此不同的是，进行循环运行，也就是说，所装填的提取剂的从出口7导出的至少一部分又反馈回去。与此同时还导出一些提取物，如箭头26所示，而管路和输送机构或作业机构25则负责回馈输送。在24所示之处还给回路供应新鲜提取剂或新鲜水。如果采取适当的在回路中进行剔除的方法，则完全可以将新鲜水供应量24限制到最少程度。可潜在采用的处理步骤例如有改变温度（影响溶解能力）、使用离子交换剂（Ionentauscher）、反向渗透（Umkehrosmose）等。也可以影响提取介质的选择性（Selektivität），如现有技术所述。例如可以调节pH值，这将对固有的基本内含物质的剔除产生选择作用。

图3为设有杆式过滤器33的壳体区段31的横剖视图。在该壳体区段或过滤器的内部，也就是在通道32中，螺杆沿方向R转动，由该螺杆产生的压力差允许将提取物E经由杆之间的中间腔引出。

图4和5为具有网圈式过滤器的实施方式的示意图，其中针对这种过滤器使用了前后布置的圆形环41，这些圆形环相互间被间隔件44间隔开一段较短的距离。装填在通道42中的提取剂43被所产生的高压压迫经过网圈41内边缘之间的小空隙，并作为提取物E被分离出来。网圈经过适当构造，使得它们向外略微变窄，从而提取空隙向外变宽。这种效果也可在过滤杆上实现，变宽的过滤空隙的张开形状为提取物受压迫导出产生了绝佳的外围条件。

此外，还将借助一个范例更为详细地阐述本发明。在该实施例中，按照本发明借助过滤器网篮（Seiherkorb）对含有约6％硝酸盐等级的白肋烟叶梗进行提取式挤压处理，这种过滤器网篮由过滤器网圈（Seiherscheibe）构成，这些过滤器网圈在内直径上具有大小为0.2mm的自由空隙。为此使用根据图1的三接段的单轴挤压机，其在水流比（Wasserstromverhältnis）为2kg水/1kg叶梗的新鲜水中工作。

所达到的最终湿度根据处理条件在20~45％变化。最终结果受压紧力、过滤器长度、运行温度和添加水量影响。在图8的处理曲线下面示出了螺杆设计情况，该螺杆由三个螺距递减的部件构成，这确保沿着路径实现压紧。所实现的压紧与用于流经工具的必需流体压力相平衡。轴向进给行程的递减致使腔容积减小和实现压紧。

提取物经过过滤器导出和被收集。视工具而定，可以实现纤化的叶梗，其无需后处理即可直接使用。

一种可行的备选方案是，以较高的湿度导出，这适合于直接切丝。只是所能达到的硝酸盐分离度比较小，这是由于在提取率（Extraktionsverhältnis）相同的情况下所需的导出湿度较大而引起的。可以根据局部导入条件将提取物输送给管道系统/净化器（Klärwerk）。原则上也可以进行处理，这要依据经济考虑（Wirtschaftlichkeitsbetrachtung）来决定。

提取物经过标准分析后得到如下结果：

	原料	最终产品	备注
				硝酸盐含量	6.0％	1.2％	大致相当于图1的稀释模型
氯化物含量	2.8％	0.56％	大致相当于图1的稀释模型
				填充力	3.1ml/g	7.0ml/g	填充力比标准叶梗法明显增加*

*与根据DE 10 2004 059 388 A1的“标准纤维挤压法”的约不超过4-5ml/g的填充力相比，或者与利用切丝机的填充力为5-6ml/g的叶梗处理法相比。

由产品制得香烟，为此给烟丝混合物配有20％份额的叶梗。试样所含有的叶梗是按照本发明的方法制得的。而给比较物配备的叶梗仅经过挤压处理，而未进行提取处理。

叶梗提取对物理数据和烟度值（Rauchwert）的作用可以总结如下：

→抗拉强度（Zugwiderstand）提高约20％；

→直径变形度减小约25％（在填塞密度相同情况下提高了硬度）；

→最终枯损量（Endenausfall）减小66％。

图8示出本发明的装置的一种略微变型的实施方式。在这里，材料从右向左流动，也就是说，烟草材料从装置50的挤压机单元53出来，在挤压机单元（螺旋挤压机53）的末端供应提取剂，如箭头54所示。

配备有提取剂的烟草材料然后进入到高压齿轮泵（Zahnpumpe）中，在图8中用附图标记51表示该高压齿轮泵，该高压齿轮泵的入口压力和出口压力用两个传感器55来监测。

在经过高压泵51时，机械地使得烟草材料中的压力急剧提高。烟草材料以此高压进入到提取单元即这里的过滤装置57中，在这里导出所装填的提取剂（箭头56所示）。然后可以利用工具58使得烟草材料变形。

高压泵因而安置在过滤器网篮57和挤压机53之间，它能完成提高有待输送和处理的烟草材料的压力的任务。在此需要指出，高压泵原则上完全能够承担提高压力的任务，但除了在挤压机中提高压力外，也可以附加地提高压力。在任何情况下，如果最高压力在泵51之后才出现，将便于如箭头54所示在挤压机末端导入提取剂，因为在装入时不必克服系统中的最高压力。因而在该实施方式中，压力范围在提取剂导入和提取剂导出之间发生解耦。还可以在过滤器网篮57中产生高压，这有助于从液态组分中分离出固态组分。压力解耦，即在泵51的末端才出现最高压力的另一有利作用是，改善挤压机中的输送特性。

Claims (20)

1.一种用于从烟草材料提取物质的方法，其中将烟草材料输送经过壳体，给该壳体提供提取剂（14、24），将所述提取剂又从壳体中导出，其特征在于，在挤压机（10、20）中在较高的挤压压力下对烟草材料进行挤压处理期间，使得烟草材料与提取剂接触，由此进行提取。

2.如权利要求1所述的方法，其中特别是利用螺旋挤压机（10、20）的输送螺杆，通过机械地压紧挤压机中（10、20）中的烟草材料来产生提高的挤压压力和提高的挤压温度。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中作为提取剂，提供液体尤其是水，或者提供气体，这种气体通过压力和/或温度而处于能提取的状态，特别是处于液态和/或超临界的状态。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中将施加有提取剂的烟草材料输送经过过滤器（17、27），特别是网圈式过滤器、网篮式过滤器或杆式过滤器，提取物经由所述过滤器从挤压机（10）中分离出来。

5.如权利要求4所述的方法，其中将提取物完全地或者部分地作为提取剂又提供给挤压机，其中特别是给提取物添加新鲜的提取剂，和/或采取一种或多种如下措施将有待提取的物质的提取物剔除：

－ 离子交换；

－ 反向渗透；

－ pH值调节。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中除了挤压之外或者附加于挤压，还在提取之前特别是利用高压齿轮泵机械地使得烟草材料压力提高。

7.如权利要求6所述的方法，其中机械地提高压力在挤压之后且在提取之前进行。

8.如权利要求6或7所述的方法，其中在机械地提高压力之前，特别是在挤压过程或螺旋挤压机的末端或者在挤压过程或螺旋挤压机之后将提取剂提供给烟草材料。

9.一种用于烟草材料的提取装置，具有壳体（13、23）和位于该壳体中的输送机构（5），以及具有提取剂入口（3）和提取物出口（7），其特征在于，壳体属于螺旋挤压机（10、20），其中提取物利用在其中产生的压力并通过相对于外围环境的压降，从挤压机（10、20）中分离出来。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，挤压机是单螺杆或双螺杆挤压机，其中所述螺杆通过对烟草材料的机械地压紧来产生较高的挤压压力和较高的挤压温度。

11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，在提取物出口（7）的区域中布置有过滤器（17、27），特别是网圈式过滤器、网篮式过滤器或杆式过滤器，提取物经由这种过滤器从挤压机（10）中分离出来。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，在过滤器（17、27）上设置有收集槽（9），该收集槽的出口于是形成提取物出口（7）。

13.如权利要求9至12中任一项所述的装置，其特征在于，在提取物出口（7）与提取剂入口（3）之间设置有提取物反馈机构，该提取物反馈机构特别是具有用于有待提取的物质的剔除机构，和/或用于新鲜的提取剂的输送机构。

14.如权利要求9至13中任一项所述的装置，其特征在于，挤压机可以在挤压机出口具有可改变距离的、用来调节挤压机物质流的工具，和/或具有用于螺杆的、用来调节挤压机中的压紧力的转速调节机构。

15.如权利要求11至14中任一项所述的装置，其特征在于，挤压机具有由各个可连接且可分开的区段或接段构成的壳体，其中给接段之一安置过滤器（17、27）。

16.如权利要求9至15中任一项所述的装置，其特征在于，提取剂入口（3）位于挤压机壳体的、基本上处于烟草材料入口与壳体中心之间的区域中。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，提取剂入口（3）位于烟草材料入口附近，特别是位于同一个接段中，或者位于下一个接段中。

18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，提取物出口（7）或过滤器（17、27）设置在一个壳体区段或接段中，提取剂出口（3）位于该壳体区段或接段之前的壳体区段或接段中。

19.如权利要求9至16中任一项所述的装置，其特征在于，该装置具有用于烟草材料的机械的压力提高单元，该压力提高单元布置在提取单元之前，特别是布置在挤压单元之后。

20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，机械的压力提高单元是高压泵，特别是齿轮泵，其中提取剂入口特别是布置在挤压单元的末端或之后。

Images