CN102223814B - 利用热挤压的烟制品制造 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于由烟草材料制造烟制品的方法，其中通过至少一个挤压过程来制备烟草材料，挤压过程包括通过压力和温度提高的方式进行压缩以及机械的加工和在挤压机（1）的出口突然地将材料减压干燥，其中为了供应过程热量，给挤压机（1）中的烟草材料供应加热过的过程流体（7）作为热载体。本发明还涉及一种用于由烟草材料制得烟制品的装置，具有挤压机（1），该挤压机以压力和温度提高的方式对烟草材料进行压缩，以及进行机械加工，并在挤压机出口对材料进行突然的减压干燥，其中该挤压机（1）并列有加热器（11），加热器加热过程流体（7），过程流体作为热载体被输送给挤压机（1），用于供应过程热量。

Description

利用热挤压的烟制品制造

技术领域

本发明涉及一种用于由烟草材料制造烟制品的方法，其中通过至少一个挤压过程来制备烟草材料，以及涉及一种用于由烟草材料制造烟制品的具有挤压机的装置。本发明普遍地涉及在挤压机中处理烟草材料的技术领域。

背景技术

对于很多挤压机应用来说，特别是当处理含有淀粉和纤维素的天然物质（食品）时，调湿是一个重要的步骤。调湿系指用水或水蒸汽来调节加工湿度。这些必需的任务通常是在前置的过程/机组中完成的。在这种情况下利用天然物质的能快速且良好地渗透吸收蒸汽或水的能力。在这种情况下，这些机组在环境压力下运行。

在另一标准方法中，通常将预先润湿的材料配给到挤压机输入区域中。预先润湿对产品的松散性有不利影响。根据输入物的材料大小或几何形状，可能会导致桥连（Brückenbildung），进而导致馈送物质流中断。

本发明可应用于通常对食品或者对营养品和嗜好品进行处理的上述领域。但在这里将详细阐述烟草材料处理领域。

按照传统的方法，烟草制备主要用于利用切断器（Schneider）由原始产品制得纤维状的碎小部分。与传统的方法步骤相比，在烟草处理中，挤压提供了显著的优点；挤压是一种“高温-短时间的过程”。

在下表中对照地列举了烟草处理过程范围。

在挤压期间，特别是在单轴挤压机中，根据运行方式对材料施加剪断力，剪断力导致所希望的加热，或者也会导致并非所愿的加热，这要视产品的产生温度而定（剪断能量输入率不超过0.1kwh/kg）。视产品的温度敏感性而定，必要时必须将过程冷却。在挤压机中输送材料决定于曳引流动（Schleppstr?mung）、有压流动和间隙流动的规律性。由螺杆驱动机构，即通过将电能转变成为热能的方式，耗散性地馈送输入能量。

在DE 10 2004 059 388 A1和DE 10 2005 006 117 A1中记载了通常的烟草挤压方式，其中在挤压机中利用切断效果将烟草原材料加热到60℃-180℃的温度。所公开的这些方法主要利用电能产生热量。

此外已知对挤压机进行外壳式加热，但这只能交换较少的热量，因为从挤压机内壁到烟草物质的热阻较小，进而决定了速度。另外，对流式加热的前提是螺杆的填充度较高，而这并非始终都能实现。

发明内容

本发明的目的在于，对利用挤压机的烟制品制造进行优化，更确切地说，主要在能量转化方面进行优化。特别是要实现如下制造，即，可以利用最少量的消耗电能进行挤压。

采用一种根据权利要求1的方法和一种根据权利要求8的装置，即可实现该目的。从属权利要求规定了本发明的优选的实施方式。

在根据本发明的用于由烟草材料制造烟制品的方法中，通过至少一个挤压过程来制备烟草材料，挤压过程包括通过压力和温度提高的方式进行压缩以及机械的加工和在挤压机出口突然地将材料减压干燥。为了供应过程热量，给挤压机中的烟草材料供应加热过的过程流体作为热载体。

在这种意义下，根据本发明的方法也称为“热挤压”。按照一种变型方案，这里的概念“热挤压”应系指如下设计，即，有意识地利用介质将焓直接引入到挤压机中。所需要的温度提高在目前特别是基于摩擦而产生，并按照本发明直接或间接地且至少部分地通过其它能量载体被引入。在这种情况下还能减少或者消除按照当前的观点来看不再入时的对用于加热的电能的消耗。

所述发明的优点不仅在于能改善能量成本平衡。本发明的一个附加的优点是，减小发动机、传动机构必要时还有变频器的结构大小，这也导致降低成本。此外将减小传递必需的转矩。由此可以降低螺杆核心的抗扭性（例如在外直径相同的情况下减小直径）。这种认识可以有用地被采用，因为通过螺杆的较大的腔深度，可在壳体直径相同的情况下利用增加的“曳引体积”来实现物质流增大。

下表比较了用于将能量引入到装置中的优化的运行方式。

在日常实践中，过少地填塞的运行方式是优选的，因为部分地填充的螺杆螺纹（Schneckengang）处于无压力的状态下，堵塞的风险较小。由此可以轻易地实现例如利用已有的水管路压力（3巴）直接引入必需的水量。但非常普遍的是，也可以在引入到挤压机中之前利用与挤压机并列的泵输送过程流体，其中尤其是在加热之前，特别是流体的压力在引入位置基本上被提高到挤压机压力。

根据本发明，最好能引入在运行中已有的热载体或流体，例如加热过的调湿剂如蒸汽和水，其中过程流体可以在引入到挤压机中之前在与挤压机并列的加热器中被加热。

加热过的过程流体最好处于如下状态之一：

－ 热水，特别是在所产生的压力下紧靠地位于沸点以下；

－ 过热的水，特别是在大于100~350℃、尤其200~300°的温度范围内，且在50~150巴、尤其80~120巴的压力范围内；或

－ 过热的蒸汽。

关于“巴”的说明涉及的是绝对压力。

可以在挤压机温度上升且物质流增大的情况下将过程流体引入到挤压机中，尤其物质流为5~60kg/h，特别是30~45kg/h。

本发明的用于由烟草材料制得烟制品的装置具有挤压机，该挤压机以压力和温度提高的方式对烟草材料进行压缩，以及进行机械加工，并在挤压机出口对材料进行突然的减压干燥。该挤压机并列有加热器，加热器加热过程流体，过程流体作为热载体被输送给挤压机，用于供应过程热量。在这里附加地（除了机械的外部的加热外）给烟草材料供应热能。

按照一种设计方案，在过程流体-输送路径上布置有泵，该泵输送流体，特别是在引入位置将流体的压力基本上提高到挤压机压力。泵可以在过程流体-输送路径上布置在加热器之前，特别是布置在流体蓄存器之后。

附图说明

此外将借助实施方式并对照附图详细地介绍本发明。本发明可以单独地以及任意有益组合地包括这里所描述的所有特征，也可以被解释为在烟制品制造领域对这里所描述的方法和装置变型方案的应用。附图中示出：

图1示出按照本发明设计的用于利用热挤压进行烟制品制造的装置；

图2为曲线图，其示出挤压机中的能量利用情况；和

图3为曲线图，其对照地示出在进行热挤压时的温度升高、物质流和功率输入情况。

具体实施方式

用于实施本发明的装置在图1中示出。所示的挤压机1具有用于安置在壳体中的输送螺杆6的驱动机构2，利用该输送螺杆输送和压缩烟草材料，所述烟草材料在用3表示的位置进入到挤压机1中。螺杆6输送和压缩烟草材料，直至烟草材料在右边到达成型工具4，在这里，烟草材料例如经由自行打开和关闭的剪断间隙（Scherspalt）排出，然后作为纤维状的挤出物（Extrudat）5被提供用于烟制品制造。根据本发明，大致在该装置的中心，将加热过的过程流体7引入到挤压机1中，其中流体7（例如加热过的水）在利用泵13从蓄存器15中输出之后事先已在加热器11中被加热。

因而就这里所示的实施方式而言，直接将调湿介质或流体7（例如水、蒸汽）或者其它液态的调剂组分（保湿剂）引入到挤压机1中。流体7可以一直被加热到沸点以下，以便以最大的焓（Enthalpie）为过程提供辅助。当然，沸点取决于过程压力；过程压力越高，可能的配给温度和与此相关的输入焓就越高。

需要指出，配给处于压力范围内的水提供了这样一种可能性，即，尽管螺杆6有磨损，却能延长过程运行时间。在螺杆6受磨损地运行中逐渐地提高填充度就可清楚地观察到这种结果。这就要求馈送装置始终都要有较大的配给压力。延长了的耐用时间对过程的特定损耗成本具有显著影响，因而备受关注。

以图2为例来阐述挤压机中的电能利用情况，其分为摩擦功（温度升高）和机械功。该曲线图示出必须将多大的电功率输入到机组中才能在烟草产品中达到一定的温度。在这里（以及在图3中），用于烟草输入率（100kg/h）和压缩度（100巴）的参数是确定的。在曲线图2中分别单独地绘出用于将烟草量输送经过所述装置的份额和通过内部摩擦转变为温度升高的份额。显然，由空载、压缩和加速做功构成的机械能量输入大致是恒定的。图2表明，在挤压过程中，能耗根据过程条件主要用于加热。

在图3中示出，过程参数域（Prozessparameterfeld）即温度提高度是物质流即水的函数。第二纵坐标给出功率输入的情况。亦即，该曲线图参照右边的Y轴示出图2的上述曲线，还（参照左边的Y轴）示出两个曲线，其中通过另一种介质（蒸汽，饱和的、过热的…）来实现能量输入。用于蒸汽量和所达到的温度的值是测量值。因而这些值在140℃处终止，这对于本发明来说是常用的工作温度。图3因而表明，在一定的温度下引入确定量的介质可以代替通过电的驱动机构使用相应量的摩擦能量。因而完全可行的是，馈送30kg/h的300℃的水，即可达到约130℃的混合温度。若能避免机械的能量引入机构（电动机），则一方面可以使得整个设备不笨重，进而可成本低廉地构造或设计，另一方面可以使用能廉价地产生的能量形式。

实例/实验：

冷地恒定地给单轴的挤压机1填塞100kg/h的干燥的烟草产品3。该方案要求用15kg/h的水进行调湿。将在根据图1的装置中进行三个实验，用以说明本发明的方法（在实验1和2中未供应加热过的流体7）：

实验1（比较实验）：

在第一步骤中，在挤压之前在调湿器（图1中未示出）中用冷水对原始产品进行处理。

实验2（比较实验）：

直接在挤压机中用冷水进行调湿。

实验3（本发明的实验）：

重复实验2，但在引入到挤压机1中之前将水7加热到250℃。当然，配给要以挤压机1中的相应的工作压力和用于实现馈送条件的例如柱塞泵13为前提。

结果：

已进行了挤压实验并记录了驱动机构的消耗功率。实验1和2表明消耗功率类似；其中实验2趋向于消耗较小的电流。这种结果可以通过在实验1的情况下较好的调湿效果（较长的滞留时间）来得到解释。

实验3消耗的驱动电功率明显减小，这归因于在进行估计时的上述情形（特别是：可以过少地填塞（Unterfütterung）；在能量传递至烟草材料方面提高效率；较小的堵塞和摩擦效应）。

根据本发明，因此提供了一种用于烟草材料的有利的挤压方式，其借助特定于调剂的介质有针对性地引入焓，以便节省（电的）能量。此外提供了用于机组设计的改进的构造方案。

Claims (15)

1. 一种用于由烟草材料制造烟制品的方法，其中通过至少一个挤压过程来制备烟草材料，挤压过程包括：通过压力和温度提高的方式借助输送螺杆（6）对烟草材料进行压缩；在挤压机（1）的由自行打开和关闭的剪断间隙形成的出口对材料进行机械的加工和突然地将材料减压干燥，其特征在于，供应基本上全部的过程热量作为加热过的过程流体（7）的焓即内含热量，给挤压机（1）中的烟草材料供应所述加热过的过程流体作为热载体。

2. 如权利要求1所述的方法，其中在引入到挤压机（1）中之前在与挤压机并列的加热器（11）中加热过程流体（7）。

3. 如权利要求1所述的方法，其中在引入到挤压机（1）中之前利用与挤压机（1）并列的泵（13）输送过程流体（7），其中在引入位置将流体的压力基本上提高到挤压机压力。

4. 如权利要求1所述的方法，其中过程流体是加热过的调湿剂。

5. 如权利要求1所述的方法，其中过程流体是加热过的水或蒸汽，且处于如下状态之一：

－ 在所产生的压力下略低于沸点的热水；

－ 在100~350℃的温度范围内且在50~150巴的压力范围内的过热的水；或

－ 热的蒸汽。

6. 如权利要求1所述的方法，其中在挤压机温度上升且物质流增大的情况下将过程流体引入到挤压机中。

7. 如权利要求3所述的方法，其中,对流体压力的提高在加热之前进行。

8. 如权利要求5所述的方法，其中,所述过热的水处于200~300°的温度范围内且处于80~120巴的压力范围内。

9. 如权利要求6所述的方法，其中,物质流为5~60kg/h。

10. 如权利要求6所述的方法，其中,物质流为30~45kg/h。

11. 一种用于由烟草材料制得烟制品的装置，具有挤压机（1），该挤压机以压力和温度提高的方式借助输送螺杆（6）对烟草材料进行压缩，并在由自行打开和关闭的剪断间隙形成的挤压机出口对材料进行机械加工和突然的减压干燥，其特征在于，该挤压机（1）并列有加热器（11），加热器加热过程流体（7），过程流体作为热载体被输送给挤压机（1），用于供应基本上全部的过程热量作为过程流体（7）的焓即内含热量。

12. 如权利要求11所述的装置，其特征在于，在过程流体-输送路径上布置有泵（13），该泵输送流体。

13. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，泵（13）在过程流体-输送路径上布置在加热器（11）之前。

14. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，该泵在引入位置将流体的压力基本上提高到挤压机压力。

15. 如权利要求13所述的装置，其特征在于，泵（13）在过程流体-输送路径上布置在流体蓄存器（15）之后。