菸草膨脹方法和系統的製作方法
2023-12-02 17:11:31
專利名稱：菸草膨脹方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種菸草的膨脹方法和系統，通過將菸葉切碎，加入膨脹劑如二氧化碳，然後對浸有膨脹劑的菸草加熱，膨脹及烘乾而成。
更具體地說，本發明涉及防止菸草在下面的過程中其芳香及煙味變劣的方法及系統。浸有膨脹劑的菸草被連續地送到含有水蒸汽的高溫氣流中，並在氣流中散開與氣流一起流動，在與氣流一起流動的同時被加熱，浸入菸草中的膨脹劑膨脹使菸草的組織膨脹，菸草在加熱的同時被烘乾。蒸氣或水被從外部注入到氣體與菸草流動的通道，氣體的溫度被控制到使菸草膨脹並烘乾。
在傳統上，菸草被膨脹，減輕煙味並通過減少使用菸草的數量而降低成本。
菸草原料是通過將其浸入膨脹劑如氟利昂或二氧化碳，然後加熱使滲入菸草中的膨脹劑迅速膨脹從而使菸草組織膨脹。
但是近來，為了避免影響環境，通常使用二氧化碳作為膨脹劑。當使用二氧化碳作膨脹劑時，它很容易脫離菸草。因此，就需要對滲有二氧化碳的菸草快速加熱並使二氧化碳及菸草組織快速膨脹。
對滲有膨脹劑的菸草加熱而言，在傳統上烘乾菸草的方法是當菸草被傳送網傳輸時，使其與熱空氣接觸。另一個經常採用的烘乾菸草的傳統方法是當菸草被傳送網傳輸時，向其提供熱空氣及紅外線。
但是，對上述方法來講，很難對菸草快速加熱，此外，當使用二氧化碳作為膨脹劑時，因為較慢的加熱速度使得在菸草膨脹之前滲入的二氧化碳即已幾乎跑光。
還有一種菸草乾燥方法，即將菸草送入高溫氣流使菸草在其中分散並隨氣流一起流動。因此，利用高溫氣體即可實現對菸草的快速加熱。高溫氣體可使用空氣與50%-95%體積的過熱水蒸汽的混合氣。因為由空氣及過熱水蒸汽組成的混合氣體具有很大的比熱，送入高溫氣流的菸草即可很快速地被加熱。
因此，當膨脹劑使用二氧化碳時，將菸草送入上述高溫氣流的方法是適合於用於對滲有二氧化碳的菸草進行加熱的。
但是，對將菸草送入高溫氣流的方法而言，存在著一個缺點，即由於高溫氣體給了菸草大量的熱量，儘管菸草可被快速加熱，但是送入高溫氣流的菸草也被燒焦而使其芳香及煙味變差。
當膨脹劑使用諸如二氧化碳時，需要將菸草送入含有大於50%體積的水蒸氣溫度在200-350℃的氣流中以便充分地將滲有二氧化碳的菸草膨脹。但是當菸草的溫度超過140℃時其組織即被燒壞，而當溫度超過180℃時，由於菸葉內含有的糖分分解，而使芳香及煙味變劣。
因此，當膨脹劑使用二氧化碳時並且將滲有二氧化碳的菸草送入高溫氣流使其膨脹並乾燥時，需要使菸草迅速地與高溫氣體接觸以便菸草充分地膨脹並防止其香味及煙味變劣。但是，控制送入高溫氣流的菸草與高溫氣體的接觸及菸草的加熱以滿足上述條件是很困難的。對於控制送入高溫氣流的菸草的加熱而言，目前已存在許多種方法。
例如，日本專利公報公開號S59-6875披露了一種將菸草送入高溫蒸汽流並在菸草輸入口的下遊一側裝設切向分離器的方法及系統。在該案中，從輸入口送入的菸草與高溫氣體接觸並與其一起流動，並由切向分離器將菸草與高溫氣體分離。因此，通過控制菸草輸入口與切向分離器間的距離和氣流速率即可實現可靠地控制菸草與高溫氣體的接觸時間，以及菸草的加熱狀態。官方公報還披露一種用於將菸草送入切向分離器使菸草與高溫氣體只是很短時間的接觸並立即與氣體分離的方法。
日本專利公報公開號S57-25149披露了一種將菸草送入高溫氣流流動的管道並控制菸草與高溫氣體的接觸時間為0.2到2.0秒的方法。
在這些官方公報中披露的是用於控制菸草與高溫氣體的接觸時間的技術。但是，為了充分地使菸草膨脹並防止質量變差，必須滿足互補的條件。因此，只通過象這些公報所披露的那樣控制菸草與高溫氣體的接觸時間並不能獲得充分的效果。
過加熱的菸草的香味及煙味是如何變劣的原因是複雜的並且較為難以處理。例如，將菸草送入300℃的過熱水蒸汽流，若二者的接觸時間為1.5秒，則菸草實際保持令人滿意的質量。但是，若接觸時間為1.6秒，就難以保持實際令人滿意的質量。這些特性可通過在高溫氣體流動的管道下遊裝設分離器並改變菸草被送入氣流側的位置及菸草被從高溫氣流中分離出所需的時間的試驗而得到驗證。
此外，含有較多水分的經膨脹的菸草在膨脹後會產生收縮。因此，為了防止膨脹後的菸草收縮，也已弄清，膨脹後的菸草應當置於含2%-3%重量水分的近乎絕對乾燥的條件。
總之，當使用二氧化碳作膨脹劑時，必須將滲有二氧化碳的菸草送入高溫氣流中使其迅速加熱。但在此情況下，必須控制菸草與氣體的接觸狀態，使菸草充分地膨脹並防止其質量下降。
本發明具有改善上述傳統缺點的下述特徵。
下面描述本發明的特徵，即，通過向高溫氣體與菸草一起流動的通道注入水蒸汽或水及控制氣體的溫度，隨同氣體一起流動的菸草從氣體接受熱量，氣體在流動中由於注入水蒸汽或水而使溫度得以改變。
因此，當菸草隨同氣體一起流動時所接受的熱量得以改變，並且菸草的加熱狀態可以可靠地並精確地控制。於是，菸草可充分地膨脹，加熱及乾燥使得其香味及煙味不會劣化。
執行本發明方法的系統有一個高溫氣體在其中流動的氣流乾燥管以及用於將滲有膨脹劑的菸草送入高溫氣流通過氣流乾燥管的輸入口。此外，最好在從輸入口的下遊有若干個位於特定位置的噴口。通過這些噴口可將水蒸汽或水注入到高溫氣流中而控制氣體的溫度。
儘管本發明的方法及系統適合於使用二氧化碳作膨脹劑，也可使用其它二氧化碳以外的物質作膨脹劑。
本發明的另外的目的及優點將在下面的描述中提出，一部分從描述中將是顯而易見的或在本發明的實際應用得到理解。通過附後的權利要求所特別指出的手段及組合，本發明的目的及優點將得以實現。
結合說明書並構成說明書的一部分的附圖，圖示本發明的一個當前的最佳實施例，結合上面的概括性描述及下面對最佳實施例的詳細描述，本附圖脫離於解釋本發明之原理。
圖1顯示了本發明的整個菸草膨脹系統的示意圖;
圖2顯示了本發明的利用高溫氣流對滲有膨脹劑的菸草加熱氣流乾燥系統的實施例的示意圖;以及圖3是顯示圖2中所示的氣流乾燥管中的溫度變化的曲線圖。
下面根據圖1所示實施例描述本發明的方法及系統。該實施例具有一個用於加熱並膨脹滲有膨脹劑如二氧化碳的菸草的氣流乾燥系統。
下面是根據圖1的整個菸草膨脹系統輪廓。
在圖1中，序號1為系統的主要部分，序號2是一個浸漬機，它包括一個高壓容器和其內部裝設有螺旋進料器。在浸漬機2內部保持氣壓為30kg/cm2溫度-5℃並充入二氧化碳。菸草被送入送料部分，例如，系統頂部的第一流料槽3，並通過第一旋轉供料器4。第二流料槽5和第二旋轉供料器6送到浸漬機2。於是當菸草通過旋轉供料器4和6後在第二階段被加壓到30kg/cm2。
然後，當菸草通過浸漬機2的同時，滲有了二氧化碳。隨後，滲有二氧化碳的菸草通過第三旋轉供料器11，第三流料槽12，第四旋轉供料器13，第四流料槽14及旋轉閥15被送到排料槽16。當菸草通過旋轉供料器11和13時，在第二階段被減壓到大氣壓力。
然後，從排料槽16中通過旋轉閥17將菸草送入氣流乾燥管18。由於在氣流乾燥管18中流動的水蒸汽的溫度可達到例如200-350℃，送入的菸草可在短時間內被加熱。因此，菸草中含有的二氧化碳由於被減壓和加熱而膨脹並且菸葉的組織因膨脹處理而膨脹。進入排料槽16的水蒸汽被從排料槽16中排出。因此防止了蒸汽進入膨脹處理系統。
用於運載菸草的運載系統20被裝在膨脹系統的供料部分，即第一流料槽3處。
運載系統20具有一個空氣導管21，其一端位於菸草送料位置，另一端位於系統的供料部分，即，第一流料槽3處。
送料系統22與空氣導管21的一端相連。送料系統22具有一個進料鬥23和氣塞24，進料鬥23的菸草通過氣塞24送至空氣導管21的一端。
此外，鼓風系統25被連接到空氣導管21的一端。鼓風系統25將運載空氣送入空氣導管。從送料系統22送入的菸草由鼓風系統25送出的空氣運載通過空氣導管。
分離系統26與空氣導管21的另一端相連。分離系統26具有一個切向分離器27和空氣塞28，用於將菸草從運載空氣中分離出來並通過氣塞28將其送入第一流料槽3。
下面描述根據圖2的菸草系統中的用於菸草的氣流乾燥系統。在圖2中，序號18為氣流乾燥管，其中充滿了例如混有50%-95%體積過熱水蒸汽的溫度為200-350℃的氣體。
供料口34形成於氣流乾燥管18之上，菸草從該處送入。在浸漬二氧化碳的過程中滲有膨脹劑如二氧化碳的菸草通過流料槽16及旋轉閥17被送入供料口34。
靜壓調整系統37被裝設在供料口34附近。靜壓調整系統37具有一個用於檢測氣流乾燥管18中靠近供料口34附近的靜壓的靜壓傳感器38以及在供料口34上遊裝設有靜壓調整擋板39。
靜壓調整擋板39由靜壓傳感器38發出的信號控制調整流過擋板39的蒸汽的壓降使得供料口34附近的靜壓大致等於旋轉閥17的供料側的壓強。因此，可防止高溫蒸汽從旋轉閥17進入菸草浸漬系統。
從供料口34供入的菸草在流經供料口34的蒸汽流中散開，被加熱膨脹和乾燥的同時被運載。然後經膨脹的和乾燥的菸草被切向分離器41從蒸汽流中分離，通過旋轉閥42被送入下一過程。
此外，含在蒸汽之中的煙末由切向分離器從菸草之中分離後由離心式除塵器43將其從蒸汽中去除，而蒸汽由循環扇44送至加熱器45加熱。由加熱器45加熱的蒸汽通過循環流率控制閥48被送回到菸草運載管道18然後在系統內循環。序號49為流率傳感器。
蒸汽或水後加熱前或之後通過蒸汽供給閥46與47被送至循環系統。同時，一小部分數量的在系統內循環的蒸汽被排出扇41通過循環扇44上遊一側的排出控制閥40從系統中排出。氧濃度傳感器51被裝設在加熱器45的下遊一側用於檢測系統內循環蒸汽中氧濃度或空氣含量。排出控制閥40是根據氧濃度信號控制的以保持循環系統中循環的蒸汽和空氣的混合氣體的蒸汽成分在50-95%體積的範圍之內。
氣流乾燥管18包括一個加速段32和一個連接在加速段32下遊的減速段33。加速段32具有例如130mm的內徑，和大約7m的長度。減速段3具有例如190mm的內徑，比加速段32的要大，及大約15m的長度。加速段32和減速段33的每個內徑都不限於上述值。換句話說，可按選擇確定。蒸汽流通過加速段32的流速大約為50m/s，通過減速段33的流速大約為25m/s。
若干個注入噴口(例如4個噴口)被裝設在減速段33。第一注入噴口61a被裝在減速段33的距上遊端大約2m的下遊端的位置。類似地，第二注入噴口61b，第三注入噴口61c及第四注入噴口61d沿著減速段33縱向每隔3m裝設。
注入噴口61a至61d分別通過注入控制閥62a到62d分別通過注入控制閥62a至62d與注入管63連接。水蒸汽或水被從供應源(未示出)通過注入管63及注入控制閥62a到62d送到注入噴口61a到61d。蒸汽或水被從注入噴口61a到61d。蒸汽或水被從注入噴口61a到61d注入到通過減速段33循環的蒸汽中。
從注入噴口61a-61d噴入的蒸汽或水的流速由注入控制閥62a-62d控制，而且蒸汽或水可以從注入噴口61a-61d有選擇地噴入。
下面描述上述系統執行的本發明的方法的實施例及該系統的操作。
滲有膨脹劑和二氧化碳的菸草從供料口34被送入氣流乾燥管道18。送入的菸草在蒸汽流中散開在加速段32加速到幾乎達到蒸汽的流速。在該例中，由於菸草與周圍的蒸汽之間有流速差，以及蒸汽比空氣具有較大的比熱，因此菸草被迅速加熱而菸葉組織之中所含的二氧化碳迅速膨脹使菸葉組織隨之膨脹。膨脹過程在加速段32即幾乎結束。
膨脹的菸草的速度幾乎適到蒸汽流的速度並與蒸汽一道流入減速段33。由於減速段33的內徑比加速段32的內徑要大，蒸汽流速下降。因此，在減速段33中截留的菸草數量就被減至最小。因此在減速段33處的流速被保持在15m/s或更大一點。並且在菸草被運載通過減速段33時從周圍的水蒸汽接受更多的熱量被乾燥到幾乎接近只含2-3%重量的水的絕對乾燥狀態。通過烘乾，菸葉組織固化並保持膨脹的狀態。
由於菸草通過減速段33對從周圍的蒸汽中得到更多的熱量，其質量有可能被降低。為了避免上述問題，本發明通過從注入噴口61a到61d噴入水蒸汽或水來降低流經減速段33的蒸汽的溫度。因此，可以對菸草烘乾面不使菸草的芳香的煙味變差。
通過從注入噴口61a到61d噴入水或水蒸汽，在注入部分的下遊部分的水蒸汽的溫度被降低。而且通過減速段33的菸草及氣體的流速的為如前所述的15m/s。因此，當菸草通過減速段33，即可實現在很短的時間內精細地控制菸草的溫度。如上所述送入高溫蒸汽中的菸草的質量在極短的時間內，便能敏感地降低。因此，根據本發明的上述方法和系統，可實現菸草溫度的精細的和準確的控制。從而，菸草可在最佳條件下進行處理。
此外，因為菸草是一種農業產品，不同品種的菸草的質量和特性各異。因此，要根據這種變化與差別精細地改變氣流乾燥過程的處理條件。在這種情況下，用本發明的上述方法和系統，即可根據菸草質量的差別和品種的不同通過恰當地選擇從注入噴口61a到61d及注入部分注入的水或水蒸汽的流速實現精確地可靠地控制處理條件，在最佳條件下處理菸草。
下面是採用本發明的方法和使用圖1所示的系統的傳統方法的對比試驗結果。試驗是以設定菸草流率為100kg/hr菸草對循環水蒸汽重量比為15%而氣體中含80%的水蒸汽進行的。表1顯示了在處理時水或水蒸汽如以往那樣不注入減速段33和按照本發明注入的情況得到的經處理的菸草的膨脹特性芳香，煙味的評測結果。
表2顯示了菸草的芳香及煙味的評價標準。該評價是由10名專家組成的小組作出的。
分數 標準-3由於很強烈的焦味及味道不良完全不能使用。
-2由於強烈的焦味及味道不良，菸草不能使用。
-1由於焦味及味道不良，菸草應避免使用。
0菸草儘管設有強烈的焦味或不良味道而能使用，但應最好避免使用。
+1菸草因沒有焦味或不良味道，可以使用。
+2菸草沒有任何焦味及不良味道，並且香味及煙味均衡，使用沒有問題。
+3菸草不具有任何焦味及不良味道並且氣味及煙味極好，可無條件使用。
如表1所示，評價結果說明使用本發明的方法也就是說從注入噴口噴水時，菸草的芳香及煙味是適合於實際使用的。儘管對本發明的方法而言容量(filling capacity)略有下降，但具有足夠的實用值。一般來說，如果達到裝入容量大約2600片/公斤(pieces/kg)以上時，經膨脹的菸草是足以供實際使用的。
圖3顯示與上述相同的試驗當菸草與水蒸汽的重量混合比增加到20%時的試驗結果。
但是，如果二者的重量混合比增加到30%，經處理的菸草的容量會不均勻，質量也會出現問題。
同樣在該情況下，煙劃的芳香及煙味的結果是足以實際使用的，而且結論也說明容量也與傳統方法相同。
圖3顯示了在使用傳統方法以及利用本發明的實施例的系統使用本發明的方法(在該方法中水蒸汽被從注入噴口注入)的情況下氣流乾燥管道18內的溫度的實際測量結果，結果表明當使用本發明的方法時，減速段33中的溫度降低。
本發明並不局限於上述實施例。例如，也可以從注和噴口注入低溫水蒸汽以代替水。
如上所述，本發明的方法可實現精細及精確地控制送入氣流中菸草的溫度，在最佳條件下處理菸草，從而得到足夠的菸草容量及高度評價的菸草芳香及煙味。
此外，本發明的系統使得精細準確地控制流經僅包括一個氣流乾燥管和注入噴口的結構的蒸氣及菸草的溫度成為可能。
對本領域技術人員來講，很容易取得附加的優點及改進。因此，本發明的廣義方面並不局限於具體細節，代表性的裝置，這裡圖示的及描述的實例。因此，可以不脫離附後的權利要求及其等價物所限定的總的發明構思的精神或範圍下作出各種改進。
權利要求
1.一種方法，用於利用膨脹劑浸漬菸草，然後加熱菸草使膨脹劑膨脹，從而膨脹菸草，其包括的步驟為用膨脹劑浸漬菸草；以及將滲有膨脹劑的菸草送入水蒸汽或含有水蒸汽的高溫氣體中，並使其與氣體一起流動，其特徵在於包括下面的步驟，在菸草供料位置的下遊的所述氣流的某個位置，向氣流注入水蒸汽或水，改變所述氣體的溫度從而控制菸草從氣體得到的熱量。
2.如權利要求1的方法，其特徵在於所述的水蒸汽或水是在被送入所述氣流的菸草在隨著氣體流動時膨脹過程結束及菸草被完全乾燥之前的位置噴入的。
3.如權利要求1的方法，其特徵在於，所述水蒸汽或水是從多個區段注入到所述的氣流的。
4.如權利要求1的方法，其特徵在於所述的膨脹劑為二氧化碳製成的。
5.一種系統，用於利用膨脹劑浸漬菸草，然後加熱菸草使膨脹劑膨脹，從而膨脹菸草，該系統包括浸漬裝置，用於利用膨脹劑浸漬菸草;以及氣流乾燥管道，蒸汽或含有水蒸汽的高溫氣體從中流過，其特徵在於包括一個在氣流乾燥管18上裝設的供料口(34)，它將用所述的浸漬裝置滲入膨脹劑的菸草送入流經所述的氣流乾燥管的所述高溫氣體;以及包括在所述的氣流乾燥管上在所述的供料口的下遊的所述的高溫氣流的位置設置的注入噴口(61a，61b，61c和61d)，它們向流經所述的氣流乾燥管道的高溫氣體注入水蒸汽或水。
6.如權利要求5的系統，其特徵在於，所述的氣流乾燥管(18)具有一個加速段(32)，用於增加流經所述氣流乾燥管道(18)的所述高溫氣體的流速，一個位於所述加速段(32)下遊一側的減速段(33)以及設置在該減速段(33)上的注入噴口(61a，61b，61c，61d)。
7.如權利要求5的系統，其特徵在於若干個所述的注入噴口(61a，61b，61c，61d)是沿著流經所述氣流乾燥管(18)的高溫氣體的方向上布置的。
全文摘要
水蒸汽或含有水蒸汽的高溫氣體流經氣流乾燥管道(18)，菸草從供料口(34)送入到流經氣流乾燥管道(18)中的高溫氣體中，並在與氣體一起流動的同時被加熱，膨脹。水蒸汽或水從供料口(34)的下遊位置的注入噴口(61a，61b，61c，61d)注入到高溫氣體中以改變其溫度。藉此，高溫氣體傳給菸草的熱量得到控制以防止菸草質量下降。
文檔編號A24B3/04GK1061328SQ9110848
公開日1992年5月27日 申請日期1991年11月7日 優先權日1990年11月7日
發明者植松宏海, 湧井昌訓, 伊傳敏夫, 高橋敏夫, 內山研輔 申請人:日本菸草產業株式會社