專利名稱：提高煙草材料填充力的干燥方法和實(shí)施該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提高煙草材料填充力的干燥方法和實(shí)施這一方法的裝置。
在技術(shù)上復(fù)雜的煙絲流動(dòng)干燥過程中，欲干燥的煙草材料在熱干燥氣流中干燥，其目的是將幾個(gè)在某種程度上相互矛盾的工藝目標(biāo)結(jié)合起來。從工藝技術(shù)的觀點(diǎn)來看，最好的解決辦法是使所要求的有關(guān)功能達(dá)到最佳值。這些不同的目標(biāo)功能可以組合成與產(chǎn)品和工藝特點(diǎn)有關(guān)的三組。產(chǎn)品物理性能組主要包括的目標(biāo)功能是良好的煙草填充力，同時(shí)香煙的抽吸阻力較小，破壞少，產(chǎn)生穩(wěn)定的煙頭。產(chǎn)品的化學(xué)感覺性質(zhì)構(gòu)成第二組，其最佳狀態(tài)的特點(diǎn)在于芳香保持力高、對(duì)組分的影響小和煙的香味令人滿意。最佳工藝要求的第三組是最低的能耗和從環(huán)境保護(hù)觀點(diǎn)來看廢氣排放物最少。
三組不同目標(biāo)的各個(gè)目標(biāo)功能主要受下表所列的工藝參數(shù)支配，即干燥前后的煙草水分，處理期間煙草表面和周圍干燥氣體之間的局部傳熱及傳質(zhì)系數(shù)，以及干燥氣體的比熱。
要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的最佳物理性能，求煙草在干燥前水分含量較高，原則上占濕重的40%應(yīng)認(rèn)為是實(shí)用的上限;還要求干燥后的煙草水分含量較低，在處理期間有最大可能的局部熱交換和質(zhì)量交換系數(shù)，以及干燥氣體的比熱盡可能高，這可以利用高水蒸汽含量來達(dá)到。相反，產(chǎn)物的最佳化學(xué)感覺性質(zhì)要求干燥前的煙草水分基本上與通常的煙絲水分相當(dāng)，約為濕重的18%至20%，而干燥后的煙草水分不少于通常的香煙水分，即12%左右(同樣按濕重計(jì))。在干燥期間，局部熱交換和質(zhì)量交換應(yīng)保持盡可能地低;同樣，為了防止蒸汽蒸餾，干燥氣中的水蒸汽含量也應(yīng)該保持盡可能地低。為減小環(huán)境污染，所要求的工藝特點(diǎn)是出口空氣溫度盡量低，煙草材料干燥前后的水分含量差盡量小，以及干燥氣中水蒸汽含量低。
DE 34，41，649 A1敘述了一種減少膨脹的煙草水分含量的方法，在該方法中將膨脹的煙草在干燥機(jī)中用熱氣體在約340℃至約510℃的溫度范圍內(nèi)干燥。選定煙草在一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的干燥機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間，使所得煙草產(chǎn)品的水分含量約為干燥機(jī)輸出產(chǎn)品重量的3%至6%。具體地說，干燥氣體在干燥機(jī)內(nèi)保持約510℃的恒定溫度。
DE 31 47 846 A1公開了一種改進(jìn)煙草材料填充力的方法，它是利用減壓使?jié)駶櫟臒煵莶牧吓蛎?，接著干燥以處理水分。將水分含量?5%至80%的煙草材料干燥到水分含量為2%至16%，上述含量均相對(duì)于濕煙草材料而言。干燥氣體的溫度在50℃到1000℃之間，最好是100℃以上。一臺(tái)膨脹裝置安裝在干燥區(qū)段的上游，它或是與該干燥區(qū)段分開，或是與其相連構(gòu)成一個(gè)整體。由于所干燥的煙草材料在膨脹裝置內(nèi)的停留時(shí)間極短，所以它在膨脹裝置本身內(nèi)的干燥可以忽略。
另一種增加切碎的煙草葉脈體積的方法是用至少含有水的浸泡劑將其浸泡，隨后用含水蒸汽的干燥氣體將浸泡過的煙草葉脈加熱，此方法見于DE 30 37 885 A1。干燥氣的溫度約為105℃至250℃。煙草葉脈部分用氣動(dòng)輸送系統(tǒng)輸送通過膨脹區(qū)和干燥區(qū)，在膨脹區(qū)和干燥區(qū)內(nèi)至少停留約10秒，干燥成最終水分含量至少為12.5%重量。最好是使煙草葉脈部分在干燥區(qū)的橫截面展寬區(qū)域內(nèi)沿垂直方向的輸送速度降低，于是僅僅那些已干燥到預(yù)定干燥度的部分才被進(jìn)一步輸送出來。
DE 32 46 513 A1敘述的一種干燥和疏松煙絲的方法中，將煙草引入一根導(dǎo)管，使帶有蒸汽和空氣的氣流在約260℃至370℃的溫度下以大于約30米/秒的流速流過導(dǎo)管。該導(dǎo)管包括一個(gè)由第一段和第二段串聯(lián)而成的長管，第一段的橫截面比第二段小，于是當(dāng)氣體流過時(shí)該區(qū)域內(nèi)壓力減小。煙草在該管內(nèi)連續(xù)加速，但是達(dá)不到氣流的速度。
在一些情形里，先有技術(shù)中改進(jìn)煙草填充力的方法是這樣進(jìn)行的用可汽化的液體或液化氣，例如水、CO2、有機(jī)溶劑、氟利昂等，將煙草浸泡，隨后將浸泡劑迅速汽化或升華。但是這一方法的缺點(diǎn)是，雖然它提供了填充力增加的膨脹產(chǎn)物，但是所生成的煙草的結(jié)構(gòu)不特別穩(wěn)定。相反，用這些產(chǎn)物制成的香煙會(huì)有所謂的熱崩解現(xiàn)象，這是指吸煙時(shí)煙草結(jié)構(gòu)崩潰。
DE-PS-3 130 778公開了一種用所謂的沖擊處理提高煙草材料填充力的方法，在該方法中將調(diào)理適當(dāng)?shù)臒煵莶牧显诳焖倭鲃?dòng)的熱氣流中干燥很短時(shí)間，即，少于1秒鐘。由于這種沖擊式的處理，煙草表面在很短的時(shí)間內(nèi)干燥，對(duì)仍然潮濕的煙草內(nèi)部構(gòu)成了某種保護(hù)層。雖然用此方法可以得到令人滿意的產(chǎn)物物理性能，但是在化學(xué)感覺和經(jīng)濟(jì)/生態(tài)方面被大大忽略了。
因此，本發(fā)明的目的之一是提供在前序中談到的那類方法和裝置，其中排除了先有技術(shù)的缺點(diǎn);具體地說，作為香煙填料使用的煙草材料的物理和化學(xué)感覺性質(zhì)得到改進(jìn)，在本發(fā)明的一項(xiàng)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，由這一方法造成的環(huán)境污染被保持得盡量低。
本發(fā)明對(duì)提高煙草材料填充力的方法提出改進(jìn)，在該方法中，潮濕的煙絲在干燥氣體流中被輸送，在管式干燥區(qū)段的干燥氣體的溫度至少為200℃，流速至少為30米/秒，干燥氣體的流速在干燥區(qū)段內(nèi)下降，本發(fā)明的改進(jìn)是，干燥氣體在進(jìn)料裝置處的流速至多為100米/秒，為了降低煙草材料表面與周圍干燥氣體之間的局部傳熱及傳質(zhì)系數(shù)，在降低干燥氣體流速的同時(shí)，也降低了煙草材料在干燥區(qū)段內(nèi)的流速，干燥氣體在干燥區(qū)段末端處的流速至多為15米/秒，而干燥氣體在干燥區(qū)段末端處的溫度至多為130℃。
本發(fā)明還對(duì)進(jìn)行該方法的裝置提出改進(jìn)，該裝置包括用來傳輸干燥氣體和煙草材料的混合物的管狀干燥區(qū)段，本發(fā)明的改進(jìn)是，干燥區(qū)段的下游端的橫截面積為干燥區(qū)段上游端橫截面積的3至5倍。
本發(fā)明的其它優(yōu)越的實(shí)施方案公開于文后所附權(quán)利要求的特征之中。
本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)在于，預(yù)處理的(即切斷和潮濕的)煙草材料在干燥區(qū)段內(nèi)于熱氣流中輸運(yùn)以進(jìn)行干燥，當(dāng)流經(jīng)干燥區(qū)段時(shí)，煙草材料的局部傳熱和傳質(zhì)系數(shù)從干燥區(qū)段開始處的很高數(shù)值連續(xù)地減少到干燥區(qū)段下游端的較低數(shù)值。結(jié)果是，與上述的沖擊式處理一樣，各個(gè)煙絲的表面都被迅速固定，形成了一個(gè)殼層，對(duì)于仍然潮濕的煙草材料起著某種“胸衣”的作用。然后在進(jìn)一步干燥的過程中，通過減慢熱氣體和煙草材料的流動(dòng)速度使煙草表面與其周圍的熱氣體之間的對(duì)流減小，結(jié)果減小了煙草材料和熱氣體之間的局部傳熱及傳質(zhì)系數(shù)。這一步驟首先保證了在浸濕過程中體積增大了的煙草纖維的最初干燥與固定的表面在進(jìn)一步干燥時(shí)保持干燥，雖然水分從纖維內(nèi)部連續(xù)地?cái)U(kuò)散到被固定的表面上;其次，它保證了干燥過程不會(huì)強(qiáng)烈到使煙草材料過熱和對(duì)香味有不良影響。
根據(jù)本發(fā)明，這一步驟還取決于對(duì)干燥氣在干燥區(qū)段末端處的最大速度和最高溫度的規(guī)定。根據(jù)本發(fā)明，可以看出對(duì)于在干燥過程輸出端處這些工藝參數(shù)的規(guī)定與在干燥區(qū)段開始處相同參數(shù)值密切相關(guān)。煙草要干燥成其性能滿足以下目標(biāo)保持產(chǎn)物的物理和化學(xué)感覺性質(zhì)，并且符合節(jié)省能量的要求，從而減小對(duì)環(huán)境的污染。作為煙草性能最優(yōu)化的結(jié)果，可以確定在干燥區(qū)段入口和出口端處支配此工藝的這些參數(shù)的數(shù)值對(duì)。本發(fā)明的這一方法的特色在于對(duì)干燥操作開始與結(jié)束處以最小值和最大值形式規(guī)定這些數(shù)值對(duì)，而已知的先有技術(shù)方法在這方面很不明確，特別是沒有對(duì)干燥裝置內(nèi)的特定位置規(guī)定這些基本的工藝參數(shù)。
另外，由于干燥氣與煙草材料的質(zhì)量之比較低和由此引起的高的熱交換及質(zhì)量交換面積，所以能實(shí)現(xiàn)干燥氣溫度的快速下降。這進(jìn)一步抵消了煙草的過熱。因?yàn)橐訜岬母稍餁獾臄?shù)量較小，所以干燥中的能耗可以保持很小，而且正如將要進(jìn)一步解釋的，干燥氣在干燥過程末端處的低溫將能耗降低到最小值。最好是，干燥氣與煙草的質(zhì)量比設(shè)定在1和3之間。
在本發(fā)明方法的一項(xiàng)對(duì)照中，在干燥開始處的局部傳熱系數(shù)處在800和1000焦耳/秒·米2·開之間，而在干燥的末端處在120和180焦耳/秒·米2·開之間。作為另一個(gè)基本工藝參數(shù)局部傳質(zhì)系數(shù)，最好是在干燥起始處為1到2米/秒，在末端處為0.15至0.25米/秒。
作為影響局部傳熱和傳質(zhì)系數(shù)的另一個(gè)量，熱氣體在流過干燥區(qū)段時(shí)的流速從30至100米/秒之間、最好是從40至100米/秒之間的某一數(shù)值，減慢到至多15米/秒，最好是在8至15米/秒之間。
除了干燥氣和煙草材料的混合流動(dòng)中的較高的煙草含量以外，對(duì)能量平等的簡短討論將會(huì)表明，干燥氣在干燥之后的低溫也有助于保持能耗較低。忽略散失到環(huán)境中的能量和汽化煙草成分的汽化熱不計(jì)，所需的能量主要用于將煙草材料中含有的水汽化。用來表征干燥效率的熱效率可以用以下公式表示汽化的水量×汽化熱供給的能量根據(jù)能量平衡，供給的能量等于mcpTo+△mwhw其中，m出口的氣體量cp出口氣體從0℃到Tout的平均比熱容Tout干燥末端處的干燥氣溫度△mw汽化的水量hw在0℃下的汽化熱。
于是，對(duì)于熱效率采用下式nth= (△mωhω)/(mcpTout+ △mωhω)從這一簡單的估算中顯然可見，出口氣的量和溫度越低，熱效率越好。根據(jù)本發(fā)明，出口空氣的溫度設(shè)定成低于130℃，最好是從100℃至130℃。根據(jù)本發(fā)明，熱效率可以達(dá)到85%，肯定不低于80%。
為了有利地減少出口氣量和/或能耗，可以將用切向分離器或旋風(fēng)分離器從干燥過的煙草中分離出的大部分干燥氣在熱氣體發(fā)生器中直接或間接地加熱，并且再循環(huán)供干燥用。為了減少出口氣體排放物造成的環(huán)境污染，將其中分散著汽化的煙草組分的小部分干燥氣以環(huán)境上適合的方式在廢氣生物凈化裝置中進(jìn)行處理，其投資和操作費(fèi)用基本上正比于欲凈化的出口氣量而增加。
本發(fā)明的其它特點(diǎn)和用本方法可以得到的好處將從對(duì)本發(fā)明一項(xiàng)優(yōu)選實(shí)施例和附圖的說明中變得顯而易見，其中，

圖1表示了適合實(shí)施本發(fā)明方法的干燥裝置的示意說明。
煙絲通過供料管2進(jìn)入濕化裝置4，水通過供水管6加入濕化裝置4。
例如可以利用濕鼓或濕通道構(gòu)成濕化裝置4。在濕化裝置4中，煙草材料的水分含量按濕重計(jì)達(dá)到18%至40%。由于隨后的溶脹過程，煙草材料體積增加。這種濕化處理的結(jié)果可以借助于蒸汽5進(jìn)一步得到改進(jìn)。
然后將濕化的煙草材料通過一個(gè)氣密閘8送入氣動(dòng)干燥區(qū)段12中。干燥區(qū)段12主要由兩個(gè)垂直的相互連接的部分10和14組成。在干燥區(qū)段12的入口9處，將煙草材料引入到干燥氣流中，該氣流從所畫裝置中垂直的干燥區(qū)段12的頂部流到底部。除了這里所說明的煙草材料和干燥氣于其中向下流動(dòng)的方法之外，這一干燥區(qū)段原則上可以采取想要的任何取向。
在裝料點(diǎn)9，預(yù)先在熱氣發(fā)生器20中加熱的干燥氣的溫度為200℃至600℃，流速為40至100米/秒。在裝料點(diǎn)9，干燥氣的水蒸汽含量為20%至90%(質(zhì)量)，干燥氣與煙草材料的質(zhì)量比在1和3之間，這些數(shù)值按下式計(jì)算(煙草材料的質(zhì)量流量)/(熱氣體的質(zhì)量流量) ×100＝質(zhì)量%由于干燥氣的速度比煙草材料高，以及干燥氣的高溫和水蒸汽含量，所以此時(shí)在短時(shí)間內(nèi)造成了干燥氣和濕煙草材料之間的極高的局部熱交換和質(zhì)量交換。所造成的傳熱系數(shù)α約為800至1200焦耳/米2·開，傳質(zhì)系數(shù)β約為1至2米/秒。高的傳熱與傳質(zhì)系數(shù)導(dǎo)致在濕化工藝中形成的體積溶脹的煙草纖維表面干燥和固定。在進(jìn)一步的加工過程中以這樣一種方式控制干燥，首先，煙草表面保持干燥從避免由于隨后的纖維內(nèi)部水的擴(kuò)散造成已固定表面的軟化，其次，干燥得不太強(qiáng)烈，以防止任何過熱和對(duì)煙草香味產(chǎn)生不利影響。為此，在干燥區(qū)段12的較短的第一部分10中(可以做成簡單的管狀物件)，煙草材料被加速到與干燥氣體的速度相近，僅僅由于煙草粒子的下沉而超前或拖后。由于干燥氣和煙草材料之間的相對(duì)速度減小，在加速操作期間熱交換和質(zhì)量交換連續(xù)減小。在相連結(jié)的干燥區(qū)域12的第二部分14中，干燥氣和煙草材料一起都減慢速度，從而使煙草表面處的對(duì)流進(jìn)一步降低。在減慢操作期間，煙草材料和熱氣體之間的相對(duì)速度以及傳熱和傳質(zhì)都隨干燥的進(jìn)行而連續(xù)減小。為此，干燥區(qū)段12的部件14在其下游端的橫截面積為部件10橫截面積的3至5倍。結(jié)果是，在部件14的下游端，局部傳熱系數(shù)α＝120至180焦耳/秒·米2·開，局部傳質(zhì)系數(shù)β＝0.15至0.25米/秒，煙草水分含量為濕重的12%至15%，干燥氣的溫度100至130℃，速度為8至15米/秒。
另外，干燥氣與煙草的從1至3的低質(zhì)量比和因此造成的高的傳熱及傳質(zhì)面積，促進(jìn)了在干燥區(qū)段12內(nèi)的局部傳熱及傳質(zhì)系數(shù)的減小。
為了增加干燥氣中的蒸汽含量，可以通過關(guān)閉閥31向干燥氣循環(huán)管路中補(bǔ)充加入水蒸汽27。但是，通過仔細(xì)密封循環(huán)管道以防止空氣滲入可以免去這一步驟。
此時(shí)利用分離裝置16，例如旋風(fēng)分離器或切向分離器，將干燥的煙草材料從干燥氣體中分離出去，經(jīng)過另一個(gè)氣密閘18排放出干燥裝置1。
在分離裝置16中的與煙草材料相分離的干燥氣經(jīng)過鼓風(fēng)機(jī)22和導(dǎo)管38、42、44通入到熱氣體發(fā)生器20中，加熱到最初的干燥氣溫度200℃至600℃。這一熱氣體發(fā)生器20可以任選地直接加熱或間接加熱，以便使經(jīng)過導(dǎo)管44流回來的干燥氣可以直接與補(bǔ)充的熱干燥氣相混合并且通過與合適的加熱介質(zhì)的直接熱交換而被加熱，而且熱干燥氣也可以作這種加熱介質(zhì)使用。
一小部分干燥氣，即，出口氣，在位置36處用鼓風(fēng)機(jī)24經(jīng)由排氣導(dǎo)管29和控制閥30通入到氣體凈化器28中，然后輸往廢氣生物清洗裝置29。
權(quán)利要求
1.一種提高煙草材料填充力的干燥方法，其中a)切斷和潮濕的煙草材料在干燥氣流中輸送，在管狀干燥區(qū)段內(nèi)干燥，然后與干燥氣分離，b)干燥氣在進(jìn)入干燥區(qū)段的進(jìn)料裝置內(nèi)的溫度至少為200℃，流速至少為30米/秒，和c)干燥氣的流速在干燥區(qū)段內(nèi)降低，其中d)干燥氣在進(jìn)料裝置處的流速至多為100米/秒，e)為減小煙草材料的表面和周圍干燥氣之間的局部傳熱系數(shù)和局部傳質(zhì)系數(shù)，在降低干燥氣流速的同時(shí)，煙草材料在干燥區(qū)段內(nèi)的流速也降低；f)干燥氣在干燥區(qū)段末端處的流速至多為15米/秒；和g)干燥氣在干燥區(qū)段末端處的溫度至多為130℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在干燥開始處的局部傳熱系數(shù)為800至100焦耳/秒·米2·開，在干燥末端處為120至180焦耳/秒·米2·開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在干燥開始處的局部傳質(zhì)系數(shù)為1至2米/秒，在干燥末端處為0.15至0.25米/秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在干燥期間干燥氣與煙草材料的質(zhì)量比為1到3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中干燥氣在干燥區(qū)段末端處的流速至少為8米/秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中利用橫截面展寬和/或降低溫度使干燥氣與煙草材料混合物的流速減慢。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中局部傳熱系數(shù)和局部傳質(zhì)系數(shù)的減小在不到1秒鐘內(nèi)發(fā)生。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中干燥氣在干燥開始處的水蒸汽含量為20%至90%(質(zhì)量)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中最好是向干燥氣中加入水蒸汽。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中干燥氣在干燥區(qū)段開始處的溫度至多為600℃，在干燥區(qū)段末端處的溫度至少為100℃。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中煙草在干燥開始時(shí)的水分含量為18%至40%，干燥過的煙草的水分含量為12%至15%，兩種情形的百分?jǐn)?shù)均相對(duì)于濕的煙草材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中干燥的熱效率至少為80%。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在干燥后將干燥氣與煙草材料的混合物分離開，大部分干燥氣送回到干燥操作，而且最好是將少部分干燥氣在廢氣生物凈化裝置中凈化。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將輸送干燥操作中的干燥氣在熱氣體發(fā)生器中加熱到它的工作溫度，熱氣體發(fā)生器可以任選地直接加熱或間接加熱。
15.一種實(shí)施權(quán)利要求1的方法的裝置，其中包括用來輸運(yùn)干燥氣和煙草材料混合物的管狀干燥區(qū)段，干燥區(qū)段下游端的橫截面積是其上游端模截面積的3至5倍。
全文摘要
提高煙草材料填充力的干燥方法，是將潮濕的煙絲在干燥氣流中輸送，在管形干燥區(qū)段內(nèi)干燥，然后與干燥氣體分離。干燥氣在進(jìn)入干燥區(qū)段的進(jìn)料口處的溫度至少為200℃，流速至少為30米/秒；干燥氣在干燥區(qū)段進(jìn)料口處的流速至多為100米/秒。在干燥區(qū)段內(nèi)降低煙草材料和周圍干燥氣體間的局部傳熱和局部傳質(zhì)系數(shù)，在降低干燥氣的流速的同時(shí)，降低煙草材料的流速。在干燥區(qū)段的末端處，干燥氣的流速至多為15米/秒，溫度至多130℃。
文檔編號(hào)A24B3/18GK1070320SQ9210408
公開日1993年3月31日 申請(qǐng)日期1992年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月27日
發(fā)明者W·西爾什, A·微斯, E·里特邵斯, G·朱尼蔓, C·H·科尼, I·跑特科, F·舒樂赫恩, H·山姆爾, W·J·斯東 申請(qǐng)人:英-美煙草有限公司