一种加热不燃烧卷烟专用稠浆法再造烟叶的成型干燥系统
技术领域
本发明属于再造烟叶生产加工技术领域，具体涉及一种加热不燃烧卷烟专用稠浆法再造烟叶的成型干燥系统及减少再造烟叶两面色差的方法。
背景技术
随着全球控烟运动的加速推进，全球烟草产业进入了寻求变革和突破的新时期，进而也推动和加速了新型烟草制品主要有加热不燃烧型卷烟、电子烟、口含烟等的研发。加热不燃烧卷烟是新型烟草制品的重要组成部分。
与颗粒状、传统烟丝作为烟草段材料相比，再造烟叶在保持自然烟叶有效成分的同时，具有可塑性较强、均质化及可调控水平较高的特点，因此是目前加热不燃烧卷烟的主要烟草段材料之一。
稠浆法再造烟叶在片基成型时，烟草原料粉末、粘合剂及发烟剂等材料均匀分布在片基表层和里层，因此其厚度及定量的稳定性、导热均匀性和发烟效果较好，是其成为加热不燃烧卷烟烟草段材料的主要原因之一。如：菲莫烟草公司开发的“iQOS”烟支中采用的是有序排列的稠浆法再造烟叶。
目前在加热不燃烧卷烟专用稠浆法再造烟叶的加工工艺、原料配方等方面研究较多。CN106235376A公开了“一种适用于加热非燃烧型卷烟的再造烟叶”[66]，该发明中公布了再造烟叶原料各组分，并采用稠浆法生产工艺进行制备，并且该发明专利研发的稠浆法再造烟叶未使用外加纤维。菲莫烟草公司在中国申请的专利CN106714590A、CN107072285A和CN107072286A公开了应用于HNB卷烟稠浆法再造烟叶的浆料制备方法、烟草材料组配和处理方法及要求粗磨、精磨、制备方法。
综上可知，针对利用稠浆法制备再造烟叶的成型干燥装置鲜有报道，且目前再造烟叶制备设备存在以下两个问题：1、再造烟叶浆料的成型干燥过程是稠浆法再造烟叶成型及品质形成的一个重要且关键的工序段。传统的稠浆法再造烟叶在成型干燥时不能实现分区、分级干燥和调控，只设置一个干燥区，且只有一个进风口、一个排风口，干燥设备腔体里的温度、水分易出现分布不均匀的问题，即靠近进风口的热风温度较高、热风中的水分低，而远离进风口的温度、水分则相反。因此，不仅不能实现浆料的分级、分区干燥及浆料均匀脱水干燥，而且也不能根据再造烟叶品质要求，实现对再造烟叶的脱水干燥速率、温度及品质进行精准、灵活调控，甚至还会导致浆料中发烟剂和烟草原料的香味物质的大量挥发;2、由于干燥过程再造烟叶两面温度不同、水分含量不同，造成再造烟叶产品两面有明显的色差，且尚无系统解决办法。
因此，人们希望开发一种加热不燃烧卷烟专用稠浆法再造烟叶的成型干燥系统，以实现对浆料的温度、水分甚至再造烟叶的品质进行精准调控，开发出适于中式加热不燃烧卷烟需要的稠浆法再造烟叶。
发明内容
本发明开发一种加热不燃烧卷烟专用稠浆法再造烟叶的成型干燥系统，可对该系统中的热风温度、热风进风量及排风量等进行系统、协同、灵活控制，进而实现对浆料的温度、水分甚至再造烟叶的品质进行精准调控，开发出适于中式加热不燃烧卷烟需要的稠浆法再造烟叶。
本发明第一方面提供一种加热不燃烧卷烟专用稠浆法再造烟叶的成型干燥系统，该系统依次包括原料混配单元1、成型单元2、剥离单元3、干燥单元4和收卷单元5。
所述原料混配单元1包括恒温恒湿储料罐11、第一物料预混罐12、第二物料预混罐13、储水罐14、第一出料泵15、第二出料泵16和出水泵17;
所述第一物料预混罐12中第一物料经所述第一出料泵15进入所述恒温恒湿储料罐11;所述第二物料预混罐13中第二物料经所述第二出料泵16进入所述恒温恒湿储料罐11;所述储水罐14中水经所述出水泵17进入所述恒温恒湿储料罐11;
所述恒温恒湿储料罐11内具有搅拌装置111、密度及温度检测器112和加热器113。
所述成型单元2包括成型钢带21、加热器24、以及依次排列的进料泵22、流浆箱23、第一干燥器25、第二干燥器26和第三干燥器27;
所述流浆箱23位于所述成型钢带21上方，所述流浆箱23包括浆料出口231和浆料刮刀232;
为便于在实验室使用，成型钢带下方采用近红外加热，即所述加热器24为红外加热板，且位于所述成型钢带21下方，用于对所述成型钢带21进行加热;但也可根据需要采用过热蒸汽进行加热，也即把位于所述成型钢带21下方的红外加热板改成蒸汽喷管，用于对所述成型钢带21进行加热;
第一干燥器25、第二干燥器26和第三干燥器27位于所述成型钢带21上方，所述第一干燥器25包括第一排潮口251、第一温湿度检测器252和第一热风风机253，所述第二干燥器26包括第二排潮口261、第二温湿度检测器262和第二热风风机263，所述第三干燥器27包括第三排潮口271、第三温湿度检测器272和第三热风风机273;
所述成型钢带21携带再造烟叶向所述剥离单元3运行，所述第一热风风机253、所述第二热风风机263和所述第三热风风机273吹出的热风方向与再造烟叶的运行方向相反。
优选地，所述剥离单元3包括清洁刮刀35、以及依次排列的水分检测器31、剥离刮刀32和厚度调整辊33;
所述厚度调整辊33包括上压辊331和下托辊332。
优选地，所述干燥单元4包括干燥网带41、以及依次排列的雾化喷管42、第四干燥器43和第五干燥器44;
所述第四干燥器43包括第四排潮口431、第四温湿度检测器432和第四热风风机433，所述第五干燥器44包括第五排潮口441、第五温湿度检测器442和第五热风风机443;
所述干燥网带41携带再造烟叶向所述收卷单元5运行，所述第四热风风机433和所述第五热风风机443吹出的热风从所述干燥网带41的上方和下方沿垂直于所述干燥网带41的方向吹向所述干燥网带41;
所述雾化喷管42位于所述干燥网带41下方，所述雾化喷管42靠近所述干燥网带41一侧具有喷气孔421，所述喷气孔421喷出的雾化水沿垂直于所述干燥网带41的方向朝向再造烟叶。此外，所述雾化喷管42还包括加热器和温度控制器，用于在80-100℃温度下将含有1%-5%的发烟剂、0.01%-0.05%的磷酸氢二胺的水在80-100℃雾化所得的雾化水。
优选地，所述收卷单元5包括收卷台51和收卷轴52。
本发明第二方面提供一种减少再造烟叶两面色差的方法，使用所述的成型干燥系统制备再造烟叶被输送至所述干燥网带41之间经过所述雾化喷管42喷出的雾化水进行润烫和发烟剂的补充。
在本发明第二方面优选地实施方案中，所述雾化水由含有1%-5%的发烟剂、0.01%-0.05%的磷酸氢二胺的水在80-100℃雾化所得，所述发烟剂选自甘油或丙二醇等常用的加热不燃烧卷烟用发烟剂，磷酸氢二胺为食品级。
本发明系统尤其适用于加热不燃烧卷烟再造烟叶的生产，也可小型化制备为实验室设备，用于再造烟叶样品的制备。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明成型干燥系统依次包括原料混配单元1、成型单元2、剥离单元3、干燥单元4和收卷单元5。本发明系统可对加热不燃烧卷烟用再造烟叶进行成型、干燥并制备成样品，不仅满足加热不燃烧卷烟用再造烟叶的加工生产，也可制备成实验室用成型干燥系统，为加热不燃烧卷烟用再造烟叶样品的研究提供支撑。
2、本发明成型单元2包括三段干燥阶段，而干燥单元4包括两段干燥阶段，也就是说，浆料从流浆箱23的浆料出口231中流出到形成再造烟叶产品分为多个干燥阶段进行干燥，这个可以根据每一段的浆料或者再造烟叶的特性来设置加热器24的加热温度、第一热风风机253或第二热风风机263或第三热风风机273或第四热风风机433或第五热风风机443的热风量和热风温度、第一排潮口251或第二排潮口261或第三排潮口271或第四排潮口431或第五排潮口441的开度，既能保证再造烟叶产品的外观形貌、颜色，又能保证再造烟叶产品有较好的抽吸感觉，尤其避免在干燥过程中再造烟叶中的香味物质的损失，在第一干燥阶段，浆膜表面温度为50-60℃，热风温度为80-100℃，此阶段由于流浆箱23中的浆料刚从浆料出口231流出，在成型钢带21上未基本成型，此时如果仅是为了较好的干燥效果而选择较高温度就会导致浆料中发烟剂及烟草原料的香味物质大量挥发，香味物质损失严重。同时，如果整个干燥过程仅为一个干燥区，就会导致整个干燥过程的热风进风口、排风口都是唯一的，干燥设备腔体里的温度、水分易出现分布不均匀的问题，即靠近进风口的热风温度较高、热风中的水分低，而远离进风口的温度、水分则相反。因此，不能实现浆料的分级、分区干燥，不仅不能使浆料均匀脱水干燥，并且不能根据工艺需求实现对脱水干燥工艺参数和设备参数的精准控制。如：在成型钢带21上不能根据浆料水分或者再造烟叶品质对热风风量和温度、排风量热风量和温度、排风量、钢带运行速度及温度进行系统、协同和灵活的控制，也不能在干燥网带41上对热风量和温度、排风量、网带运行速度进行系统、协同和灵活的控制;而分级、分区干燥是以“低温慢烤、柔性加工”为原则，针对再造烟叶成型干燥工序中各区域对浆料及再造烟叶脱水的工艺要求，多段干燥阶段可以整体、系统和灵活的组合，进而实现对干燥过程热风量和温度、排风量、钢带运行速度及温度进行系统、协同和灵活的控制。
3、在本发明优选地实施方案中，在经历剥离阶段后的再造烟叶被输送至干燥网带41后，需经过雾化喷管42喷出的雾化水进行润烫和发烟剂补充，其中，所述雾化水由含有1%-5%的发烟剂、0.01%-0.05%的磷酸氢二胺的水在80-100℃雾化所得，所述发烟剂选自甘油或丙二醇等常用的加热不燃烧卷烟用发烟剂，磷酸氢二胺为食品级。所述雾化喷管42位于所述干燥网带41下方，所述雾化喷管42靠近所述干燥网带41一侧具有喷气孔421，所述喷气孔421喷出的雾化水沿垂直于所述干燥网带41的方向朝向再造烟叶，润烫再造烟叶的目的在于三点：第一，由于从成型钢带21剥离后的再造烟叶比较褶皱，表面不平整，经过雾化喷管42喷出的雾化水可以润烫再造烟叶，使其表面平整;第二，由于从成型钢带21剥离后的再造烟叶两面有色差，靠着成型钢带21一面颜色比较浅、发烟剂含量相对表面较低，通过雾化水的补充后，使再造烟叶靠着成型钢带面的水分调节至30%左右;同时通过磷酸氢二胺的添加有利于再造烟叶在剥离后的后续干燥工序中进行美拉德反应，进而使再造烟叶两面颜色一致，降低两面色差;第三，通过雾化水中的甘油的补充添加，降低了两面发烟剂含量的差异性，提高两面发烟剂的均匀性。
4、在本发明优选地实施方案中，本发明原料混配单元1中具有储水罐14，储水罐14的作用在于以下两点：第一，在对恒温恒湿储料罐11中浆料搅拌期间，密度及温度检测器112用于检测恒温恒湿储料罐11中浆料的密度和温度，当检测的密度大于设定密度时，会自动启动出水泵17从储水罐14中进行生产用水的添加;第二，待再造烟叶制备过程结束后，可以用储水罐14中的水对恒温恒湿储料罐11进行清洁。
5、在本发明优选地实施方案中，本发明具有清洗刮刀34，当再造烟叶从成型钢带21上剥离之后可以对成型钢带21进行清洁。
6、本发明在再造烟叶中加入了纤维(如：木浆纤维、麻浆、竹浆等)，可以提高再造烟叶的强度，更利于收卷单元5对再造烟叶产品进行收卷。
附图说明
图1为本发明的一种加热不燃烧卷烟专用稠浆法再造烟叶的成型干燥系统示意图。
其中，各附图标记在附图说明中的名称为：1-原料混配单元、2-成型单元、3-剥离单元、4-干燥单元、5-收卷单元、11-恒温恒湿储料罐、12-第一物料预混罐、13-第二物料预混罐、14-储水罐、15-第一出料泵、16-第二出料泵、17-出水泵、21-成型钢带、22-进料泵、23-流浆箱、24-红外加热板、25-第一干燥器、26-第二干燥器、27-第三干燥器、31-水分检测器、32-剥离刮刀、33-厚度调整辊、34-清洁刮刀、41-干燥网带、42-雾化喷管、43-第四干燥器、44-第五干燥器、51-收卷台、52-收卷轴、111-搅拌装置、112-密度及温度检测器、113-加热器、231-浆料出口、232-浆料刮刀、251-第一排潮口、252-第一温湿度检测器、253-第一热风风机、261-第二排潮口、262-第二温湿度检测器、263-第二热风风机、271-第三排潮口、272-第三温湿度检测器、273-第三热风风机、331-上压辊、332-下托辊、431-第四排潮口、432-第四温湿度检测器、433-第四热风风机、441-第五排潮口、442-第五温湿度检测器、443-第五热风风机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细阐述。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
如图1，本实施例提供一种加热不燃烧卷烟专用稠浆法再造烟叶的成型干燥系统，该系统依次包括原料混配单元1、成型单元2、剥离单元3、干燥单元4和收卷单元5。
所述原料混配单元1包括恒温恒湿储料罐11、第一物料预混罐12、第二物料预混罐13、储水罐14、第一出料泵15、第二出料泵16和出水泵17;
所述第一物料预混罐12中第一物料经所述第一出料泵15进入所述恒温恒湿储料罐11;所述第二物料预混罐13中第二物料经所述第二出料泵16进入所述恒温恒湿储料罐11;所述储水罐14中水经所述出水泵17进入所述恒温恒湿储料罐11;
所述恒温恒湿储料罐11内具有搅拌装置111、密度及温度检测器112和加热器113。
所述成型单元2包括成型钢带21、加热器24、以及依次排列的进料泵22、流浆箱23、第一干燥器25、第二干燥器26和第三干燥器27;
所述流浆箱23位于所述成型钢带21上方，所述流浆箱23包括浆料出口231和浆料刮刀232;
所述加热器24位于所述成型钢带21下方，用于对所述成型钢带21进行加热，所述加热器24为红外加热板;
第一干燥器25、第二干燥器26和第三干燥器27位于所述成型钢带21上方，所述第一干燥器25包括第一排潮口251、第一温湿度检测器252和第一热风风机253，所述第二干燥器26包括第二排潮口261、第二温湿度检测器262和第二热风风机263，所述第三干燥器27包括第三排潮口271、第三温湿度检测器272和第三热风风机273;
所述成型钢带21携带再造烟叶向所述剥离单元3运行，所述第一热风风机253、所述第二热风风机263和所述第三热风风机273吹出的热风方向与再造烟叶的运行方向相反。
所述剥离单元3包括清洁刮刀35、以及依次排列的水分检测器31、剥离刮刀32和厚度调整辊33;
所述厚度调整辊33包括上压辊331和下托辊332。
所述干燥单元4包括干燥网带41、以及依次排列的雾化喷管42、第四干燥器43和第五干燥器44;
所述第四干燥器43包括第四排潮口431、第四温湿度检测器432和第四热风风机433，所述第五干燥器44包括第五排潮口441、第五温湿度检测器442和第五热风风机443;
所述干燥网带41携带再造烟叶向所述收卷单元5运行，所述第四热风风机433和所述第五热风风机443吹出的热风从所述干燥网带41的上方和下方沿垂直于所述干燥网带41的方向吹向所述干燥网带41;
所述雾化喷管42位于所述干燥网带41下方，所述雾化喷管42靠近所述干燥网带41一侧具有喷气孔421，所述喷气孔421喷出的雾化水沿垂直于所述干燥网带41的方向朝向再造烟叶，其中，所述雾化水由含有3%的甘油和0.02%的磷酸氢二胺的水在80-100℃雾化所得，磷酸氢二胺为食品级。
所述收卷单元5包括收卷台51和收卷轴52。
本发明的适用于加热不燃烧卷烟专用稠浆法再造烟叶的成型干燥系统操作过程如下：
1、参数设定
装置启动前，根据加热不燃烧卷烟专用稠浆法再造烟叶开发目标，首先设定好样品的厚度、水分。
2、原料混配阶段
把发烟剂、胶粘剂、料香、水等第一物料添加到第一物料预混罐12中进行混合、恒温搅拌，搅拌时间10-20min;把制备好的纤维(如：木浆纤维、麻浆、竹浆等)、水等第二物料添加到第二物料预混罐13中进行混合、搅拌，搅拌时间10-20min;然后把第一物料预混罐12中混合后的第一物料和第二物料预混罐13中混合后的第二物料，分别通过第一出料泵15和第二出料泵16添加到恒温恒湿储料罐11中，同时把提前粉碎好的烟草粉末添加到恒温恒湿储料罐11中;然后启动搅拌装置111开始搅拌，搅拌时间30-60min，在搅拌期间，密度及温度检测器112用于检测恒温恒湿储料罐11中浆料的密度和温度，当检测的密度大于设定密度时，会自动启动出水泵17从储水罐14中进行生产用水的添加，加热装置113会根据设定温度自动对恒温恒湿储料罐11中的浆料进行加热或停止加热;待恒温恒湿储料罐11中的浆料达到设定温度和密度，且浆料搅拌均匀后，停止搅拌。
3、成型阶段
成型阶段分为流浆阶段、第一干燥阶段、第二干燥阶段和第三干燥阶段，在干燥过程中浆膜逐渐形成再造烟叶
(1)流浆阶段：开启进料泵22向流浆箱23中输送恒温恒湿储料罐11中搅拌均匀的浆料，并根据设定的液位高度自动添加;启动成型钢带21水平运转;根据设定的成型钢带21的温度，开启加热器24红外加热板对成型钢带21进行加热;根据设定的热风的温度，开启第一热风风机253、第二热风风机263、第三热风风机273，热风进风方向与成型钢带21运行方向相反，即进风方式为逆向进风;当成型钢带7温度达到设定温度30-50℃后，通过浆料刮刀232控制流浆箱23中的浆料从浆料出口231流出，开始涂布成型，形成浆膜;
(2)第一干燥阶段：在第一干燥阶段时，浆膜表面温度为50-60℃，热风温度为80-100℃，根据设定的温度、湿度参数，通过加热器252实时检测浆膜的表面温度及水分，对加热器24红外加热板的加热功率、第一热风风机253的热风温度、热风量，以及第一排潮口251的开度进行自动调整。
经过第一干燥阶段后，浆膜水分在70%左右，
(3)第二干燥阶段：在第二干燥阶段时，浆膜温度不高于70℃，热风温度100-110℃，;在第二干燥阶段，根据设定的温度、湿度参数，通过第一温湿度检测器262实时检测浆膜的表面温度及水分，对加热器24红外加热板的加热功率、第二热风风机263的热风温度、热风量，以及第二排潮口261的开度进行自动调整;
经过第二干燥阶段后，浆膜水分在50%左右。
(4)第三干燥阶段：在第三干燥阶段时，再造烟叶表面温度不高于80℃、热风温度110-120℃;在第三干燥阶段，根据设定的温度、湿度参数，通过第二温湿度检测器272实时检测再造烟叶的表面温度及水分，对加热器24红外加热板的加热功率、第三热风风机273的热风温度、热风量，以及第三排潮口271的开度进行自动调整。
经过第三干燥阶段后，再造烟叶水分在25%-28%左右。
4、剥离阶段
通过水分检测器31对成型钢带21上的再造烟叶的水分进行检测，当其水分为25%-28%时，被输送至剥离阶段，并通过剥离刮刀32将再造烟叶与成型钢带21剥离，剥离后的再造烟叶经过厚度调整辊33进行厚度调整，如果再造烟叶厚度大于设定的厚度，厚度调整辊33的上压辊331和下托辊332彼此配合，对再造烟叶进行辊压;待再造烟叶与成型钢带21剥离后，可以利用清洁刮刀34对成型钢带21进行清理。
5、干燥阶段
干燥阶段包括第四干燥阶段和第五干燥阶段。
启动干燥网带41水平运转;根据设定的热风的温度，开启第四热风风机433和第五热风风机443，热风进风方向垂直于干燥网带41，从干燥网带41上方和下方分别向干燥网带41进风，即进风方式为上下进风。
(1)第四干燥阶段：由于剥离后的再造烟叶比较褶皱，需经过雾化喷管42喷出的雾化水进行润烫，其中，所述雾化水由含有3%的甘油、0.02%的磷酸氢二胺的水在80-100℃雾化所得，同时使再造烟叶的水分调整至30%左右;然后由干燥网带41输送至第四干燥阶段中进行干燥，热风温度100-120℃;并由第三温湿度检测器432实时监测再造烟叶的温度及水分，对第四热风机433热风风量、热风温度，以及第四排潮口431的开度进行自动调整。
经过第四干燥阶段后，再造烟叶的水分为16%-18%。
(2)第五干燥阶段:水分为16%-18%的再造烟叶输送至第五干燥阶段中进行干燥，热风温度80-100℃;并由第四温湿度检测器442实时监测再造烟叶的温度及水分，对第五热风风机443热风风量、热风温度，以及第五排潮口441的开度进行自动调整。
经过第五干燥阶段后，再造烟叶的水分为12%-14%。
6、收卷段
水分为12%-14%的再造烟叶经过干燥网带41输送至收卷台51上，并缠绕在收卷轴52上进行收卷。
收卷完成后，重复前述过程进行下一次再造烟叶的制备。
