处理连续挤压出的含烟草物料的制作方法

专利名称:处理连续挤压出的含烟草物料的制作方法
本发明涉及处理连续挤压出含烟草物料以用其制成吸烟品的方法。
美国书4，510，950号介绍了一个用挤压法制作烟制品实例。该文献所介绍的烟制品一般呈圆柱形，在使填入挤压机模口的湿混料所含的水转成蒸汽，以此来起泡膨化烟制品的条件下挤压该物料。该制品是整体的，即，如果该制品是香烟的话，挤压出来的制品一般为直径8mm的单股制品。
另一种方法是将湿润的混合料从有若干小孔的模口中挤压出来，形成多股、粘着在一起并基本呈圆柱体的烟制品，该烟制品含若干条同时挤压出来的料条，这些料条整体沿烟草制品的纵轴延伸，同时相互粘着，最好是相互随意粘着，以便在料条之间沿烟制品纵轴方向留下烟气流通道。这种方法曾介绍于1986年1月8日公开的欧洲专利申请，公开号为EP-A-0167370，料条的形状和起泡材料间的通道提供了足够的热转换区或足够的滞留时间，或者两者皆备，从而使被吸烟者吸向烟制品近端的热烟气冷却下来，和由近端输出对吸烟者适宜的烟气温度。
这些起泡、挤压出的烟草材料是用烟草颗粒、粘合剂、水和任选的填料或其它所需的添加剂的混合料经起泡制成的。当烟草材料从模口挤压出来时，一般都是烫热、湿润、柔韧的类热塑性材料。挤压出的材料温度一般在40-150℃范围之内。如在太高的温度下处理该含烟草材料会导致对材料的处理过头或处理过熟，这会降低产品的质量。如在太低的温度下挤压该材料，在一般挤压机的压力下，材料不会起泡，从而造成产品密度过大。含湿量以烘烤挥发值(或OV值)计量，一般在15-50%范围之内，该含量取决于产品的配方和制备处理的条件。这个含湿量高于烟草衡定湿量大约10-15%。“含湿量”或烘炉水分值是指在挤压前烟草和其它材料中所混合的液体，一般来说，这种液体是水，然而有机或醇类液体也可用。
这种连续挤压成型的起泡的、条状物料太热，太湿而且过于柔韧而不能将料条以高速送入如毛林公司制造类似8型卷烟机的吸烟品制造机中。这些材料不经进一步的处理，不具备有可以包封纸和制成烟制品的足够的结构强度。
一种已知的对挤压出材料的挤压后处理方法是将挤压出的材料干燥，将其OV值降低到与烟草平衡的烘炉水分值(OV)左右。通常让挤压前浆料中的液体，如水或诸如能促使蒸发的醇类等其它液体，在常压或减压下在空气中蒸发，来使材料干燥。在某些情况下可以使用吸水设备在干燥前先去除溶剂。在另一些情况下，可在常规干燥箱中用红外加热器，蒸汽或热风来干燥挤压出的材料。
上述的这些技术对于这种连续挤压出材料，尤其是起泡、挤压出的材料的还不能完全进行商业化应用，这是因为这些方法为把物料的OV值降到所需水平所用的时间太长。这些技术手段需要有贮存设备或干燥炉(这类设备会长达数百英尺)以使材料足够干燥。而任何这类设备在商业化实施中都不实用，并且维修费用很高。如果低速干燥，或低温干燥，因料条的起泡构造，会在其自身重量下破坏，或因与支撑物接触而形成平面，或造成产品密度不匀。这会影响烟制品的燃烧质量而导致消费者不接受。如试图快速加热条料，尤其是起泡的条料会造成挤压物外层部分变硬结壳。结成的硬壳会使干燥时间以指数倍增加，如从几分钟增加到几小时，或从几小时增加到几天。由于过分干燥外层，会造成内部干燥产品变得易碎，过分干燥会导致产品起趋，裂缝或过于坚硬，这些都不能使消费者接受。
本发明的处理连续挤压出的含烟草物料的方法是采用微波能干燥从挤压机模口出来的挤压物料，其特征在于用微波干燥的方法将挤压出的物料所含的OV值降低平衡OV值或其以下，随后冷却该物料，以使其表面温度低于整体温度，从而得到的挤压物料具有足够的结构强度和外形的稳定性，可以直接用来制做烟制品。
本发明在使挤压出来的材料直接从挤压机的模口送入卷烟机制成所需的烟制品的条件下，快速干燥、冷却挤压出来的含烟草的材料。本发明既适用于起泡的含烟草的挤压出来的材料，也适用于非起泡的含烟草的、挤压出来的材料。
先将挤压出来的材料干燥，蒸发掉挤压材料中的水份或其它液体，借此将含湿量降低到含烟草产品的平衡水分值(OV值)，最好降到平衡水份值(OV值)以下。当使用起泡剂，通过蒸发、气化或分解所用的发泡剂来干燥时，干燥步骤也可使物料起泡或使物料继续起泡。当挤压料中所含的水分、其它发泡剂或气体在挤压材料从挤压机内的模口的高压环境中离开和进入模口孔洞下游常压环境时，或在挤压之后，当材料通过干燥室进行加热，令其起泡时，超热液体或压缩气体转变成大至为常压下的气体由此发生起泡。再生成的干燥的材料是烫热、柔韧、表面粘黏的热塑材料。
干燥之后，立刻冷却材料，降低挤压材料的温度。在此，使用2个温度定义，(1)表面温度，即在挤压出的材料表面测定的温度;(2)整体温度，即选定量的烟草材料在热量计上的温度平稳之后的平均温度。冷却干燥的挤出材料至少需某种程度上降低整体温度和实质性地降低表面温度，以使挤压出的材料具有足够的结构强度，使其表面粘度降至最低限度，并使挤压材料有一定的固定尺寸，以便随后用卷烟机成型。
为获得足够的结构强度而必须将挤压出的材料冷却的温度是热塑性含烟物的特定成分与冷却率的函数，该温度对表面温度来说大致在大约-196℃至85℃之间，对整体温度来说大约在20℃-90℃之间。总而言之，冷却的温度越低，所得产品的越坚实越好。冷却的限制主要是设备的限制，所用冷却介质的吸热能力以及挤压出的材料绝热程度的好坏。在周围条件或其它控制条件与加工条件平衡时被干燥与冷却的材料将会连续轻微改变其体积。
最好，冷却作用使整体温度降至大约玻璃传导温度，表面温度大大低于材料的玻璃传导温度，这样以形成一层半硬的硬壳，以便自动卷烟机卷制。不同于先有技术方法，这层硬壳并不影响材料的内部干燥，也不影响制成品和所需条件的平衡，这是因为该材料在产生硬壳之前，已处于大致平衡的状态(除热稳定外)而且，将材料冷却到挥发温度以下，可防止烟草中的天然香味成分或填加的香味成分在冷却期间的挥发。这增加了成品的香味特性。使用起泡材料，表面温度和整体温度最好降到所用的起泡剂的闪点之下，由此，避免在干燥阶段由于干燥或残余热量造成继续起泡。
然后这种冷却的、干燥的材料可以直接送入卷烟机去生产所需的烟制品。在一个实施方案中含烟草的材料可以被挤压成片材，干燥、冷却后，切丝，象普通烟叶或重组烟草一样用作烟草填料。另一实施方案而且是较好的实施方案是将材料挤压成具有圆柱形截面的条状，并从冷却设备直接送入市场上可得到的卷烟机的烟枪中。在送入制烟机前，上述材料可以任意包香烟低或雪茄外衣叶或用能够形成外层包衣的材料，通过共挤压或后挤压技术制成的包叶包衣。
本发明的一个主要优点是可以不断地处理烫热柔韧的挤压出的材料，使之成为能直接制烟的材料。
在一实施方案中，含烟材料包括混合在水类的介质中的烟草颗粒，然后制成稠浆稠浆再进行挤压，挤压出来的材料通过适当的立体微波箱时，用微波能对其进行全面干燥。箱腔的体积和所用的微波频率是预定好的，由此获得在特定的截面地方和材料构体上达到所需的穿透深度，从而活化并挥发介质，以此来干燥挤压出来的材料。传入箱体的能量值是根据挤压出材料的延伸速度，干燥时间和挤压出材料在进入干燥箱时所含的OV值(或介质含量)以及从干燥箱出来时所需的OV值等因素选择的。还可以在微波干燥箱内或旁边加若干个开口以排放干燥过程中所产生的蒸汽和其它挥发物质。由于从内部产生的蒸汽补充了从表面蒸发掉的水份，这样均匀地干燥挤压出的材料可使材料获得均匀一致的密度，在将总体OV值降到所需的水平时，不会产生硬壳或不致使挤压出的材料轻易破碎。
在一较好的实施方案中，可采用前后两个在离开的微波干燥箱，来干燥从中通过的材料。使用两个干燥箱可以使蒸汽在两个箱体之间以及在与干燥区段相接的输出段和输入段流通，并可以更准确地控制干燥材料所用的能量值。而且，在两个干燥箱间的距离可以调节，以使材料在两次微波干燥之间进行一下平衡，同样，两个微波干燥箱的方位设置也可选择，比如，平行排列，或一个干燥箱相对于另一干燥箱，围绕挤压出材料的纵轴旋转，以更好地均衡微波能和形式能在挤压出材料中的分配。这样，使用两个或更多微波干燥箱比采用单微波干燥箱来干燥材料，可干燥得均匀也更易于控制。
干燥步骤之后，将挤压出的材料冷却。在一实施方案中，挤压出的材料通过吹冷气的冷却室冷却，最好是采用连续换气的方式。在气流中也可包括周围空气。当采用致冷空气时，冷气可用普通空调设备将环境空气通过冷却排管，冷却到大约4℃，或用干冰或类似的东西致冷。调节冷气的温度是基于挤压出材料的速度和为降低挤压材料的表面和整体温度从而使挤压出的材料在后续处理时具有足够的整体强度而在冷却箱中滞留时间等因素来选择的。这样，材料必须冷却到具有足可以直接送入卷纸机和制烟机的强度为止。
挤压出的材料可以用任何可使其冷却的方式通过冷却箱，最好是采用带孔的托带或逆行带以便连续更换冷气(也可选择周围空气)来与热的挤出材料相接触。另一方法是用气垫来撑托挤压出的材料，使其通过冷却箱。其它常规的传送手段也可用。
在另一实施方案中，冷却步骤是这样进行的;让挤压出的材料通过具有多个空气喷嘴的风洞，这样从喷嘴喷出来的高速气流紧密接触挤压出来的材料。这种高速气流能起到去除溶媒或水分并充分冷却挤压材料的作用。
在另一实施方案中，将挤压出来的热材料与冷却的物件，例如一个或多个冷却辊子，连续向前运行的冷却传送带，或冷却的颗粒，相接触来进行冷却。在又一实施方案中，可用接触时即可蒸发基本不吸收的液体，如水或醇，氮，或固体，如干冰颗粒与烫热的挤压出材料接触或喷淋挤压出的材料，来进行冷却。再一个实施方案中，将材料通过存有如液态氮之类的低温箱来冷却。在任何情况下，选择所用的接触温度或受冷材料的数量要考虑达到理想均匀冷却所需的整个滞留时间。前述的任何方法都可以单独使用或几种配合使用，只要它能迅速冷却挤压出材料的外层温度从而使之获得足以可以送入卷烟机的强度。而且，冷却室至少可以部分腾空以加强致冷。
附图是本发明烟草处理设备的一个示意图。
附图所示的是本发明烟草处理设备的一种图示方案。本发明的设备包括干燥箱2和冷却箱3位于挤压机1下方，挤压筒13的输出口以及制烟设备4上方的区段。细碎的烟草料从供料箱7中以控制的流量输入挤压机1的输入斗12中。粘合料也以控制的流量输入挤压机1的输入斗12中。水按保持混合箱中所需的含湿量从供水箱11输入挤压筒13中。在另外的一些实施方案中，材料以另外不同的顺序混合并输入不同的输入斗，这在本说明书论及预水合混合技术时给予讨论。本发明提供了将挤压出的材料20输送过干燥箱2和冷却箱3的方法和设备。该输送设备输送挤压料20的速度最好调节到与选择的挤压速率相同，使挤压料20与输送设备的接触部件或支撑部件之间基本没有相对运动。另外，如果需要某种相对运动，使挤压出的材料持续拉紧或压缩。
输送设备可以包括一个或多个以同样线性速度运动的传送带。传送带可以是一条撑托带，折合过来包住挤压出材料的单向带，也可是能保持并输送材料的逆行带。在冷却区段之后，可使用牵拉设备5来将挤出料20的前端料边送入普通制烟设备4输入口上的挤压料接收斗14中。一旦挤压料直接送入制烟设备4，牵拉器5即可断连。
本发明的方法包括将湿润、柔韧的挤压出来的含烟草材料在干燥箱2中干燥到其含湿量大约或低于环境含湿量或其它控制的含湿量，在冷却箱3中冷却干燥过的挤压料，使挤压料的表面温度低于其整体温度从而使含烟草料成为具有足够强度可以包卷、切断，制成烟制品的材料。表面温度一般降低到大约-196℃-85℃之间，整体温度降低到大约20℃至90℃之间。冷却使沿挤压料外围延伸的表面形成一种硬壳半坚的结构，这使得它能够在随的后制烟设备4中制成烟制品。
在一实施方案中，本发明的方法包括将细碎的烟草、粘合剂、水(或其它溶剂和其它所需的添加料在挤压机1中一起混合，制成充分混合的浆料，将浆料从挤压机混合箱或挤压筒13一端的模口中挤出，使之成为粘黏的挤压料，挤压料最好呈圆柱形构造，在干燥箱2中干燥挤压材料，在冷却箱3中冷却挤压材料，然后将挤压材料输送入制烟设备4中，制成理想的烟制品，例如制成粗细基本一致的烟制品。
在一较好的实施方案中，本发明的方法可适用于制成起泡的、挤压烟制品，该烟制品含(a)大约5-98重量%的、粒度可大至大约5目的烟草颗粒，(b)0%至大约60重量%的粒度大约350μm的填料，(c)0重量%至大约1.0重量%的残存起泡剂，(d)大约2-40重量%的粘合剂，粘合剂可选自(1)羟丙基纤维素，羧甲基纤维素及其钠盐、钾盐和铵盐，交联羧甲基纤维素及其钠盐、钾盐和铵盐，羟乙基纤维素，乙基羟乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素，甲基纤维素，乙基纤维素及其它们的混合物这类纤维素粘合剂，(2)果胶及其氨盐、钠盐和钾盐，淀粉，瓜耳胶，壳多糖，脱乙酰壳多糖，及其衍生物，半纤维素，
吨醇(Xanthan)，科特兰(curdlan)，
吨醇(Xanthanmonas)胶盐，凯拉金钠(carageenan)，藻酸及其氨盐、钠盐和钾盐，脱乙酰壳多糖及其水溶盐，氧化纤维素，聚乙烯基马来酸聚合物及其氨盐、钠盐和钾盐，微晶纤维素，丁基二酸，糊精，麦芽糖糊精，纤维纤维素及它们的混合物这类天然粘合剂，改进天然粘合剂和合成粘合剂;以上成分均以干重基计;(e)大约5-20重量%的水，该制品的密度在大约0.05-1.5g/cc之间。
本发明所用的烟草可以是任何种类的烟草，一般是烟草碎末，烟草可选自佛吉尼亚型烟草，自助烟草、东方烟草及其混合烟草，磨碎的重组烟草，磨碎的烟梗，烟渣或烟末及其混合烟草。烟草可以事先进行硬化或膨化处理以增加其填充力。当使用的烟草粒度大于35目时，在配制湿混料时有必要加些多功能酸，例如柠檬酸或磷酸以及它们的铵盐、钠盐和钾盐，以使挤压出的制品外观好看，起泡理想。这种多功能酸或其盐的加入量为烟制品总量的大约0.1-15重量%之间，最好含大约2-10重量%。一种典型的混合粘合剂为5重量%的羟丙基纤维素，2.5重量%的羧甲基纤维素和2.5重量%的淀粉。另一种典型的混合粘合剂为1重量%的羟丙基纤维素，4重量%的羟丙基瓜耳胶和5重量%的淀粉。
该制品可含任何种可以与混合料中的其它成份相配的、粒度不超过大约350μm的颗粒材料，作为其填料。这类填料最好选自碳酸钙、碳酸镁、氧化钙、氧化镁、氢氧化钙、氢氧化镁、金属铝、氧化铝、氢氧化铝、粘土、硅藻土、氧化硅及其混合物，其中较好的是碳酸钙。
干燥后的或平衡后的烟制品含大约5-20重量%的OV值，最好是8-18重量%。
该烟制品具有多孔的结构，这可以保持烟制品静燃，并使其有贯通的烟流(气流/气溶胶)通道，通向吸食者。该制品的密度对于单股挤压产品与其多孔结构和开口孔洞结构有关，对于多股挤压的产品其密度与各股之间产生的空隙大小有关。一种烟制品具有一定范围内的密度并具有任意一种气流通道，即可有良好的燃烧率和吸烟所需要的烟的烟气传导性。
该烟制品还可含大约0.001-1重量%的用于溶解纤维素粘合剂的醇。这类醇选自乙醇、甲醇、异丙醇、正-丙醇及其混合醇。在烟制品中存在的醇可以来自制烟时为降低从模口挤出的挤出物的含湿量而加入的醇，或是加香料时残存的醇。
该烟制品还可含大约0.1-40重量%，最好大约0.5-20重量%的交联剂或硬化剂。硬化剂最好在挤压前加入，而交联剂在挤压时加入。硬化剂和交联剂选自藻酸，羧甲基壳多糖、果胶酸、脱乙酰壳多糖、羧甲基脱乙酰壳多糖其水溶盐、麦芽糖糊精和它们的混合物。还可使用大约0.1-10.0重量%的水溶钙盐、镁盐，和/或铝。
该烟制品以挤压成直径大约2-35毫米最好大约4-25毫米的圆柱形的，粘黏的、单股或多股的制品为好。其它的截面形状的制品可以用适当的模口，例如椭圆形模口、星形模口、圆柱形模口等等形状的模口制造，或在挤压之后附加一道处理，将其适当塑形。这些料条一般制成普通香烟或雪茄那么长，可用卷烟纸包封，或用雪茄包叶包封，或用同时挤压出来的、由可燃料制成的壳鞘包衣，或用类似物包衣。此时产品即可作为无嘴香烟或雪茄在市场上销售。普通过滤嘴可用过滤嘴纸同该烟制品相接制成带嘴香烟。
各种制烟常用的香料和/或湿润剂都可在挤压前加入或在挤压后加入，例如在冷却步骤之后加入。一个适用于本发明的，在送入制烟机前向制烟料中加香料的实施例记载于1986年2月26日公开的85305139.9号欧洲专利申请，公开号为0172654。其它本专业技术人员所俟的方法也可以用。
这些含烟草制品最好这样制备将烟草颗粒与粘合剂、填料、发泡剂、交联剂或硬化剂以及其它所需成分加水或其它液体一起混合或掺合，制成湿润混合料，按下列条件之一通过选择好的模口挤压湿润混合料(1)湿润混合料被挤压时，混合料中所含的水份或其它起泡剂转变成蒸汽或其它气体产物从而其从挤压机模口出来的挤出材料被膨化(2)湿混料被挤压形成为若干料条，在使挤压出的材料所含的水份或其它起泡剂转变成蒸汽或其它气体的条件下，将挤压出的料条在干燥箱中处理，由此使材料起泡。如果形成的是多股挤压物，每股都必须起泡并且由于起泡的作用或因为挤压后处理时使用了胶粘剂，每股料条沿纵向随便地与相邻的料条粘着在一起。
混合可以在常规混合装置中进行，所得混合物应为大约含15-50重量%的水份。
如图所示，挤压出的材料可由下列方法制备(a)将烟草颗粒与粘合剂、填料、起泡剂、交联剂或硬化剂以及其它所需成份干混;(b)将干混料与水混合制成湿混料;(c)按照上文所述的使挤压出的材料离开模口时起泡的那些挤压条件之一，将湿混料通过具有一个或多个模孔的模口中挤压出来。
另一方法是挤压材料可以这样制备(1)将烟草颗粒与填料、起泡剂、交联或硬化剂以及其它所需成分干混，(2)用水或类似的溶剂预水合粘合材料以活化粘合剂的粘性，(3)将干混料与预水合的粘合剂混合，制成湿混料，(4)在上述任一使挤压出的材料在离开模口时起泡的条件下通过模口挤压湿混料。
采用这种工艺时要用具有多进料口(图中未示)的双螺杆正向挤压的挤压机。预水合步骤(2)是这样进行的从挤压机的第一进料口加入粘合材料，从第一进料口下方一段距离的第二进料口加水或类似的溶剂，由于加入粘合剂，随着它在挤压筒中被推向前进，粘合剂被处理，被剪切，被均化。当它通过第二进料口时，与水混合，当它在挤压筒中被向前推进中，粘合剂被预水合。步骤(1)，在常规混合设备中干混烟草、填料和其它材料，以其混合状态从在第二进料口下方一段距离的第3进料口加入挤压筒。这样第二步骤制备的预水合粘合材料不断地与第一步骤制备的烟草和其它材料混合。因为某些挤压机和混合设备不能产生优选工艺处理和挤压烟制品所需的力，所以最好在粘合剂中干混入少量的烟草颗料，少量的填料或其它添加成份，其加入的烟草量以不超过5重量%为好，然后再预水合这和混合粘合剂和烟草或其它成份。所得到的湿混料的粘度比粘合剂中未加入烟草或其它成份时要低，故更易于处理。而无需大量增加料团的水分。
同样也因为预水合的粘合剂会变得非常粘，而粘着在混合设备上，所以最好在粘合剂中干混进少量的烟草颗粒、填料或烟草加填料。烟草的加入量以不超过烟草总量的大约5重量%为好。然后将干混料预水合，所得到的湿混料粘结处理设备的倾向减弱，从而相对来说在材料一步一步的处理中，易于被处理得均匀。
另一种方法是将部分粘合剂与烟草干混，其余粘合剂预水合。因为水或类似的溶剂相对超量(超量的水或类似溶剂其后将被干混的烟草和粘合剂吸收)，其粘度较低，易于处置。尽管OV值比没有交混烟草和粘合剂(象步骤(1)和步骤(2)那样)要高些，但粘合剂的更有效活性会使挤出物比未预水合粘合剂的更干燥，更结实。
还可在混合物中选加起泡剂，比较好的是选择于下列物质空气、氮、二氧化碳、一氧化二氮、碳酸氨、氨基甲酸氨酯、二碳酸氨和/或二碳酸钠或二碳酸钾、叠氮化物、酰肼、戊烷、己烷、庚烷、囟化碳氟化合物、吡咯、丙酮、乙醇、过氧化物和偶氮二酰胺。上述部分起泡剂可能需要加酸或碱帮助其分解，并需要使用起泡稳定剂和/或诸如甘草、丝兰或丝兰提取物、十二烷基硫酸钠等类的表面活性剂。
挤压机1可以是任何常用的挤压机，它具有材料输入孔、能充分混合烟草浆料中成分的混合箱或挤压筒13，和输出模口。典型的挤压机包括，例如，万节型号为(Wenger)Model(X-20单螺杆熟料机/挤压机，满利(Manley)套筒式挤压机，或沃尼与费洛伊德俄C.L.西门公司和贝克博金斯公司生产的双螺杆挤压机(型号MPF-50D和MPF-50L)。
含选择烟草的浆料的各成分按任意一种工艺混合，挤压成粘着的材料，最好是起泡的产品。挤压出来的材料，无论是起泡的还是未起泡的，都是湿润的、柔韧的，一般OV值在17-28%范围之内，OV值的高低依赖于所用的处理条件。具体的方法，其它的配方以及有关起泡的挤压材料的进一步细节介绍于美国4510950号专利和欧洲专利申请说明书EP-A-0167370号。
所建议的起泡挤压材料是在离开模口时，即起泡，这时，放出大量的蒸汽，使挤压出的材料有轻微的冷却作用，但整体温度一般在所用液体的闪点左右，也可能刚刚低于闪点。这些热而湿的材料强度极低或无强度，表面粘着。它们易于变形，不能包纸或制成烟制品。
根据本发明，这些挤出的材料立刻通过干燥箱2以将其含湿量降低到或低于平衡含湿量的水平。微波干燥较好，因为(1)它可以快速均匀干燥材料;(2)它能使材料中的任何起泡剂或残留的起泡剂挥发而发泡膨化产品，或加强发泡膨化或更充分发泡膨化产品;(3)它可以快速干燥材料，而一旦起泡全部完成，它不能对起泡结构有不好的影响;(4)它能在短时间内，使用占地面积不大(如3米)的设备干燥高速挤压出来的材料，如以每分钟60-250米的速度挤压出来的材料;(5)它比先有技术中用烘箱干燥要节能，这是因为干燥材料所需的热量以必需的能量密度直接作用于材料，而不需去加热烘箱或很大体积的空气，从而浪费能量。
在一较好的实施例中，挤压出的材料离开模口时直径大约12mm(最后直径为8mm)，使用两个基本相同的微波能源和干燥箱，比如使用科博公司制造的Model 56 F型微波机。这类型号的微波机都有大约6kw的功率，工作频率为2450MHz。微波箱的体积也都相同，大约为127mm×82.55mm×146.05mm，两箱轴向平行位置上有输入和输出孔。两个相邻的箱体的输出壁和输入壁相距990.6mm，另外同类型号或有同等的总功率的单微波机也可以用。对其它形状的挤出材料，如片形，为了充分干燥挤压出的材料需更大的能量，这可根据经验而定。
其它能够活化起挤压材料中所含的水，其它液体或起泡剂分子达到共振并使其挥发的已知频率也可用。设置通风口25是为排放干燥和起泡阶段所挥发出来的水份，液体或其它起泡剂，从而便利干燥。可以采用无端传送带17来撑托挤压材料，通过干燥箱该传送带用不干扰微波能穿透的非导体材料制成，例如用聚酯，尼龙等制做。
冷却箱13所具有空调器15、风扇16和传送带6。空调器15可以是任何能提供冷气的常规空调器，比如美国密支安州杰克森市热控器公司生产的康福特艾尔(Comfort Aire)3吨空调气。风扇的设置应使挤压材料随无端传送带6向前输送时将冷气按所选择的速度沿材料经过的路线垂直吹送。传送带6最好是带孔的。冷风的吹送可以是较均匀的或是逐渐加强的以使沿冷却箱3，一处比一处的风更强或更冷。在另一可选择的实施方案中，冷风的流向可以是斜向的或平行的。风扇16和空调器15可以合二为一。
在另一可供选择的实施方案中，冷却箱3可以是风洞，例如罗德岛布里斯特尔的休斯蒂斯机器制造公司制造的艾尔米色风洞。这类设备可以通过若干个喷嘴喷出高速气流吹击挤压材料的表面，从而干燥挤压材料。其他冷却方式也可采用，例如低温浴，接触冷却物件以及其它可从挤压材料中去热的技术。
在较好的实施方案中，干燥和冷却协调进行，以使最后的产物的OV值低于平衡OV值。挤压出的材料可以用普通卷纸机包卷，由于材料较干所以当挤压出的材料平衡时，材料会吸收些水份而稍稍膨胀，从而绷紧包纸。在低温度环境下这可防止包纸与烟制品脱开，并且这使得其外观和触感都象普通烟草填充切制的烟制品。
本发明尤其适合保持烟草的香料及其原有的特点，这在迄今以前的处理方法中都因挤压和加热，烟草香味被挥发而失去了。在干燥之后迅速冷却挤压出的材料，以此将温度降低到香料挥发温度以下，从而保持了香料。这将香料的挥发减小到最低限度，而以前香料都损失了。而且，那些不会经受或经不起挤压、起泡和干燥的条件和温度的香料或其它添加物可以在冷却之后立刻加入，而不因挥发而大量损失。可用常规设备测量通过的挤压出材料中含的添加料的有效量，从而确定这类添加物。
起泡的产物产生一层热导障碍，这在某种程度上阻碍了挤压材料内部的冷却。迅速冷却外层，会沿切面产生一个热度梯度变化曲线。这样，保持外层比内部温度相对低，至少在挤压材料较冷的外层中原有烟草和添加物的天然香料和加入的香料可以保存住。因此，挤压的材料比较深的内部损失的香料不太重要，并可相应地得到补偿。
制烟设备4可以是任何商业化使用的卷烟机，经过适当改装，去掉进料斗即可。例如，莫林公司制造的Mark 8或Mark 9制烟机，或与之同等的Hauni型制烟机。其他烟制品成型设备(图中未示)可以包括诸如磨具切刀、切碎机等装置，或用来干燥、冷却后的挤压出材料，并将该材料成型为普通的烟制品，例如烟斗烟丝、无烟烟丝、香烟或雪茄烟丝。
在较好的实施方案中，挤压出的材料被直接从冷却箱3递到MARK8制烟机烟枪中，该制烟机经改装去掉后身喂料通道，换上漏斗14用以接收单股或多股圆柱状挤压条料。圆柱形条料在进行常规包纸前后，送入卷烟枪中，在通过烟枪之后，用截刀切成均匀长度的成型为烟制品的，随后由旋转的输出轮送出。并按常规制烟方法和用常规制烟设备进行后续处理。
牵引设备5可以是夹送辊送料式牵引器，或两条逆向前进的无端传送带，该设备的设置和使用是用于当其在起动状态时将挤压出的材料端边送入漏斗14中。牵引设备5在起动工作时，将挤压出的材料牵引通过冷却箱3时，保持挤压出的材料略微绷紧，一旦挤压出的圆柱条被送入漏斗14，而进入烟枪被烟枪咬住，牵引设备5一般即断联。逆向传送带即与材料分离，以免由于材料向前而作用于材料的力损伤挤压出的材料。现市场上有的牵引器，可从新泽西州萨墨维尔市的福斯特与艾伦公司的沃萨机器制造部获得，例如CM22型牵引器。
驱动设备、传送带17、传送带6、牵引器5、制烟设备4和挤压机1都可用转速表(图中未示)或均衡定时装置与微波箱2的干燥能力同步起来。干燥能力可以按理想的处理条件和挤压材料所需的湿度特性来调节，调节手段主要是改变传入微波箱中的微波能量。当采用大功力微波能干燥材料，并以高速生产时，可能会需要附加冷却设备，于是，挤压出的材料以一定速率前进，该材料在微波加热箱中保持相应的滞留时间，即可达到理想的OV含量。例如，干燥的挤压材料直径大约8.0±0.1mm，并以每分大约182米前进，用总量为10kw的能量可将材料的OV值干燥到20%至低于6%。10kw的能量分配于两个微波箱，使用9kw可将材料干燥到大约8%OV含量。
本发明的方法进而可配套工作使上述设备高速进行上述操作，在同一工厂的一处工作地点连续将烟草浆料成分混合、挤压、干燥、冷却、制成烟制品。在所建议实施方案中，起泡的挤压材料呈直径大约8mm的圆柱形，以每分钟0米至甚至超过大约200米的速度生产。这些速度完全在普通制烟设备的能力之内。
实施例为了进一步说明本发明，特提供下面这个具有代表性的实例。
将配方中的细碎的烟草颗粒、粘合材料和水加入帕克、博金斯双螺杆MPF-50L型挤压机的各个输入斗中，烟草颗粒以每分钟大约0.82公斤的速度加入。粘合剂混合物含1%Klucel，4%羟丙基耳胶和5%淀粉，预混合制成混合料，将其以每分钟0.09公斤的速度加入。烟草和粘合剂一起混合，加入到挤压机混合筒的同一进料斗中。水从下游加入，加入速度以使挤压机混合筒中的OV值保持在大约20-23%为限。挤压材料在其离开模口时，测得的OV含量大约为17.2%。整体温度大约130℃，表面温度大约95℃。被挤压材料通过双微波箱速度为每分钟大约124米。干燥箱包括第一微波箱和第二微波箱，第一、第二箱的功率总体定为7kw。挤压出的材料从干燥箱出来时的OV含量为大约10.9%。挤压材料的表面温度为61.7℃，整体温度为91.7℃。干燥后的挤压材料强度很小或没有，而不能连续进行包纸处理或送入制烟机。
随后挤压出的材料通过大约4.6米长的一段冷却区。用冷却到15.5℃的冷气以每分钟104米的速度垂直吹指挤压出的材料。将挤压出的材料的表面温度冷却到大约46.7℃，整体温度到85℃，OV含量降低到9.9%。此刻，挤压出的材料具有足以用改进的Mark 8型制烟机进行切割、包纸的强度。干燥、冷却后的挤压材料包纸制成烟条时的整体温度是大约57℃。
在实验过程中发现挤压材料吸收的微波能总量要比是否两个微波箱用同样的功率或哪一个提供更多的功率重要。例如当第一箱采用3kw，第二箱采用4kw时和第一箱采用4kw，第二箱采用3kw时的结果基本一样。将功率分成一箱为2kw，一箱为5kw，结果也类似。同时还发现，每多吸收1千瓦的微波能，OV含量将下降大约1.2%。相应降低功率会导致较高的OV含量。一般挤压这种较好的含烟草材料的速度在270-455米/分之间。可以用分配于两个微波箱之间的大约5kw到10kw的微波能来将这些材料干燥到大约8%到14%这样理想的含湿量。用冷却到大约1℃至16℃温度范围的冷气，以大约50-150米/分的速度吹过挤压材料，即足以将干燥挤压出的材料冷却到可以包纸并制烟的程度。
权利要求
1.处理连续挤压含烟草物料的方法，该方法采用微波能干燥挤出机模口的物料，其特征在于采用微波干燥方法将挤压物料的烘箱水份值(OV值)降低到平衡OV值或其以下，随后冷却挤压物料，使其表面温度低于整体温度，从而使挤压物料具有足以用来制做烟制品的结构强度和外形的稳定性。
2.权利要求
1所述的方法，其中微波干燥是使挤压物料相继通过两个或更多个干燥箱而进行的，干燥箱各具有可控功率的微波能。
3.权利要求
2所述的方法，其中挤压物料在微波能的作用下而产生的气体产物在相邻的干燥箱之间排放。
4.权利要求
1、2或3所述的方法，其中用冷却到室温以下的空气吹过挤压物料从而进行冷却。
5.权利要求
1-4中任何一项权利要求
所述的方法，其中冷却物料的步骤包括将表面温度降到大约-196℃-85℃之间，将整体温度降到大约20℃～90℃之间。
6.以上任何一项权利要求
所述的方法，该方法还包括在冷却之后，制成烟制品之前，用普通卷纸材料将挤压出的物料包纸。
7.权利要求
6所述的方法，其中在包纸之前将挤压物料干燥到其含湿量低于平衡含湿量，从而使挤压物料平衡时，膨胀，绷紧卷烟纸，形成包裹紧密的制品。
8.以上任一权利要求
所述的方法，该方法还包括在挤压物料被冷却到添料挥发温度以下之后，添加添料，该添料可改善所得烟制品的特点。
9.权利要求
1-8中任何一项所述的方法，其特征在于以下列方式制备挤压物料将5-98重量%的、粒度可大至5目、OV值3-20%的烟草颗粒，0-60重量%的、粒度可大至350μm的填料，0-50重量%的起泡剂(起泡剂包括除水以外的任何溶剂或载体)，2-40重量%的粘合剂，(以上物质均与干重基计)，一起混合，加入水制成含水15-50重量%的湿混料。
10.权利要求
9所述的方法，其中在湿混料中所含的水份或其他起泡剂在物料被挤压时能转变为蒸汽或其他气体产物从而奇泡膨化挤压物料的温度和压力条件下，将湿混料通过模口挤压出来。
11.权利要求
9或10所述的方法，其中湿混料是这样制备的干混烟草颗粒、填料、起泡剂和粘合剂，将干混料与水混合形成湿混料。
12.权利要求
9或10所述的方法，其中湿混料是这样制备的(1)干混烟草颗粒、填料和起泡剂，(2)预水合粘合剂，(3)将步骤(1)制备的干混料与步骤(2)制备的预水合粘合剂混合，形成湿混料。
13.权利要求
12所述的方法，其中将相对来说少部分粘合剂以未水合状态加入步骤(1)制备的干混料中干混，以降低步骤(2)制备的预水合粘合剂的粘度，并减小预水合粘合剂粘着处理设备的易粘性。
14.处理连续挤压出的、OV值大于平衡OV值的含烟草物料的设备，该设备包括在挤压物料挤出挤压机时的干燥设备，干燥设备包括微波能源、与微波能源相连接的并具有输入、输出孔洞以使挤压物料通过的干燥箱，将微波能传导入干燥箱的设备，该干燥设备能够在挤压物料从输出孔洞出来时将其OV含量降到其平衡含湿量左右或低于平衡含湿量;冷却挤压物料的设备，该冷却设备能够将挤压物料的表面湿度降到整体湿度之下，以使物料具有足以加工成烟制品的结构强度和外形稳定性;使挤压机挤出来的物料通过干燥和冷却设备的撑托和传送设备。
15.权利要求
14所述的设备，其中微波能源和与之相连接的干燥箱还包括第1能源和与之相连接的干燥箱，和第2能源和与之相连接的干燥箱，两箱前后排列，以使挤压物料通过第1干燥和第2干燥箱。
16.权利要求
14或15所述的设备，其中冷却设备包括冷却箱;冷气源;将冷气吹入冷却箱和吹过进行中的挤压物料所用的风扇。
17.权利要求
14或15所述的设备，其中冷却设备包括冷却箱;与热挤压物料接触能蒸发的致冷材料源;向进行中挤压物料施一定量的致冷材料的设备，其施用速度要使致冷材料与挤压物料接触时蒸发，以此来冷却挤压物料。
18.权利要求
14或15所述的设备，其中冷却设备还包括能从挤压物料中吸热的冷却接触部件;使冷却接触部件与挤压物料相接触的设备，以此冷却挤压物料。
19.权利要求
14或15所述的设备，其中冷却设备还包括真空箱;使挤压物料通过真空箱的设备;在挤压物料表面施用部分真空的设备，使真空箱中的物料的全部残存水份或其他溶剂蒸发掉，以此均匀冷却挤压物料。
20.权利要求
14或15所述的冷却设备还包括冷冻浴槽，使挤压物料通过该冷冻浴槽从而冷却的设备。
21.权利要求
14或15所述的设备，其中冷却设备还包括使挤压物料通过的冷却箱;空气源;设置在冷却箱周围，能使喷出的空气冲击到挤压物料表面的多个空气喷嘴;使空气通过上述空气喷嘴，冲击到挤压物料上使其均匀干燥的设备。
专利摘要
从挤压筒13的第7供料箱填进烟草，从第8供料箱填进粘合剂，从第11供料箱填进水，通过挤压机筒13挤出起泡的含烟草物料的延续不断的料条20。为了使料条20能直接送入制烟机4，先将其通过微波干燥器2，用真空罩25去除挥发物质，从而将其干燥。然后料条20沿传送带6通过，用风扇16吹送的冷气冷却。其表面温度被降低到整体温度之下，从而产生外壳变硬强度提高的效果。
文档编号A24B3/00GK86103673SQ86103673
公开日1987年12月16日 申请日期1986年6月3日
发明者罗纳德·A·塔莫尔, 古斯·D·克里西斯, 理查德·A·思辛格, 约瑟·G·尼波穆塞诺, 乔治·H·布尼特, 沃伦·D·温特森, 瓦尔特·A·尼科尔斯 申请人:菲利普莫里斯公司(弗吉尼亚公司)导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan