浸泡提取加工设备及浸泡提取加工方法与流程

本发明属于卷烟加工技术领域，具体的说涉及一种提高烟草物料浸泡提取效率和均质化加工水平的加工设备及加工工艺，本发明同样可以用于中药等提取。

背景技术：

为了提高卷烟制品的产品质量，降低烟草原料消耗，减少烟草有害成分含量，利用浸泡提取技术提取烟草物料中的有害或对感官有不利影响的物质，已得到普遍重视于应用，比如烟叶中烟梗所占的比例大概25％左右，目前将烟梗制成梗丝的加工工艺及其设备已相当成熟，卷烟中掺兑梗丝的比例根据卷烟的档次也不尽相同，但是，梗丝主要应用在低档烟中，导致这一主要原因的是烟梗的特性和传统的加工工艺决定的。

国内外有关研究表明烟梗物理特性和化学组分与烟叶存在本质的差异，烟梗的纤维素、半纤维素、木质素、果胶质含量远远高于烟叶的含量；纤维素、木质素燃烧不充分时产生易引起吸烟者呛咳的刺激性气味；木质素和果胶燃烧可产生有毒的甲醇等物质，并释放较多的木质杂气；含氮化合物燃烧易产生自由基和特有亚硝胺；木质素燃烧易产生3,4-苯并芘等。这些化学成分含量差异严重降低了烟梗吸味品质。

烟梗与叶片相比，总糖、总氮和烟碱含量较低，细胞壁物质含量较高。膨胀梗丝的化学组分与膨胀前相差不大，除总糖和烟碱略有减小外，其它成分如总氮、细胞壁物质和木质素的含量基本不变。

从已有的研究结果表明，梗丝香味不足，是因为影响香烟风味的一些重要成分如β-苯乙醇、β一大马酮、叶绿酮等致香成分含量很低，而糠醛、苯乙醛等含量却很高，木质气重。

同样，对于低档或上部烟叶的处理，早前也有人尝试采用浸泡提取的方法，来提升它们的感官品质。

目前，浸泡提取设备为改善烟草物料的吸味品质起到很重要的作用，但是国内外浸泡提取设备可选择的种类不多：

CN2307616Y一种螺旋式连续逆流提取装置，主要用于对天然植物尤其是中药材的有效成分进行提取。该装置具有支架、筒体、螺旋推进器、筛板等，螺旋推进器上具有刮板和排料板，筒体上部设有气室，气室上设有出气口。进料口和进液口也可设置在气室上。筒体内的药材与浸出液在逆流过程中，浸出液被加热后产生的蒸气能够在气室中流动，并从气室的出气口排出，保证了浸出液与药材连续逆流浸出的顺利进行和提取液的畅通流出。

上述专利采用逆流或顺流式螺旋式设备浸泡烟草物料提取其中的可溶性物质，说明有一定效果的，但是也同样存在问题，首先，烟梗或烟叶经切丝后，强度较弱容易产生造碎，虽然此时浸泡提取的效率最好，但是在螺旋搅动水和机械摩擦的作用下一部分烟丝会产生造碎，浸泡液中的杂质含量较高，加大了污水处理的难度和成本；第二，由于在螺旋推动物料前进时，物料之间也不可能同步运行，物料浸泡提取时间和提取率就存在差异；第三，对飘浮力大的物料，浸泡提取变得困难，比如：烟梗和烟叶等；第四，由于制造难度较大，螺旋与壳体之间的间隙精度不好控制，导致部分物料存积，造成物料浪费。由于目前浸泡提取的均质化加工水平比较低，所以迫切希望有更新技术的浸泡提取工艺加工设备，以适应烟草提升加工水平的要求。

技术实现要素：

本发明针对上述现有烟草物料浸泡提取工艺设备所存的不足，提供一种浸泡提取加工设备，提高烟草物料均质化浸泡提取水平，并且减少物料的浪费。

本发明提供的浸泡提取加工设备，包括机架，所述机架上安装有进料装置和出料装置，所述机架上还安装有箱体，该箱体内安装有环形输送装置，所述环形输送装置上安装有若干透水浸泡盒；所述环形输送装置包括进料端与出料端，所述进料端与进料装置对应，所述出料端与出料装置对应；所述环形输送装置的进料端、出料端位于所述箱体的液面上方；所述箱体内还设置有加水装置。

透水浸泡盒在进料端接收进料装置的给料，利用透水浸泡盒盛装烟草物料，通过环形输送装置将浸泡盒带入水中，避免烟草物料在浸泡过程中由于浮力作用导致部分物料无法有效浸泡，提高了烟草物料均质化浸泡提取水平。每个浸泡盒内的物料单独浸泡，单位体积里的物料数量减少，可以避免物料的粘连和减少物料造碎。由于烟草物料装在浸泡盒内，无其他外力直接作用在烟草物料上，避免烟草物料的造碎，同时，烟草物料难以渗出浸泡盒，不会进入水中，使得对浸泡水的处理变得更为简单，有利于简化后续污水处理工艺，污水处理成本低。浸泡盒随环形输送装置移动，当进入环形输送装置后半程时，浸泡盒翻转180°，物料在浸泡盒内翻滚，提高浸泡效率和效果。浸泡提取后，浸泡盒到达出料端，将物料排入出料装置。

为进一步提高浸泡效果，所述箱体内设置有隔板，该隔板的一端延伸出液面，所述隔板将环形输送装置位于箱体液面以下的部分分成连通的上下两个部分。

浸泡提取的目的是将烟草物料中的水溶物提取出来，水的溶解能力有限，当达到饱和状态时，就会无法继续溶解提取，本发明通过设置隔板，使得物料浸泡过程中，浸泡提取的液体浓度分布更有规律，具体来说，在浸泡时需要进行补水操作，距离加水装置近则液体浓度较小，距离加水装置远的则液体浓度较大，尤其在顺流或逆流提取时，液体浓度随着水流流动方向逐渐变大，烟草物料在水中浓度低的地方进行浸泡，使得浸泡提取更高效，更符合均质化的要求。如果不设置隔板，则水具有对流效应，在隔板(实际未设置)上下的水对流流动，使得浓度分布不规律，并且，由于水流对流流动，浓度分布紊乱，影响浸泡提取效果。

在浸泡提取过程中，需要向箱体内补水，箱体内的液面会发生变化，为避免液体超量，影响设备运行，沿液体流动方向，所述箱体或隔板上安装有溢水装置，该溢水装置位于液体流动方向的末端，液体流动到溢水装置处时，从溢水装置溢出，溢水装置具有可上下调节的闸板，可通过调节闸板控制液面高度，通过控制加水装置的加水量以及溢水装置的闸板来调节箱体的水位。溢水装置的设置，使得水量控制更为便捷，避免开启箱体排水阀。

本发明可通过利用交替设置在隔板上下表面的加水装置，实现在浸泡提取过程中，对环形输送装置上的浸泡盒进行上下交替补水。本发明还可以实现顺流提取和逆流提取，加水装置安装处位于液体流动方向的始端，具体来说，顺流提取时，液体流向与浸泡盒移动方向相同，加水装置设置在隔板上，逆流提取时，加水装置设置在箱体上，通过加水装置加水使得水的流向与浸泡盒移动方向相反。

为提高设备自动化程度，所述浸泡盒具有可转动的盒盖，该盒盖在无外力作用下处于关闭状态；在所述环形输送装置进料端、出料端，所述箱体上分别安装有浸泡盒自开盖机构，所述浸泡盒自开盖机构用于打开所述浸泡盒的盒盖。盒盖在浸泡过程中处于关闭状态，只有在到达进料端、出料端时，在浸泡盒自开盖机构的作用下才打开，从而接收物料或排出物料，浸泡时，物料处于浸泡盒内，避免物料进入水中，给污水处理带来麻烦。

所述浸泡盒的盒盖通过转轴安装在浸泡盒的盒体上，所述转轴上套有扭簧，该扭簧别住盒盖；所述盒盖靠近转轴的一端具有拨柄，当浸泡盒位于所述环形输送装置进料端、出料端时，所述浸泡盒自开盖机构与拨柄接触，并通过拨柄推动盒盖绕转轴转动。本发明结构设计巧妙，浸泡盒自开盖机构使用一杆体或导轨即可，由于环形输送装置带动浸泡盒移动，当浸泡盒拨柄与浸泡盒自开盖机构接触后，环形输送装置继续带动浸泡盒移动，由于浸泡盒自开盖机构的阻力作用，使得拨柄带动盒盖转动，从而打开盒盖，当浸泡盒脱离浸泡盒自开盖机构后，浸泡盒盒盖自动关闭。浸泡盒盒盖的自闭结构也可以采用其他形式，如将扭簧换成拉簧，拉簧的两端分别连接盒盖内表面与盒体，使得盒盖紧闭。

为避免浸泡盒进料时出现物料泄露，所述浸泡盒的盒盖呈倾斜状，或者盒盖的上表面安装有倾斜板；所述盒盖安装端的厚度或者盒盖安装端与倾斜板厚度之和等于或略大于相邻浸泡盒之间的间隙。倾斜的盒盖或者倾斜板保证在进料时将物料导入浸泡盒中，同时倾斜状可减少浸泡盒粘料。此外，盒盖、倾斜板厚度的设计，使得浸泡盒盒盖打开后，正好可以将相邻浸泡盒之间的间隙堵住，使得物料不至于从相邻浸泡盒之间的间隙中散漏。

所述机架上还安装有用于清扫浸泡盒的清扫辊；所述环形输送装置进料端的下方设置有搜集皮带输送机，利用清扫辊将浸泡盒盒盖上的物料刷干净，少量的散落物料被下面的搜集皮带输送机输送到机外再循环使用，避免物料浪费，也避免了物料进入水中，影响浸泡提取和污水处理。

在所述环形输送装置出料端，所述箱体上安装有清扫浸泡盒的喷吹装置，当浸泡盒到达出料端，浸泡盒盒盖被打开，物料从浸泡盒内排出至出料装置，通过喷吹装置将浸泡盒内的残存物料清理干净。

为方便出料，对应于所述环形输送装置出料端，所述箱体上安装有出料斗，该出料斗与出料装置相对应，通过出料斗收集浸泡盒排出的物料，再通过出料装置输出。

为实现浸泡盒透水功能，所述浸泡盒采用透水材料制成，或者浸泡盒上开设若干透水孔，透水孔的大小与形状可以根据烟草物料形态确定。

浸泡提取完成后，将箱体内的浸泡污水排出，需要对箱体进行清洗，本发明所述箱体内安装有清洗箱体的喷淋装置，利用喷流装置清洗箱体内的污物。

本发明的环形输送装置为旁链输送机，该旁链输送机在箱体内呈Z字形布置，旁链输送机进料端、出料端位于Z字形的左上端，Z形旁链式输送机安装在箱体中整个长度方向，浸泡盒安装在两条旁链的翼板之间，每个链条的节距上都安装浸泡盒，浸泡盒容积的大小与两条旁链之间的距离与链条节距的大小有关。

本发明还提供一种浸泡提取加工方法，将物料放入透水的浸泡盒内；通过环形输送装置带动浸泡盒进入水中，浸泡盒在水中由环形输送装置带动下继续移动直至转向，浸泡盒翻转180°，物料在浸泡盒内随之翻滚；环形输送装置带动浸泡盒离开水面，物料从浸泡盒中出料输出。

本发明利用透水浸泡盒盛装烟草物料，通过环形输送装置将浸泡盒带入水中，避免烟草物料在浸泡过程中由于浮力作用导致部分物料无法有效浸泡，提高了烟草物料均质化浸泡提取水平。每个浸泡盒内的物料单独浸泡，单位体积里的物料数量减少，可以避免物料的粘连和减少物料造碎。由于烟草物料装在浸泡盒内，无其他外力直接作用在烟草物料上，避免烟草物料的造碎，同时，烟草物料难以渗出浸泡盒，不会进入水中，使得对浸泡水的处理变得更为简单，有利于简化后续污水处理工艺，污水处理成本低。浸泡盒随环形输送装置移动，当进入环形输送装置后半程时，浸泡盒翻转180°，物料在浸泡盒内翻滚，提高浸泡效率和效果。

本发明可以采用多种浸泡提取工艺，在浸泡过程中，通过加水装置对浸泡盒进行上下交替补水；或者，沿液体流动方向，在液体流动方向的始端利用加水装置补水，其中，液体流动方向与浸泡盒移动方向相同或相反。顺流提取时，液体流向与浸泡盒移动方向相同，逆流提取时，液体的流向与浸泡盒移动方向相反。

水与物料的比例按公斤计算为(3～8)：1，水温为(25～90)℃，浸泡提取的时间控制在(15－60)分钟，浸泡盒的物料在水中随环形输送装置运动。

本发明一个重要的加工环节就是将物料放入透水的密闭浸泡盒内，在盒内装入多少物料，也决定了物料浸泡提取的效果，经流量控制的烟草物料，进入浸泡盒内的体积量要控制在浸泡盒容积的(30～70)％以内，否则，烟草物料过多会导致物料浸泡翻滚运动困难，影响浸泡提取率。

本发明具有以下有益效果：(1)利用透水浸泡盒进行密闭浸泡提取，解决了烟叶烟梗等在水面上漂浮、浸泡提取难的难题；同时物料在浸泡盒内浸泡，无法进入水中，使得后续浸泡污水处理变得简单。(2)烟草物料浸泡提取的均匀性远高于背景技术中所述的方法，因为，传统螺旋式提取机，物料在浸泡运动过程中，每个物料浸泡的时间存在差异，导致浸泡的均匀性较差，影响了物料浸泡提效率，甚至有的物料浸泡过渡破碎，有的物料还没有浸泡彻底就结束了。(3)每批次物料的浸泡时间可调可控，批次物料均质化加工水平高，产品质量稳定，其每个浸泡盒内的物料单独浸，单位体积里的物料数量减少，可以避免物料的粘连和减少物料造碎，另外，本发明浸泡水流按物料运动方向可以是顺流也可以是逆流。(4)浸泡盒随旁链输送机移动，在前半程与后半程过渡中，浸泡盒出现180°翻转，使得物料产生翻滚动作，使得物料浸泡更彻底。(5)光滑倾斜板的设置，可以更好地导料进入浸泡盒，同时，减少粘料。(6)浸泡盒盒盖打开后可以堵住相邻浸泡盒之间的间隙，避免物料散漏进入箱体。本发明在减少烟草物料造碎与浪费情况下，可以均匀高效地浸泡提取出烟草物料中的可溶性物质，为后续烟草物料的加工处理奠定良好基础。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明所示浸泡盒自动开闭盖机构20打开浸泡盒盒盖示意图；

图3为本发明所示驱动轮11带动浸泡盒移动局部示意图。

图中：1进料装置，2浸泡盒清扫辊，3浸泡盒清扫辊，4搜集散料皮带输送机，5过渡轮，6上清洗喷淋，7隔板，8水面，9观察窗，10液位控制仪，11驱动轮，12清洗喷淋，13机架，14箱体底板，15排水阀，16输送机，17溢水装置，18出料斗，19喷吹装置，20浸泡盒自动开盖机构，21浸泡盒自动开盖机构，22出料端，23旁链输送机，24浸泡盒，25箱体，26加水装置，27过渡轮，28盒盖，29倾斜板，30拨柄。

具体实施方式

实施例一：

如图1、2、3所示，本发明包括机架13、箱体25、进料装置1、出料斗18，箱体25安装在机架13上，机架13支撑箱体底板14，箱体25优先采用倾斜安装的形式，如图1所示，向排水阀15方向倾斜，便于清洗箱体，箱体为由不锈钢板材焊接而成的类似矩形的盛水容器。沿箱体长度方向，箱体25内安装旁链输送机23，若干浸泡盒24安装在旁链输送机23的相邻旁链之间的翼板上。旁链输送机23也可以采用其他输送装置代替，其他输送装置的选用需要考虑两个因素，一个是便于浸泡盒24的安装，另一个是输送装置可以在液体中运行。旁链输送机23由驱动轮11带动在箱体中运行，在对物料浸泡提取时，箱体内注有水，旁链输送机23的输送链带在过渡轮5的作用下发生变向，使得经过过渡轮5后的输送链带位于水面8的下方，输送链带在过渡轮17的作用下再次发生变向，使得经过过渡轮17后的输送链带位于水面8的上方；从图1中可以看出，旁链输送机23呈Z字形布置。旁链输送机23具有进料端和出料端，进料装置1位于箱体25上方，正对旁链输送机23进料端，从进料装置1送入的烟草物料落入旁链输送机23进料端的浸泡盒内。进料装置1可采用皮带输送机或进料输送机。本发明还设置有浸泡盒清扫辊2、3，由浸泡盒清扫辊2、3将浸泡盒表面的烟草物料清扫干净。旁链输送机23进料端的下方设置有搜集皮带输送机4，从浸泡盒24上刷落的物料或进料装置1送料时散落的物料落到搜集皮带输送机4上被收集并输送出去再利用。旁链输送机23出料端，箱体下方设置有出料斗18，出料斗18正对旁链输送机23出料端，浸泡盒24中掉落的烟草物料落入出料斗18，并从设置在出料斗18下方的输送机16输送出去。

箱体25中设置有L形隔板7，隔板的一端延伸出水面，隔板7以驱动轮11为界，将箱体25中的液体分为上下两个部分，旁链输送机23在液体中的部分也被隔板7分为上下连通的两个部分。隔板7的上下表面交替布置有多个加水装置26，加水装置26既用于浸泡提取前向箱体25中注水，也用于在浸泡提取过程中的补水。由于在浸泡提取过程中需要向箱体中补水，为避免箱体内的液位过高，并且便于释放部分水，避免运行过程中停机放水，在箱体25上设置有溢水装置17，溢水装置设置17在水流方向的末端，旁链输送机23沿箭头方向运转时，推动水流沿箭头方向移动，水从溢水装置17溢出，溢水装置17具有可上下调节的闸板，通过调节闸板位置控制溢水，溢水装置17上还接有排水管。隔板7的左端设置有上清洗喷淋装置6，箱体底板右端设置有下清洗喷淋装置12，箱体底板左端设置有排水阀15。箱体25上部还开设有观察窗9，用于观察加水及运行情况。箱体25中还设置有液位控制仪10，由液位控制仪10根据工艺需要控制液位。

浸泡盒24采用透水材料制作，或者在浸泡盒四周密布透水孔，孔的大小与形状可以根据烟草物料形态确定。浸泡盒24的盒盖采用自封闭结构，即，在无外力作用下，盒盖处于关闭状态，当外力作用后打开。具体来说，盒盖通过转轴安装在浸泡盒盒体上，转轴上套有弹簧，盒盖在弹簧的作用下始终保持关闭状态；这种自封闭结构可以有很多实现方式，比如弹簧采用扭簧，扭簧别在盒盖上，使得无外力作用下，盒盖始终关闭；也可以采用拉簧，拉簧的两端分别安装在盒盖内表面以及盒体内，由于拉簧拉力也会使得盒盖在无外力作用下处于关闭状态。盒盖上表面设计成倾斜状，或者，在盒盖上表面加装一块光滑倾斜板，当盒盖打开后，盒盖呈上窄下宽状，进料装置1输送的物料落入浸泡盒时，由于倾斜面的存在，物料较少甚至不会粘连在盒盖上。由于浸泡盒24安装在旁链输送机两条旁链之间的翼板上，并且每个链条的节距上都安装浸泡盒，浸泡盒容积的大小与两条旁链之间的距离、链条节距的大小有关。浸泡盒24的盒盖的厚度，或者盒盖与倾斜板加起来的厚度略大于等于相邻浸泡盒之间的间隙的宽度，当浸泡盒24的盒盖打开后，盒盖或盒盖与倾斜板一起将相邻浸泡盒之间的间隙挡住，避免物料从间隙掉落。浸泡盒24的盒盖上还设置有拨柄，拨柄设置的目的在于方便外力作用在盒盖，由外力作用在拨柄上，进而使得盒盖绕转轴转动，从而使得浸泡盒被打开。

本发明在位于旁链输送机23进料端的箱体上安装有浸泡盒自动开盖机构21，浸泡盒自动开盖机构21可以直接使用一杆体，或者使用导轨，旁链输送机23带动浸泡盒24移动，当浸泡盒24的拨柄与浸泡盒自动开盖机构21接触、受到浸泡盒自动开盖机构21的阻力，使得浸泡盒24的盒盖绕转轴转动，从而使得盒盖被打开。浸泡盒自动开盖机构21(杆体、导轨)的前端安装有滚轮，打开盒盖时，滚轮与浸泡盒的拨柄接触，使得浸泡盒自动开盖机构21与拨柄之间形成滚动摩擦，减少拨柄的摩擦力，使得拨柄使用寿命更长。

本发明浸泡提取过程是：首先，根据工艺生产要求的水温和液位控制仪10设定的液位，通过加水装置26自动向箱体25内加水，操作人员可以通过箱体25上开设的观察窗9观察加水及运动情况，待水位达到浸泡盒24淹没的水面8后，烟草物料开始通过流量控制单元进入进料装置1，此时，浸泡盒24在浸泡盒自动开盖机构21的作用下，浸泡盒24盒盖完全打开(旁链输送机23已经运转)，浸泡盒24盒盖上有一光滑倾斜板正好与前一浸泡盒24的盒口衔接，进料装置1将物料送入浸泡盒24内，避免了物料从两个浸泡盒24之间的缝隙散漏，通过浸泡盒清扫辊2将盒盖顶上的物料刷净，当浸泡盒移动脱离浸泡盒自动开盖机构21后，浸泡盒24的盒盖自动关闭，再通过浸泡盒清扫辊3清扫，少量的散落物料被下面的搜集散料皮带输送机4输送到机外再循环使用。在旁链输送机23的带动下，经过过渡轮5后，浸泡盒24进入水面8以下向驱动轮11方向浸泡运行，经过驱动轮11后，浸泡盒24转动180°后盒盖朝下浸泡，物料也随之在浸泡盒内翻滚。在此过程中装在隔板7上的加水装置26，根据要求不断向上、下交替补水。浸泡后的浸泡盒24进一步移动并出水面8，经过过渡轮27到达出料端22下方的出料斗18，浸泡盒24在浸泡盒自动开盖机构20的作用下打开盒盖，浸泡物料落入出料斗18并进入输送机16，浸泡盒24的盒盖在开启状态运行时，经过喷吹装置19清理后关闭，接着继续进行上述生产过程。

生产过程中，浸泡水在浸泡盒24的运动作用下，部分浸泡水通过溢水装置17溢出，溢出量可以通过调节溢水装置17的闸板控制。在完成物料的浸泡提取过程后，通过开启排水阀15，将浸泡污水排放处理，同时开启箱体内的上清洗喷淋装置6与下清洗喷淋装置12，彻底清洗隔板6、箱体底板14上的污物。

根据工艺加工要求，水与烟草物料的比例按公斤计算为(3～8)：1，可使用清洁水的自来水，水温为(25～90)℃。浸泡盒的物料在水中随旁链输送机运动，浸泡提取的时间可以控制在(15－60)分钟。箱体内的水可通过溢水装置17与加水装置26来配合调控。本发明一个重要的加工环节就是将物料放入四面透水的密闭浸泡盒内，在盒内装入多少物料，也决定了物料浸泡提取的效果，经流量控制的烟草物料，进入浸泡盒内的体积量要控制在浸泡盒容积的(30～70)％以内，否则，烟草物料过多会导致物料浸泡翻滚运动困难，影响浸泡提取率。

本实施例采用的顺流浸泡工艺。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于：本实施例未设置隔板7，加水装置26直接安装在箱体上。

本实施例较实施例一，在浸泡提取效果上略差。浸泡提取过程中，浸泡水的浓度在箱体内分布不规律。以实施例一中的隔板为界，在没有隔板的情况下，上、下部的水存在对流，使得水的浓度分布紊乱，影响浸泡提取效果。

实施例三：

本实施例与实施例一的区别在于：加水装置26设置在隔板的左端，位于过渡轮5的下方。本实施例也采用顺流提取工艺，在浸泡提取过程中，加水装置26向驱动轮11方向补水，水流方向与图1中的箭头方向一致，顺流提取时，隔板下方的浓度大，隔板上方的浓度小。

实施例四：

本实施例与实施例一的区别在于：加水装置26设置在箱体25上，具体来说设置在图1中溢水装置17与排水阀15之间的位置，加水装置26向驱动轮11方向补水，溢水装置17设置在L形隔板7的上端，即图1中X所示位置处。本实施例采用逆流提取工艺，具体来说，在浸泡提取过程中，水流方向与图1中的箭头方向相反，同加水装置26推动浸泡水沿箭头相反方向向溢水装置17流动，逆流提取时，隔板下方的浓度小，隔板上方的浓度大。