再造烟叶萃取液膜分离净化浓缩系统及其处理工艺的制作方法

本发明属于再造烟叶技术领域，具体是涉及一种再造烟叶萃取液膜分离净化浓缩系统及其处理工艺。

技术背景

国际上使用造纸法再造烟叶，已有半个多世纪的历史。20世纪90年代后期，我国先后在汕头、杭州等地试验该工艺生产烟叶，随后将该工艺扩展到全国。目前，烟草薄片在国内外卷烟配方中已普遍使用。在一些卷烟品牌中，再造烟叶的平均掺配比例均已超过20％。

造纸法再造烟叶就是利用烟末、烟梗、碎烟片等烟草物质为原料，按照一定配方、浸取、固液分离、抄造、蒸发、浓缩、涂布等工序，把烟草成分萃取出来制成涂布液，而对不可溶的烟草原料，进行疏解并磨制成浆，运用造纸技术将其脱水、干燥、制片，得到烟草片基。最后，再将调配的涂布液均匀地涂在片基上，经过干燥、撕片，按技术要求制成再造烟叶。

目前再造烟叶生产工艺中，萃取液通过圆振筛和离心机进行净化，净化效果不太理想，无法去除萃取液中对品质起到负面作用的蛋白质、果胶木质素等。净化后的萃取液主要是通过mvr(mechanicalvaporrecompression，机械式蒸汽再压缩)蒸发器进行浓缩，mvr蒸发器存在有效温差小，换热面积大，设备价值高等缺点，另外，由于蒸发过程中温度较高(55℃)，萃取液中的香味物质等热敏性成分也可能变质或损失，从而影响再造烟叶的品质。

为此有采用(新型)过滤器运用到再造烟叶生产工艺中，该过滤器采用的是悬浮过滤介质吸附过滤的固液分离原理，分离效果明显，性能稳定，一体化制造，易于安装、耐腐蚀、寿命长、占地面积小。

膜分离技术作为一门新兴的分离技术，具有分离精度高、分离效果好、无相变、能耗低、占地小等优点，可以作为深度分离和净化的装置。但是基于膜分离技术利用上述过滤器还是存在弊端，如参考中国专利(授权公告号cn105286077b)公开了一种造纸法再造烟叶萃取液净化处理方法，将萃取液依次通过网筛、卧螺离心机除杂，然后将除杂后所得萃取液通过浓缩装置浓缩。该方法无法去除萃取液中细小不溶物和大分子(蛋白质、果胶和木质素等)可溶物。参考中国专利(授权公告号cn203828052u)公开了一种造纸法再造烟叶萃取液低温浓缩系统，该系统包括依次相连的预处理装置、精制液储罐、一级碟管式反渗透系统、二级碟管式反渗透系统和浓缩液储罐，还包括清洗装置，所述清洗装置与一级碟管式反渗透系统连接，该系统采用碟管式反渗透膜进行浓缩，可以在5～40℃下将萃取液的浓度由2.5～8％浓缩至30～45％的浓缩液。该系统采用二级碟管式反渗透(dtro)膜装置对萃取液进行浓缩，虽然也可以达到较高的浓缩倍数，但对配套设备要求较高，而且能耗也较高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有造纸法再造烟叶生产中存在的萃取液净化和蒸发浓缩问题，提供一种再造烟叶萃取液膜分离净化浓缩系统及其处理工艺，系统结构简单实用且有效，占地面积小、能耗低；工艺流程简单、净化效果好，能避免烟草萃取液中热敏性物质的损失，保留烟草中的香气成分，提高再造烟叶的品质，易于工业化应用，能够代替现有的再造烟叶生产系统及工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供的系统的技术方案为：一种再造烟叶萃取液膜分离净化浓缩系统，包括依次连接的第一子系统和第二子系统；

所述的第一子系统包括依次连接的萃取液储罐、原液泵、过滤器、第一保安过滤器、换热器和超滤膜组件；

所述的第二子系统包括依次连接的精制液储罐、第一增压泵、第二保安过滤器、第一高压泵、反渗透膜组件、预浓缩液储罐，第二增压泵、第三保安过滤器、第二高压泵、stro膜组件，stro膜组件的输出端分别连接浓缩液储罐和透过液储罐；

所述的超滤膜组件的输出端与精制液储罐的输入端连接，且超滤膜组件的输出端设置回流管与萃取液储罐连接。

进一步的，所述的系统还包括清洗水箱、清洗泵；反洗泵；冲洗泵和空压机；所述的清洗水箱的输入端分别联通超滤膜组件、反渗透膜组件、stro膜组件的输出端，所述的清洗泵设置于清洗水箱的输出端，清洗泵的输出端分别联通超滤膜组件、反渗透膜组件、stro膜组件的输入端；所述的反洗泵设置于精制液储罐的输出端与萃取液储罐的输入端的连接，所述的反洗泵的反洗管路联通第一子系统的超滤膜组件；所述的冲洗泵设置于透过液储罐的输出端，冲洗泵的输出端联通stro膜组件；所述的空压机联通第一子系统的超滤膜组件。

再进一步的，所述的过滤器上部设置悬浮过滤介质；中部由布水板和聚丙烯(pp)斜管组成；下部为浓缩液区，过滤器上设有排污口。

再进一步的，所述的过滤器中的悬浮过滤介质为球形改性高分子材料，直径0.5-2mm，表面微孔结构。

再进一步的，所述的超滤膜组件中的超滤膜是有机管式膜或陶瓷膜中的一种；所述的反渗透膜组件使用聚酰胺(pa)卷式膜元件。

再进一步的，所述的有机管式膜为石墨烯改性pvdf膜元件，陶瓷膜为碳化硅材质膜元件。

进一步的，所述的系统还包括控制柜，所述的控制柜设置于第一子系统内控制系统的所有泵以及管道上阀门的启闭。

进一步的，所述的超滤膜组件上设置取样阀；反渗透膜组件上设置取样阀；预浓缩液储罐上设置取样阀；stro膜组件上设置取样阀；浓缩液储罐上设置取样阀；透过液储罐上设置取样阀。

本发明提供的工艺的技术方案为：一种再造烟叶萃取液膜分离净化浓缩系统的处理工艺，包括如下步骤：

先经过第一子系统：(1)浸泡萃取后的烟梗/烟末萃取液收集到萃取液储罐内；(2)打开萃取液储罐输出端的阀门，通过原液泵将萃取液输送到过滤器；(3)通过过滤器过滤后萃取液再进入到第一保安过滤器；(4)然后通过换热器进行升温或控温；(5)接着萃取液进入到超滤膜组件进行分离净化；

再经过第二子系统：(6)超滤膜透过液进入到精制液储罐，超滤膜浓液回流到萃取液储罐；(7)打开精制液储罐输出端的阀门后，精制液依次通过第一增压泵、第二保安过滤器和第一高压泵进入到反渗透膜组件；(8)通过反渗透膜组件分离浓缩后，预浓缩液进入到预浓缩液储罐，产水排入废水池或回用；(9)打开预浓缩液储罐输出端的阀门后，预浓缩液依次通过第二增压泵、第三保安过滤器和第二高压泵进入到stro膜组件；(10)通过stro膜组件进一步分离浓缩后，浓缩液进入到浓缩液储罐，产水进入到透过液储罐，产水作为生产工艺用水回用。

进一步的，在步骤(10)后进行清洗步骤；

所述的清洗步骤包括以下步骤：

(1)超滤膜组件离线清洗：打开透过液储罐输出端的阀门，打开清洗泵，清洗液依次通过管路进入超滤膜组件；通过换热器对清洗液进行升温；清洗液循环回流到萃取液储罐；

(2)超滤膜组件在线清洗：正常工作时，进行反冲洗和气洗，反冲洗时打开反洗泵，其它泵和阀门关闭，这样反洗管路上的阀门打开，用精制液进行反冲洗，透过液回到萃取液储罐；气洗时，其它泵和阀门关闭，打开空压机气管上阀门和反洗管路上的阀门；

(3)反渗透膜组件和stro膜组件离线清洗：打开清洗水箱的阀门，打开清洗泵，通过清洗泵的输出端清洗反渗透膜组件和stro膜组件；且通过清洗泵的输出端清洗液进入后到超滤膜组件，通过换热器对清洗液进行升温；清洗液循环回流到萃取液储罐；打开冲洗泵的输出端的阀门清洗stro膜组件。

本发明的技术效果：采用过滤器和超滤膜组件进行净化，流程简单、净化效果较好。采用反渗透膜组件和stro膜组件进行浓缩，可以在常温下将萃取液的浓度由2.0～8.0％浓缩至30％以上的浓缩液，浓缩倍数远高于普通反渗透膜的浓缩；该系统还能有效去除萃取液中的细小不溶物及果胶、木质素和蛋白质等有负面影响的大分子物质，而且能避免烟草萃取液中热敏性物质的损失，保留烟草中的香气成分，提高再造烟叶的品质；此外，本发明还具有占地面积小、能耗较低、自动化程度高、易于工业化应用的优点。

附图说明

图1是本发明的再造烟叶萃取液膜分离净化浓缩系统的结构示意图；

图2是图1上半部分的结构放大图；

图3是图1下半部分的结构放大图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对发明作进一步说明。此处所描述的具体实施方式仅以解释发明，并不用于限定本发明的保护范围。

参照附图，图中p表示压力表、f表示流量器。下述过滤器、(新型)过滤器均为图中的过滤器。下述超滤膜装置、超滤膜组件均为图中的超滤膜组件；下述反渗透膜(ro)预浓缩装置、反渗透膜(ro)装置、反渗透膜组件均为图中反渗透膜组件；下述管网式反渗透膜(stro)装置、管网式反渗透膜(stro)、stro膜组件均为图中stro膜组件。

本发明系统采用(新型)过滤器和超滤膜组件(超滤膜装置)进行净化，流程简单、净化效果较好。采用反渗透膜组件(反渗透膜(ro)装置)和stro膜组件(网式反渗透膜(stro)装置)进行浓缩，可以在常温下将萃取液的浓度由2.0～8.0％浓缩至30％以上的浓缩液，浓缩倍数远高于普通反渗透膜的浓缩；该系统还能有效去除萃取液中的细小不溶物及果胶、木质素和蛋白质等有负面影响的大分子物质，而且能避免烟草萃取液中热敏性物质的损失，保留烟草中的香气成分，提高再造烟叶的品质；此外，本发明还具有占地面积小、能耗较低、自动化程度高、易于工业化应用的优点。

具体的，本发明公开的一种再造烟叶萃取液膜分离净化浓缩系统及其处理工艺，该系统包括依次相连的萃取液储罐、原液泵、(新型)过滤器、第一保安过滤器、换热器、超滤膜装置、精制液储罐、第一增压泵、第二保安过滤器、第一高压泵、反渗透膜(ro)装置、预浓缩液储罐，第二增压泵、第三保安过滤器、第二高压泵、管网式反渗透膜(stro)、浓缩液储罐，还包括反洗泵、冲洗泵、空压机清洗水箱和清洗泵。该系统采用(新型)过滤器和超滤膜装置进行净化，流程简单、净化效果较好。采用反渗透膜(ro)装置和网式反渗透膜(stro)装置进行浓缩，可以在常温下将萃取液的浓度由2.0～8.0％浓缩至30％以上的浓缩液，浓缩倍数远高于普通反渗透膜的浓缩；该系统还能有效去除萃取液中的细小不溶物及果胶、木质素和蛋白质等有负面影响大分子物质，而且能避免烟草萃取液中热敏性物质的损失，保留烟草中的香气成分，太高再造烟叶品质；此外，本发明具有占地面积小、能耗较低、自动化程度高、易于工业化应用的优点。

实施例1：

一种再造烟叶萃取液膜分离净化浓缩系统，该系统包括依次相连的萃取液储罐、原液泵、过滤器、第一保安过滤器、换热器、超滤膜装置、精制液储罐、第一增压泵、第二保安过滤器、第一高压泵、反渗透膜(ro)预浓缩装置、预浓缩液储罐，第二增压泵、第三保安过滤器、第二高压泵、管网式反渗透膜(stro)、浓缩液储罐，还包括反洗泵、冲洗泵、空压机清洗水箱和清洗泵。

所述的过滤器的上部设置悬浮过滤介质、中部由布水板和聚丙烯(pp)斜管组成、下部为浓缩液区，并设有排污口。

所述的过滤器中的悬浮过滤介质为球形改性高分子材料，直径0.5-2mm，表面微孔结构，密度远小于水。

所述的超滤膜装置中的膜是有机管式膜或陶瓷膜中的一种。

所述的有机管式膜为石墨烯改性pvdf膜元件，陶瓷膜为碳化硅材质膜元件。

所述的反渗透膜(ro)装置使用宽流道、抗污染的聚酰胺(pa)卷式膜元件。

所述的管网式反渗透膜(stro)装置采用敞开式流道、耐污染、耐高温、耐高压元件，高温最高可以耐50-60℃，耐压可以达到100bar。

所述的超滤膜装置可以通过反洗泵和空压机进行在线反冲洗和气洗，通过清洗水箱和清洗泵进行离线化学清洗。

所述的管网式反渗透膜(stro)装置可以通过清洗水箱和清洗泵进行在线冲洗和离线化学清洗。

本发明再造烟叶萃取液膜分离净化浓缩系统的工艺流程：

先经过第一子系统：(1)浸泡萃取后的烟梗/烟末萃取液收集到萃取液储罐内；(2)打开萃取液储罐输出端的阀门，通过原液泵将萃取液输送到过滤器；(3)通过过滤器过滤后萃取液再进入到第一保安过滤器，防止萃取液中一些机械杂质进入后面的超滤膜组件；(4)然后通过换热器进行升温或控温；(5)接着萃取液进入到超滤膜组件进行分离净化，去除大分子物质和细小不溶物；

再经过第二子系统：(6)超滤膜透过液进入到精制液储罐，超滤膜浓液回流到萃取液储罐；(7)打开精制液储罐输出端的阀门后，精制液依次通过第一增压泵、第二保安过滤器和第一高压泵进入到反渗透膜组件(即反渗透ro膜浓缩装置)；(8)通过反渗透膜组件分离浓缩后，预浓缩液进入到预浓缩液储罐，产水可以排入废水池或回用，通过控制回收率将精制液浓缩到一定浓度；(9)打开预浓缩液储罐输出端的阀门后，预浓缩液依次通过第二增压泵、第三保安过滤器和第二高压泵进入到stro膜组件(即stro膜浓缩装置)；(10)通过stro膜组件进一步分离浓缩后，浓缩液进入到浓缩液储罐，产水进入到透过液储罐，产水可以作为生产工艺用水回用，通过控制回收率将预浓缩液浓缩到一定浓度。

再造烟叶萃取液膜分离净化浓缩系统的工艺流程后的清洗流程：

(1)超滤膜组件离线清洗：打开透过液储罐输出端的阀门，打开清洗泵，清洗液依次通过管路进入超滤膜组件；通过换热器对清洗液进行升温，提高清洗效果；清洗液循环回流到萃取液储罐(为清洗罐)，清洗时可以控制循环和浸泡时间。清洗液最终排到废水池进行处理。

(2)超滤膜组件在线清洗：正常工作时，可以定期进行反冲洗和气洗，反冲洗时打开反洗泵，其它泵和阀门关闭，这样反(冲)洗管路上的阀门打开，用精制液进行反冲洗，透过液回到萃取液储罐；气洗时，其它泵和阀门关闭，这样打开空压机气管上阀门和反洗管路上的阀门。一般，正常运行30-45分钟，反洗和气洗时间一般30-60秒。

(3)反渗透膜组件和stro膜组件离线清洗(即ro和stro组件离线清洗)：打开清洗水箱的阀门，打开清洗泵，不仅可以通过清洗泵的输出端清洗反渗透膜组件和stro膜组件。且通过清洗泵的输出端清洗液进入后到超滤膜组件，通过换热器对清洗液进行升温，提高清洗效果；清洗液循环回流到萃取液储罐(为清洗罐)，清洗时可以控制循环和浸泡时间。清洗液最终排到废水池进行处理。

且透过液储罐的输出端设置冲洗泵，冲洗泵的输出端联通stro膜组件，打开冲洗泵的输出端的阀门清洗stro膜组件。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明的技术方案进行若干变形或者等同替换，这些也应视为属于本发明的保护范围。