一种提高烟梗成浆质量的新工艺

摘要

本发明公开了一种提高烟梗成浆质量的新工艺，属于造纸法再造烟叶生产技术领域。所述的新工艺依以下次序的工序进行：[1]洗梗；[2]萃取；[3]挤浆；[4]用双螺杆共轭叶片磨多功能制浆机对烟梗进行预处理：采用螺杆转速为100～450rpm，所述螺杆前段压缩比3∶1，所述螺杆后段无压缩；所述烟梗料经过双螺杆共轭叶片磨多功能制浆机二次预处理后的烟梗浆料出浆浓度为35±2％；[5]盘磨磨浆。本发明的方法合理，操作简单，效果显著，能显著提高烟梗的成浆质量，提高再造烟叶的抗张强度、柔软度、外观质量和降低后续磨浆单位能耗，同时可降低再造烟叶生产过程中外加木质纤维的用量，提高再造烟叶的感官质量。

说明书

技术领域

本发明属于造纸法再造烟叶生产技术领域，具体涉及再造烟叶生产过程中 对烟梗原料采用新型双螺杆共轭叶片磨多功能制浆机对烟梗进行预处理的新的 制浆工艺。

背景技术

现有技术中，在造纸法再造烟叶的生产过程中，烟梗作为烟草原料，其比 例可占到总量的40％-80％。烟梗经浸取、打浆和调浆等工艺过程，会使物理结 构、化学结构等发生变化，最终影响到造纸法烟草薄片的物理力学性能和感官 质量。现有造纸法再造烟叶的生产工艺通常是采用高浓磨浆机或低浓磨浆机， 将烟梗和碎烟叶混合或单独磨浆，同时外加一定量的木质纤维的方法来制备再 造烟叶，但这种制备方法往往存在烟梗原料成浆纤维短、细小纤维含量高等问 题，而影响成浆强度，因此需要加入较多的木质纤维来满足正常生产的需求， 不仅会增加制造成本而且会给再造烟叶带来木质气息而影响产品感官质量。

中国专利公开的CN101611924《一种烟梗处理方法》，中国专利公开的 CN101912149A《应用蒸汽爆破与酶处理技术相结合改善烟梗质量的方法》，中 国专利CN101589846公开的《一种提升烟梗卷烟适配性的预处理方法》，中国 专利公开的CN1438843A《烟草的处理》。都是采用化学方法来处理烟梗，提高 烟梗品质，这些制备技术与工艺存在共同的不足之处，就是没有考虑对烟梗纤 维进行机械预处理。整个生产过程不涉及烟梗纤维形态的物理变化，再造烟叶 的物理力学性能没有得到提高，导致再造烟叶物理力学性能和外观质量较差。

中国专利公开的CN 101862021A《蒸汽润梗处理方法及实现该方法的设 备》，中国专利公开的CN 1739409《一种用于造纸法生产烟草薄片的烟梗的制浆 方法》，美国专利公开的US 3690328《Wet Processing of Tobacco Stems》(烟梗湿 法处理工艺)，美国专利公开的US 5826590《Method and Plant for Treating Tobacco  Stems for The Production of Cut Tobacco》(一种添加到卷烟中烟梗的生产方法和 工艺)。以上专利主要涉及到对烟梗润渍预处理工艺和烟梗的常规解纤工艺，整 个解纤和后续处理都是采用常规盘磨进行打浆，没有涉及到其它的解纤或预处 理工艺技术，其对再造烟叶的感官质量有一定程度的提高，但存在成浆纤维短、 细小纤维含量高等缺陷。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种提高烟梗 成浆质量的新工艺，经本工艺处理的烟梗浆料的纤维长度较长，细小纤维含量 低，本工艺能有效提高再造烟叶抗张强度、柔软度和感官质量，同时一定程度 上也降低了磨浆的单位能耗。

本发明的技术方案是一种提高烟梗成浆质量的新工艺，所述的新工艺依以 下次序的工序进行：

[1]洗梗：

在洗梗机中加入2-4份重量的水，再将1份重量的烟梗原料投入洗梗机中， 进行洗梗；

[2]萃取：

将洗梗后的烟梗原料投入萃取罐中进行萃取，水∶烟梗的重量比为2∶1，水 温65±5℃，萃取时间45min；

[3]挤浆：

烟梗原料萃取后输入离心分离机进行固液分离，分离后的烟梗料浓度为25 ±2％，挤出液体留作其它工序用；

[4]用双螺杆共轭叶片磨多功能制浆机对烟梗进行预处理：

将分离后的烟梗料加水调节浓度为10-20％后，经螺杆泵加入到双螺杆共轭 叶片磨多功能制浆机中进行预处理；所述的双螺杆共轭叶片磨多功能制浆机采 用螺杆转速为100～450rpm，所述螺杆前段压缩比3∶1，所述螺杆后段无压缩； 所述螺杆中依次设置三个挤碾撕裂揉搓区，即第一挤碾撕裂揉搓区C1，第二挤 碾撕裂揉搓区C2，第三挤碾撕裂揉搓区C3；所述三个挤碾撕裂揉搓区的刀间距 选用16mm、14mm、12mm、10mm、8mm中的一种或多种；所述烟梗料经过双 螺杆共轭叶片磨多功能制浆机预处理后的烟梗浆料出浆浓度为30％-40％；

[5]盘磨磨浆：

将[4]工序的烟梗浆料浓度经调配后，用泵分别送入高浓磨或低浓磨中进行 磨浆；从高浓磨或低浓磨排出的烟梗浆液的打浆度为20°SR～40°SR，此烟梗浆 液即为可送入抄造工序的烟梗浆料。

工序[4]所述的用双螺杆共轭叶片磨多功能制浆机对烟梗进行预处理是进行 二次预处理，即第一次预处理后从双螺杆共轭叶片磨多功能制浆机中排出的烟 梗浆存放于料浆罐中，再次经螺杆泵加入到双螺杆共轭叶片磨多功能制浆机中 进行第二次预处理，第二次预处理后的烟梗浆存放于料浆罐中。

所述的螺杆的刀间距优选组配方案1是：第一挤碾撕裂揉搓区C1的刀间距 选用16mm，第二挤碾撕裂揉搓区C2的刀间距选用14mm，第三挤碾撕裂揉搓 区C3的刀间距选用12mm。

所述的螺杆的刀间距优选组配方案2是：第一挤碾撕裂揉搓区C1的刀间距 选用16mm，第二挤碾撕裂揉搓区C2的刀间距选用14mm，第三挤碾撕裂揉搓 区C3的刀间距选用10mm。

所述的螺杆的刀间距优选组配方案3是：第一挤碾撕裂揉搓区C1的刀间距 选用16mm，第二挤碾撕裂揉搓区C2的刀间距选用14mm，第三挤碾撕裂揉搓 区C3的刀间距选用8mm。

所述的螺杆的刀间距优选组配方案4是：第一挤碾撕裂揉搓区C1的刀间距 选用14mm，第二挤碾撕裂揉搓区C2的刀间距选用12mm，第三挤碾撕裂揉搓 区C3的刀间距选用10mm。

所述的螺杆的刀间距优选组配方案5是：第一挤碾撕裂揉搓区C1的刀间距 选用14mm，第二挤碾撕裂揉搓区C2的刀间距选用12mm，第三挤碾撕裂揉搓 区C3的刀间距选用8mm。

所述的螺杆的刀间距优选组配方案6是：第一挤碾撕裂揉搓区C1的刀间距 选用12mm，第二挤碾撕裂揉搓区C2的刀间距选用10mm，第三挤碾撕裂揉搓 区C3的刀间距选用8mm。

本发明的方法合理，操作简单，效果显著，能显著提高烟梗的成浆质量， 提高再造烟叶的抗张强度、柔软度、外观质量和降低后续磨浆单位能耗，同时 可降低再造烟叶生产过程中外加木质纤维的用量，提高再造烟叶的感官质量。

附图说明

附图1是本发明的工艺流程示意图；

附图2是双螺杆共轭叶片磨多功能制浆机结构示意图；

附图3是双螺杆的分区及刀间距组配结构之一的示意图；

附图4是双螺杆的分区及刀间距组配结构之二的示意图；

附图5是双螺杆的分区及刀间距组配结构之三的示意图；

附图6是双螺杆的分区及刀间距组配结构之四的示意图；

附图7是双螺杆的分区及刀间距组配结构之五的示意图；

附图8是双螺杆的分区及刀间距组配结构之六的示意图。

附图中标记分述如下：1-洗梗机；2-萃取罐；3-离心分离机；4-双螺 杆共轭叶片磨多功能制浆机；5-高浓磨；6-低浓磨；7-螺杆泵；8-泵；9- 挤出液体留作其它工序用；10-浆液罐；11-浆液罐；12-电机；13-减速机； 14-喂料装置；15-壳体；16-共轭叶片式双螺杆；17-轴承座；18-出料口； 19-浆液罐；A-浆料输送区；B-挤压区；C1-第一挤碾撕裂揉搓区；C2-第 二挤碾撕裂揉搓区；C3-第三挤碾撕裂揉搓区；D1-第一浸渍处理区；D2-第 二浸渍处理区；E-均化混合区。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式及有关技术问题做进一步详细的 描述。本申请所采用的新型双螺杆共轭叶片磨多功能制浆机(以下称TSD-CMP) 设备是市售产品，它能够充分利用双螺杆的压缩力和剪切力产生的皱曲作用尽 可能使植物纤维分离(纤维化)，并使被处理物料纵向(轴向)受压分裂细胞而无 碎片产生，尤其是对烟梗原料的纤维素微晶结构初生壁(P层)和次生壁外层 (S1层)有极好的破除效果，成浆质量好，能明显地提高烟草薄片的抗张强度 和外观质量，同时也降低了后续磨浆能耗。

本发明TSD-CMP预处理设备的工作部分是由一对平行、啮合且同向旋转的 共轭叶片式螺杆和内装可拆衬套的剖分式壳体组成。双螺杆可根据工艺需要组 成多段，为了详细说明其工作状况，人为地将其分为下列各区：浆料输送区、 挤压区、挤碾撕裂揉搓区、浸渍处理区、均化混合区，这些区都不是严格分隔 的，也没有绝对的分界线，下面简要描述各区的主要功能。

浆料输送区：烟梗浆料被正向螺旋强制性高效率输送；

挤压区：增加烟梗浆料密度，同时脱水浓缩；

挤碾撕裂揉搓区：浆料在表面开有许多由轴心向外延伸的豁槽在反向螺旋 上受到挤碾、撕裂和均化，共轭叶片式螺杆是其关键设备。烟梗原料纤维在高 压磨浆区里纤维轴向受到较大的挤压力，有利于在烟梗纤维表面产生裂纹，强 化了水浸透和纤维分离作用，通过豁槽个数和大小的变化，可以控制水浸透和 磨浆预处理效果；

浸渍处理区：摩擦作用使烟梗浆料保持在一定的温度；

均化混合区：烟梗浆料进一步受到挤碾、磨解处理。

现有技术中，造纸法再造烟叶的生产过程中，对烟梗纤维的解纤及磨浆工 艺，均采用盘磨处理。无论磨石磨木浆，还是盘磨机械制浆方法其基本原理都 是采用反复压缩/减压作用使植物纤维壁疲劳进而分离纤维。减压期间释放出的 能量绝大多数转化为热能。同时，由于能量以多次低强度作用的方式传递到纤 维上，因此，对纤维的解离作用相当低，大量的能量被用于加热水进而变成蒸 汽，磨浆时实际能耗远远大于纤维处理到一定程度本身所需有效能量。经本申 请人的研究和试验证实，纤维完成分离的磨浆作用本身所需能量仅占整个磨浆 过程所耗机械能的3％。而且这种纤维分离不是在胞间层而在S1-S2层间分离， 即在纤维壁上产生细纤维化作用，但在纤维壁破裂之前的变形过程中，能量消 耗很大。

本发明采用的双螺杆共轭叶片磨多功能制浆机起源于塑料和食品工业使用 的双螺杆挤压机，是塑料挤出工程原理和现代造纸制浆工艺有机结合的产物。 它利用两根平行、啮合且同向旋转的积木组合式螺杆和特殊结构的螺杆元件， 使纤维浆料在输送的同时受到动态挤压，依靠高浓高压下纤维间的揉搓，完成 纤维离解和细纤维化。本发明采用的双螺杆共轭叶片磨多功能制浆机(又称双 螺旋辊式磨浆机、双螺杆揉搓机)是一种资源节约型的新型磨浆设备。一般双 螺杆制浆机是通过改变螺纹的压缩比来实现对纤维的分离，通常用于长纤维原 料如棉、麻纤维的分离。

本发明采用新型双螺杆共轭叶片磨多功能制浆机(以下简称TSD-CMP)预 处理烟梗原料，所谓共轭叶片式双螺杆是指两根螺杆的螺纹能在同向或异向转 动时，互相能紧密啮合，使两根螺杆配合运行无阻。本发明人进行了大量而系 统的研究。该预处理设备TSD-CMP与盘磨的作用机理不同，TSD-CMP是依据 纤维轴向受压时产生的皱曲作用能使纤维分离，即利用纤维轴向受压磨浆时， 在单位能耗低的基础上生产出纤维长、结合力与柔软度好的烟梗纤维浆的理论 而产生的。而盘磨机磨浆是靠反复压缩/减压作用使植物纤维壁疲劳进而分离纤 维，与普通盘磨机磨浆相比，本工艺对于烟梗原料的处理是一个重大突破。我 们可以预期这一创新型的植物纤维处理技术，对植物纤维原料，尤其是非木材 原料(如烟梗等)有非常广阔的应用前景。

本申请人进行了大量的试验，对TSD-CMP预处理烟梗原料进行了全面而系 统的优化试验，成功的将TSD-CMP用于烟梗原料的预处理，并证明TSD-CMP 工艺对烟梗纤维素微晶结构初生壁(P层)和次生壁外层(S1层)有极好的破 除作用，烟梗纤维成浆质量好，能明显地提高烟草薄片的抗张强度、柔软度和 外观质量，同时也降低了后续磨浆单位能耗。

实施例1：

在造纸法再造烟叶生产过程中，首先对烟梗原料进行洗梗，由皮带运输机 将洗梗后的烟梗原料送至萃取罐，经过萃取处理后的烟梗原料经离心分离机进 行固液分离后再用TSD-CMP预处理，其中，在本例中选用的双螺杆直径为 Φ80mm，螺杆转速为300rpm，前段压缩比为3∶1，后段无压缩；刀口距选择16mm、 10mm和8mm三组螺旋刀，其中，第一段挤碾撕裂揉搓区刀口距为16mm，第 二段挤碾撕裂揉搓区刀口距为10mm，第三段挤碾撕裂揉搓区刀口距为8mm。 整个TSD-CMP预处理过程循环2次，大部分纤维被分离，且保持较高的纤维长 度，部分纤维已经被细纤维化，出浆的打浆度为25°SR。预处理后的烟梗浆在 12％的浆浓下再经高浓盘磨机磨浆，出浆的打浆度为35°SR。

TSD-CMP预处理工艺过程及原理简述如下：

烟梗原料萃取后经离心分离机进行固液分离，梗料分离后浓度为25±2％， 首先加水将调浓度为15±2％的梗料，经螺杆泵进入双螺杆的浆料输送区A，通 过正向螺旋强制性高效率的输送到挤压区，烟梗浆料在挤压区B被强制挤压， 密度增加，脱水浓缩，浓度达到25±2％；烟梗浆料进入第一段共轭螺旋挤碾撕 裂揉搓区C1，浆料被进一步挤压出少量水分，浓度进一步提高，并被撕裂成粗 大纤维束；随后浆料进入第一段浸渍处理区D1，通过螺旋的摩擦作用使烟梗浆 料保持在一定的温度(约70℃)，以达到木质素的玻璃转化点，促进粗大纤维束 的有效分离；再进入第二段共轭螺旋挤碾撕裂揉搓区C2，浆料进一步受到摩擦 和剪切作用，被挤碾、撕裂，同时提高了浆料的温度，使纤维纵向(轴向)受压分 裂纤维细胞，使烟梗纤维细胞壁P层与S层产生滑动和位移，粗大纤维束被进 一步分离；再进入第二段浸渍处理区D2，再次通过螺旋的摩擦作用使浆料保持 在第二段挤压区达到的温度(80℃)，以促进细胞初生壁P层和次生壁S层的破除； 随后浆料进入第三段挤碾撕裂揉搓区C3，在共轭螺旋叶片的强烈挤压和摩擦作 用下，部分纤维在S₁-S₂层间分离，暴露出更多的纤维素微晶结构S₂/S₃层(苯丙 烷结构化合物)，纤维被细纤维化。最后浆料进入均化混合区E，烟梗浆料进一 步受到挤碾、磨浆处理，到达出料口，出浆浓度达32±2％。

将本申请以上处理后的烟梗浆料抄制成定量为(60±2)g/m²的基片，用同 样的烟梗经现有技术的方法打浆后抄制成定量为(60±2)g/m²的基片作为对照， 测定两者的烟梗纤维形态分析与基片物理力学性能，检测结果如表1和表2。

表1烟梗纤维形态分析

表2烟梗纤维物理力学性能指标

通过表1和表2可以看出，①用TSD-CMP预处理后的烟梗纤维，其纤维 长度(重均)提高了39.31％；纤维宽度降低了5.50％；细小纤维含量降低了 60.92％。这些都有利于提高烟梗基片的物理力学性能和外观质量。②通过检测 烟梗基片的物理力学性能可知，抗张强度提高了29.87％，挺度降低了20.00％(即 柔软度提高了20.00％)；另外，单位能耗降低19.05％。

实施例2：

在造纸法再造烟叶的生产过程中，对萃取后的烟梗原料经离心分离机进行 固液分离后，用TSD-CMP预处理烟梗原料，其中，螺杆直径为Φ80mm，螺杆 转速调节为200rpm，前段压缩比3∶1，后段无压缩；刀口距选择12mm、10mm 和8mm三组螺旋刀，其中，第一段挤碾撕裂揉搓区刀口距为12mm，第二段挤 碾撕裂揉搓区刀口距为10mm，第三段挤碾撕裂揉搓区刀口距为8mm；整个 TSD-CMP预处理过程循环2次，大部分纤维被分离，且保持较高的纤维长度， 部分纤维已经被细纤维化，出浆的打浆度为20°SR。预处理后的烟梗浆在4％的 浆浓下，再经低浓盘磨机磨浆，出浆的打浆度为28°SR。

TSD-CMP预处理工艺过程及原理简述如下：

烟梗原料萃取后经离心分离浆机进行固液分离，梗料分离后的浓度为25± 2％，首先加水将调浓为18±2％的梗料经强制喂料器进入双螺杆的浆料输送区 A，通过正向螺旋强制性高效率的输送到挤压区，烟梗浆料在挤压区B被强制挤 压，密度增加，同时脱水浓缩，浓度达到27±2％；烟梗浆料进入第一段共轭螺 旋挤碾撕裂揉搓区C1，浆料被进一步挤压出少量水分，浓度进一步提高，并被 撕裂成粗大纤维束；随后浆料进入第一段浸渍处理区D1，通过螺旋的摩擦作用 使烟梗浆料保持在一定的温度(75℃)，以达到木质素的玻璃转化点，促进粗大纤 维束的有效分离；再进入第二段共轭螺旋挤碾撕裂揉搓区C2，浆料进一步受到 摩擦和剪切作用，被挤碾、撕裂，同时提高了浆料的温度，使纤维纵向(轴向) 受压分裂纤维细胞，使烟梗纤维细胞壁P层与S层产生滑动和位移，粗大纤维 束被进一步分离；再进入第二段浸渍处理区D2，再次通过螺旋的摩擦作用使浆 料保持在第二段挤压区达到的温度(85℃)，以促进细胞初生壁P层和次生壁S层 的破除；随后浆料进入第三段挤碾撕裂揉搓区C3，在共轭螺旋叶片的强烈挤压 和摩擦作用下，部分纤维在S₁-S₂层间分离，暴露出更多的纤维素微晶结构S₂/S₃层(苯丙烷结构化合物)，纤维被细纤维化。最后浆料进入均化混合区E，烟梗浆 料进一步受到挤碾、磨浆处理，到达出料口，出浆浓度达38±2％。在低浓磨(4％) 下进行磨浆，出浆的打浆度为28°SR。

将以上处理后的烟梗浆料抄制成定量为(60±2)g/m²的基片，用同样的烟 梗经现有技术的方法打浆后抄制成定量为(60±2)g/m²的基片作为对照，对两 者的烟梗纤维进行形态分析与基片物理力学性能指标的检测结果如表3和表4。

表3烟梗纤维形态分析

表4烟梗纤维物理力学性能指标

通过表3和表4可以看出，①用TSD-CMP预处理后的烟梗纤维，其纤维 长度(重均)提高了19.46％；纤维宽度降低了6.72％；细小纤维含量降低了 43.68％。这些都有利于提高烟梗基片的物理力学性能和外观质量。②通过检测 基片的物理力学性能可知，抗张强度提高了19.55％，挺度降低了14.29％(即柔 软度提高了14.29％)；另外，单位能耗降低12.70％。