技术领域
本发明属于烟丝生产技术领域，具体地说，涉及一种微波烟丝膨胀的方法及装置。
背景技术
目前在卷烟生产制造过程中，为能提高卷烟品质，大部分厂家均采用烟丝膨胀技术。烟丝经过膨胀处理后填充能力明显提高，从而可以减少卷烟烟气中的焦油和尼古丁含量，使卷烟燃烧更加均匀，提高吸食品质。
烟丝膨胀主要包括离线式膨胀和在线式膨胀两种。
现有的离线式烟丝膨胀技术中，比较成熟和普及的是二氧化碳烟丝膨胀技术，氟里昂烟丝膨胀技术，氮气烟丝膨胀技术。其中又以二氧化碳烟丝膨胀技术的使用最为普遍。从技术原理上分析，离线式烟丝膨胀基本原理就是将烟丝用一些溶剂浸渍，使烟草组织细胞内饱含溶剂，然后，将烟草细胞内部的的溶剂迅速去除，通过溶剂向外蒸发所产生的推动力，使得烟草组织获得膨胀。所选取的烟丝膨胀介质一般沸点低、汽化潜热较小，在较低的热力作用下，即可产生较大的推动力。但是由于二氧化碳液化温度和其在自然条件下的状态，导致了其工艺复杂高成本。填充性能虽好，但是二氧化碳膨胀技术损耗大、设备修理和维护费用高；烟丝香气损失较大、枯焦气重、烟气干燥、碎丝率高等缺点迫使人们希望对其进行技术更新。
在线式膨胀方法，是将卷烟所用的全部烟丝经过加温加湿处理后，立即送入烘丝机快速进行干燥，中国专利CN1653968A，公开日期2005年8月17日，公开了一种《以水为介质烟丝膨胀工艺方法》，是在烟丝膨胀过程中以水为介质并采用热风膨胀，使用水作为介质生产成本和设备投入将大大降低，但是以水为介质的缺点是膨胀速度慢，生产效率低，而且使用热风膨胀还容易导致烟丝破碎率高。
因此，虽然离线式膨胀方法的烟丝膨胀率高，但其工艺复杂，运行成本高，并且烟丝香气损失较大、枯焦气重、烟气干燥、碎丝率高等缺点也造成了人们的困扰。而传统的在线式膨胀方法虽然解决了上述离线式膨胀的缺点，但由于水沸点较高，汽化潜热大，采用普通的加热技术，很难使得水分快速汽化，产生足以推动烟丝膨胀的推动力，造成在线式烟丝膨胀的膨胀率很低。
微波烟丝膨胀技术具有生产效率高、成本低、质量好等特点，是最近几年才发展起来的新技术。如中国专利CN1843232A公开日期2006年10月11日，公开了《一种制作烟梗颗粒的工艺》，该工艺主要采用微波膨胀烟梗，但由于烟梗的木质特性，所以在在烟丝膨胀过程可以直接用微波加热并且不需要热定型，烟梗依然可以保持膨胀状态，但是该工艺不适合膨胀烟丝，因为烟丝较薄，直接使用微波加热膨胀容易导致烟丝局部过热而焦化、碳化或者化学物质的分解。所以在使用微波膨胀烟丝的过程中需要使用溶剂介质提前浸泡，如中国专利CN 101617855A公开日期2010年1月6日，公开了《一种连续微波膨胀烟丝的方法》，该方法就是使用特制的有机溶剂提前浸渍烟丝然后再使用微波膨胀，该方法虽然可以最终获得质量满意的膨胀烟丝，但由于使用了有机溶剂浸渍，所以具有生产成本高、效率低、不环保等缺点。为了避免使用溶剂介质浸渍，中国专利CN101919582A公开日期2010年12月22日，公开了《烟丝低温微波膨胀工艺》，该工艺采用了在膨胀之前将烟丝回潮并冷冻的方法，能够在不使用溶剂浸渍的情况下保证膨胀后烟丝的质量，但是该工艺缺点是一般冷冻时间长，成本高，生产效率低。
由于烟丝自身的物理和化学性质决定了在微波膨胀烟丝之前需要采用浸渍、冷冻等预处理工序，而就是这些预处理工序和微波加热的不均匀特征都制约着微波膨胀烟丝技术的发展。
有鉴于此特提出本发明
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种微波烟丝膨胀的方法及装置，利用高功率密度且分布均匀的微波对烟丝进行快速脱水，使得经过微波谐振腔的含水烟丝的水分在极短的时间内瞬间汽化，从而达到推动烟丝细胞膨胀所需的推动力，提高了烟丝的膨胀率。
为了实现该目的，本发明采用如下技术方案：
一种微波烟丝膨胀的方法，包括下述步骤：S1、烟丝加湿：制备含水率20％～30％的烟丝；S2、微波膨胀：在微波设备中膨胀烟丝，微波频率2450MHz，微波功率密度大于等于100kW/m2，膨胀时间9秒～18秒；S3、烟丝定型，采用自然冷却方式定型，烟丝定型后，烟丝含水率不低于5％；采用自然冷却方式定型；S4、烟丝回潮：烟丝回潮至含水率11％-13％。
进一步地，在步骤S2中，微波功率密度为100kW/m2～200kW/m2；优选微波功率密度为120kW/m2～180kW/m2；进一步优选微波功率密度为150kW/m2。
进一步地，在步骤S2中，所述微波设备采用多微波馈口设计，所述微波馈口之间具有空间夹角，通过互不干涉的多谐振高密度电磁场对烟丝进行加热。
进一步地，在步骤S2中，所述烟丝通过传送带的传送，在微波谐振腔内进行所述微波膨胀；
优选地，所述传送带的传送速度为2-4m/min。
进一步地，在步骤S2中，所述烟丝在所述传送带上的铺装厚度不超过40mm；
优选地，所述烟丝在所述传送带上的铺装厚度为20-40mm。
进一步地，在步骤S4后，烟丝膨胀率为20％～30％，烟丝填充值在为5.0cm3/g～6.0cm3/g。
一种采用上述任一所述方法的微波烟丝膨胀的装置，用于对烟丝进行微波加热膨胀，所述装置包括传送带，微波谐振腔，微波源馈口；所述微波源馈口为多个，分布在所述微波谐振腔的不同内壁上；所述传送带用于传送所述烟丝，并贯穿所述微波谐振腔。
进一步地，所述微波谐振腔的顶面内壁上设置有顶壁微波源馈口，并且侧面内壁上设置有侧壁微波源馈口；
优选地，所述侧壁微波源馈口设置在所述微波谐振腔相对的侧面内壁上。
进一步地，安装在相对的侧面内壁上的所述侧壁微波源馈口之间具有空间夹角；
优选地，所述空间夹角为90度。
进一步地，所述微波谐振腔设置有微波源，所述微波源数量为多个，通过各自的微波源馈口向微波谐振腔内发射微波，所述微波源的微波频率2450MHz，单个微波源的微波功率大于15KW；所述微波谐振腔的微波源总功率大于45KW，且微波谐振腔内微波的功率密度大于等于100kW/m2。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明采用在线式水膨胀烟丝的原理，不但利用了微波加速水分汽化的速度，同时通过对该水膨胀烟丝装置的改进，使其能够为微波谐振腔提供均匀的微波，微波分布均匀为高功率微波的使用提供了基础，从而避免了以往微波膨胀过程中经常出现的局部加热过度造成烟丝焦糊的情况，同时这种均匀的高密度微波极大地降低了水分汽化的时间，使含水烟丝的水分瞬间汽化，推动了烟丝细胞膨胀所需的推动力，从而带动烟丝卷曲膨胀，和通常的在线式膨胀烟丝设备相比，达到了更高的膨胀率。
本发明在使用微波膨胀烟丝之前不需要对烟丝进行溶剂浸渍或冷冻等特殊处理，降低了生产成本，提高了效率，即节能又环保；另外烟丝在加工的过程中有效成分不会流失或破坏，保证了烟丝的品质。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是本发明的一种微波烟丝膨胀的装置整体示意图；
图2是本发明的一种微波烟丝膨胀的装置的微波谐振腔的主视图；
图3是本发明的一种微波烟丝膨胀的装置的微波谐振腔的俯视图。
图中：1、微波谐振腔；2、顶馈微波源馈口；3、第一侧馈微波源馈口；4、第二侧馈微波源馈口；5、抑制器；6、传送带。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图3所示，本发明公开了一种微波烟丝膨胀的方法及装置，所述方法，包括下述步骤：S1、烟丝加湿：制备含水率20％～30％的烟丝。S2、微波膨胀：在微波设备中膨胀烟丝，微波频率2450MHz，微波功率密度大于等于100kW/m2，膨胀时间9秒～18秒；S3、烟丝定型：采用自然冷却方式定型，采用自然冷却方式定型，烟丝定型后，烟丝含水率不低于5％；S4、烟丝回潮：烟丝回潮至含水率11％-13％。所述装置包括传送带6，微波谐振腔1，微波源馈口；所述微波源馈口为多个，分布在所述微波谐振腔的不同内壁上；所述传送带6用于传送所述烟丝，并贯穿所述微波谐振腔。本发明利用高功率密度且分布均匀的微波对烟丝进行快速脱水，使得经过微波谐振腔的含水烟丝的水分在极短的时间内瞬间汽化，从而达到推动烟丝细胞膨胀所需的推动力，提高了烟丝的膨胀率。
实施例1
本实施例中揭示了一种微波烟丝膨胀的方法，为了便于理解本发明，结合整个烟丝加工工艺对本发明所述的微波烟丝膨胀方法进行说明。现有技术中烟丝加工包括下述步骤(如中国专利CN1653968A所记载)：1.备料、2.切片、3.超回松散、4.贮叶、5.切丝、6.贮丝、7.叶丝加湿、8.增温增湿、9.热风膨胀、10.冷却、11.叶丝加湿、12.风选、13.贮丝。
本实施例中烟丝加工方法是在现有技术的基础上所做的改进，本实施例中的烟丝加工方法包括下述步骤：1.备料、2.切片、3.超回松散、4.贮叶、5.切丝、6.贮丝、7.烟丝加湿、8.微波膨胀、9.烟丝定型、10.烟丝回潮、11.风选、12.贮丝。即在本实例中，步骤1～6与现有技术相同，步骤12～13也与现有技术相同。本发明所述的微波烟丝膨胀方法是对现有烟丝加工工艺中步骤7～11的改进，所述微波烟丝膨胀方法为在线式连续生产工艺包括：1烟丝加湿、2微波膨胀、3烟丝定型、4烟丝回潮，上述4个步骤。
具体工艺过程是：
S1、烟丝加湿：制备含水率20％的烟丝；
S2、微波膨胀：在微波设备中膨胀烟丝，微波频率2450MHz，微波功率密度等于100kW/m2，膨胀时间9秒；烟丝在传送带上的厚度为40mm。
S3、烟丝定型：采用自然冷却方式定型；烟丝含水率5％；
S4、烟丝回潮：烟丝回潮至含水率11％。
经过测试回潮后烟丝膨胀率为20％，烟丝填充值在为5.0cm3/g。
实施例2
在本实施例中，烟丝的加工工艺与实施例1基本相同，区别在于微波烟丝膨胀方法的具体工艺过程是：
S1、烟丝加湿：制备含水率增加到25％的烟丝；
S2、微波膨胀：在微波设备中膨胀烟丝，微波频率2450MHz，微波功率密度等于100kW/m2，膨胀时间9秒；烟丝在传送带上的厚度为40mm。
S3、烟丝定型：采用自然冷却方式定型；烟丝含水率5％；
S4、烟丝回潮：烟丝回潮至含水率11％。
经过测试回潮后烟丝膨胀率为21％，烟丝填充值在为5.1cm3/g。
实施例3
在本实施例中，烟丝的加工工艺与实施例1基本相同，区别在于微波烟丝膨胀方法的具体工艺过程是：
S1、烟丝加湿：制备含水率增加到30％的烟丝；
S2、微波膨胀：在微波设备中膨胀烟丝，微波频率2450MHz，微波功率密度等于100kW/m2，膨胀时间9秒；烟丝在传送带上的厚度为40mm。
S3、烟丝定型：采用自然冷却方式定型；烟丝含水率5％；
S4、烟丝回潮：烟丝回潮至含水率11％。
经过测试回潮后烟丝膨胀率为20％，烟丝填充值在为5.0cm3/g。
实施例4
在本实施例中，烟丝的加工工艺与实施例1基本相同，区别在于微波烟丝膨胀方法的具体工艺过程是：
S1、烟丝加湿：制备含水率增加到25％的烟丝；
S2、微波膨胀：在微波设备中膨胀烟丝，微波频率2450MHz，微波功率密度增加到120kW/m2，膨胀时间9秒；烟丝在传送带上的厚度为40mm。
S3、烟丝定型：采用自然冷却方式定型；烟丝含水率5％；
S4、烟丝回潮：烟丝回潮至含水率11％。
经过测试回潮后烟丝膨胀率为22％，烟丝填充值在为5.2cm3/g。
实施例5
在本实施例中，烟丝的加工工艺与实施例1基本相同，区别在于微波烟丝膨胀方法的具体工艺过程是：
S1、烟丝加湿：制备含水率增加到25％的烟丝；
S2、微波膨胀：在微波设备中膨胀烟丝，微波频率2450MHz，微波功率密度增加到150kW/m2，膨胀时间9秒；烟丝在传送带上的厚度为40mm。
S3、烟丝定型：采用自然冷却方式定型；烟丝含水率5％；
S4、烟丝回潮：烟丝回潮至含水率11％。
经过测试回潮后烟丝膨胀率为25％，烟丝填充值在为5.5cm3/g。
实施例6
在本实施例中，烟丝的加工工艺与实施例1基本相同，区别在于微波烟丝膨胀方法的具体工艺过程是：
S1、烟丝加湿：制备含水率增加到25％的烟丝；
S2、微波膨胀：在微波设备中膨胀烟丝，微波频率2450MHz，微波功率密度增加到180kW/m2，膨胀时间9秒；烟丝在传送带上的厚度为40mm。
S3、烟丝定型：采用自然冷却方式定型；烟丝含水率5％；
S4、烟丝回潮：烟丝回潮至含水率11％。
经过测试回潮后烟丝膨胀率为22％，烟丝填充值在为5.2cm3/g。
实施例7
在本实施例中，烟丝的加工工艺与实施例1基本相同，区别在于微波烟丝膨胀方法的具体工艺过程是：
S1、烟丝加湿：制备含水率增加到25％的烟丝；
S2、微波膨胀：在微波设备中膨胀烟丝，微波频率2450MHz，微波功率密度增加到200kW/m2，膨胀时间9秒；烟丝在传送带上的厚度为40mm。
S3、烟丝定型：采用自然冷却方式定型；烟丝含水率5％；
S4、烟丝回潮：烟丝回潮至含水率11％。
经过测试回潮后烟丝膨胀率为21％，烟丝填充值在为5.1cm3/g。
实施例8
在本实施例中，烟丝的加工工艺与实施例1基本相同，区别在于微波烟丝膨胀方法的具体工艺过程是：
S1、烟丝加湿：制备含水率增加到25％的烟丝；
S2、微波膨胀：在微波设备中膨胀烟丝，微波频率2450MHz，微波功率密度是150kW/m2，膨胀时间增加为13秒；烟丝在传送带上的厚度为40mm。
S3、烟丝定型：采用自然冷却方式定型；烟丝含水率5％；
S4、烟丝回潮：烟丝回潮至含水率11％。
经过测试回潮后烟丝膨胀率为27％，烟丝填充值在为5.6cm3/g。
实施例9
在本实施例中，烟丝的加工工艺与实施例1基本相同，区别在于微波烟丝膨胀方法的具体工艺过程是：
S1、烟丝加湿：制备含水率增加到25％的烟丝；
S2、微波膨胀：在微波设备中膨胀烟丝，微波频率2450MHz，微波功率密度是150kW/m2，膨胀时间增加为18秒；烟丝在传送带上的厚度为40mm。
S3、烟丝定型：采用自然冷却方式定型；烟丝含水率5％；
S4、烟丝回潮：烟丝回潮至含水率11％。
经过测试回潮后烟丝膨胀率为25％，烟丝填充值在为5.5cm3/g。
实施例10
在本实施例中，烟丝的加工工艺与实施例1基本相同，区别在于微波烟丝膨胀方法的具体工艺过程是：
S1、烟丝加湿：制备含水率增加到25％的烟丝；
S2、微波膨胀：在微波设备中膨胀烟丝，微波频率2450MHz，微波功率密度是150kW/m2，膨胀时间为13秒；烟丝在传送带上的厚度减少为30mm。
S3、烟丝定型：采用自然冷却方式定型；烟丝含水率5％；
S4、烟丝回潮：烟丝回潮至含水率11％。
经过测试回潮后烟丝膨胀率为27％，烟丝填充值在为5.7cm3/g。
实施例11
在本实施例中，烟丝的加工工艺与实施例1基本相同，区别在于微波烟丝膨胀方法的具体工艺过程是：
S1、烟丝加湿：制备含水率增加到25％的烟丝；
S2、微波膨胀：在微波设备中膨胀烟丝，微波频率2450MHz，微波功率密度是150kW/m2，膨胀时间为13秒；烟丝在传送带上的厚度减少为20mm。
S3、烟丝定型：采用自然冷却方式定型；烟丝含水率5％；
S4、烟丝回潮：烟丝回潮至含水率11％。
经过测试回潮后烟丝膨胀率为28％，烟丝填充值在为5.8cm3/g。
实施例12
在本实施例中，烟丝的加工工艺与实施例1基本相同，区别在于微波烟丝膨胀方法的具体工艺过程是：
S1、烟丝加湿：制备含水率增加到25％的烟丝；
S2、微波膨胀：在微波设备中膨胀烟丝，微波频率2450MHz，微波功率密度是150kW/m2，膨胀时间为13秒；烟丝在传送带上的厚度减少为20mm。
S3、烟丝定型：采用自然冷却方式定型；烟丝含水率5％；
S4、烟丝回潮：烟丝回潮增加至含水率12％。
经过测试回潮后烟丝膨胀率为30％，烟丝填充值在为6cm3/g。
实施例13
在本实施例中，烟丝的加工工艺与实施例1基本相同，区别在于微波烟丝膨胀方法的具体工艺过程是：
S1、烟丝加湿：制备含水率增加到25％的烟丝；
S2、微波膨胀：在微波设备中膨胀烟丝，微波频率2450MHz，微波功率密度是150kW/m2，膨胀时间为13秒；烟丝在传送带上的厚度减少为20mm。
S3、烟丝定型：采用自然冷却方式定型；烟丝含水率6％；
S4、烟丝回潮：烟丝回潮增加至含水率13％。
经过测试回潮后烟丝膨胀率为29％，烟丝填充值在为5.9cm3/g。
实施例14
在本实施例中，烟丝的加工工艺与实施例1基本相同，区别在于微波烟丝膨胀方法的具体工艺过程是：
S1、烟丝加湿：制备含水率增加到25％的烟丝；
S2、微波膨胀：在微波设备中膨胀烟丝，微波频率2450MHz，微波功率密度是150kW/m2，膨胀时间为13秒；烟丝在传送带上的厚度减少为20mm。
S3、烟丝定型：采用自然冷却方式定型；烟丝含水率降低至4.9％；
S4、烟丝回潮：烟丝回潮增加至含水率12％。
经过测试回潮后烟丝膨胀率为19％，烟丝填充值在为4.9cm3/g。
实施例15
如图1至图3所示，本实施例揭示一种采用上述任一实施例所述方法的微波烟丝膨胀的装置，用于对烟丝进行微波加热膨胀，所述装置包括传送带6，微波谐振腔1，微波源馈口；所述微波源馈口为多个，分布在所述微波谐振腔的不同内壁上；所述传送带用于传送所述烟丝，并贯穿所述微波谐振腔。
所述微波谐振腔1的顶面内壁上设置有顶壁微波源馈口2，并且侧面内壁上设置有侧壁微波源馈口；所述侧壁微波源馈口设置在所述微波谐振腔相对的侧面内壁上，分别是图中所示的第一侧馈微波源馈口3和第二侧馈微波源馈口4。如图中所示，安装在相对的侧面内壁上的第一侧馈微波源馈口3和第二侧馈微波源馈口4之间具有空间夹角；本实施例中，所述空间夹角为90度。本实施例的微波膨胀设备，对微波源及其馈口的安装形式和位置的这种优化，能够使微波谐振腔1中的微波分布均匀。由于微波的分布均匀就避免了微波加热中的局部过热问题，有利于大幅度提高微波的加热功率。
图中未标示出的，所述微波谐振腔1设置有微波源，所述微波源数量为多个，通过各自的微波源馈口向微波谐振腔内发射微波，使本发明的微波烟丝膨胀装置通过互不干涉的多谐振高密度电磁场对烟丝进行加热，所述微波源的微波频率2450MHz，单个微波源的微波功率大于15KW；由于本实施例中使三个微波源，因此所述微波谐振腔的微波源总功率大于45KW，且微波谐振腔内微波的功率密度大于等于100kW/m2。但是微波密度并不能一味的提高，从上述的实施例中可以看出，微波功率密度为150kW/m2为最佳。因此本实施例中微波谐振腔1的尺寸为长600mm，宽300mm，高200mm；本实施例中每个单独的微波源功率大于15kW；总体设备功率大于45kW。
本实施例中，所述传送带6宽200mm，贯穿所述微波谐振腔1用于传送烟丝。从上述的实施例中可以得到，在本方法中膨胀时间9秒～18秒的烟丝膨胀效果能够达到预想的效果，因此结合上述的微波谐振腔1的尺寸，本实施例的传送带6的传送速度为2-4m/min。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。