Способ ферментации табака

 

Изобретение относится к табачному производству, а именно к процессам ферментации листового табака, и предназначено для использования на базе существующего технологического оборудования для переработки табака в плотной массе (кипы; тюки), предпочтительно установок непрерывного действия (УНД) и поточных линий ферментации (ПЛФ). Цель изобретения - сокращение общей продолжительности процесса ферментации, повышение качества готового продукта, эффективности управления процессом и использование известного оборудования. После доферментационной расшипки и сортировки табака в рыхлой массе производят его увлажнение и нагрев до температуры и влажности, на 5 - 7^oС и i - 2% больших, чем требуемые по технологической инструкции процесса выдержки (50 - 70^o и 16 - 30%). Кипы прессуют и, не упаковывая их в ткань, подкрепляют путем обвязки подручным материалом, помещают с указанными тепловлажностными параметрами в устройство для ферментации и выдерживают в нем. После выгрузки кип их расщипывают до состояния рыхлой массы и транспортируют на участок доферментационной обработки, в процессе чего удаляют обвязочный материал и обеспечивают естественное или принудительное охлаждение табака, который затем повторно сортируют, прессуют в кипы и упаковывают (обшивают и обвязывают). 1 з. п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к табачному производству, а именно к процессам ферментации табачного сырья, и предназначено для использования в непрерывно-цикличных процессах ферментации, например в ферментационных камерах (ФК) и преимущественно в установках непрерывного действия (УНД) и поточных линиях ферментации (ПЛФ).

Известен способ ферментации табака в рыхлой массе, предусматривающий расщипку исходного пакетированного сырья, первую сортировку, подачу листового табака в бункер, в верхней части которого табак в рыхлой массе достаточно быстро (порядка 0,5-1 ч) нагревается с одновременным кондиционированием по влажности согласно технологической инструкции до температуры выдержки, выдержку, которая происходит в плотной массе табака, сформировавшейся под действием собственного веса (до плотности порядка 300 кг/м³, т.е. примерно того же порядка, что и в кипе), удаление (выгрузку) табака из бункера с одновременной расщипкой чесальными барабанами, в процессе которых происходят его охлаждение в рыхлой массе (в дополнение к охлаждению в плотной массе, производимой в нижней части бункера), повторную сортировку сферментированного табака, прессовку в кипы и упаковку.

Недостатком данного способа является сравнительно низкая производительность единицы технического оборудования (бункер): не более 1000 т/сезон. Кроме того, ввиду непрерывности процесса, т.е. одновременного протекания в установке всех трех фаз, достаточно сложно обеспечить эффективное управление ими, особенно процессом выдержки с учетом различных требований к тепловлажностному режиму и требуемой продолжительности всех 3 фаз непрерывного процесса. В результате возрастает вероятность снижения качества ферментируемого сырья.

Устройство для осуществляется способа содержит подающий и выходной транспортеры, бункер емкостью порядка 3 т, чесальные расщипочные барабаны и аппаратуру для обеспечения заданных тепловлажностных параметров обрабатываемого сырья в каждой из зон бункера согласно трем фазам процесса.

Недостатком устройства, как и способа, является низкая эффективность управления процессом из-за сложности удовлетворения противоречивых требований к тепловлажностным параметрам и требуемой продолжительности каждой из трех фаз с учетом значительной массы ферментируемого табака. В результате затруднено обеспечение требуемого качества сферментируемого сырья.

Способ предусматривает доферментационную обработку табака, включающую операции расщипки, сортировки, увлажнения и нагрева до влажности и температуры, обеспечивающих эффективность прессования (12-15%) и 30-40^оС соответственно), после чего табак прессуют в кипы, обшивают тканью и обвязывают веревкой. Кипы в упакованном виде помещают (загружают) в устройство для ферментации (фермкамеру или ФК), где проводят последовательно следующие фазы: нагрев до температуры, требуемой для данного сортотипа табака технологической инструкции в соответствии с выбранным режимом (простой комбинированный), выдержку при заданной температуре и влажности табака, по достижении заданной степени сферментированности, определяемой из известных способов, принудительное охлаждение, выгрузку из устройства. Послеферментационная обработка включает выборочный контроль качества и при необходимости подпрессовку кип.

Недостатком данного способа является низкая эффективность управления процессом, осложняющая достижение требуемого качества сферментируемого табака, а также его значительная продолжительность около 13,5 сут. При этом основное время занимают процессы (фазы нагрева и охлаждения) табачных кип (до 86% суммарного). Это вызвано низкой теплопроводностью и влагопоглощающей (влагоотдающей) способностью опрессованного в плотной массе табака, не позволяющих производить интенсивный нагрев и охлаждение, при которых развиваются недопустимые температурные градиенты в объеме кипы, а также значительной суммарной массой упакованного табака. Как показывает опыт эксплуатации, при этом возникает реальная опасность пересушки или переувлажнения периферийных или центральных участков и ухудшения товарных свойств табака. На практике нагрев и охлаждение ведут, выдерживая рекомендованные технологической инструкцией величины температурного напора (разности между температурой воздуха в рабочем объеме и табачной кипы) в выбранных представительных точках.

Недостатком данного способа является также значительная энергоемкость процесса: суммарный расход тепла составляет по пару в среднем 1,2 т, а по электроэнергии порядка 30 кВт ˙ ч на тонну сырья, причем наибольших затрат тепла требует процессы нагрева и охлаждения (порядка 50-80%).

Еще одним недостатком является низкий процент выхода продукции (сферментированного табака) высокого качества в общем ее объеме. Это связано с тем, что оценка товарных качеств сферментированного табака как при выборочной ращипке кип после ферментации, так и при приемке потребителями изготовителями курительных изделий, ведется по наиболее низкому сорту, что снижает экономические показатели работы фермзаводов.

Кроме того, автоматизация процесса связана с заметными трудностями, так как в каждой фазе процесса необходим выбор оптимального алгоритма управления, выбранного в соответствии с различными критериями в последовательных фазах ферментации.

Устройство для осуществления данного способа содержит ферментационную камеру вместимостью 22-30 т упакованного табака, воздухоприготовительный агрегат с системой управления, устройства транспортировки и расщипки кип, устройство для прессования кип, совокупность подвесных этажерок для размещения кип в камере.

Недостатками устройства, как и способа, является большая суммарная масса обрабатываемого сырья, что в сочетании с его низкой теплопроводностью и влагоотдающей (влагопоглощающей) способностью приводит к значительному удлинению процессов нагрева и охлаждения.

Известен способ ферментации листового табака в плотной массе. Способ предусматривает доферментационную обработку табака, включающую операции расщипки, сортировки, увлажнения и нагрева до тепловлажностных параметров, обеспечивающих эффективность прессования; прессование в кипы; которые затем обшивают тканью (мешковиной) и обвязывают подручным материалом, например веревкой. Кипы в упакованном виде помещают (загружают) на подвесных или колесных этажерках в устройство (УНД или ПЛФ), после чего в их последовательных отсеках (камерах) осуществляют следующие фазы: нагрев до температуры выдержки, выдержку при заданной температуре и влажности сырья до достижения заданной степени сферментированности сырья, определяемой одним из известных способов. После фазы принудительного охлаждения производят выгрузку сферментированного табака из устройства.

Недостатком данного способа является низкая эффективность управления процессом: действительно, управление ведут по отдельным фазам (этапам) в раздельных отсеках, снабженных автономными системами автоматического управления. При этом САУ должны быть связаны таким образом, чтобы первоначальная уставка каждой последующей САУ соответствовала значениям выходного (контролируемого) параметров предшествующих ступеней управления. Кроме того, перемещение сырья из отсека в отсек производится по достижении им заданного состояния (температура, влажность, степень сферментованности), а время достижения этого состояния в общем случае различно, что не позволяет достичь желаемой синхронизации различных этапов процесса. Далее, несмотря на существенное сокращение продолжительности процесса по сравнению с камерной ферментацией (с 13,5 до 6-7 сут.), доля затрат времени на нагрев и охлаждение в силу указанных выше причин остается высокой порядка 70% Прототипом является способ ферментации табака в плотной массе, предусматривающий доферментационную расщипку, сортировку, кондиционирование до температуры и влажности, больших чем требуемые в процессе выдержки, прессование, загрузку в устройство для ферментации и выдержку в нем, охлаждение в устройстве, выгрузку и подпрессовку с последующей обшивкой кип тканью и обвязкой их подручным материалом.

Предпочтительный вариант осуществления способа предусматривает прессование табака в рыхлой массе в непрерывную ленту, которая затем разрезается на куски (брикеты), укладываемые друг на друга и приобретающие в совокупности форму кипы, которая после выгрузки из устройства подпрессовывается, обшивается и обвязывается.

Недостатками способа являются: сохранение достаточно большой общей продолжительности процесса ферментации, так как охлаждение табака производится в устройстве в уплотненном состоянии; сложность сохранения пакетом (штабелем) из отрезков ленты уплотненного табака исходной формы в достаточно длительном процессе выдержки в устройстве, что может отрицательно сказаться на качестве готового продукта; увеличение потерь сухой массы готового продукта за счет арматурообразования в процессе резки прессуемой табачной ленты.

Возможность ухудшения качества готового продукта за счет наличия множественных поверхностей раздела сред с различными теплофизическими характеристиками отдельных отрезков табачной ленты и, следовательно, неупорядоченностью процессов тепломассопереноса.

Целью изобретения является сокращение общей продолжительности процесса ферментации, повышение качества готового продукта, эффективности управления процессов и использование технологического оборудования.

Указанная цель обеспечивается тем, что кипы после прессования подкрепляют подручным материалом, который удаляют после выгрузки из устройства, после чего кипы расщипывают до состояния рыхлой массы, которую охлаждают, повторно сортируют и прессуют в кипы с последующей их обшивкой и обвязкой.

Указанная цель обеспечивается также тем, что охлаждение табака в рыхлой массе в процессе повторной расщипки и сортировки производят до температурно-влажностных параметров, обеспечивающих эффективность его прессования, и проводят эти операции на участке доферментационной обработки в паузах между периодами выдержки в устройстве ферментации.

На фиг. 1а,б приведены графики изменения определяющих параметров процесса ферментации температуры и влажности воздуха и табака в известных и предлагаемом способах, соответственно; на фиг. 2 то же, в предлагаемом способе. Здесь же отмечены временные интервалы, соответствующие последовательности операций, составляющих способы.

Составляющие операции: 1 расщипка кип, 2 сортировка, 3 нагрев и увлажнение табака в рыхлой массе до температуры и влажности, обеспечивающих эффективность прессования, 4 прессование, 5 обшивка тканью, 6 обвязка подручным материалом (веревкой), 7 загрузка в устройство, 8 нагрев и увлажнение до температуры и влажности, соответствующих требованиям к процессе выдержки, 9 выдержка при заданных температуре и влажности до достижения заданной степени сферментированности, 10 охлаждение до температуры окружающей среды, 11 выгрузка из устройства для ферментации, 8'-нагрев и увлажнение табака в рыхлой массе до температуры и влажности, больших, чем требуемые условиями процесса выдержки, 10 охлаждение до температуры и влажности, обеспечивающих эффективность прессования, 12 расщипка и удаление обвязочного материала, 13 транспортировка на участок доферментационной обработки, 2 повторная сортировка, 4 повторное прессование кип, 5,6 упаковка (обшивка кип тканью и обвязка подручным материалом).

Соотношение продолжительности основных периодов процесса ферментации различными способами видно из данных таблицы.

Продолжительность процесса выдержки в обоих случаях по данным остается неизменной вне зависимости от способа и установки, так как она определяется физико-химическими свойствами сырья и принятым режимом ферментации (простой или комбинированный) до достижения заданной степени сферментированности, определяемой по поглощению О₂ или выделению СО₂. Как видно из данных таблицы, в предлагаемом способе продолжительность вспомогательных процессов снижена до 11% что соизмеримо с бункерным способом благодаря резкому сокращению в обоих случаях длительности фаз нагрева и охлаждения.

На фиг. 2 показана принципиальная схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство, модифицированное по сравнению с базовым, содержит совокупность автономных отсеков 1-6, в общем случае n, разделенных глухими перегородками 7 (позицией 7 и волнистыми линиями условно обозначена раздвижная перегородка-штора в устройстве-прототипе); направляющие или рельсовые пути 8 с разводкой этажерок по отсекам (позицией 8 и пунктирной линией условно обозначены рельсовые пути в базовом устройстве).

На фиг. 3 показана часть рабочего объема (отсека) с размещенными в нем этажерками 9, причем одна этажерка в выведенном из устройства состоянии. Кипы 15 удаляются одним из известных способов с наклонных оснований 10 этажерок, а очередность удаления кип обеспечивается фиксирующими элементами 11 одной из известных конструкций. Кипы попадают в приемный бункер расщипочного устройства 12, а затем под ножевые устройства 13, с помощью которых производят удаление обвязочного материала 14, после чего прикладывают к ним вибрационное воздействие (механическое и/или ультразвуковое) одним из известных способов 16. Далее табак в частично разрыхленной массе 18 поступает на желобообразный конвейер 17, где он подвергается воздействию потока воздуха с заранее заданными тепловлажностными параметрами из устройства 19 одной из известных конструкций.

Благодаря особенности предлагаемого способа обеспечиваются следующие положительные эффекты.

Технико-экономические показатели (ТЭП) известных способов ферментации табака в плотной массе, применяемых на большинстве ферм-заводов (порядка 90% ), могут быть существенно приближены к ТЭП наиболее прогрессивных способов и осуществлены известными техническими средствами. За счет исключения фазы охлаждения в устройстве (ФК, ПЛФ или УНД) возможно сокращение продолжительности процесса ферментации (в сравнении со способом-прототипом примерно в 2,1 раза) с соответствующим ростом производительности оборудования. Сокращение потерь сухого вещества табака благодаря сокращению периода теплового воздействия на табак возможно на величину порядка 0,4-1,0% (для вариантов, приведенных в качестве аналогов, они составляют 1,5-2,0% данные для прототипа отсутствуют) т.е. в среднем в 1,6 раз или на 40% Снижение суммарных энергозатрат на ферментацию (без учета мощности дополнительного оборудования, а также изменения мощности из тепловых затрат существующего оборудования) может составить по данным порядка 60% Повышается однородность партионного состава и процента выхода табака высокого качества в общем объеме продукции, за счет повторной (послеферментационной) сортировки. Упрощается автоматическое управление процессом ферментации благодаря исключению необходимости в автоматическом программном управлении процессом охлаждения в устройстве. Повышается коэффициент использования технологического оборудования за счет совмещения подготовительных и заключительных операций на одном участке и выполнения их в паузах между периодами выдержки сырья в устройстве.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ФЕРМЕНТАЦИИ ТАБАКА, предусматривающий операции расщипки, первой сортировки, нагрева и увлажнения табака в рыхлой массе до параметров, превышающих требуемые в процессе выдержки температуру и влажность на 5 - 7^oС и 1 2% соответственно, прессования в кипы, загрузки кип в устройство для ферментации и выдержки в нем, выгрузки из устройства и охлаждения, обшивки и обвязки кип, отличающийся тем, что кипы после первого прессования подкрепляют путем их обвязывания, а после выгрузки из устройства для ферментации обвязку удаляют и кипы расшипывают до состояния рыхлой массы, которую охлаждают, повторно сортируют и повторно прессуют в кипы с последующей их обшивкой и обвязкой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение табака в рыхлой массе в процессе повторной расщипки производят до температурно-влажностных параметров, обеспечивающих достаточную эффективность их повторного прессования в кипы, а послеферментационные сортировку и прессование готового сырья проводят в ходе доферментационной обработки последующей партии табака, в паузах между периодами выдержки в устройстве для ферментации данной и последующей партии табака.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4