BR0000725B1 - médoto e equipamento para expansão de matéria-prima alimentar e matéria-prima alimentar de luxo - materiais de tabaco. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO EEQUIPAMENTO PARA EXPANSÃO DE MATÉRIA-PRIMA ALIMENTAR EMATÉRIA-PRIMA ALIMENTAR DE LUXO - MATERIAIS DE TABACO".

A presente invenção refere-se a um método e a um equipa-mento para expansão ou dilatação de matéria-prima alimentar e matéria-prima alimentar de luxo / materiais de tabaco. Em particular, o método e oequipamento de acordo com a invenção podem servir para aumentar a ca-pacidade de material de tabaco ou materiais de fumo, reduzidos em dimen-são.

Com referência à material de tabaco, o que deve ser entendidopelo termo material de tabaco ou materiais de fumo de dimensão reduzida,são folhas de tabaco ou fumo trituradas, hastes de tabaco, espécies de ta-baco, cada qual cortado ou triturado, tabaco reprocessado, bem como pro-dutos complementares de tabaco, tais como seleção ou joeira do processa-mento de tabaco (primária) e na produção de cigarros e embalagem(secundária).

Folhas de fumo verdes, há pouco colhidas, possuem uma altaproporção de água, o conteúdo residual das quais é reduzido por meio devários métodos de cura, a menos de 10% por massa. O conteúdo de água édefinido como a perda de massa do tabaco, em relação a uma peso de umi-dade em % por massa em uma cabine de secagem, durante um período desecagem de 3 horas a 80°C (a denominada temperatura de Salvis). O taba-co preparado desta forma constitui matéria-prima, denominado tabaco cru,empregado na fabricação de, por exemplo, cigarros ou outras matérias-primas alimentares de luxo, derivadas do tabaco. A cadeia de processa-mento envolvida, desde a folha verde até o tabaco cru resulta em um altoencolhimento, esta redução em volume apresentando efeitos desvantajososna denominada capacidade de enchimento.

A indústria de tabaco descreve a capacidade de enchimentocomo a habilidade de produzir produtos acabados (por exemplo, cigarros)utilizando-se tão pouca massa quanto possível, esta entretanto sendo fisi-camente estável, firme ou dura (a capacidade de enchimento também po-dendo ser definida como o volume remanescente, em relação ao peso emml/g, o qual se deriva da compressão em um peso de 3kg em um recipientecilíndrico, após o tempo disponível de 30 segundos).

Princípios de procedimentos físicos e químicos são tecnica-mente conhecidos como reversão do processo de encolhimento.

Os procedimentos físicos (troca de fase gasosa por suprimentode calor), diferem substancialmente devido à impregnação de elementos /agentes de expansão e, com isso, devido à troca de fase, exemplos dosquais são a impregnação com CO2 (troca de fase sólida para gasosa), im-pregnação com gás líquido (troca de fase líquida para gasosa), bem como aimpregnação de N2 de alta pressão (dissolvido na troca de fase gasosa).

Também deve ser mencionado a esse respeito, os métodos pro-postos com solventes orgânicos de forma líquida e a expulsão como gás,com isso descrevendo-se, substancialmente, todos os métodos conhecidosde ebulição lenta.

As variações dos procedimentos químicos (geração de um gáspor decomposição térmica ou reação exotérmica) diferem substancialmentepela forma do gás reagir durante sua geração, tal como decompondo aditi-vos através da introdução de calor na secadora ou através da adição deoutros aditivos a fim de acelerar a reação. Exemplos disso são a impregna-ção com NH3ZCO2 (decomposição térmica de estado sólido para gasoso),com H2O2 ( decomposição térmica de estado líquido para gasoso ) e comN2HVH2O2 (reação exotérmica de estado líquido para gasoso).

Apenas os métodos físicos obtiveram sucesso nos ganhos decustos significativos, sendo típico dos mesmos a impregnação pressurizada.A expansão subseqüente na secadora é feita após a chamada fixação, insti-gada pela redução da pressão / resfriamento à pressão atmosférica no im-pregnador a com isso, a geração de uma substância de equilíbrio em proce-dimentos na pressão atmosférica. O significado destes processos é explica-do por ser expansão livre de resíduos, agentes de expansão de baixo custoe aumento em volume da ordem de grandeza em torno do fator 2.

As desvantagens deste método é a necessidade de alimentaçãode aditivos adicionais e a necessidade de um estágio pressurizado no pro-cesso de tratamento do tabaco, a impregnação sendo normalmente, um pro-cesso complicado de partição.

Os procedimentos químicos não obtiveram qualquer significadodevido aos problemas dos resíduos envolvidos. Em todos os métodos co-nhecidos, o tabaco é impregnado ou na pressão atmosférica ou em umapressão acima da pressão atmosférica com substâncias as quais, em umasegunda etapa por exemplo, em uma secadora, são rapidamente submeti-das a uma troca de fase do estado sólido ou líquido para o estado gasoso.

Este efeito de defumação resulta no aumento de volume das estruturas dotabaco. É conhecido através da DE 31 47 846 C2, um método de aumentoda capacidade de enchimento, no qual o material de tabaco é introduzidoem um fluxo de transporte em um ejetor Venturi, com isso se expandindo. Adesvantagem desta disposição é a necessidade de se otimizar o aumentoda capacidade de enchimento.

Com relação ao enchimento de outras matérias-primas alimenta-res e matérias-primas alimentares de luxo / materiais de tabaco / materiaisde tabaco com capacidade de expansão (por exemplo, cereais ou grãos Ie-guminosos; "aspiração"), a técnica anterior, na maioria das vezes descrevemétodos e equipamentos não-contínuos, sendo as publicações a seguir ci-tadas a este respeito.

A DE 195 21 243 descreve um método e um equipamento, nosquais em operação de batelada ou partição, um recipiente fechado é pres-surizado e o material contido no mesmo é então aquecido. A porção superi-or que não contém material nenhum é brevemente exposta à pressão au-mentada. Pelo fato do recipiente ser aberto de forma abrupta, o material ésubmetido ao interior de uma câmara de expansão sob pressão atmosférica.

A pressão aumentada atua como um agente de expansão resultando no fatoda água contida no material ser evaporada, fazendo com que o material emreferência expanda-se.

A DE 195 21 168 descreve um equipamento e um método aná-logo ao da DE 195 21 243, com a exceção que, neste caso, o recipiente in-terno não apresenta orifícios na parte superior, que não contenham materi-al.

A DE 195 21167 descreve um equipamento similar ao da DE195 21 243 e ao da DE 195 21 168, com a exceção que, neste caso, a câ-mara de expansão é rotativa e o material expandido é descarregado de for-ma longitudinal, por meio de um tambor de rotação.

A DE 198 06 951 escreve um equipamento e um método paracurar um material granulado, mais especificamente, uma câmara preaqueci-da para o material ser expandido. O aquecedor utilizado compreende umacâmara em leito fluidizado, na qual o material é aquecido em forma de ba-telada. Com o auxílio de um circuito ramificado, o produto é transferido oreator de cura.

Na DE 198 06 950 se encontra descrita uma câmara de expan-são, configurada e duas partes. A primeira parte tem início diretamente nadescarga da câmara de expansão e possui a configuração de um cone es-belto alongado, planejado para oferecer um fluxo laminar. Este se abre paraa segunda parte, onde se obtém uma pressão normal neste último. Aqui ofluxo é turbulento.

Também no caso desta técnica anterior, a expansão pode aindanão ser ideal e os sistemas operando em operação de bateladas no contí-nuas são complicados e não muito eficientes.

O objetivo da presente invenção é o de superar as desvanta-gens anteriormente mencionadas da técnica anterior, a intenção sendo a de,mais particularmente, tornar possível de forma eficaz uma expansão ideal e,com referência ao tabaco, esta invenção tem por fim que a citada reduçãona capacidade de enchimento / encolhimento seja neutralizada tanto quantopossível.

Este objetivo é alcançado de acordo com a presente invençãoatravés do material objetivo das reivindicações principais. As formas deapresentação preferidas de acordo com a presente invenção podem serconcluídas a partir das reivindicações complementares.

A invenção torna possível que se obtenham, no campo do pro-cessamento do tabaco, aumentos na capacidade de enchimento, que não sepodiam obter até então, e os quais, após a expansão, se encontram acimade 10% dos valores em relação a métodos convencionais de expansão, atéentão considerados como otimizados. Os efeitos positivos em relação à efi-cácia dos custos na produção de produtos de fumo são enormes, em vistadas quantidades de materiais de tabaco utilizadas na indústria.

Benefícios correspondentes se materializam então na área deoutras matérias-primas alimentares e matérias-primas alimentares de luxo /materiais de tabaco.

Em um método de acordo com a presente invenção, o materialpassa continuamente através de uma zona de pressão elevada, seguida deum zona de pressão reduzida, antes de finalizar em uma zona sob pressãoatmosférica.

O principal princípio do método explora a capacidade dos gasese vapores de converter, de forma total energia de compressão por meio deum ejetor em energia cinética (no caso extremo, reduzindo a pressão a me-nos de 0 bar). Esta redução extrema na pressão pode apenas ser obtida,quando se obtém no local mais próximo do ejetor, a velocidade do som ou arazão crítica de pressão equivalente é obtida. Sob estas condições, ocorreuma redução adicional na pressão e com isso um aumento na velocidade,nas seções mais largas do ejetor.

Sob as mesmas condições, na operação clássica de um ejetordeste tipo, ocorre um aumento na pressão e com isso, uma redução no vo-lume, nas seções mais largas, como se torna evidente a partir da Figura 6em anexo, na ilustração superior, apresentando uma construção básica deejetor, os perfis de velocidade e de pressão para vários modos de operaçãosendo ilustrados abaixo. De acordo com esta disposição, o perfil identificadopelo local circulado 1 se aplica a um ejetor em uma operação crítica de fe-chamento, enquanto que o perfil identificado pelo círculo 2 identifica umejetor tipo Lavai, em operação crítica (em velocidade supersônica), comoutilizado na presente invenção.

Quando o fluxo de transporte (por exemplo vapor saturado) seencontra carregado, por exemplo, de material de tabaco, antes de sua en-trada no ejetor, dependendo então das condições de alimentação, as partí-culas são equilibradas às temperaturas e pressões do vapor (por exemplo, 4bar, 143°C). Uma vez que a mistura em duas fases penetrou na zona devácuo do ejetor tipo Lavai (por exemplo, 0,2 bar), as partículas de umidadeperdem seu equilíbrio a uma temperatura elevada (ponto de ebulição daágua a 0,2 bar: 60°C) e a umidade do tabaco evapora-se para resfriamento.

Esta evaporação forçada é alimentada a partir da energia interna da partí-cula. Qualquer transferência de calor a partir do ambiente é impossível de-vido ao fato das condições de temperatura (vapor mais frio que as partícu-las) na zona de vácuo. Entretanto, o calor é transportado exteriormente, apartir do interior, através da condução do calor nas partículas. Desumidifi-cação/secagem desta forma é basicamente diferente da então chamada se-cadora por fluxo de ar de condução de calor, na qual a energia requeridapara evaporação é transferida do gás para as partículas.

Devido à pressão muito baixa na saída do ejetor tipo Lavai, osaumentos na capacidade de enchimento podem ser obtidos de forma van-tajosa. Adicionalmente a isso, a invenção torna possível um processo contí-nuo, o qual pode ser integrado por exemplo em um processo de preparaçãode tabaco, sem a necessidade de quaisquer etapas especiais (permitindo,mais particularmente, uma integração em uma secadora por fluxo de ar, sema necessidade de primeiro, se retirar o tabaco). Assim sendo, esta disposi-ção envolve não apenas um equipamento adicional menor; etapas adicio-nais no preparo do tabaco, tais como embalagem ou aromatização podendoser diretamente integradas.

O fluxo de transporte pode compreender um conteúdo de vaporde 10 a 100% de vapor saturado e, mais especificamente, compreender va-por superaquecido.

Em uma forma de apresentação da invenção, a pressão do fluxode transporte, na contracorrente do ejetor tipo Lavai se encontra na faixa demenos de 1 bar a cerca de 30 bar, de preferência, 1 bar a 30 bar e, maisparticularmente de 1 bar a 10 bar, e a temperatura do fluxo de transportecontra a corrente do ejetor tipo Lavai, se encontrando na faixa de 50°C e450°C, de preferência na faixa de IOO0C e 300°C.

A pressão na saída do ejetor tipo Lavai pode se encontrar nafaixa de 0 a 2 bar, de preferência entre 0,2 e 1 bar.

A seguir se encontram descritas, de maneira mais específica,modalidades para a expansão de material de tabaco. Entretanto, estas mo-dalidades são apropriadas também para a expansão de outras matérias-primas alimentares e matérias-primas alimentares de luxo / materiais de ta-baco / materiais de tabaco incluindo o processamento de matérias-primasalimentares sólidas, fibrosas, granuladas, matérias-primas alimentares emforma de favas ou folhas e matérias-primas alimentares de luxo / materiaisde tabaco / materiais de tabaco, por exemplo, grãos, grãos de leguminosas,cereais, cevada, milho, favas, trigo, arroz ou ervilhas. Os componentes doequipamento, tais como separadores, devem então ser adaptados ao mate-rial a ser processado em cada caso.

Preferivelmente, o fluxo de transporte é superaquecido antes daincorporação do material / material de tabaco.

De acordo com uma forma de apresentação preferida do métodosegundo a invenção, o fluxo de transporte passa através de uma zona dealimentação ou entrada, uma antecâmara de ejetor, o ejetor tipo Lavai, umdifusor de alimentação e ou difusor de fornecimento ou saída.

Por um lado, o material de tabaco pode ser alimentado ao fluxode transporte na zona de alimentação contra a corrente do ejetor tipo Lavai,de preferência através de uma comporta de pá rotativa, compreendendo umcabeçote posicionado sobre o ejetor tipo Lavai.

Uma vez que se contemple um processamento adicional domaterial de tabaco, é possível, de acordo com a invenção, suprir o materialde tabaco, após este ter passado através do difusor de saída, a um separa-dor se tabaco, mais particularmente, a um separador centrífugo, sendo ovácuo do mesmo mantido, preferivelmente, por um compressor de vácuo.Entretanto, após este ter passado através do difusor de saída, o material detabaco pode ainda ser, em primeiro lugar, suprido a uma secadora por fluxode ar e então a um separador de tabaco, mais especificamente a um sepa-rador centrífugo.

Em uma forma de apresentação vantajosa do método de acordocom a invenção, o fluxo de gás que passa pelos componentes de forma ad-jacente ao difusor de saída é coletado por meio de um sistema de recicla-gem de gás, comprimido e reciclado, como parte de um fluxo de transporte.

O equipamento de acordo com a invenção, de preferência, é caracterizadopelo fato de compreender um elemento, mais particularmente, um trocadorde calor, para superaquecer o fluxo de transporte, antes da incorporação domaterial de tabaco.

Em um desenvolvimento do equipamento de acordo com a in-venção, o elemento de condução de fluxo compreende uma zona de ali-mentação, uma antecâmara de ejetor, o ejetor tipo Lavai, um difusor de ali-mentação e um difusor de saída.

Pode ser provida uma comporta de pá rotativa possuindo umcabeçote posicionado sobre a zona de alimentação, por meio da qual omaterial de tabaco é alimentado ao fluxo de transporte na zona de alimenta-ção, contra a corrente do ejetor tipo Lavai.

Além disso, o equipamento pode compreender uma comporta depá rotativa, possuindo um cabeçote posicionado sobre o ejetor tipo Lavai,por meio da qual o material de tabaco é suprido ao fluxo de transporte doejetor tipo Lavai na zona de pressão mais baixa.

Preferivelmente, o equipamento compreende um separador detabaco, mais particularmente, um separador centrífugo, ao qual o materialde tabaco é suprido, após ter passado através do difusor de saída, e o vá-cuo deste sendo mantido, de preferência, por meio de um compressor à vácuo.

Em outra forma de apresentação, o equipamento compreendeuma secadora por fluxo de ar e de forma adjacente à mesma um separadorde tabaco, mais particularmente, um separador centrífugo, ao qual o materi-al de tabaco é suprido, após ter passado através do difusor de saída.

É particularmente vantajosa que seja provido um sistema de re-ciclagem de ar, por meio do qual o fluxo da gás passando pelos componen-tes adjacentes ao difusor de saída seja coletado, comprimido e novamentesuprido ao fluxo de transporte.

A invenção será agora detalhada por meio da descrição deexemplos de formas de apresentação, com referência aos desenhos emanexo, nos quais:

A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um equipamentopara expansão de material de tabaco, incluindo um separador em cicloneadjacente, de acordo com uma primeira forma de apresentação da invenção;

A Figura 2 é uma ilustração esquemática de um equipamentopara expansão de material de tabaco, incluindo uma torre de secagem adja-cente, de acordo com uma segunda forma de apresentação da presente in-venção;

A Figura 3 é uma ilustração esquemática de um equipamentopara expansão de material de tabaco, incluindo um separador em cicloneadjacente e uma alimentação de material de tabaco a um ejetor tipo Lavai,de acordo com a invenção;

A Figura 4 é uma ilustração esquemática de um equipamentopara expansão de material de tabaco, incluindo uma torre de secagem adja-cente e um material de tabaco, alimentado a um ejetor tipo Lavai, de acordocom uma quarta forma de apresentação da invenção;

A Figura 5 é um diagrama de barras, comparando o aumento dacapacidade de enchimento através dos métodos de acordo com a invenção,em comparação aos métodos segundo a técnica anterior;

A Figura 6 é uma ilustração esquemática de uma seção trans-versal de um ejetor, indicando os perfis da pressão e da velocidade paraoperações críticas e próximas às críticas.

Nas Figuras 1 a 4, o numerai de referência 1, identifica umazona de alimentação, 2 uma comporta de pá rotativa, 3 uma antecâmara deejetor, 4 um ejetor tipo Lavai (também denominado ejetor de expansão), 5um cabeçote sobre este ejetor tipo Lavai, 6 um difusor de alimentação, 7 umdifusor de saída, 8 uma comporta de descarga, 9 um separador em ciclone,10 um compressor, 11 um sistema de reciclagem de ar, 12 um sistema deexaustão de ar, 13 um fluxo de transporte, 14 uma descarga de tabaco apartir do separador em ciclone, 15 uma torre de secagem, 16 uma alimenta-ção opcional de embalagem / aromatização, 17 um suprimento de alimenta-ção de ar à torre de secagem e 18 a descarga a partir da torre de secagem.T indica o material de tabaco. Numerais de referência similares, indicandocomponentes assemelhados.

As Figuras 1 e 2 ilustram as formas de apresentação de acordocom a invenção, nas quais o material de tabaco é alimentado ao fluxo detransporte 13 na zona de alimentação, isto é, na lateral de pressão do ejetortipo Lavai.

Com referência agora à Figura 1, se encontra ilustrada umaforma de apresentação incluindo uma separação direta no separador detabaco 9, a jusante do ejetor 4. O tabaco é transportado através de umaeclusa para a zona de alimentação 1, de preferência por meio de uma com-porta de pá rotativa 2, adequada para um alto diferencial e pressão absolu-ta. Na zona de alimentação, o tabaco é misturado ao fluxo de transporte 13,preaquecido e umidificado com a utilização de vapor. A razão de fluxo damassa do fluxo de transporte do material de tabaco pode ser ajustada, sim-plesmente pela seleção da seção transversal mais estreita no ejetor tipoLavai 4 (ejetor de expansão), para um determinado fluxo de massa do mate-rial de tabaco. Por exemplo, em uma pré-pressão saturada de vapor de 2bar (aproximadamente 120°C), um fluxo de massa máximo de 400kg/h é al-cançado para um diâmetro de ejetor de 21,8 mm, onde para um diâmetro deejetor de 15,4 mm se obtém uma passagem máxima de 200kg/h. Uma boarazão útil se encontra na faixa de 0,1 a 10 kg de fluxo de transporte por kgde material de tabaco. A jusante da antecâmara do ejetor 3 e do ejetor 4,subseqüente ao relaxamento adiabático, se dá uma baixa pressão e, destaforma uma temperatura correspondente baixa do fluxo de transporte, de-pendendo da natureza do fluxo de transporte, projeto do equipamento eperfil do método. O material de tabaco tenta compensar a falta de equilíbrioda temperatura através da evaporação e remoção da energia interna, indu-zida no material de tabaco, por meio de carga na zona de alimentação.Preferivelmente, pressões menores do que 1 bar são ajustadas na saída doejetor tipo Lavai 4. Dependendo da pressão desejada de processamento noseparador de tabaco 9, o vapor precisa ser correspondentemente comprimi-do, com o auxílio do difusor de alimentação / saída 6/7.

Esta variação do método, como ilustrado na Figura 1, de prefe-rência, é indicada para os métodos de secagem de tabaco, subseqüente àexpansão, os quais não utilizem o fluxo de transporte 13, como o meio desecagem ou de transporte, este elemento sendo, por exemplo, um tambor,um leito de vibração ou fluidizado ou métodos de secagem em esteiras. Es-tes métodos de secagem necessitam de uma separação anterior do materialde tabaco e do fluxo de transporte, efetuado por meio de um separador detabaco, de preferência um separador centrífugo 9, tal como, por exemplo,um separador em ciclone ou tangencial. Quando se deseja explorar os be-nefícios de uma expansão à vácuo, sem compressão subseqüente à pres-são atmosférica, o material de tabaco necessitaria ser separado, da mesmaforma, do fluxo de transporte com tambor, leito vibratório ou fluidizado oumétodos de secagem em esteira, a descarga 14 do tabaco ocorrendo entãoa partir da zona de vácuo para a zona de pressão atmosférica. O vácuo noseparador de tabaco 9 pode ser mantido, por exemplo, por meio de umabomba a vácuo (não-ilustrada).

Na forma de apresentação ilustrada na Figura 2, a separação domaterial de tabaco ocorre após este ter passado através de uma secadorapor fluxo de ar, neste caso uma torre de secagem 15.

Após ter passado através do difusor 6 / 7, o tabaco é direta-mente transportado para o interior da torre de secagem 15, sem nenhumaseparação do fluxo de transporte 13, e após ter sido umidificado, por meiodo separador de tabaco 9, de preferência um separador centrífugo, talcomo, por exemplo, um separador em ciclone ou tangencial, este é descar-regado por meio de uma comporta de descarga 8 (seta 14). Para este fim, énecessário adaptar a velocidade e a pressão do fluxo de transporte 13 àscondições na torre de secagem 15. Preferivelmente, neste caso, é selecio-nado um modo de expansão, no qual a pressão no difusor de saída 7 seencontre em uma faixa entre 0,9 a 1,1 bar.

Comum a ambas as variações ilustradas nas Figuras 1 e 2, é aopção de reciclagem de ar, total ou em parte, por meio de um sistema dereciclagem de ar 11, para reutilização do fluxo de transporte 13, de prefe-rência com o ar como fluxo de transporte 13, o qual, com vistas à economiapode ser considerado como uma solução particularmente eficiente em ter-mos de custo.

Opcional também a ambas as variações é a incorporação deaditivos fluidos / sólidos (embalagem, aromatização) na porção de cabeçote5 do ejetor tipo Lavai 4, como indicado na Figura 2, através do numerai dereferência 16.

As Figuras 3 e 4 apresentam variações de acordo com a inven-ção, nas quais o material de tabaco é alimentado à lateral de sucção doejetor 4.

A Figura 3 ilustra uma variação na qual a separação se dá dire-tamente no separador de tabaco 9, à jusante do ejetor / difusor 4, 6 17.

Nesta disposição, a mistura do material de tabaco com o fluxo de transporteé então obtida através do fato de se trazer o material de tabaco para o inte-rior da zona de cabeçote 5 do ejetor tipo Lavai 4, isto é, introduzir o materialde tabaco diretamente através de uma comporta de pá rotativa 2, para ointerior da zona de pressão mais baixa (0 - 1 bar) na saída do ejetor 4. Issotraz a vantagem de que a diferença de pressão em relação ao ambiente daalimentação do material de tabaco é menor do que 1 bar e a temperatura dofluxo de transporte neste local é significativamente mais baixa (< 150°C),como resultado, o alimentador 2 é exposto a menos tensão pelas altas tem-peraturas, enquanto é "resistente ao diferencial de pressão" (vazamentomínimo de ar).

O equipamento (ejetor 4, difusor de alimentação 6) e a pré-pressão contracorrente do ejetor 4, deveriam ser configuradas para estavariação do método, de tal forma que a pressão mais baixa que se posaatingir se concretiza na saída do ejetor 4, para desta forma possibilitar que oaumento na pressão, se materializando a partir do vazamento de ar pene-trando através do alimentador 2, seja compensado.

Nesta variação do método, o material de tabaco deveria serpreaquecido a uma temperatura que excedesse 90°C (por exemplo, atravésde um túnel de vapor), antes que este penetrasse no ejetor 4, de tal formaque o material de tabaco na zona de vácuo do ejetor 4 (< 1 bar) seja abrup-tamente exposto à zona de desequilíbrio termodinâmico, como descrito aci-ma, e a água evapore para resfriamento. Como já descrito, o vapor é con-densado de forma correspondente, com o auxílio do difusor de saída 7, de-pendendo da pressão de processamento desejada no separador de tabaco 9.

Esta variação do método, do mesmo modo, é preferivelmentecaracterizada pelo fato dos métodos de secagem do tabaco, subseqüentesà expansão, estes não se utilizando do fluxo de transporte 13, como ele-mento de secagem ou de transporte, estes sendo, por exemplo, tambor, leitovibratório / fluidizado ou métodos de secagem em esteiras. Estes métodosde secagem necessitam de separação anterior do material de tabaco e dofluxo de transporte, efetuado por meio do separador de tabaco 9, de prefe-rência um separador centrífugo, tal como, por exemplo, um separador emciclone ou tangencial.

Quando se exploram os benefícios da expansão à vácuo, semcompressão subseqüente à pressão atmosférica, o material de tabaco ne-cessitaria ser separado, do mesmo modo, do fluxo de transporte, de acordocom um tambor, leito vibratório / fluidizado ou métodos de secagem em es-teiras, a descarga 14 do tabaco ocorrendo então, a partir de uma zona devácuo para o interior de uma zona sob pressão atmosférica.

A Figura 4 ilustra, novamente, uma forma de apresentação in-cluindo uma separação a jusante da secadora por fluxo de ar. Nesta varia-ção - como já descrito com referência à Figura 3 - o material de tabaco éposicionado na zona de cabeçote do equipamento. Novamente neste caso,o método descrito com referência à Figura 3, pode ser aplicado (com exce-ção para uma separação no separador, seguindo-se diretamente ao ejetorde expansão), isto é, a diferença estando na combinação da incorporaçãodo material de tabaco na lateral de sucção do setor, com a separação dotabaco após o ar ter passado através da secadora de ar.

Nesta disposição, o material de tabaco é novamente transporta-do diretamente, sem separação do fluxo de transporte, após passar atravésda difusão 6 / 7, para o interior da torre de secagem 15 e, após a desumidi-ficação / secagem através do separador de tabaco 9, de preferência, umseparador centrífugo, tal como, por exemplo, um separador em ciclone outangencial, é descarregado (seta 14). Para este fim, é necessário, tambémneste caso, que sejam adaptadas a velocidade e a pressão do fluxo detransporte às condições da torre de secagem 15. Preferivelmente, tambémneste caso, é selecionado um modo de expansão, no qual a pressão no di-fusor de saída 7 se encontre na faixa de 0,9 a 1,1 bar.

Comum a ambas as variações (Figuras 3 e 4) é novamente aopção de reciclagem de ar, total ou em parte, por meio de um sistema dereciclagem e ar (numerai de referência 11), para a reutilização do fluxo detransporte, de preferência com ar como fluxo de transporte.

A Figura 5 ilustra um diagrama de barras comparando o au-mento da capacidade de enchimento por meio dos métodos de acordo coma invenção, em comparação com os métodos de acordo com a técnica ante-rior. Os parâmetros de teste se encontram listados a seguir:

Teste 1 (eietor tipo Lavai)

material de tabaco: mistura de espécies convencionaisconfiguração do equipamento: vide Figura 1 (nenhum compres-sor 10, nenhuma reciclagem de ar, nenhuma embalagem ou aromatizaçãoopcionais)

diâmetro do ejetor: 15 mm

fluxo de transporte: vapor saturado

parâmetros: pré-pressão de 2,2 bar (posição 3), pressão noejetor 0,6 bar (posição 6), temperatura aproximada do vapor 123°C na posi-ção 3, temperatura do vapor no ciclone (posição 9) de cerca de 100°C,pressão do vapor no ciclone (posição 9) de cerca de 1 bar; fluxo de massade fluxo de transporte / razão de massa de tabaco 0,67; conteúdo de umi-dade do tabaco contracorrente do expansor (contracorrente do alimentador,posição 2), aproximadamente 40% (base de umidade); conteúdo de umida-de do tabaco a jusante do expansor (contracorrente do ciclone, posição 9),aproximadamente 43,5% (base de umidade).

Teste 2 (eietor tipo Lavai)

material de tabaco: mistura de espécies convencionaisconfiguração do equipamento: vide Figura 1 (nenhum compres-sor 10, nenhuma reciclagem de ar, nenhuma embalagem ou aromatizaçãoopcionais)

diâmetro do ejetor: 15 mm

fluxo de transporte: vapor saturado

parâmetros: pré pressão de 2,2 bar (posição 3), pressão noejetor 0,65 bar (posição 6), temperatura aproximada do vapor 23°C na posi-ção 3, temperatura do vapor no ciclone (posição 9) de cerca de 100°C,pressão do vapor no ciclone (posição 9) de cerca de 1 bar; fluxo de massade fluxo de transporte / razão de massa de tabaco 0,43; conteúdo de umi-dade do tabaco contracorrente do expansor (contracorrente do alimentador,posição 2), aproximadamente 40% (base de umidade); conteúdo de umida-de do tabaco a jusante do expansor (contracorrente do ciclone, posição 9),aproximadamente 43% (base de umidade).

Teste 3 (eietor STS)

STS: Steam treated stems (espécies tratadas a vapor)material de tabaco: mistura convencional de espéciesconfiguração do equipamento: equipamento STS convencionalfluxo de transporte: vapor saturadoparâmetros: razão de fluxo de massa de fluxo de transporte /razão de fluxo de massa de tabaco 0,67; conteúdo de umidade do tabacocontracorrente do expansor de cerca de 40% (base de umidade), conteúdode umidade do tabaco a jusante do expansor de cerca de 44% (base deumidade).Teste 4 (eietor STS)

STS: Steam treated stems (espécies tratadas a vapor)material de tabaco: mistura convencional de espéciesconfiguração do equipamento: equipamento STS convencional

fluxo de transporte: vapor saturado

parâmetros: razão de fluxo de massa de fluxo de transporte /razão de fluxo de massa de tabaco 0,47; conteúdo de umidade do tabacocontracorrente do expansor de cerca de 40,7% (base de umidade), conteú-do de umidade do tabaco a jusante do expansor de cerca de 44,3% (basede umidade).

Teste 5 (eietor tipo Lavai)

material de tabaco: mistura de espécies convencionaisconfiguração do equipamento: vide Figura 1 (nenhum compres-sor 10, nenhuma reciclagem de ar, incluindo uma tomada de ar e embala-gem (posição 5)

diâmetro do ejetor: 15 mm

fluxo de transporte: vapor saturado

parâmetros: pré-pressão de 2,2 bar (posição 3), pressão noejetor 0,6 bar (posição 6), temperatura aproximada do vapor 123°C na posi-ção 3, temperatura do vapor no ciclone (posição 9) de cerca de 100°C,pressão do vapor no ciclone (posição 9) de cerca de 1 bar; fluxo de massade fluxo de transporte / razão de massa de tabaco 0,67; conteúdo de umi-dade do tabaco contracorrente do expansor (contracorrente do alimentador,posição 2), aproximadamente 40% (base de umidade); conteúdo de umida-de do tabaco a jusante do expansor (contracorrente do ciclone, posição 9),aproximadamente 46% (base de umidade).

Se torna diretamente evidente que o aumento na capacidade deenchimento e os valores absolutos obtidos nos testes 1, 2 e 5, os quais em-pregam um método de acordo com a invenção, são substancialmente maisaltos que os dos métodos STS, considerados até então como sendo otimi-zados, os resultados destes sendo representados pelo ponto da barra perti-nente aos testes 3 e 4. De acordo com a invenção, as capacidades de en-chimento resultantes são de aproximadamente 10% a mais. Os efeitos posi-tivos na eficiência em relação aos custos de produção de produtos de fumosão enormes, com vistas à quantidade de material de tabaco utilizada pelaindústria.

A tabela final resume os valores dos parâmetros apropriados epreferidos para a implementação do método de acordo com a invenção:parâmetro faixa total faixa preferidapressão de fluxo de transporte contracor- 1 - 30 bar 1 -10 barrente do ejetor temperatura do fluxo de transporte con- 50 - 450°C* 100 - 250°C *tracorrente do ejetor pressão do fluxo de transporte no ejetor > 0 - 2 bar 0,2 -1,0 barpressão do fluxo de transporte no difusor > 0 - 2 bar 0,2 -1,1 barde saída conteúdo de umidade do tabaco contra- 10-60 % 17-45% (basecorrente ou comporta de alimentação de (base de de umidade)pá rotativa umidade) temperatura do tabaco contracorrente ou 10-100°C 20 - 95°Ccomporta de alimentação de pá rotativa razão de massa de fluxo de fluxo de 0,1 - 10 0,2 -1 (kg/h)transporte / fluxo e massa de tabaco (kg/h) (kg/h) (kg/h)conteúdo de umidade do fluxo de trans- 10-100% 50-100%porte (base de (base de umi- umidade % dade % de de massa) massa)

* com preaquecimento adicional do fluxo de transporte através de um troca-dor de calor contracorrente da comporta de alimentação de pá rotativa("vapor super aquecido)

Todas as indicações de pressão se encontram em valores ab-solutos.

Os testes também foram efetuados na expansão de outras maté-rias-primas alimentares e matérias-primas alimentares de luxo / materiais detabaco / materiais de tabaco, estes também obtendo bons resultados de ex-pansão. Em especial, a cevada e o milho provaram ser apropriados à ex-pansão de acordo com a invenção, produzindo formatos expandidos. A con-figuração do teste, com referência a tal, foi basicamente a mesma da doteste 1, descrito acima, no que tange à configuração a fluxo de transporte doequipamento.

Claims (24)

1. Método de expansão de matérias-primas alimentares e maté-rias-primas alimentares de luxo/materiais de tabaco capazes de serem ex-pandidos, no qual as matérias-primas alimentares e as matérias-primas ali-mentares de luxo/materiais de tabaco em um fluxo de transporte (13), com-preendem vapor, passando através de uma zona de expansão compreen-dendo um ejetor do tipo Lavai (4), caracterizado pelo fato de que a veloci-dade do som é alcançada na seção transversal mais estreita.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o material de tabaco, mais especificamente o material de tabacoúmido (T) é expandido.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que é expandido material sólido, fibroso, granulado, matérias-primasalimentares em favas ou folhas e matérias-primas alimentares de Iu-xo/materiais de tabaco.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que são expandidos materiais sólidos, fibrosos, granulados, maté-rias-primas alimentares em favas ou em folhas e matérias-primas alimenta-res de luxo/materiais de tabaco: grãos, grãos de leguminosas, cereais, ce-vada, milho, favas, trigo, arroz ou ervilhas.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1a 4, caracterizado pelo fato de que o referido fluxo de transporte (13) com-preende um conteúdo de vapor de 10 a 100 % e/ou a alimentação do conte-údo de umidade a tabaco é de 10 a 60% (base de umidade), de preferência-17 a 45 % (base de umidade).

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1a 5, caracterizado pelo fato de que o referido fluxo de transporte (13), com-preende vapor saturado.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1a 6, caracterizado pelo fato de que o referido fluxo de transporte (13) com-preende vapor super aquecido.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1a 7, caracterizado pelo fato de que a pressão do referido fluxo de transporte(13), contracorrente do ejetor do tipo Lavai, se encontra em uma faixa demenos de IOOkPa (1 bar) a cerca de 3000kPa (30 bar), de preferênciaIOOkPa (1 bar) a 3000kPa (30 bar) e mais particularmente de 100kPa (1 bar)a 1000kPa (10 bar), e que a temperatura do referido fluxo de transporte (13),contracorrente do referido ejetor tipo Lavai (4) se encontra em uma faixa en-tre 50°C a 450°C, de preferência entre 100°C a 300°C.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1a 8, caracterizado pelo fato de que a pressão na saída do referido ejetortipo Lavai (4) se encontra em uma faixa entre OkPa (0 bar) a 200kPa (2 bar),de preferência entre 20kPa (0,2 bar) a 100kPa (1 bar).

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-1 a 9, caracterizado pelo fato de que o referido fluxo de transporte (13) ésuperaquecido antes da incorporação da referida matéria-prima alimentar ematéria-prima alimentar de luxo/material de tabaco, mais especificamente doreferido material de tabaco.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-1 a 10, caracterizado pelo fato de que o referido fluxo de transporte (13)passa através de uma zona de alimentação (1), uma antecâmara de ejetor(3), do referido ejetor tipo Lavai (4), um difusor de alimentação (6) e um difu-sor de saída (7).

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo fato de que as referidas matérias-primas alimentares e matérias-primasalimentares de luxo/materiais de tabaco, em particular o referido material detabaco, são alimentadas ao fluxo de transporte (13) na referida zona de ali-mentação (1), contracorrente do ejetor tipo Lavai mencionado (4), de prefe-rência através de uma comporta de pá rotativa (2), compreendendo um ca-beçote (5) posicionado sobre a referida zona de alimentação (1).

13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo fato de que as referidas matérias-primas alimentares e matérias-primasalimentares de luxo/materiais de tabaco, em particular o referido material detabaco são alimentadas ao fluxo de transporte em referência (13) no referidoejetor tipo Lavai (4) na referida zona de pressão mais baixa, de preferênciaatravés de uma comporta de pá rotativa (2), compreendendo um cabeçote(5), posicionado sobre o referido ejetor tipo Lavai (4).

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 11 a 13, caracterizado pelo fato de que as referidas matérias-primas ali-menta res e matérias-primas alimentares de luxo/materiais de tabaco, emparticular o referido material de tabaco, tendo passado através do difusor desaída (7) são supridas a um separador (9), em particular a um separador detabaco, em especial um separador centrífugo, o vácuo do mesmo sendomantido, de preferência, por uma bomba de vácuo.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 11 a 13, caracterizado pelo fato de que as referidas matérias-primas ali-mentares e matérias-primas alimentares de luxo/materiais de tabaco, emparticular o referido material de tabaco, tendo passado através do referidodifusor de saída (7) são, em primeiro lugar supridas a uma secadora por flu-xo e ar (15) e depois a um separador, em particular a um separador de taba-co (9), em especial um separador centrífugo.

16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que o fluxo de gás passando atravésdos componentes adjacentes à referida saída do difusor (7) é coletado pormeio de um sistema de reciclagem de ar (11), comprimido e utilizado nova-mente, como parte do referido fluxo de transporte.

17. Equipamento para expansão das referidas matérias-primasalimentares e matérias-primas alimentares de luxo/materiais de tabaco, emparticular material de tabaco úmido (T), compreendendo elementos de con-dução de fluxo (1, 3, 4, 6, 7) nos quais as referidas matérias-primas alimen-tares e matérias-primas alimentares de luxo/materiais de tabaco, em particu-lar o referido material de tabaco (T), no fluxo de transporte (13), compreen-dendo vapor, passa através de uma zona de expansão, caracterizado pelofato de que os referidos elementos de condução compreendem um ejetortipo Lavai (4), o qual opera de tal forma que a velocidade do som é alcança-da em sua seção transversal mais estreita.

18. Equipamento de acordo com a reivindicação 17, caracteri-zado pelo fato de que o referido equipamento compreende elementos, maisparticularmente, um trocador de calor para superaquecer o referido fluxo detransporte (13), antes do referido material de tabaco ser trazido para o interi-or do mesmo.

19. Equipamento de acordo as reivindicações 17 e 18, caracte-rizado pelo fato de que os referidos elementos de condução de fluxo com-preendem uma zona de alimentação (1), uma antecâmara de ejetor 93), oreferido ejetor tipo Lavai (4), um difusor de alimentação (6) e um difusor desaída (7).

20. Equipamento de acordo com a reivindicação 19, caracteri-zado pelo fato de que o referido equipamento compreende uma comporta depá rotativa (2), incluindo um cabeçote (5), posicionado sobre a referida zonade alimentação (1), por meio da qual as referidas matérias-primas alimenta-res e matérias-primas alimentares de luxo/materiais de tabaco, em particularo referido material de tabaco é alimentado ao referido fluxo de transporte (13) na referida zona de alimentação (1) contracorrente do referido ejetortipo Lavai (4).

21. Equipamento de acordo com a reivindicação 19, caracteri-zado pelo fato de que o referido equipamento compreende uma comporta depá rotativa (2), compreendendo um cabeçote (5), posicionado sobre o ejetortipo Lavai (4), por meio do qual as referidas matérias-primas alimentares ematérias-primas alimentares de luxo/materiais de tabaco, em particular oreferido material de tabaco é suprido ao referido fluxo de transporte (13) noreferido ejetor tipo Lavai (4) na zona de pressão mais baixa.

22. Equipamento de acordo com qualquer uma das reivindica-ções de 19 a 21, caracterizado pelo fato de que este referido equipamentocompreende um separador, mais especificamente um separador de tabaco (9), em especial um separador centrífugo, ao qual as referidas matérias-primas alimentares e matérias-primas alimentares de luxo/materiais de taba-co, em particular o referido material de tabaco é suprido, após ter passadoatravés do referido difusor de saída (7), o vácuo do qual é mantido, de prefe-rência, por meio de uma bomba de vácuo.

23. Equipamento de acordo com qualquer uma das reivindica-ções de 19 a 21, caracterizado pelo fato de que este equipamento compre-ende uma secadora por fluxo de ar (15) e adjacente à mesma um separador,mais especificamente um separador de tabaco (9), em particular um separa-dor centrífugo, ao qual as referidas matérias-primas alimentares e matérias-primas alimentares de luxo/materiais de tabaco, em particular o referido ma-terial de tabaco é suprido, após ter passado através do referido difusor desaída (7).

24. Equipamento de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 22 ou 23, caracterizado pelo fato de que este equipamento compreen-de um sistema de reciclagem de ar (11), por meio do qual o referido fluxo degás, passando pelos componentes adjacentes ao referido difusor de saída(7) é coletado, comprimido e novamente suprido ao fluxo de transporte.