CZ20023080A3

CZ20023080A3 - Způsob zlepšení plnitelnosti tabáku

Info

Publication number: CZ20023080A3
Application number: CZ20023080A
Authority: CZ
Inventors: Ulrich Burmester; Holger Fleischhauer; Klaus-Dieter Ziehn
Original assignee: Reemtsma Cigarettenfabriken Gmbh
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2003-05-14
Also published as: IL150791A0; AR034404A1; DE50106887D1; DE10006424C2; NO20023781D0; ATE300198T1; WO2001058295A1; EA200200855A1; EA003544B1; NO20023781L; EP1255460A1; BG107104A; CA2400068A1; HUP0204445A2; JP2003525036A; UA72315C2; SK13312002A3; CN1400873A; KR20020075429A; BR0108338A

Description

Vynález se týká způsobu zvýšení plnitelnosti tabáku, jako jsou kupříkladu nařezané tabákové listy, žebra nebo rostlinné tabákové přísady s buněčnou strukturou, úpravou tabákového materiálu, který původně obsahuje 8 až 16 hmotnostních % vlhkosti, pomocí procesního plynu, sestávajícího z dusíku a/nebo argonu, při tlacích 50 až 1000 barů, a to buď v autoklávu nebo u kaskádového řazení ve více autoklávech s následnou tepelnou úpravou vynášeného tabáku po realizované dekompresi.

Dosavadní stav techniky

Expanze tabáku inertními plyny a za vysokých tlaků, která je také známa jako způsob expanze INCOM, ukázala své přednosti oproti tlakovému zpracovávání tabáku kysličníkem uhličitým, amoniakem nebo těkavými organickými plyny, a je kupříkladu známa z patentu US 4 289 148, přičemž se zpracovává tabákový materiál o vlhkosti přes 20 hmotnostních % při pracovních teplotách v autoklávu mezi 0 °C a 50 °C. Redukce tlaku probíhá během 0,5 až 10 minut a u uvedených příkladů kolem 1,3 minuty, přičemž vynášený tabák se podrobuje tepelné další úpravě, kupříkladu sytou párou, a přitom expanduje.

Podle spisu DE 31 19 330 AI se u tabákového materiálu s sníženou vlhkostí 10 až 15 hmotnostních % dodatečně použije úprava provozní teplotou nižší jak 50 °C, aby se při snížení tlaku dosáhlo silnějšího ochlazování vynášeného tabákového materiálu. Doba redukce tlaku leží kolem 1,3 až 2 minut.

Patent DE 34 14 625 C2 popisuje kaskádový způsob, při kterém se chlazením procesního plynu před jeho plněním do reaktoru, chlazením autoklávu nebo použitím podchlazeného a zkapalněného pracovního plynu, sníží impregnační teplota tabáku. Doba • ·«·· ♦ ♦ 00 • 0 0 0 t 0 · * 0 000 • 0 0

00 redukce tlaku činí 0,5 až 10, zejména 1 až 2 minuty. Nejnižší teplota vynášeného tabáku má ležet pod 0 °C.

Analogicky se také podle patentu DE 39 35 774 C2 dosahuje u kaskádového expanzního způsobu cirkulací procesního plynu přes chladič požadovaných nízkých impregnačních teplot 25 °C, popřípadě 45 °C.

I když se u těchto známých expanzních způsobů dosahuje dobrých hodnot, co se týká zvětšení plnitelnosti tabáku, popřípadě stupně expanze, jsou vzhledem k požadovanému chlazení autoklávu nebo autoklávů a vzhledem na doplňkové chlazení procesního plynu poměrně nákladné.

Úkolem vynálezu je vylepšení obvyklého způsobu INCOM a dosažení stejně dobrých nebo lepších stupňů expanze, a to nezávisle na nákladných opatřeních spojených s chlazením.

Podstata vynálezu

Podle vynálezu se proto navrhuje způsob již zmíněného typu podle předvýznakové části patentového nároku, který se vyznačuje tím, že se dekomprese provádí s alespoň jedním udržovacím stupněm, jehož tlak odpovídá 3 až 60 %, výhodně 3 až 30 % původního maximálního tlaku, a že ohřívání systému, který je pod zbytkovým tlakem, se provádí tak, že teplota vynášení tabáku leží po úplné redukci tlaku v rozsahu 10 °C až 80 °C.

Překvapivě se ukázalo, že při nižších vlhkostech tabáku v rozsahu 8 až 16 hmotnostních % nevede dosavadní teorie, použít nižší teplotu zpracování, popřípadě nižší teplotu při vynášení tabáku, k optimálním výsledkům expanze. Naopak teprve ohřátím systému, který je pod zbytkovým tlakem, mohlo být dosaženo překvapivě dobrých hodnot, co se týká efektu expanze, popřípadě schopnosti plnění, přičemž podle způsobu se

4 • 4

4 4 • 4 4

4

• 4

4.4 výhodně využívá kompresní teplo, popřípadě se nemusí odvádět, a odpadá tak nezbytné doplňkové chlazení autoklávu nebo autoklávů.

Výhodně se redukce tlaku z příslušného maximálního tlaku až na tlak udržovacího stupně provádí v intervalu 20 vteřin až 5 minut, zatímco redukce zbytkového tlaku se provádí v intervalu 3 vteřin až 3 minut. Dále je pro dosažení teploty při vynášení tabáku podle vynálezu účelné, že se zvýšení teploty dosahuje dobou prodlevy, cirkulací plynu, který je pod zbytkovým tlakem, pomocí tepelného výměníku a/nebo přepouštěním ohřátého plynu z dalšího autoklávu.

U další výhodné varianty způsobu se zpracování za vysokého tlaku nebo sled zpracování za vysokého tlaku a tepelné úpravy provádí vícekrát s tímtéž tabákovým materiálem.

Obzvláště dobrých výsledků se dosáhne tehdy, jestliže výstupní vlhkost tabákového materiálu leží v rozsahu 10 až 14 hmotnostních %, a dále, jestliže následná tepelná úprava tabákového materiálu probíhá sytou párou.

Způsob podle vynálezu je následně vysvětlen na příkladech.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Pro realizaci způsobu podle vynálezu jakož i pro srovnávací zkoušky byla provedena vysokotlaká úprava procesním plynem, sestávajícím z dusíku, v laboratorním autoklávu s užitným obsahem 2 1, přičemž pro nastavení požadovaných operačních teplot se používalo opláštění umožňujícího oběh tekutého média. Tlak se zvyšoval, popřípadě přívod plynu k autoklávu probíhal zespoda, snižování tlaku, popřípadě odvod plynu z autoklávu směrem nahoru. Pro nastavení konečného tlaku se použil kompresor, zatímco • 4 •4 4444 • · · • ··· teplota tabáku se měřila termočlánkem v horním sekci, popřípadě v horní polovině pro plnění tabáku.

Laboratorní zařízení pro dodatečnou tepelnou úpravu tabáku sestávalo z propustného pásu dopravníku popřípadě drátěného pletiva, které bylo provozováno rychlostí přibližně 5 cm/s. Tabákové rouno, vedené mezi vodícími plechy, bylo pod přibližně 160 mm širokou parní tryskou se štěrbinovitým výstupním otvorem přibližně 8 mm dále zpracováváno přibližně 10 kg/h syté páry. Pod přepravním pásem se proti parní trysce nacházelo zařízení na odsávání páry.

Takto ošetřené zkušební vzorky tabáku byly rozprostřeny v plochých miskách a kondicionovány při teplotě 21 °C a 60 % vlhkosti. Plnitelnost byla stanovena Borgwaldtovým hustoměrem a specifický objem v ml/g se přepočítal na nominální vlhkost 12 hmotnostních % a nominální teplotu 22 °C. Z dat neupraveného srovnávacího vzorku a expandovaného vzorku se vypočítá relativní zlepšení plnitelnosti, popřípadě stupeň expanze, podle vzorce:

Á% = (F_E-F_B)* 100%/F_b (F_b = plnitelnost neupraveného, F_E - plnitelnost expandovaného)

Pro umístění tabáku v autoklávu sloužila PVC trubka s nasazeným perforovaným dnem. Zvyšování přívodu plynu během nárůstu tlaku probíhalo až na konečný tlak 700 bar. Jako tabáku se použilo 300 g tabáku Virginia - Blend o vlhkosti 12 %. Výsledky zkoušek jsou uvedeny v následujících tabulkách, přičemž T_A znamená teplotu při vynášení tabáku podrobeného vysokému tlaku. U zkoušky 1 byly při redukci tlaku aplikovány dva udržovací stupně trvající 2 min při 400 a 100 bar, a u zkoušek 2 a 3 jen jeden udržovací stupeň trvající 2 min, popřípadě 4 min při 50 bar. U srovnávací zkoušky č. 4 proběhla redukce tlaku bezprostředně, tj. bez udržovacího stupně, s dobou redukce tlaku < 1 min.

• ·· ·

99

9 9 · * • · ·

9 9

9999

Tabulka 1; Výsledky zkoušek pracovní teplota °C 60 80

č. operace při redukci tlaku_Τ_Δ (°O Δ % Ta (°C) Δ %

1	udržovací stupeň po 2 min při 400 a 100 bar	16	83
2	udržovací stupeň 2 min při 50 bar	15	93	20	90
3	udržovací stupeň 4 min při 50 bar	33	93	41	90
4	bez (srovnání)	-25	80	-3	81

Výše uvedené zkoušky č. 1 až 3 při různých hodnotách tlaku a dob udržovacího stupně a při dvou pracovních teplotách autoklávu ukazují ve srovnání se zkouškou č. 4 s přímou redukcí tlaku, že doba zdržení při předem zvoleném udržovacím stupni (tlaku) poskytla zřetelné zvýšení teploty při vynášení z -25 °C, popřípadě -3 °C, na až +33 °C, popřípadě +41 °C, a v protikladu s dosavadní odbornou teorií, zvýšené zlepšení plnitelnosti navzdory vysokým teplotám při vynášení.

Příklad 2

Analogicky k příkladu 1 se působilo vysokým tlakem na 150 g tabáku při pracovní teplotě autoklávu 40 °C. Během redukce tlaku byl u zkoušky č. 5 aplikován udržovací stupeň 2 min při 50 bar, a při udržovacím stupni cirkuloval plyn pomocí oběhového čerpadla přes tepelný výměník o teplotě 80 °C. Přívod plynu při nárůstu tlaku a při oběhu probíhal tentokrát ze shora, odvod plynu při udržovacím stupni a redukci tlaku směrem dolů. Těsnicí prstenec mezi horním ohraničením nádoby použité pro tabák a. poklopem autoklávu zaručoval bezprostřední vstup plynu do nádoby použité pro tabák.

«·* ·· »* _- · · « « · • · » · · · ·· · ·***.* ··· «· · · · «·« ·· »«····· ·· «···

Tabulka 2: Výsledky zkoušek pracovní teplota 40 °C

č. operace při redukci tlaku_Ta (°C)_Δ % udržovací stupeň 2 min při 50 bar, oběh 10 79 přes tepelný výměník (80 °C) bez (srovnání) -105 69

Příklad 3

Postupovalo se analogicky jako u příkladu 2, přičemž během redukce tlaku byl tlak udržován konstantně při 50 bar s udržovacím stupněm 1 min, a ohřátý plyn byl zaváděn z druhého, autoklávu označeného jako „donor“ do zpracovatelské nádoby. Donor měl před přepouštěním tlak 100 bar a pracovní teplotu 80 °C při obsahu 4 1. Přívod plynu při nárůstu tlaku a při přepouštění probíhal nyní zespoda, odvod plynu s udržovacím stupněm a redukcí tlaku směrem nahoru.

Tabulka 3: Výsledky zkoušek pracovní teplota 40 °C č, operace při redukci tlaku_Ta (°C)_Δ % udržovací stupeň 1 min při 50 bar, přepouštění 16 89 z donoru, tlak 100 bar, pracovní teplota 60 °C

Výše uvedené příklady 2 a 3 ukazují, v protikladu k příkladu 1, u kterého ohřátí vlivem doby zdržení u předem zvoleného udržovacího stupně, popřípadě při předem zvoleném tlaku, předpokládá zvýšenou pracovní teplotu, že oběh podle příkladu 2 přes tepelný výměník nebo přepouštění plynu z donoru podle příkladu 3 při konstantním udržovacím stupni, popřípadě konstantním tlaku, i při pracovní teplotě zachycující plyn, jako „akceptor“ označené zpracovatelské nádoby, vedou od 40 °C ke zvýšené teplotě při vynášení. Zejména varianta přepouštění z nádrže donoru podle příkladu 3 vede ke značnému nárůstu zlepšení plnitelnosti oproti srovnávací zkoušce č. 6 příkladu 2.

• ··»· ·· ····

Pro interpretaci překvapivých výsledků je možné se domnívat, že ohřátí tabáku, zpracovávaného za vysokého tlaku, vede za zbytkového tlaku v autoklávu k předexpanzi, z čehož vyplynou dodatečná zlepšení plnitelnosti, jakých nelze dosáhnout známými postupy. Pro potvrzení této domněnky bylo v následujícím příkladu 4 prováděno tlakové zpracování, nyní bez další tepelné úpravy sytou párou, aby se vyzkoušel možný efekt předexpanze, s přímým kondicionováním zpracovávaných zkušebních vzorků. Je pravdou, že zlepšení plnitelnosti bez tepelné další úpravy je nepatrné, následující příklad 4 však ukazuje doplňkový efekt plnitelnosti při ohřátí za zbytkového tlaku.

Příklad 4

150 g tabáku bylo podrobeno zpracování za vysokého tlaku při pracovní teplotě autoklávu 60 °C, přičemž tabák po úplné redukci tlaku nebyl dále tepelně upravován. Při redukci tlaku byl udržovací stupeň 1 min při 50 bar s přepouštěním ohřátého plynu z druhého autoklávu analogicky jako u příkladu 3, přičemž donor měl před přepouštěním tlak 200 bar a pracovní teplotu 80 °C. Při srovnávací zkoušce č. 9 proběhla redukce tlaku bezprostředně a bez udržovacího stupně.

Tabulka 4: Výsledky zkoušek pracovní teplota 60 °C

č. operace při redukci tlaku_Ta (°C)_Δ % udržovací stupeň 1 min při 50 bar, přepouštění 19 21 z donoru, tlak 200 bar, pracovní teplota 80 °C bez (srovnání) -69 8

Výše uvedené výsledky potvrzují domněnku byť i malé předexpanze před další tepelnou úpravou sytou párou při ohřívání tabáku, podrobovaného vysokému tlaku, za vyskytujícího se zbytkového tlaku.

·· 99 • 99 •9 9 « • 9 >

9 •99 9999 •9 9 •9 9

999 9

9 ·♦ 99 • 9 9 9 •9 <

9 9 • · 9 •· 9999

Následující příklady 5 a 6 představují další příklad provedení způsobu podle vynálezu, u kterého se zpracování za vysokého tlaku, popřípadě zpracování za vysokého tlaku a následná tepelná úprava, provádějí s tímtéž tabákovým materiálem vícekrát.

Příklad 5

Analogicky k příkladu 3 bylo 150 g tabáku v prvním stupni při pracovní teplotě autoklávu 60 °C, přepouštěním ohřátého pracovního plynu z donoru při udržovacím stupni s konstantním tlakem, podrobeno úpravě za vysokého tlaku. Donor měl před přepouštěním tlak 300 bar a pracovní teplotu 80 °C; udržovací stupeň byl nastaven na 1 min při 200 bar.

Tabákový materiál z prvního stupně, expandovaný a kondicionovaný podle zkoušky č. 10, byl použit jako výchozí materiál pro další cyklus zpracování za vysokého tlaku a následnou tepelnou úpravu. Zpracování za vysokého tlaku a při pracovní teplotě autoklávu 60 °C bylo provedeno u 100 g tabáku, a při redukci tlaku byl realizován udržovací stupeň 1 min při 100 bar. Nádrž donoru měla před přepouštěním tlak 200 bar při pracovní teplotě 80 °C. Výsledky této zkoušky a zkoušky č. 10 ukazuje tabulka 5.

Tabulka 5: Výsledky zkoušek

č. operace při redukci tlaku 10 udržovací stupeň 1 min při 200 bar, přepouštění z donoru, tlak 300 bar, pracovní teplota 80 °C udržovací stupeň 1 min při 100 bar, přepouštění z donoru, tlak 200 bar, pracovní teplota 80 °C pracovní teplota 60 °C Ta (°Cj Δ %

86

116 (zpracování expandovaného tabáku ze zkoušky 10) ·* « · *

* · ···♦ ·* ·» ♦ *· ·*

• « ♦

♦ ·♦ · ·

Příklad 6

Postupovalo se analogicky jako u příkladu 5, přičemž však v tomto případě byly provedeny za sebou dva identické cykly tlakového zpracování s následnou tepelnou úpravou. Výsledky jsou uvedeny v následující tabulce.

Tabulka 6: Výsledky zkoušek pracovní teplota 60 °C

č. operace při redukci tlaku_Ta (°C)_A % udržovací stupeň 1 min při 100 bar, přepouštění 30 103 z donoru, tlak 200 bar, pracovní teplota 80 °C (dvojité tlakové zpracování s následnou tepelnou úpravou)

Zatímco byl expandovaný tabákový materiál ze stupně 1 z příkladu 5 použit pro obnovené zpracování ve stupni 2, byl u tohoto příkladu 6 cyklus tlakového zpracování proveden dvakrát za sebou, a teprve potom byl tlakově podrobený tabákový materiál přiveden k následné tepelné úpravě. Oba postupy spočívají na principu vícenásobné expanze opakováním sledu vysokotlakého zpracování a následné tepelné úpravy, popřípadě jen opakovaného vysokotlakého zpracování a následné tepelné úpravy.

Příklad 5 ukazuje, že se dá účinek prvního expanzního stupně dále zvyšovat obnoveným zpracováním ve stupni 2, a získá se tak tabákový materiál s extrémně vysokou plnitelnosti. Příklad 6 je vlivem vypuštění kroku následné tepelné úpravy jednodušší, nedosahuje však maximální hodnoty příkladu 5.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob zlepšení plnitelnosti tabáku, v podobě nařezaných tabákových listů nebo žeber, popřípadě rostlinných tabákových přísad s buněčnou strukturou, zpracováním tabákového materiálu o 8 až 16 hmotnostních % výchozí vlhkosti, procesním plynem, sestávajícím z dusíku a/nebo argonu, při tlacích 50 až 1000 bar, buď v jednom autoklávu nebo při kaskádovém řazení ve více autoklávech, s následnou tepelnou úpravou vynášeného tabákového materiálu po provedené dekompresi, vyznačující se tím, že se dekomprese provede s alespoň jedním udržovacím stupněm, jehož tlak odpovídá 3 až 60 %, výhodně 3 až 30 % původního maximálního tlaku, a že se ohřívání systému, nacházejícího se pod zbytkovým tlakem, provede tak, že teplota při vynášení tabáku po úplné redukci tlaku leží v rozsahu 10 °C až 80 °C.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že výchozí vlhkost tabákového materiálu leží v rozsahu 10 až 14 hmotnostních %.
3. Způsob podle nároku(ů) 1 (až 2), vyznačující se tím, že zvýšení teploty systému, nacházejícího se pod zbytkovým tlakem, je způsobeno dobou zdržení.
4. Způsob podle nároku(ů) 1 (až 3), vyznačující se tím, že zvýšení teploty je způsobeno oběhem plynu, nacházejícího se pod zbytkovým tlakem, přes tepelný výměník.
5. Způsob podle nároku 3 (nároků 1 až 4), vyznačující se tím, že je zvýšení teploty systému, nacházejícího se pod tlakem, způsobeno přepouštěním ohřátého plynu.
6. Způsob podle nároku(ů) 1 (až 5), vyznačující se tím, že se redukce tlaku z příslušného maximálního tlaku až ke tlaku udržovacího stupně provede v intervalu 20 vteřin až 5 minut.

0*

0 ·0 • 0 ·

000 0*··

0*

0 0 · • · 0 • ·00 0

0 0 «

0 0 0 0 000·
7. Způsob podle nároku(ů) 1 (až 6), vyznačující se tím, že se redukce zbytkového tlaku provede v intervalu od 3 vteřin do 3 minut.
8. Způsob podle nároku(ů) 1 (až 7), vyznačující se tím, že se zpracování za vysokého tlaku nebo sled zpracování za vysokého tlaku a tepelné úpravy provede vícekrát s tímtéž tabákovým materiálem.
9. Způsob podle nároku(ů) 1 (až 8), vyznačující se tím, že se následná tepelná úprava tabákového materiálu provede sytou párou.