CZ294159B6

CZ294159B6 - Způsob úpravy vlhkosti organického materiálu

Info

Publication number: CZ294159B6
Application number: CZ19932307A
Authority: CZ
Inventors: Wintersonáwarren; Crumpájohnáiii; Fischeráeugene
Original assignee: Philipámorrisáproductsáinc
Priority date: 1992-10-30
Filing date: 1993-10-29
Publication date: 2004-10-13
Also published as: PL172905B1; FI934821A; DE69327631T2; CZ230793A3; JP3696260B2; RU2120217C1; NO933932L; HK1013785A1; EP0595616A3; CN1092957A; DE69327631D1; EP0595616B1; UA29384C2; CN1043183C; SK281909B6; HU219164B; EE03289B1; MY109619A; HU9303088D0; SK119393A3

Abstract

Pro zvýšení vlhkosti se vrstva organického materiálu uložena na pásu dopravníku uvádí do styku se vzduchovým proudemŹ jehož relativní vlhkost odpovídá rovnovážným podmínkám organického materiáluŹ přičemž vzduchový proud se pohybuje proti směru pohybu vrstvy organického materiálu@ Relativní vlhkost vzduchového proudu přicházejícího do styku s organickým materiálem ve vrstvě se postupně zvyšuje pro zvýšení vlhkosti organického materiáluŹ přičemž relativní vlhkost proudu vzduchuŹ přicházejícího do styku s organickým materiálemŹ je udržována na rovnovážných podmínkách organického materiáluŹ dokud není dosažena požadovaná vlhkost organického materiálu@ Pro sušení organického materiálu se relativní vlhkost proudu vzduchu postupně snižujeŕ

Description

Tento vynález se týká způsobů úpravy vlhkosti, tj. způsobů zvyšování obsahu vlhkosti a sušení tabáku a jiných hygroskopických organických matriálů, jako jsou farmaceutické a zemědělské produkty, včetně, ale nejenom, ovoce, zeleniny, obilovin, kávy a čaje. Zejména se týká použití vzduchu o řízené vlhkosti na zvlhčování nebo sušení těchto materiálů.

Dosavadní stav techniky

V tomto oboru se dlouho pociťuje potřeba ovládání obsahu vlhkosti různých organických materiálů, včetně tabáku. Např. obsah vlhkosti v tabáku, který byl zpracováván na užitečný produkt, byl mnohokrát měněn. Každý krok zpracování, např. odstonkování, řezání, míchání složek, aromatizování, expanze a zpracování do cigaret, vyžaduje určité optimální úrovně vlhkosti, které musí být pečlivě řízeny, pro zajištění špičkově kvality tabáku nebo výrobků z jiných hygroskopických organických materiálů. Navíc způsob, jakým se mění obsah vlhkosti v tabáku, může mít trvalý vliv na fyzikální, chemické a subjektivní vlastnosti konečného výrobku. Z toho je zřejmá důležitost způsobů použitých pro provádění úprav obsahu vlhkosti v tabáku nebo jiném organickém materiálu.

Zvláště náročná je úprava vlhkosti expandovaného tabáku. Běžně je obsah vlhkosti tabáku vycházejícího z expanzního zařízení nižší než 6 % a často i méně než 3 %. Tabák se při takové nízké vlhkosti velmi snadno drobí. Mimoto se struktura expandovaného tabáku při úpravě vlhkosti hroutí, tj. částečně nebo úplně se vrací do svého neexpandovaného stavu. Tato degradace struktury snižuje plnivost a ruší výhody, které přinesla expanze tabáku.

K úpravě vlhkosti expandovaného tabáku jsou používány různé způsoby. Nejobvyklejším způsobem je skrápění vodou při převracení tabáku v rotujícím bubnu. Jiný způsob používá jako zvlhčovači prostředí nasycenou páru. Ještě jiný způsob používá vzduch o vysoké vlhkosti, který prochází vrstvou tabáku pohybující se na pásu, jak je předvedeno v patentovém spisu US 4 178 946.

Při zpracování expandovaného tabáku však žádný z výše uvedených způsobů plně neuspokojuje. Převracení a skrápění tabáku v bubnu má za následek rozdrobení křehkého expandovaného tabáku. Přímý styk s kapalnou vodou vede ke zhroucení expandované struktury tabáku. Zvlhčování párou způsobí také zhroucení tabákové struktury. To může být částečně přičítáno vysokým teplotám v parním prostředí, ale i vystavení expandovaného tabáku jakémukoliv plynnému prostředí, ve kterém probíhá kondenzace, jako je pára nebo vysoce nasycený vlhký vzduch, vede ke zhroucení jeho struktury.

Jeden ze způsobů, který předchází těmto potížím, spočívá v umístění suchého expandovaného tabáku v komoře, která obsahuje vzduch o požadované úrovni vlhkosti a umožnění, aby tabák vyrovnal svou vlhkost s okolím v údobí 24 až 48 hodin. Je udržována velmi nízká rychlost vzduchu komorou, obvykle ne vyšší než asi 127 mm/s. Výsledkem tohoto postupuje malé nebo žádné zhroucení struktury expandovaného tabáku. Avšak potřebné dlouhé doby, 24 až 48 hodin, omezují použitelnost tohoto způsobu pouze na laboratorní účely.

Byly provedeny pokusy o snížení doby zdržení potřebné pro takový vyrovnávací proces zvýšením rychlosti vzduchu. Tento přístup nebyl úspěšný, protože se nepodařilo zopakovat udržení plnivosti, kterou vykazoval laboratorně zpracovaný tabák. Velikost dopravníků, které musí být naplněny tabákem, aby se dosáhlo požadované dlouhé doby zdržení, nerovnoměrnost obsahu vlhkosti tabákového produktu vycházejícího z takových zařízení a výskyt požárů v takových jednotkách jsou popsány v patentovém spise US 4 202 357.

-1 CZ 294159 B6

Použití sušení pro řízení vlhkosti při zpracování tabáku je stejně důležité jako jeho zvlhčování. Při sušení tabáku mohou nastat fyzikální a chemické změny, které ovlivňují fyzikální asubjektivní kvalitu výrobku. Proto je postup při sušení tabáku také nanejvýš důležitý.

Obecně se v tabákovém průmyslu používají dva typy sušicích zařízení. Rotační sušárny a pásové nebo zástěrové sušárny. Občas se používají sušárny pneumatické. Pro požadovanou sušicí operaci byl vybrán zvláštní druh sušárny. Pásová nebo zástěrová sušárna se např. normálně používají pro odstonkovaný tabák, zatímco rotační sušárny se používají pro řezaný nebo sekaný tabák. Jak rotační, tak pásové sušárny se používají pro sušení stonků.

V pásové sušárně je tabák rozprostřen na perforovaném pásu a vzduch je prosáván nahoru nebo dolů pásem a vrstvou tabáku. V důsledku kanálků, které se ve vrstvě vytvoří proudem vzduchu a které umožňují sušicímu vzduchu, aby místně obtékal tabák, nastává často nerovnoměrné sušení tabáku.

Většina rotačních sušáren v tabákovém průmyslu je vyložena parními hady a mohou pracovat jako nepřímé nebo přímé tepelné sušárny, podle toho, zdaje teplo dodáváno pláštěm, nebo zda se topí přímo, uvnitř sušárny s tabákem. Navíc tyto sušárny mohou být provozovány souproudově, když proudy tabáku a vzduchu postupují stejným směrem a nebo protiproudově, když postupují opačnými směry. Rotační sušení musí být pečlivě řízeno, aby se zabránilo přesušení, které způsobuje jak chemické změny, tak zbytečné drobení tabáku při rotaci. Navíc při příliš rychlém sušení se může na povrchu tabáku vytvořit nepropustná vrstva, která brání difúzi vnitřní vlhkosti v tabáku k povrchu. Tvorba takové vrstvy zpomaluje sušení a způsobuje nerovnoměrné sušení.

Použití rotačních nebo pásových sušiček při sušení tabáku muže způsobit tepelné zpracování, jehož následkem jsou chemické a fyzikální změny tabáku. Ačkoliv nejsou vždy nežádoucí, jsou tyto změny způsobené skutečností, že je odstraňována voda z tabáku. V typických tabákových aplikacích potřeba usušit tabák v omezeném čase diktuje výsledný účinek tepelného zpracování v sušicím kroku, čímž zabraňuje optimalizaci tepelného zpracování odděleně od omezení způsobených sušením.

Podstata vynálezu

Způsob zvyšování vlhkosti organického materiálu podle vynálezu spočívá v tom, že organický materiál ve vrstvě vytvořené na spirálovém sloupovém dopravníku s množinou pater se uvede do styku se vzduchovým proudem, jehož relativní vlhkost odpovídá rovnovážným podmínkám organického materiálu, přičemž vzduchový proud protéká z patra do patra po dráze, která je v podstatě protisměrná k dráze pohybu vrstvy organického materiálu podél pater, relativní vlhkost vzduchového proudu přicházejícího do styku s organickým materiálem ve vrstvě se zvyšuje pro zvýšení vlhkosti organického materiálu, přičemž relativní vlhkost proudu vzduchu, přicházejícího do styku s organickým materiálem, je udržována na rovnovážných podmínkách organického materiálu dokud není dosažena požadovaná vlhkost organického materiálu, při tom se vzduchový proud postupně odvlhčuje a organický materiál se postupně zvlhčuje při průtoku vzduchového proudu v podstatě proti směru k dráze pohybu vrstvy organického materiálu.

Způsob snižování vlhkosti organického materiálu podle vynálezu spočívá v tom, že organický materiál ve vrstvě vytvořené na spirálovém sloupovém dopravníku s množinou pater se uvede do styku se vzduchovým proudem, jehož relativní vlhkost odpovídá rovnovážným podmínkám organického materiálu, přičemž vzduchový proud protéká z patra do patra po dráze, která je v podstatě protisměrná k dráze pohybu vrstvy organického materiálu podél pater. Relativní vlhkost vzduchového proudu přicházejícího do styku s organickým materiálem ve vrstvě se snižuje, jak vlhkost organického materiálu klesá, přičemž relativní vlhkost proudu vzduchu, přicházejícího do styku s organickým materiálem, je udržována na rovnovážných podmínkách organického mate

-2CZ 294159 B6 riálu nebo pod nimi, dokud není dosažena požadovaná vlhkost organického materiálu, při tom se organický materiál postupně odvlhčuje a vzduchový proud se postupně zvlhčuje při průtoku vzduchového proudu po dráze v podstatě proti směru k dráze pohybu vrstvy organického materiálu.

Provedení vynálezu výhodně upravují vlhkost tabáku a dalších hygroskopických materiálů jako je ovoce, zelenina, obilniny, káva, čaj, a nejenom těchto materiálů, které mohou být sušeny i zvlhčovány bez rozdrobení, dokonce i křehkého tabáku vystupujícího z expanzního procesu. Dále je tento postup výhodný tím, že umožňuje upravovat vlhkost expandovaného tabáku s malým nebo žádným poškozením tabákové struktury a umožňuje sušení tabáku nebo jiných vhodných hygroskopických materiálů při přibližně atmosférickém tlaku, bez použití vakua a při zvolené teplotě, přičemž tepelné zpracování vyvolané v tomto procesu může být řízeno v rozsahu, kteiý je konvenčními způsoby sušení tabáku nedosažitelný.

V přednostním provedení tohoto vynálezu jsou změny obsahu vlhkosti v tabáku nebo v jiném organickém materiálu ovlivněny stykem se vzduchem, který má relativní vlhkost pečlivě řízenou nad nebo pod rovnovážnou relativní vlhkostí organického materiálu, se kterým je ve styku. Relativní vlhkost vzduchu se kontinuálně zvyšuje nebo snižuje, jak je potřeba při zpracování, pro udržování řízeného rozdílu mezi relativní vlhkostí vzduchu a rovnovážnou relativní vlhkostí organického materiálu, se kteiým je ve styku. Pečlivé kontinuální řízení relativní vlhkosti umožňuje řídit rychlost přestupu vlhkosti mezi organickým materiálem a jeho okolím tak, že jsou minimalizovány změny struktury tabáku. Využití relativní vlhkosti jako primární hnací síly pro přestup vlhkosti umožňuje nezávislé řízení tepelného zpracování. Tento proces může být prováděn buď dávkově nebo kontinuálně. Navíc může být prováděn bez použití sušáren s rotačními válci, které způsobují drobení.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady přednostních provedení způsobu podle vynálezu budou nyní popsány s použitím odkazů na přiložené výkresy, na kterých:

obr. 1 znázorňuje závislost relativní vlhkosti vzduchu, vyjádřené v procentech, v závislosti na obsahu vlhkosti nebo těkavých látek v tabáku;

obr. 2 znázorňuje schéma laboratorního zařízení pro zvlhčování hygroskopického organického materiálu podle vynálezu měněním relativní vlhkosti vzduchu v čase;

obr. 3 znázorňuje pohled do příkladného zařízení s odříznutou částí pro uskutečnění tohoto vynálezu kontinuálním způsobem;

obr. 3a znázorňuje řez částí spirálního pásového zásobníku znázorněného na obr. 3, který znázorňuje cestu proudu vzduchu vzhledem k cestě hygroskopického organického materiálu;

obr. 4 znázorňuje schéma alternativního zařízení vhodného pro uskutečnění tohoto vynálezu kontinuálním způsobem;

obr. 5 znázorňuje vývojový diagram ilustrující použití tohoto vynálezu pro zvlhčování; a obr. 6 znázorňuje typický profil relativní vlhkosti vzduchu při povrchu tabáku, v závislosti na čase, získaný při zvlhčování v zařízení z obr. 3.

Příklady provedení vynálezu

Tento vynález se vztahuje ke způsobu pro úpravu vlhkosti tabáku a jiných vhodných hygroskopických organických materiálů, jako jsou farmaceutické a zemědělské výrobky včetně, ale nejenom, ovoce, zeleniny, obilnin, kávy a čaje, při minimalizaci drobení, změn fyzikální struktury, nebo teplem působených změn v chemickém složení zpracovávaného tabáku. Zejména se týká

-3 CZ 294159 B6 užití vzduchu o řízené vlhkosti ke zvlhčování nebo k sušení tabáku či jiného vhodného hygroskopického organického materiálu. Obsah vlhkosti tabáku nebo jiného vhodného hygroskopického organického materiálu se buď zvyšuje, nebo snižuje, postupným nebo spojitým zvyšováním nebo snižováním relativní vlhkosti vzduchu, který je ve styku s tabákem či jiným vhodným hygroskopickým organickým materiálem, podle potřeby. Tímto způsobem je řízen přestup vlhkosti při současném umožnění, aby další proměnné postupu, jako jsou teplota, rychlost a tlak vzduchu, byly optimalizovány samostatně.

Dva obecně používané způsoby pro charakterizaci fyzikální struktury tabáku jsou válcový objem (CV) a měrný objem (SV).

Tyto veličiny jsou zvláště cenné při posuzování výhod tohoto postupu zvlhčování tabáku.

Válcový objem (CV)

Tabáková náplň o hmotnosti 20 g, pokud není expandována, a 10 g, pokud je expandována, je vložena do hustoměmého válce o průměru 6 cm, model č. DD-60, navrženého firmou Heinf. Borgwaldt GmbH, Schnackenburgallee No. 15., Postfach 54 07 02, 2000 Hamburg 54, Německo. Na tabák je na 30 sekund umístěn píst o průměru 5,6 cm a hmotnosti 2 kg. Výsledný objem stlačeného tabáku je odečten a dělen hmotností vzorku tabáku, tak se získá hodnota válcového objemu (CV) v cm³/g. Tato zkouška určuje zdánlivý objem tabákové náplně na jednotku hmotnosti. Zkouška se provádí za standardních podmínek při 23,9 °C a 60 % relativní vlhkosti vzduchu; pokud není stanoveno jinak, je běžné vzorek ponechán před zkouškou v tomto prostředí po dobu 24 až 48 hodin.

Měrný objem (SV)

Výrazem „měrný objem“ je označena veličina pro měření objemu, který zabírají pevné předměty, např. tabák, zjišťovaný na základě Archimédova zákona o vytlačování tekutin. Měrný objem předmětu je určen jako převrácená hodnota skutečné hustoty. Měrný objem je vyjádřen v cm³/g. Pro tato měření jsou vhodné jak rtuťová porosimetrie, tak i heliová pyknometrie. Bylo zjištěno, že jejich výsledky vzájemně dobře korelují. Pokud je použita heliová pyknometrie, je zvážený vzorek tabáku, buď tak Jak je“, nebo sušený při 100 °C po dobu 3 hodin, nebo vyrovnaný, umístěn do měrné cely v pyknometru (Quantachrome Penta Pycnometer Model 2042-1 (vyráběný Quantachrome Corporation, 5 Aerial Way, Syosset, New York). Cela je pak vypláchnuta a natlakována heliem. Objem helia vytlačený tabákem je porovnán s objemem helia potřebným k tomu, aby se naplnila prázdná cela. Objem tabáku je určen podle zákona pro chování ideálního plynu. V této přihlášce, pokud není uvedeno jinak, je pojem měrný objem používán pro hodnoty určené na stejném vzorku, na kterém byl určován obsah těkavých látek, tj. tabák sušený po dobu 3 hodin v cirkulační vzduchové sušárně při teplotě 100 °C.

Tak, jak je zde používán, obsah vlhkosti může být považován za totožný s obsahem těkavých látek, protože těkavé látky jiné než voda netvoří více než 0,9 % hmotnosti tabáku. Určení těkavých látek je jednoduché stanovení úbytku hmotnosti tabáku vážením po tříhodinovém sušení v cirkulační vzduchové sušárně při teplotě 100 °C. Hmotnostní ztráta stanovená v procentech původní hmotnosti je obsah těkavých látek stanovených sušením v sušárně.

Prosévací zkouška je způsob, kterým se měří rozložení délky kousků ve vzorku nasekané tabákové náplně. Zkouška se často používá jako ukazatel degradace délky částeček tabákové náplně během zpracování. Tabáková náplň o hmotnosti 150±20g v případě, že se jedná o neexpandovaný tabák, a 100±10g v případě expandovaného tabáku, se umístí do sítové třepačky. Třepačka používá sérii kruhových sít o průměru 30,5 cm (vyrobených W.S. Tyler lne., A Subsidiary of Combustion Engineering lne. Screenib Division, Mentor, Ohio 44060), která vyhovují standardům ASTM (Americká společnost pro zkoušeni materiálů). Běžné velikosti ok sít jsou 6; 12; 20; a 35 mesh (počet ok síta na délkový palec), což odpovídá velikostem 4,2 mm; 2,11 mm; 1,27 mm; a 0,73 mm. Třepačka má zdvih asi 12,5 až 25 mm a třepací rychlost asi

-4CZ 294159 B6

350 ± 5 kmitů za minutu. Třepačka prosívá tabák po dobu 5 minut a rozděluje vzorek do různých velikostních tříd. Každá velikostní třída je zvážena a uspořádaný soubor výsledků je rozložení velikostí částic ve vzorku.

Laboratorní pokusy ukázaly, že snahy zvlhčit tabák rychle, vystavením působení vzduchu ovysoké vlhkosti vedou ke ztrátám válcového objemu. Také se ukázalo, že ztráty v hodnotě válcového objemu vzniknou při převlhčení tabáku, nebo když na něm zkondenzuje voda. To se stane, když se vlhký vzduch dostane do styku s tabákem, jehož teplota je nižší než rosný bod vlhkého vzduchu. Převlhčení nastane, pokud se vytvoří rozdíly ve vlhkosti uvnitř tabákové vrstvy v důsledku nerovnoměrného vystavení vlhkému vzduchu. Tedy úspěšné zvlhčování vlhkým vzduchem musí probíhat při relativně nízké rychlosti s dobrým řízením vzdušné relativní vlhkosti, teploty vzduchu, průtoku a tlaku vzduchu vrstvou tabáku. Toho se nejlépe dosáhne postupným zvyšováním vlhkosti vzduchu procházejícího tabákovou vrstvou tak, že tabák je vystaven proudu vzduchu, který je v podstatě v rovnováze s tabákem.

Podle obr. 1, čára ABC je izoterma pro 23,9 °C platící pro typický expandovaný tabák. Tato izoterma odpovídá vztahu obsahu těkavých látek v tabáku, k relativní vlhkosti vzduchu, který jej obklopuje při rovnováze za dané teploty. Tedy bod B ukazuje, že při 23,9 °C a 60% relativní vlhkosti vzduchu bude vzorek expandovaného tabáku v rovnovážném stavu obsahovat asi 11,7 % těkavých látek. Čára DEF na obr. 1 představuje typický profil relativní vlhkosti vzduchu pro tabák, který byl zvlhčen podle tohoto vynálezu. Čára GEF na obr. 1 představuje alternativní profil relativní vlhkosti vzduchu, který byl také shledán jako uspokojivý. Čára HF na obr. 1 představuje průběh typický pro dosavadní stav techniky, jako je laboratorní zvlhčování v rovnovážné komoře při velmi nízkých rychlostech vzduchu. Čára IJ na obr. 1 znázorňuje použití sušení tabáku podle tohoto vynálezu.

Obr. 1 znázorňuje, že zvlhčování tabáku o obsahu těkavých složek asi 6,5 %, který by byl v rovnováze s relativní vlhkostí 30 %, na obsah těkavých složek 11,7 %, který by byl v rovnováze se vzduchem o relativní vlhkosti asi 60 %, může být dosaženo vystavením tabáku působení vzduchu, jehož vlhkost je postupně zvyšována z 40 % v malých přírůstcích v čase, dokud nedosáhne relativní vlhkosti asi 60 %, spíše než aby byl vystaven přímo působení vzduchu o relativní vlhkosti 60 %. Pokud se zvlhčování provádí za těchto pomalu se měnících podmínek, je potom přenos hmoty mezi proudem vzduchu a tabákem relativně pomalý, protože hnací sílaje malá, a tak se zachová expandovaná struktura tabáku. Zvlhčování expandovaného tabáku beze ztráty na hodnotách válcového objemu může být také dosaženo vystavením tabáku vzduchu, jehož vlhkost je zvyšována v malých krocích trvajících vždy určitou dobu z relativní vlhkosti 40 % na relativní vlhkost 62 %, a to asi za 60 minut. To snižuje celkovou dobu potřebnou k provedení zvlhčení, aniž by se významně změnila struktura expandovaného tabáku. Tedy každá z čar DEF a GEF na obr. 1 představuje účinné provedení tohoto vynálezu při zvlhčování tabáku.

Na obr. 1 jsou ilustrovány segmentem EF a čárou ABC podmínky blízké rovnovážným podmínkám, které se vztahují k proudu vzduchu a k tabáku. Významná je skutečnost, že pro tabáky s obsahem těkavých složek nižším než asi 7 % může být rozdíl mezi relativní vlhkostí vzduchu v rovnováze s tabákem a relativní vlhkostí proudu vlhkého vzduchu použitého pro zvlhčování značně veliký, aniž by to mělo nepříznivý vliv na plnivost tabáku. Také je důležité, že pro tabáky s obsahem těkavých složek mezi 7,5 a 11,5% může být vlhkost vzduchu používaného pro zvlhčování o asi 2 % až 8 % vyšší než relativní vlhkost vzduchu, která je v rovnováze s tabákem, přičemž větší odchylka platí pro tabáky s nižším obsahem těkavých složek, aniž by tím byla nepříznivě ovlivněna plnivost tabáku.

Pokud byl tento postup použit na sušení tabáku, nebyl zjištěn pokles hodnoty válcového objemu tabáku. A to bylo zjištěno i v případech, kdy relativní vlhkost proudu vzduchu používaného k sušení byla významně menší než relativní vlhkost vzduchu v rovnováze s tímto tabákem, tj. relativní vlhkost proudu sušicího vzduchu byla nižší než rovnovážné podmínky tabáku. Proto je

-5CZ 294159 B6 důležité, že čára IJ na obr. 1 představuje pouze jednu z mnoha cest, které mohou být použity pro sušení tabáku podle tohoto vynálezu.

Tento vynález může být aplikován na dávkový i spojitý postup. Pokud se provádí jako dávkový zvlhčovači postup, pak relativní vlhkost proudu vzduchu obtékajícího tabák se s časem zvyšuje, aby se zajistil kontinuální růst vlhkosti v tabáku. Toho může být dosaženo ve vyrovnávací komoře, jaká je znázorněna na obr. 2. Tabák, který má být zvlhčen, je umístěn ve vrstvě asi 5 cm tlusté na patrech se sítovým dnem uvnitř vyrovnávací komory, takže proud vzduchu o řízené vlhkosti může procházet vrstvou tabáku směrem dolů. Komory, které mohou mít objem od 0,560 do 2,250 m³ (vyrábí je Parameter Generation and Control, lne. 1104 Old US 70, West, Black Mountain, N.C. 28711), byly použity v řadě studií. Vyrovnávací komory byly vybaveny mikroprocesoiy, které dovolovaly řízené stupňovité změny vlhkosti uvnitř komory. Byly provedeny zkoušky, ve kterých byl zvlhčován suchý expandovaný tabák z počáteční hodnoty obsahu těkavých složek 2 % na konečnou hodnotu 11 % při použití vzduchu se stupňovitě zvyšovanou hodnotou relativní vlhkosti z počátečních hodnot mezi 30 % a 52 % na konečné hodnoty mezi 59 % a 65 % v časovém úseku mezi 30 a 90 minutami. Rychlosti vzduchu spadaly do rozsahu mezi asi 0,254 m/s a 1,016 m/s. Měření relativní vlhkosti a teploty bylo sledováno přístrojem Thunder model 4A-1, který vyrábí Thunder Scientifíc Corp., 623 Wyoming, S.E., Albuquerque, New Mexico 87123. Rychlosti vzduchu byly měřeny přístrojem Alnor Thermo Anemometer model 8525, který vyrábí Alnor Instrument Co., 7555 N. Linder Ave. Skokie, Illinois 60066. Zkoušky, ve kterých relativní vlhkost byla stupňovitě měněna z počátečních hodnot tak vysokých jako je 52 % do konečných hodnot kolem asi 62 % v čase, který byl kratší než asi 40 minut, poskytly zvlhčený tabák se zcela zachovanou hodnotou válcového objemu, takovou jaké bylo dosaženo ve srovnávacím pokusu s podobným tabákem zvlhčovaným ve vyrovnávací komoře se vzduchem o udržované relativní vlhkosti 60 % a při 23,9 °C, který procházel tabákem nízkou rychlostí po 24 až 48 hodin. Stupňovité měnění bylo úspěšné pokud rychlosti vlhkého vzduchu byly až 1,016 m/s a teplota od asi 23,9 °C do 32,2 °C. Expandovaný tabák zvlhčený tímto způsobem ukazoval minimální, pokud vůbec nějakou, ztrátu válcového objemu, pokud se srovnával s expandovaným tabákem zvlhčeným ve vyrovnávacím řízeném prostoru.

Tento vynález může být prováděn jako spojitý postup nanejvýš účinně v zařízení Frigoscandia, což je spirálový samočinně stohující dopravníkový stroj, který je znázorněn na obr. 3. Toto zařízení je speciálně upravené spirálové mrazicí zařízení Model GCP 42, jak je dodává Frigoscandia Food Process Systems AB of Helsingborg, Švédsko. Suchý tabák, který má být zvlhčen, je vstupem 12 přiváděn do jednotky 10 na podavači 13, je transportován jednotkou 10 po spirále od spodu spirálového zásobníku k jeho vrchu, jak je znázorněno a vystupuje tabákovým výstupem 11 po zvlhčení. Zvlhčený vzduch je profukován směrem dolů tabákem ze vstupu 15 vlhkého vzduchu ke dnu spirálového sloupového dopravníku 14, kde odchází vývodem 16 vlhkého vzduchu, přičemž v podstatě protéká protiproudově ke směru pohybu tabáku, tj. většina vlhkého vzduchu protéká od vrchu vloženého tabáku po patrech tabákové vrstvy, zatímco se tabák pohybuje nahoru a sleduje spirálový pohyb unášeče. Malé množství vlhkého vzduchu sleduje spirálovou dráhu zásobníku unášeče od vrchu dolů ve skutečně protiproudové dráze. Tyto typy vzdušných toků jsou znázorněny na obr. 3a. Bylo zjištěno, že toto uspořádání účinně napodobuje stupňovité změny relativní vlhkosti, které je možno vytvářet v zařízení z obr. 2.

Na obr. 3 a, což je řez částí spirálového sloupového dopravníku 14 vloženého tabáku, znázorněného na obr. 3, je ilustrována dráha vzduchového proudu 20 a 22 vzhledem k dráze tabákové vrstvy 21. Jak je znázorněno na obr. 3a, směřuje vzduchový proud 20 a 22 odshora dolů po zásobě tabáku. Tok tabáku sleduje směr odspodu nahoru jednotkou a je na obr. 3a ilustrován jako pohyb zprava doleva, jak tabák postupuje nahoru spirálovým sloupovým dopravníkem 14. Hlavní část proudu 20 vzduchu, která v podstatě tvoří protiproud k pohybu tabáku, je směrována patrem tabákové vrstvy 21 a přichází do styku s tabákovou vrstvou na úrovni bezprostředně pod ní, zatímco malá část vzduchového proudu 22 prochází nad tabákovou vrstvou 21 ve směru proti pohybu tabákové vrstvy. Tato část proudu 22 vzduchu může později procházet tabákovou vrstvou 21.

-6CZ 294159 B6

Klíčem k úspěšnému provedení tohoto vynálezu, v případě zvlhčování, jsou prostředky zajištující trvalé zvyšování relativní vlhkosti vzduchu ve styku s tabákem, v závislosti na zvyšované vlhkosti vyjádřené hodnotou obsahu těkavých látek v tabáku. Samostohovací spirálový dopravník Frigoscandia vlivem své samostohovací konstrukce propouští většinu vzduchového proudu směrem dolů násobnými patry dopravníku (sloupového dopravníku), které unášejí tabák. Tím, že je tabák přiváděn zespoda a vzduch seshora, jsou vcelku toky vzduchu a tabáku v podstatě protiproude. Toto v podstatě protiproudé proudění poskytuje přirozený spojitý gradient relativní vlhkosti vzduchu, který je ve styku s tabákem, protože vzduch je postupně odvlhčován při pohybu nad patry zvlhčovaného tabáku. Uváženou volbou rychlosti dopravního pásu, rychlosti vzduchu a tabáku, řízením teploty a relativní vlhkosti vstupního vzduchu, lze se na kontinuální bázi přiblížit podmínkám jako při dávkových pokusech s postupným zvlhčováním. Na zvlhčení asi 65,25 kg expandovaného tabáku za hodinu o obsahu 3 % těkavých látek byly pro plné zvlhčení bez významných změn válcového objemu nebo měřitelného rozdrobení tabáku nalezeny tyto podmínky: rychlost pásu odpovídající době zdržení od asi 40 do asi 80 minut, teplota vzduchu na vstupu od asi 28 °C do 35 °C se vstupní relativní vlhkostí od asi 61 % do asi 64 % při průtoku vzduchu asi od 28,3 m³ za minutu do asi 70,8 m³ za minutu, při použití modifikované spirálové jednotky Frigoscandia GCP 42.

Jednotkou Frigoscandia při zvlhčování tabáku procházela zařízení pro záznam relativní vlhkosti v závislosti na času, jako je model 29-03 RHTTemperature recorder (vyrobený firmou Rustrak Instruments Co. E. Greenwich, RI). Tato zařízení ukázala stálý vzestup relativní vlhkosti, jak byla přepravována vzhůru po spirálovém sloupovém dopravníku, s počáteční hodnotou relativní vlhkosti od asi 35 % do 45 % ve spodní části zařízení, kde je tabák nejsušší, do asi 62 % na vrchu zařízení, kde je tabák již plně upraven zvlhčením.

Obr. 6 znázorňuje typickou křivku závislosti relativní vlhkosti na čase, zaznamenanou Rustrakovou jednotkou. Procenta relativní vlhkosti vzduchu při vrstvě tabáku v závislosti na čase jsou znázorněna na obr. 6. Tabák s počátečním obsahem těkavých látek kolem 3 %, který vstupuje do spirálové zvlhčovači jednotky a byl ve styku se vzduchem o relativní vlhkosti asi 43 % (Bod A na obr. 6). Obr. 6 znázorňuje, že při postupu tabáku spirálovou zvlhčovači jednotkou se zvyšuje relativní vlhkost vzduchu v blízkosti tabáku z asi 43 % na asi 62 % na výstupu z jednotky (Bod B na obr. 8). Tabák měl obsah těkavých látek přibližně 11 % při výstupu ze spirálové zvlhčovači jednotky. Relativní vlhkost vzduchu vstupujícího do spirálové zvlhčovači jednotky byla řízena tak, aby odcházející tabák nevykazoval významnou ztrátu válcového objemu.

Aby bylo možno realizovat způsob podle vynálezu, mohou být také použity jiné prostředky pro realizaci stupňovité změny relativní vlhkosti vzduchu na plynulém základě, jako je jednotka znázorněná na obr. 4. Podle obr. 4 vstupuje tabák do jednotky na dopravníku 43 tabákovým vstupem 40 a vystupuje tabákovým výstupem 41. Vzduch s postupně se zvyšující relativní vlhkostí je dmýchán, buď nahoru, nebo dolů tabákovou vrstvou 42 v množině zón 44 pro napodobení účinku stupňovité změny vlhkosti v zařízení z obr. 2. Tento stupňovitý účinek může být dosažen také klikatým pohybem vzduchu z jednoho zdroje zprava doleva na obr. 4, který v podstatě poskytuje protiproudý pohyb vzduchu vzhledem k pohybu tabáku. Tak vzduch vystupující z určitě zóny se stává vstupním vzduchem pro sousední zónu na levé straně.

Pro uskutečnění způsobu podle tohoto vynálezu je možné zpracovávat jak celý zpracovaný tabákový list, tak tabák v řezané nebo sekané podobě, buď expandovaný, nebo neexpandovaný, nebo vybrané části tabáku jako jsou stonky nebo rekonstituovaný tabák. Způsob může být aplikován na kterýkoliv z výše uvedených druhů, a to na aromatizovaný nebo nearomatizovaný tabák. Pro zvláštní případ sušení tabáku bylo zjištěno, že neexpandovaná tabáková náplň může být sušena kontinuálně v podstatě při pokojové teplotě, v podstatě protiproudým způsobem modifikovaným spirálním samostohovacím spirálním dopravníkem Frigoscandia, a to s vlhkostí tabáku od asi 21 % obsahu prchavých látek na asi 15 % obsahu prchavých látek asi za hodinu. V tomto případě vzduch vstupoval do horní části jednotky při asi 29,5 °C, a relativní vlhkosti

-7CZ 294159 B6 % a vystupoval při 25 °C a relativní vlhkosti 88 %. Sušení bylo provedeno při malém nebo žádném tepelném zpracování tabáku.

Alternativně může být postup podle tohoto vynálezu použit pro sušení tabáku, který má teplotu 5 výrazně vyšší než je pokojová teplota, např. tabák při 93,3 °C až 121 °C. Pokud je tabák sušen za této vysoké teploty, potom teplota a relativní vlhkost sušicího vzduchu jsou upraveny tak, aby byly vytvořeny vhodné podmínky pro provedení postupu podle tohoto vynálezu.

Analogicky ke zvlhčování tabáku bylo zjištěno, že sušení se nejlépe dosáhne v minimálním čase 10 tak, že se nastaví konečná úroveň vlhkosti vzduchu nižší, než která by odpovídala přivedení tabáku do požadovaně konečné vlhkosti, čímž se zvýší gradient vlhkosti mezi vzduchem a tabákem a podle toho i hnací síla způsobující sušení. Ale na rozdíl od zvlhčovacího postupu, může být vzduchový proud konečný obsah vlhkosti ve vzduchu udržován na úrovni mnohem nižší než odpovídá rovnováze s tabákem o požadovaném obsahu těkavých látek po sušení.

Pokus č. 1

Abychom demonstrovali výhodu zvlhčovacího postupu u suchého expandovaného tabáku, kde se dávkuje voda pomaleji než u skrápěcího způsobu ve válcové nádobě, umístili jsme 20 g tabákové 20 náplně do utěsněného exsikátoru. Tento vzorek byl impregnován kapalným oxidem uhličitým a expandován v expanzní věži při teplotě 288 °C. Obsah těkavých látek v této tabákové náplni byl 3,4 %. Bylo spočítáno, že na zvýšení obsahu těkavých látek na 11,5 % bude zapotřebí asi 1,89 gramu vody. Toto množství vody bylo vloženo do malé skleněné nádoby s gumovou zátkou se skleněnou trubkou o vnitřním průměru 3,2 mm, která touto zátkou procházela. Tato nádoba 25 byla také těsně uzavřena v exsikátoru. Po devíti dnech byla všechna voda adsorbována tabákem.

Jeho následnou analýzou bylo zjištěno, že vykazuje obsah těkavých látek asi 11,5 %. Zde se tím rozumí tabák před tím, než byl vyrovnán se vzduchem udržovaným na 60 % relativní vlhkosti a teplotě 23,9 °C procházející nízkou rychlostí po dobu od 24 do 48 hodin. Tento postup vyrovnání se obecně používá jako prostředek k dosažení standardního stavu tabáku před měřením 30 válcového objemu a měrného objemu a také před prosévacími zkouškami. Po tomto standardním vyrovnání měl tabák zvlhčený v exsikátoru válcový objem, asi 9,5 cm³/g a měrný objem, asi 2,9 cm³/g při obsahu těkavých látek, asi 11,6 %. Pro srovnání, pokud byl vzorek stejného tabáku umístěn přímo uvnitř vyrovnávací komory za standardních podmínek, potom vyrovnaný obsah těkavých látek byl 11,3% a hodnoty válcového objemu a měrného objemu byly postupně 35 9,4 cm³/g a 2,7 cm³/g. Třetí vzorek expandované tabákové náplně byl zvlhčován ve skrápěcí koloně tak, aby obsah těkavých látek byl asi 11,5 %. Po vyrovnání tohoto vzorku vykazoval válcový objem asi 8,5 cm³/g a měrný objem asi 1,9 cm³/g při rovnovážném obsahu těkavých látek asi 11,6 %.

Jak je vidět z dat v TAB. 1, vykazoval tabák zvlhČovaný pomalu v exsikátoru výrazné zlepšení rovnovážných hodnot válcového objemu a měrného objemu ve srovnání s hodnotami pro vzorek, který byl zvlhčován skrápěcím způsobem. Tento vzorek také vykazoval nepatrné zlepšení v hodnotách válcového objemu a měrného objemu proti vzorku, který byl přímo vyrovnáván ve vyrovnávací komoře.

TAB. 1

Vzorek	jako takový	vyrovnaný
	OV [«]	SV(cm³/g]	OV (%]	CV[cm³/g]	SV(cm³/g]
Výstup věže	3,4	3,0	11,3	9,4	2,7
Zvlhčen ve válci	11,5	1,8	11,6	8,5	1,9
exsikátor	11,5	2,7	11,6	9,5	2,9

-8CZ 294159 B6

Druhá sada pokusů byla provedena ve vyrovnávací komoře pro zvlhčování tabákově náplně. Pro tento účel byla použita komora PGC (Parameter Generation and Control). Tato komora byla vybavena mikroprocesorem Micro-Pro 2000 dodaným od firmy Parameter Generation and Control lne., která dovolovala řízené stupňování podmínek uvnitř komory.

Pokus č. 2

Asi 1359 g kouřem zpracovaného tabáku impregnovaného kapalným oxidem uhličitým a expandovaného za podmínek podobných podmínkám popsaným v pokusu č. 1 bylo umístěno na síto ve vrstvě asi 5 cm vysoké. Síto mělo pevné okraje a síťovinu na dně a bylo umístěno ve vyrovnávací komoře. Vzorek byl zvlhčován po jednu hodinu ve vzduchu o teplotě asi 23,9 °C s počáteční relativní vlhkostí asi 36 %, která byla stupňovitě zvyšována na konečnou relativní vlhkost asi 60 %. Pohyb vzduchu směrem dolů tabákovou vrstvou měl rychlost asi 23 cm/s. Tento pokus byl opakován v intervalech 3, 6 a 12 hodin. Výsledky jsou představeny v TAB. 2 a ukazují, že pro periody stupňů do asi 6 hodin a za těchto experimentálních podmínek neovlivňuje rychlost zvlhčování válcový objem a měrný objem tabáku. Čím pomalejší je rychlost, tím vyšší hodnoty válcového objemu a měrného objemu byly zjištěny. Navíc zvlhčování podle tohoto vynálezu poskytuje válcový objem o hodnotě alespoň o 1 cm³/g a měrný objem o hodnotě alespoň o 0,2 cm³/g vyšší než jsou hodnoty dosažené u tabáku zvlhčeného ve skrápěcích válcových nádobách. Bylo však zjištěno, že největší přínos je dosažen stupňováním v čase tak krátkém jako je jedna hodina.

TAB. 2

vzorek	jako takový	vyrovnaný ve vyrovnávací komoře
	OV (%]	SV [cm^{1 2}/g]	OV [cnť/g]	CV [cm³/g]
výstup z věže	3,1	3,06	11,33	9,71
skrápěcí nádoba	11,51	1,61	11,37	8,61
stupňování 1 hodina	10,83	1,85	11,38	9,72
stupňování 3 hodiny	11,44	1,88	11,36	9,81
stupňování 6 hodin	11,45	1,90	11,30	9,88
stupňování 12 hodin	11,41	1,97	11,27	9,89

Pokus č. 3

Byla provedena laboratorní studie vlivu rychlosti zvlhčování a teploty na hodnoty válcového objemu a měrného objemu tabáku. Sedm sad pokusů bylo provedeno s tabákem impregnovaným oxidem uhličitým a expandovaným v expanzní věži při 288 °C. Expandovaný tabák byl zvlhčován těmito způsoby:

1) Vyrovnáním při 24 hodinách ve vyrovnávací komoře při relativní vlhkosti vzduchu 60 % a teplotě 23,8 °C při rychlosti vzduchu vrstvou tabáku asi 12,7 cm/s;

2) Skrápěním vodou tak, aby se zvýšil obsah těkavých látek na asi 7,5 % a potom vyrovnáním po 24 hodin jako v pokusu 1.

-9CZ 294159 B6

3) Postřikem vodou pro zvýšení obsahu těkavých látek na přibližně 7,5 % a potom konečným zvlhčením ve skrápěcí válcové nádobě;

4) Postřikem vodou na asi 7,5 % obsahu těkavých látek a potom použitím stupňovitě měněné relativní vlhkostí z 46 % na 60 %; a

5) Stupňováním vlhkosti vzduchu z relativní vlhkosti 46 % na 60 %.

Zvlhčování vlhkým vzduchem bylo provedeno uvnitř vyrovnávací komory PGC vybavené mikroprocesorem pro řízení stupňování ve vybraných intervalech. Byly vybrány tyto podmínky:

ίο 1) Stupňovací časy: 30, 60 a 90 minut;

2) Teploty vzduchu 23,8 °C a 35 °C;

3) Rychlosti vzduchu nahoru vrstvou tabáku asi 23 cm/s a dolů vrstvou tabáku asi 89 cm/s; a

4) Tloušťka vrstvy tabáku: 51 mm.

Tabák použitý ve všech zvlhčováních s výjimkou toho, který prošel válcovou skrápěcí nádobou, byl odebrán na výstupu z věže po expanzi a před zvlhčováním utěsněn ve dvojitém umělohmotném sáčku. Proto musel být tabák před zvlhčováním ochlazen na pokojovou teplotu z 93 °C, což je teplota na výstupu z expanzní věže. Tabák, stále ještě v utěsněném sáčku, byl před zvlhčováním vzduchem se stupňovitě měněnou vlhkostí při 35 °C dostatečně ohřát tak, aby se 20 v podmínkách stupňovitého zvlhčování předešlo kondenzaci vody na tabáku při jeho styku s vlhkým vzduchem. Data pro tyto sady pokusů jsou uvedena v TAB. 3a až 3e.

TAB. 3a

	tak jak je	vyrovnaný
vzorek	OV [%]	SV [ cm³/g]	OV Í%1	CV (cm³/g]
X	výstup z věže	3,43	3,02	11,31	9,04
s	jenom skrápěni	8,06	2,14	11,68	8,66
c	skrápění & válec	11,53	1,81	11,59	8,59
F	skrápění & stupňovitě 90 min (46 až 60 % relativní vlhkost vzduchu, 23,9 ’C)	11,27	1,87	11,51	9,01
H	skrápění & stupňovitě 90 min (46 až 60 relativní vlhkost vzduchu, 23,9 ’C)	10,96	1,98	11,36	9,48
I	vzorek H podržen 15 min při 60 % relativní vlhkost vzduchu a 23, 9 ®C)	11,54	1,95	11,56	9,40
J	skrápění & stupňovitě 60 min (46 až 60 relativní vlhkost vzduchu, 23,9 *C)	10,37	2,38	11,28	9,58
K	vžorek J podržen 15 min při 62 % relativní vlhkost vzduchu a 35 *C)	11,17	2,26	11,22	9,88

- 10CZ 294159 B6

TAB. 3b

	tak jak je	vyrovnaný
vzorek	ov	SV [cm³/gj	OV [%]	CV [cm³/g]
X výstup z věže	3,01	2,58	11,34	9,23
S jenom skrápěni	7,51	2,13	11,39	8,87
C skrápění & válec	11,86	1,59	11,64	8,07
F skrápění i stupňovitě 60 min (46 až 60 relativní vlhkost vzduchu, 23,9 *C)	10,55	1,64	11,45	8,86
G vzorek F podržen 15 min při 60 % relativní vlhkost vzduchu a 23,9 °C)	11,56	1,64	11,42	8,61
H skrápění & stupňovitě 30 min (46 až 60 relativní vlhkost vzduchu, 23,9 ^eC)	10,28	1,97	11,27	8,99
I vzorek H podržen 15 min při 62 % relativní vlhkost vzduchu a 23, 9 ’C)	11,73	1,82	11,25	8,61

- 11 CZ 294159 B6

TAB. 3c

	tak jak je	vyrovnaný
vzorek	OV	SV (cm³/gj	OV (%]	CV (cm³/gj
X výstup z věže	1,81	2.78	11.37	9.23
B stupňovitě 60 min (46 až 60 % relativni vlhkost vzduchu, 35 ^eC	10,91	1,86	11,47	8,86
C stupňovitě 60 min (46 až 60 % relativni vlhkost vzduchu, 23,9 •c	10,53	2,02	11,28	9,20
D stupňovitě 90 min (46 až 60 i relativní vlhkost vzduchu, 35 •c	10,84	1,99	11,45	8,90
E jenom skrápění	5,39	2,37	11,25	8,71
F skrápěni & přímo vložen na 30 min do 60 % relativní vlhkost vzduchu, 35 •c	10,80	1,81	11,27	8,39
G skrápění & stupňovitě 60 min (46 až 60 relativni vlhkost vzduchu, 35 ‘C)	10,66	1,85	11,23	8,65
H skrápění & stupňovitě 90 min (46 až 60 relativní vlhkost vzduchu, 35 *C)	10,76	1,82	11,24	8,62
I skrápění £ stupňovitě 60 min (46 až 60 relativní vlhkost vzduchu, 23,9 ’C)	10,65	1,90	11,23	8,75
J skrápění £ stupňovitě 90 min (46 až 60 relativní vlhkost vzduchu, 23,9 °C)	10,57	1,87	11,38	8,74
K skrápěni £ přímo vložen na 30 min do 60 % relativní vlhkost vzduchu, 23,9 •c	10,73	1,87	11,22	8,64
L skrápění £ válec	10,98	1,60	11,39	8,28

- 12CZ 294159 B6

TAB. 3d

	tak jak je	vyrovnaný
vzorek	OV [%]	SV [cm³/g]	OV [%]	CV [cm³/g]
TI výstup z věže	2,83	3,01	11,92	9,46
T2 vložen přímo na 30 min, do relativní vlhkosti vzduchu 60 % při 23,9 °C	11,24	2,27	11,77	9,08
T3 stupňovitě 90 min, 30 až 60 % relativní vlhkost vzduchu, 23,9 ’C	11,08	2,24	11,83	9,29
T4 stupňovitě 90 min, 30 až 60 % relativní vlhkost vzduchu, 23,9 *C	9,77	2,24	11,85	9,43
SI jenom skrápění	4,78	2,82	11,66	8,98
S2 skrápěni & přímo na 30 min do 60 % relativní vlhkost vzduchu, 23,9 ’C	11,10	2,19	11,64	8,89
S3 skrápění & stupňovitě 90 min 46 až 60 % relativní vlhkost vzduchu, 23,9 *C	10,54	2,25	11,27	9,05
S4 skrápění & stupňovitě 60 min relativní vlhkost vzduchu 46 až 60 %, 23,9 *C	10,56	2,22	11,73	9,03
S5 skrápěni & stupňovitě 30 min 46 až 60 % relativní vlhkost vzduchu, 23,9 ^eC	9,74	2,29	11,67	9,19
C skrápění & válec	10,48	1,95	11,81	8,80

- 13 CZ 294159 B6

TAB. 3e

	podmlnky stupňování	tak jak je	vyrovnaný
	počáteční. OV (»1	rychlost vzduchu (cm/s)	doba (min]	teplota I ’c;	rozsah re,ativ. vlhkosti vzduchu l%i	OV ιυ	^sy	OV tu	cv (cm^J/c]
NÁSTŘIK DO VÉŽS		*9,2	0,79	11,86	5,35
VÝSTUP Z VĚŽE	3,94	2,92	11,72	9,49
VÝSTUP 1. STUPNĚ SKRÁPĚNÍ	5,64	2,72	11,82	9,48
VÝSTUP Z VÁLCOVÉ NÁDOBY	10,36	2,04	11,66	9,28
Λ	9	119	60	23,9	30-58	6,67	2,39	11,65	9,76
B	ó, 6	89	60	23,9	30-58	8,44	2,45	11,52	9,91
C	3,9	9?	60	23,9	45-58	7,83	2,25	11,65	9,57
D	5,6	97	60	23,9	45-53	8,44	2,39	11,79	9,66
E	3,9	97	60	23,9	47-62	LI,10	2,33	11,74	10,02
F	5,6	89	6C	23,9	47-62	10,10	2,41	11,59	10,08
G	3,9	91	60	23,9	30-62	8,13	2,20	11,89	9,63
H	5,6	89	60	23, 9	30-62	9,41	2,41	11,79	10,11
1	3,9	102	60	23,9	47-62	10,21	3,15	11,76	8,93
J	3,9	91	60	23,9	47-64	10,18	2,13	11,94	9,03
K	3,9	91	60	23,9	35-64	9,07	2,23	11,90	9,51
L	3,9	91	60	32,2	35-60	8,65	2,17	12,09	3,59
M	3,9	91	60	32,2	45-60	10,11	2,39	11,92	10,02
N	5,6	91	60	32,2	45-60	10,08	2,39	11,93	10,02
O	3,9	122	60	32,2	47-64	10,89	2,31	11,96	9,51
P	3,9	122	60	32,2	47-64	11,30	2,33	11,95	9,30

Data uvedená v TAB. 3a až 3e ukazují zisk v hodnotách válcového objemu, který je v rozsahu od 0,5 do asi 1 cm³/g a zisk v hodnotách měrného objemu od asi 0,3 do asi 0,4 cnr/g, kteiý může být dosažen stupňovitou změnou relativní vlhkosti vzduchu při zvlhčování studeného tabáku, tj. tabáku o teplotě od 23,9 °C do asi 35 °C, ve srovnání se skrápěním ve válcové nádobě použitém při zvlhčování horkého tabáku opouštějícího expanzní věž. Obsah těkavých látek, dosažený při použití stupňovitého zvlhčování přímo na výstupu z věže se ukázal výhodnější než při prvním skrápění tabáku ve zvýšení hodnoty obsahu těkavých látek na asi 7 %, které je následováno stupňovitým zvlhčováním. Nebyl nalezen významný rozdíl v hodnotách měrného objemu a válcového objemu u tabáku zvlhčovaného stupňovitým způsobem při užití vlhkého vzduchu spočáteční relativní vlhkostí vzduchu kolem 46 % ve srovnání s tabákem zvlhčovaným stupňovitým způsobem s počáteční relativní vlhkostí vzduchu kolem 30 %, nebo s tabákem stupňovitě zvlhčovaným buď během 60, nebo 90 minut. Také bylo pozorováno, že tabák může být zvlhčen buď při pohybu vzduchu směrem dolů s rychlostmi od asi 89 do asi 119 cm/s, nebo nahoru s rychlostmi asi do 23 cm/s, aniž se pozorují významné rozdíly v hodnotách měrného objemu a válcového objemu. Dodatečně bylo pozorováno, že stupňovité zvlhčování poskytlo ekvivalentní nebo lepší hodnoty válcového objemu a měrného objemu než tabák po expanzi v expanzní komoře zvlhčený přímým vystavením relativní vlhkosti vzduchu 60 % při 23,9 °C ve vyrovnávací komoře. Nakonec bylo zjištěno, že skrápění vodou vedoucí ke zvýšení obsahu těkavých látek na asi 7,5 % a následné stupňovité zvlhčování vlhkým vzduchem poskytlo lepší hodnoty válcového objemu a měrného objemu než skrápění následované konečným dovlhčením ve skrápěcí válcové nádobě.

- 14CZ 294159 B6

Pokus č. 4

Byly provedeny zkoušky k určení vlivu proudu vzduchu a jeho rychlosti na únos, vytváření kanálků a zhutňování tabáku. Tyto zkoušky byly provedeny při použití dvou vyrovnávacích komor PGC. V obou komorách byl skutečný průtok vzduchu přibližně 14,16 m³ za minutu. Vzduch proudil vrstvou tabáku směrem nahoru v jedné a směrem dolů v druhé komoře. Vzorky tabáku ve vrstvě 51 mm hluboké byly umístěny uvnitř shora otevřených sít o rozměrech 124 x 145 mm se síťovinou na dně a s pevnými okraji o výšce 102 mm. Tato síta byla umístěna uvnitř vyrovnávacích komor. Vzduch byl donucen proudit vzorky zakrytím neobsazené plochy patra lepenkou a utěsněním všech mezer páskou. Rychlost vzduchu byla měněna změnou počtu sít se vzorky, které byly do komory vkládány. Tabák pro tyto pokusy byl impregnován oxidem uhličitým a expandován při asi 288 °C. Tabák byl zvlhčen v prvním stupni skrápěním vodou na obsah těkavých látek asi 8 % bezprostředně po expanzi. Podmínky uvnitř komory při testech byly řízeny na teplotu 23,9 °C a relativní vlhkost vzduchu 60 %. K měření rychlosti vzduchu byl použit jak lopatkový anemometr (Airflow Instrumentation, Model LCA 6000, Frederick, Maryland), tak anemometr s horkým drátkem (Alnor Instrument Company, Skokie, Illinois, Thermometer Model 8525). Tyto přístroje byly umístěny pro měření při směru průtoku vzduchu vzhůru bezprostředně nad, a pro měření při směru průtoku dolů, pod vrstvou vzorku.

Při pohybu vzduchu nahoru bylo pozorováno lehké nadzvedávání tabáku bezprostředně po zapnutí průměrné rychlosti průtoku, a to dokonce i pro tak nízké rychlosti jako je 13,2 cm/s. Pak se vytvořily malé vzduchové kanálky a tabák se usadil. V důsledku těchto kanálků jsme zjistili, že průtok je velice nehomogenní, a to od 11,2 cm/s do 22,86 cm/s pro průměrný průtok asi 13,2 cm/s. Se zvyšováním průměrného průtoku vzduchu se vytváření kanálků stávalo zřetelnější a při průtocích nad 22,9 cm/s byl pozorovatelný významný únos a odfouknutí tabáku a následovalo významné vytváření kanálků ve vrstvě.

S pohybem vzduchu směrem dolů bylo pozorováno určité zhutnění vrstvy a odpovídající snížení rychlostí vzduchu vrstvou při všech studovaných rychlostech. To je ukázáno v TAB. 4. Při počáteční rychlosti kolem 97,5 cm/s byla vrstva tabáku zhutněna o 28 % a v důsledku toho byla snížena rychlost vzduchu vrstvou na asi 72 cm/s. Při počátečních rychlostech kolem 72 cm/s, nebo menších, bylo zhutnění vrstvy asi tak poloviční než při 97,5 cm/s a průtok vzduchu tabákem se snížil daleko méně.

TAB. 4

VLIV KOMPAKTNOSTI VRSTVY NA PRŮTOK VZDUCHU VRSTVOU
Počáteční rychlost vzduchu [cm/s]	hloubka vrstvy [mm]
počátek	konec	změna [%]	počátek	konec	změna [%]
97,5	71, 6	27	51	39,1	28
81,8	73,2	11	51	41,9	18
71,6	67, 6	6	51	43,2	15
52,8	49,8	6	51	45,7	10
21,8	20, 8	5	51	48,3	5

Na základě těchto pokusů bylo zjištěno, že expandovaný tabák může být zvlhčen s výhodou stupňovou metodou za těchto podmínek:

-15CZ 294159 B6 (a) Doba: od asi 60 do 90 minut;

(b) Relativní vlhkost vzduchu: z počáteční relativní vlhkosti vzduchu od asi 30 % do 45 % do konečné relativní vlhkosti vzduchu od asi 60 % do 64 %;

(c) Teplota: od asi 23,9 °C do 35 °C;

(d) Průtok vzduchu: směrem vzhůru rychlosti do 22,9 cm/s, nebo směrem dolů do asi 112,7 cm/s.

Pokus č. 5

Přibližně 65,25 kg za hodinu směsi kouřem zpracovaného tabáku a světlého tabáku z Kentucky (burley), která byla impregnována oxidem uhličitým podle postupu popsaného v dokumentu US 5 251 649 a expandovaná tak, jak je popsáno ve výše uvedených příkladech, prošlo chladicím dopravníkem, aby se snížila teplota z asi 93,3 °C na asi 29,4 °C před uvedením do spirálové jednotky Frigoscandia Model GCP 42. Tabák prochází spirálovou jednotkou odspodu nahoru. Vzduch protéká svrchu ke dnu, čímž v podstatě vzniká protiproudý tok tabáku a vzduchu. Toto uspořádání poskytuje stupňovité zvlhčování tabáku jako výsledek kontinuálního odvlhčení vzduchu tabákem. Tabák vstupuje do procesu s asi 3 % a vychází s 11 % obsahu těkavých látek. Hodnota válcového objemu u vyrovnaného vstupního materiálu byla asi 10,53 cm³/g, zatímco hodnota válcového objemu u vyrovnaného zvlhčeného materiálu byla 10,46 cm³/g, což nenaznačuje žádnou významnou ztrátu plnicí schopnosti tabáku ve zvlhčovacím procesu, jinými slovy: standardní analýzou rozptylu nebyl zjištěn statisticky významný úbytek plnicí schopnosti. Navíc prosévací zkouška neprokázala měřitelný pokles velikosti částic tabáku způsobený zvlhčovacím procesem.

Pokus č. 6

Byla provedena řada pokusů s použitím různých typů tabáků expandovaných při různých teplotách věže, ve kterých byl tabák zvlhčován způsobem podle vynálezu. V každém běhu bylo zvlhčeno asi 68 kg/h, vztaženo na hmotnost zvlhčeného tabáku, v modifikované spirálové jednotce Frigoscandia popsané v pokusu č. 5. Teplota vstupního vzduchu do zvlhčovači jednotky byla nastavena na asi 29,4 °C a relativní vlhkost vzduchu na asi 62 %. Vzduch vystupující ze zvlhčovači jednotky měl běžně teplotu asi 32,2 °C až 35 °C a relativní vlhkost asi 40 % až 45 %. Jak je znázorněno na TAB. 5, tabák zvlhčený způsobem podle vynálezu nevykazoval žádný významný pokles plnicí schopnosti.

TAB. 5

	vyrovnaný
Typ	Pokus	Teplota	OV	OV	CV	OV	CV	OV
tabáku	č.	věze •c	vstup [%J	výstup Í%1	vstup [cm³/g]	vstup (%]	výstup [cm³/g]	výstup l«]
Bright*	FO 205C	287,8	2,70	11,16	9,93	11,87	9,40	12,00
	FO 2OSA	321	2,11	11,58	10,41	11,57	10,83	11,56
	FO 205B	329	1,87	9,99	11,30	11,30	10,90	11,50
Bright*	FO 206A	304	2,47	11,09	10,00	12,34	10,20	11,74
	FO 217	321	2,59	10,86	10,49	11,79	10,51	11,63
Burley**	FO 206B	248	3,11	10,75	12,39	10,91	12,31	10,52
	FO 206C	271	2,95	10,22	12,08	10, 85	12,41	10,40
	FO 214	271	3,00	10,4	11,3	10,4	11,2	10,4

* kouřem zpracovaný tabák ** světlý tabák z Kentucky

- 16CZ 294159 B6

Pokus č. 7

Asi 90,6 kg kouřem zpracovaného tabáku za hodinu s obsahem těkavých látek asi 21,6 % bylo uváděno do modifikované jednotky Frigoscandia, popsané v pokusu č. 5, pracující jako sušárna. Tok tabáku na spirálovém dopravníku sušicí jednotky byl orientován odspodu nahoru. Vzduch proudil odshora ke dnu jednotky, což vytvářelo v podstatě protiproudý tok tabáku vzhledem ke vzduchu. Tabák byl úspěšně usušen na asi 12,2 % obsahu těkavých látek při době zdržení asi 60 minut při použití vzduchu se vstupní teplotou asi 35 °C a relativní vlhkosti okolo 35 %. Vzduch opouštějící sušicí jednotku měl teplotu asi 28,3 °C a vykazoval relativní vlhkost 62 %. Tabák vstupující i vystupující z jednotky byl na dotek chladný s odhadovanou teplotou asi 23,8 °C, což naznačuje, že neproběhlo žádné tepelné zpracování tabáku. Nebyla zjištěna změna hodnoty válcového objemu vyrovnaného tabáku v důsledku sušení. Tento zvláštní sušicí pokus byl navržen tak, aby bylo minimalizováno tepelné zpracování. Podobné sušicí výsledky mohou být dosaženy při použití vyšších teplot při řízeném tepelném zpracování.

Přestože vynález byl zvlášť popsán ve spojení s přednostními provedeními, je třeba pochopit, že různé změny v podobě a podrobnostech mohou být provedeny, aniž by to znamenalo odklon od myšlenky a rozsahu vynálezu.

Claims

1. Způsob zvyšování vlhkosti organického materiálu, který obsahuje kroky (a) vytvoření vrstvy organického materiálu jeho uložením na spirálový sloupový dopravník s množinou pater, vyznačující se tím, že (b) organický materiál ve vrstvě se uvede do styku se vzduchovým proudem, jehož relativní vlhkost odpovídá rovnovážným podmínkám organického materiálu, přičemž vzduchový proud protéká z patra do patra po dráze, která je v podstatě protisměrná k dráze pohybu vrstvy organického materiálu podél pater, (c) relativní vlhkost vzduchového proudu přicházejícího do styku s organickým materiálem ve vrstvě se zvyšuje pro zvýšení vlhkosti organického materiálu, přičemž relativní vlhkost proudu vzduchu, přicházejícího do styku s organickým materiálem, je udržována na rovnovážných podmínkách organického materiálu, dokud není dosažena požadovaná vlhkost organického materiálu, při tom se vzduchový proud postupně odvlhčuje a organický materiál se postupně zvlhčuje při průtoku vzduchového proudu v podstatě proti směru k dráze pohybu vrstvy organického materiálu.

2. Způsob snižování vlhkosti organického materiálu, který obsahuje kroky (a) vytvoření vrstvy organického materiálu jeho uložením na spirálový sloupový dopravník s množinou pater, vyznačující se tím, že (b) organický materiál se uvede do styku se vzduchovým proudem, jehož relativní vlhkost odpovídá rovnovážným podmínkám vrstvy organického materiálu nebo je nižší, který protéká z patra do patra po dráze, která je v podstatě protisměrná k dráze pohybu vrstvy organického materiálu podél pater, (c) relativní vlhkost vzduchového proudu přicházejícího do styku s organickým materiálem se snižuje, jak vlhkost organického materiálu klesá, přičemž relativní vlhkost proudu vzduchu, přicházejícího do styku s organickým materiálem, je udržována na rovnovážných podmínkách organického materiálu nebo pod nimi, dokud není dosažena požadovaná vlhkost organického materiálu, při tom se organický materiál postupně odvlhčuje a vzduchový proud se postupně

-17CZ 294159 B6 zvlhčuje při průtoku vzduchového proudu po dráze v podstatě proti směru k dráze pohybu vrstvy organického materiálu.

3. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že teplota organického materiálu je pod asi 38 °C před tím, než se uvede do styku se vzduchovým proudem.

4. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že před krokem, ve kterém je uveden organický materiál do styku se vzduchovým proudem, je počáteční vlhkost organického materiálu v rozmezí od asi 1,5 % do asi 13 %.

5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že před krokem, ve kterém je uveden organický materiál do styku s proudem vzduchu, je počáteční vlhkost tohoto materiálu v rozmezí od asi 1,5 % do asi 6 %.

6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že vzdušný proud přicházející do styku s organickým materiálem má relativní vlhkost asi od asi 30 % do asi 64 % při teplotě od asi 21 °C do asi 49 °C.

7. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že organický materiál je tabák.

8. Způsob podle nároku 7, v y z n a č u j í c í se t í m, že tabák je expandovaný tabák.

9. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že tabák je řezaný tabák.

10. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že tabák je vybrán ze skupiny obsahující expandovaný nebo neexpandovaný tabák, celolistý tabák, řezaný nebo sekaný tabák, stonky, rekonstituovaný tabák nebo jakoukoliv jejich kombinaci.

11. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že před krokem (a) dále obsahuje krok předehřátí organického materiálu na teplotu od asi 38 °C do asi 121 °C.

12. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že teplota organického materiálu je před krokem přivedení do styku s proudem vzduchu nižší než asi 121 °C.

13. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že požadovaná vlhkost organického materiálu po kroku (c) je od asi 11 % do asi 13 %.

14. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že organický materiál má před krokem jeho přivedení do styku se vzduchovým proudem vlhkost od asi 11 % do asi 40 %.

15. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že proud vzduchu přicházející do styku s organickým materiálem má relativní vlhkost od asi 20 % do asi 60 % při teplotě od asi 21 °C do asi 49 °C.

16. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že teplota vzduchového proudu je od asi 24 °C do asi 121 °C.

17. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že krok přivedení organického materiálu do styku se vzduchovým proudem je prováděn s použitím vzduchového proudu, který má rychlost od asi 0,23 m/s do asi 1,22 m/s.

18. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že krok přivedení organického materiálu do styku se vzduchovým proudem se provádí směrováním vzduchového proudu buď

-18CZ 294159 B6 směrem dolů, nebo nahoru k průchodu vrstvou organického materiálu, nebo směrováním vzduchového proudu jak směrem dolů, tak nahoru k průchodu vrstvou organického materiálu.

19. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že organický materiál je 5 hygroskopický organický materiál.

20. Způsob podle nároku 19, vyznačující se tím, že hygroskopický organický materiál je vybrán se skupiny obsahující ovoce, zeleninu, obilniny, kávu, farmaceutické přípravky, čaj, a jakoukoliv jejich kombinaci.