DE102009028913A1

DE102009028913A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Behandeln von Tabak

Info

Publication number: DE102009028913A1
Application number: DE102009028913A
Authority: DE
Inventors: Noel John Totten; Marc Billette; Elmar Schloeder; Takuji Harai; Oleg Fediushin; Johannes Maerz; Andreas Otto
Original assignee: JT International SA
Current assignee: JT International SA
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2011-03-31
Also published as: CA2772166C; US20120279081A1; EP2470030A1; CN102548430A; EA019557B1; ZA201201371B; EP2470030B1; CA2772166A1; EA201200156A1; WO2011023715A1; MY160601A; CN102548430B; PL2470030T3; JP2013502911A; UA103820C2

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung, bei dem die Prozessbedingungen in einer Vorrichtung zum Behandeln von Tabak konstant gehalten werden können. Die Vorrichtung umfasst eine Zusammenführeinrichtung zum Zusammenführen des zu behandelnden Tabaks und eines Prozessgases, welche mit einer Abführeinrichtung zum Abführen einer ersten Menge des Prozessgases und einer Zuführeinrichtung zum Zuführen einer zweiten Menge des Prozessgases gekoppelt ist; wobei die Vorrichtung mindestens eine Steuereinrichtung zum Steuern der ersten Menge des abgeführten und/oder der zweiten Menge des zugeführten Prozessgases aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von Tabak.
Obwohl auf beliebe Naturprodukte anwendbar, wird die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf die Behandlung von Tabak näher erläutert.
Ein wichtiger Prozess in der Verarbeitung von Tabak ist das Trocknen des Tabaks auf einen gewünschten Feuchtigkeitsgehalt. Die Trocknung des Tabaks ist notwendig, da die Trocknung des Tabaks die Brenneigenschaften und geschmacklichen Eigenschaften des Tabaks maßgeblich beeinflusst.
In der industriellen Verarbeitung von Tabak erfolgt die Trocknung des Tabaks mithilfe von verschiedenen Trocknungsvorrichtungen und Trocknungsverfahren. Beispielsweise sind im Stand der Technik rotatorisch arbeitende Trommeltrockner bekannt, in denen der Tabak in einer horizontal ausgerichteten Trocknungswalze durch ein Prozessgas getrocknet wird. Die Trocknung des Tabaks in einem Trommeltrockner ist jedoch nur bedingt für die industrielle Trocknung von Tabak geeignet, da der Trocknungsprozess in einem Trommeltrockner verhältnismäßig lange dauert und sehr energieaufwendig ist.
Ferner sind im Stand der Technik Stromtrockner bekannt, in denen der Tabak in einer Trocknungskammer mithilfe eines Prozessgasstroms, welcher überhitzten Wasserdampf aufweist, getrocknet wird. Die Trocknung des Tabaks auf einen gewünschten Feuchtigkeitsgehalt dauert in solchen Vorrichtungen nur wenige Sekunden. Daher eignen sich Stromtrockner sehr gut für die industrielle Verarbeitung von Tabak. Nachteilig bei der Trocknung von Tabak mittels eines Stromtrockners ist jedoch die zumeist mindere Qualität des getrockneten Tabaks.
In der EP 1 188 384 A2 ist beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von Tabak beschrieben, wobei der Tabak mit einem Prozessgas, welches bevorzugt überhitzten Wasserdampf aufweist, getrocknet wird. Hierbei wird der Restgasgehalt in dem überhitzten Wasserdampf geregelt.
Bei dieser Vorrichtung zum Trocknen von Tabak schwankt jedoch die Gesamtmenge an Prozessgas, welche sich in der Vorrichtung befindet, da der Tabak meistens unterschiedliche Feuchtigkeitsgehalte aufweist und daher verschiedene Mengen an Feuchtigkeit in das Prozessgas abgegeben werden, und sich dadurch die Gesamtmenge an in der Vorrichtung befindlichem Prozessgas ändert. Ferner werden außer der Feuchtigkeit während des Trocknens des Tabaks weitere Stoffe von dem Tabak in das Prozessgas abgegeben und machen das Prozessgas nur bedingt nutzbar für eine Wiederverwendung zum Trocknen des Tabaks. Aus diesen Gründen kommt es zu unerwünschten Schwankungen der Prozessbedingungen, da die Menge des aus dieser Vorrichtung abgeführten Prozessgases und die Menge an der Vorrichtung zugeführtem Prozessgas nicht gesteuert werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Trocknung von Tabak zur Verfügung zu stellen, welche konstante Prozessbedingungen in der Vorrichtung gewährleisten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß zum einen durch die Vorrichtung zum Behandeln von Tabak mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Demgemäß ist eine Vorrichtung zum Behandeln von Tabak vorgesehen, mit einer Zusammenführeinrichtung zum Zusammenführen des zu behandelnden Tabaks und eines Prozessgases, welche mit einer Abführeinrichtung zum Abführen einer ersten Menge an Prozessgas und einer Zuführeinrichtung zum Zuführen einer zweiten Menge an Prozessgas gekoppelt ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Steuereinrichtung zum derart Steuern der ersten Menge an abgeführtem und/oder der zweiten Menge an zugeführtem Prozessgases aufweist, dass die insgesamt aus der Vorrichtung abgeführte Menge an Prozessgas gleich der insgesamt der Vorrichtung zugeführten Menge an Prozessgas ist.
Ein Vorteil dieser Vorrichtung besteht darin, die Mengen an zugeführtem Prozessgas und abgeführtem Prozessgas aus der Zusammenführeinrichtung zum Zusammenführen des Tabaks und des Prozessgases steuern zu können. Diese Mengen können je nach gewünschtem Trocknungsgrad des Tabaks oder der Tabakssorte eingestellt werden. Durch das Steuern der abgeführten ersten Menge an Prozessgas aus der Zusammenführeinrichtung kann sichergestellt werden, dass das Prozessgas für eine Wiederverwendung zum Zuführen in die Zusammenführeinrichtung wieder optimal geeignet ist, ohne dass das Prozessgas seine Trocknungseigenschaften einbüsst und ohne dass die qualitativen Eigenschaften des Tabaks schwanken. Des Weiteren können durch das Abführen einer bestimmten Menge an Prozessgas Fremdstoffe, die sich bei der Trocknung des Tabaks in dem Prozessgas ansammeln, in einer vorherbestimmten Menge aus der Vorrichtung befördert werden. Dies erhöht weiterhin signifikant die qualitativen Eigenschaften des Tabaks. Ein Teil des aus dem Tabak an das Prozessgas abgegebenen Gases kann dabei wiederverwendet werden und bleibt in der Vorrichtung. Durch die Zuführeinrichtung kann eine exakte Menge an Prozessgas der Vorrichtung zugeführt werden. Die Zuführeinrichtung weist hierfür vorzugsweise einen Prozessgasbehälter zum Bereitstellen des Prozessgases sowie Steuereinrichtungen und Stellglieder zum Zuführen einer exakten Menge an Prozessgas auf. Die Abführeinrichtung umfasst vorzugsweise eine mit der Zusammenführeinrichtung gekoppelte Leitung und ein Ventil, und öffnet das Ventil je nach abzuführender Prozessgasmenge. Das Ventil kann dabei als Klappenventil ausgebildet sein, und kann je nach Stellung der Klappe die abzuführende Menge an Prozessgas steuern. Die Steuerung der zugeführten Menge an Prozessgas kann ebenfalls je nach Tabaksorte, Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks oder Menge des zu trocknenden Tabaks gesteuert werden. Die Steuerung der insgesamt aus der Vorrichtung abgeführten Menge an Prozessgas und der insgesamt der Vorrichtung zugeführten Menge an Prozessgas kann auch als Steuerung der Massenbalance des Prozessgases bezeichnet werden. Die Steuerung der Massenbalance hat den Zweck, die Menge an in der Vorrichtung befindlichem Prozessgas stets auf einem konstanten Niveau zu halten und dadurch die Schwankungen der Prozessparameter zu beseitigen. Die Berechnung der Massenbalance erfolgt beispielsweise in der Steuereinrichtung und umfasst alle Mengen an Prozessgas die der Vorrichtung zugeführt oder abgeführt werden. Durch die Steuerung der Massenbalance wird in der Vorrichtung auf einfache weise erreicht, dass die Prozessgasmenge in der Vorrichtung und die aus der Vorrichtung abgeführte Menge an Prozessgas nicht schwankt, unabhängig von allen anderen Betriebsparametern.
Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Behandeln von Tabak mit folgenden Verfahrensschritten zur Verfügung gestellt: Zusammenführen des zu behandelnden Tabaks und eines Prozessgases in einer Zusammenführeinrichtung; Abführen einer ersten Menge an Prozessgas aus der Zusammenführeinrichtung mittels einer Abführeinrichtung; Zuführen einer zweiten Menge an Prozessgas in die Zusammenführeinrichtung mittels einer Zuführeinrichtung; und derart Steuern der ersten bzw. zweiten Menge an abgeführten und/oder des zugeführten Prozessgas mittels mindestens einer Steuereinrichtung, dass die insgesamt der Vorrichtung abgeführte Menge an Prozessgas gleich der insgesamt der Vorrichtung zugeführten Menge an Prozessgas ist.
Dieses Verfahren eignet sich in der industriellen Weiterverarbeitung von Tabak, da das Verfahren zum einen vorteilhaft eine kurze Prozesszeit aufweist und gleichzeitig die qualitativen Eigenschaften des Tabaks auf einem konstant hohen Niveau gehalten werden. Durch das Abführen einer vorherbestimmten Menge an Prozessgas aus der Vorrichtung kann sichergestellt werden, dass der Anteil an Fremdstoffen in dem Prozessgas auf ein Minimum reduziert ist. Ferner kann solch ein Verfahren auf verschiedene Tabaksorten angewendet werden. Des Weiteren ist es auch möglich andere Produkte, die mit einem Prozessgas behandelt werden, mit einem Verfahren oder einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu behandeln.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Prozessgas überhitzten Wasserdampf und/oder Umgebungsluft auf. Überhitzter Wasserdampf eignet sich hervorragend zum Aufnehmen der Feuchtigkeit des Tabaks und folglich zum Trocknen des Tabaks. Überhitzter Wasserdampf ist zudem leicht herstellbar und kostengünstig zu beziehen. Durch ein bestimmtes Verhältnis von überhitzten Wasserdampf und Umgebungsluft wird ein konstanter Sauerstoffgehalt in dem Prozessgas erzielt. Der konstante Sauerstoffgehalt ist für die qualitativen Eigenschaften des Tabaks sowie für die Sicherheit der Vorrichtung vorteilhaft.
Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine Tabakzuführeinrichtung zum Zuleiten des Tabaks in die Zusammenführeinrichtung, eine Separiereinrichtung zum Separieren des Tabaks von dem Prozessgas und eine Tabakabführeinrichtung zum Wegführen des Tabaks aus der Separiereinrichtung auf. Die Tabakzuführeinrichtung kann beispielsweise als eine Luftschleuse ausgebildet sein, durch die der zu trocknende Tabak in die Zusammenführeinrichtung befördert wird. Der Tabakzuführeinrichtung kann beispielsweise ein Förderband vorgelagert sein, das eine bestimmte Menge an zu trocknendem Tabak der Tabakzuführeinrichtung bereitstellt. Die Separiervorrichtung kann beispielsweise als eine Zyklone ausgebildet sein, in der durch Zentrifugieren des Tabaks der Tabak von dem Prozessgas getrennt wird. Auch der Tabakabführeinrichtung kann ein Förderband zum Befördern des getrockneten Tabaks nachgelagert sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform strömt das Prozessgas durch einen mit der Zusammenführeinrichtung gekoppelten Kreislauf. Durch die Verwendung eines Kreislaufes kann das Prozessgas leicht wiederverwendet werden. Der Kreislauf besteht beispielsweise aus miteinander verbundenen Rohrabschnitten. Die Rohrabschnitte können beispielsweise aus Aluminium oder einem anderen Metall gefertigt sein.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Abführeinrichtung zum Abführen der ersten Menge an Prozessgas aus der Zusammenführeinrichtung und die Zuführeinrichtung zum Zuführen der zweiten Menge an Prozessgas mit dem Kreislauf gekoppelt. Dadurch ist es möglich die Abführeinrichtung und/oder die Zuführeinrichtung nicht direkt in die Zusammenführeinrichtung zu integrieren. Die Abführeinrichtung und die Zuführeinrichtung sind beispielsweise mittels Verbindungsgliedern, beispielsweise T-Verbindungsgliedern, mit dem Kreislauf gekoppelt. Dadurch ist es in vorteilhafterweise möglich, das Prozessgas direkt über den Kreislauf der Zusammenführeinrichtung zu- bzw. abzuführen.
In dem Kreislauf sind gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ein Heizelement zum Erhitzen des Prozessgases und eine Strömungserzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Strömung des Prozessgases angeordnet. Das Heizelement kann beispielsweise durch einen gasförmigen oder flüssigen Brennstoff oder durch Elektrizität betrieben werden. Bei dem Zusammenführen von Prozessgas und Tabak nimmt das Prozessgas die Feuchtigkeit des Tabaks auf, wobei das Prozessgas abkühlt. Durch das in dem Kreislauf angeordnete Heizelement ist es möglich, das in dem Kreislauf zirkulierende Prozessgas auf eine gewünschte Temperatur zu erhitzen. Die Strömungserzeugungseinrichtung kann beispielsweise ein Ventilator oder ein Verdichter sein. Durch die Strömungserzeugungseinrichtung ist es gewährleistet, dass das Prozessgas in einer vorherbestimmten Geschwindigkeit durch den Kreislauf zirkuliert und der zu trocknende Tabak stets mit einer gleichbleibenden Menge an Prozessgas umströmt wird.
Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind in dem Kreislauf die Abführeinrichtung in Strömungsrichtung des Prozessgases nach der Strömungserzeugungseinrichtung und die Zuführeinrichtung in Strömungsrichtung des Prozessgases nach der Abführeinrichtung angeordnet. Die Strömungserzeugungseinrichtung erzeugt in dem Kreislauf einen Druck, der das Prozessgas in den Bereich des Kreislaufs befördert, in dem ein geringerer Druck herrscht. Da die Abführeinrichtung beispielsweise durch ein Ventil ausgebildet sein kann, ist es durch die Anordnung der Abführeinrichtung nach der Strömungserzeugungseinrichtung möglich, den von der Strömungsmaschine aufgebauten Druck dazu zu verwenden, das Prozessgas aus dem Kreislauf ohne einen eigenen Antrieb abzuführen. Die Zuführeinrichtung ist bei dieser Anordnung der Abführeinrichtung in einem ausreichenden Abstand zu der Abführeinrichtung angeordnet, um nicht neu zugeführtes Prozessgas durch die Abführeinrichtung aus der Vorrichtung abzuführen.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine Lufteinlasseinrichtung zum Zuführen von Umgebungsluft in die Vorrichtung auf. Durch das Zuführen von Umgebungsluft in die Vorrichtung ist es möglich, die Vorrichtung energiesparsam zu betreiben, da die Menge an Prozessgas, welche von der Zuführeinrichtung bereitgestellt werden muss, geringer wird. Das Mischungsverhältnis von Prozessgas und Umgebungsluft wird hierbei nicht verändert. Die Lufteinlasseinrichtung kann dabei als Ventil ausgebildet sein, das über eine Leitung mit der Vorrichtung gekoppelt ist. Das Ventil kann beispielsweise als Kugelventil oder Klappenventil ausgebildet sein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Lufteinlasseinrichtung zum Zuführen von Umgebungsluft in den Kreislauf in Strömungsrichtung des Prozessgases vor der Strömungserzeugungseinrichtung angeordnet. Die Strömungserzeugungseinrichtung vermindert den Druck auf ihrer der Strömungsrichtung abgewandten Seite. Dadurch ist es möglich, den verminderten Druck in diesem Bereich dazu zu verwenden, der Vorrichtung Umgebungsluft ohne einen zusätzlichen Antrieb zuzuführen.
Die Vorrichtung umfasst gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel mindestens einen Sauerstoffsensor zum Messen des Sauerstoffsgehaltes des Prozessgases auf. Dieser Sauerstoffsensor kann an verschiedenen Stellen der Vorrichtung angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Sauerstoffsensor in Strömungsrichtung des Prozessgases direkt nach dem Heizelement in dem Kreislauf angeordnet sein. Der Sauerstoffsensor kann mit der Luftzuführeinrichtung und/oder der Steuereinrichtung gekoppelt sein. Die Luftzuführeinrichtung und/oder die Steuereinrichtung können dann durch Zuführen von Prozessgas, Abführen von Prozessgas und/oder Zuführen von Umgebungsluft den Sauerstoffgehalt des Prozessgases steuern. Da die Umgebungsluft einen höheren Sauerstoffgehalt aufweist als das in der Vorrichtung befindliche Prozessgas, wird durch eine Zufuhr von Umgebungsluft der Sauerstoffgehalt des Prozessgases gesteigert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens einen Drucksensor zum Messen des Drucks des Prozessgases auf. Der Druck in der Vorrichtung sollte vorzugsweise lediglich wenige Pascal betragen um einen zu großen Verlust an Prozessgas durch die Tabakzuführeinrichtung und Tabakabführeinrichtung zu vermeiden. Der Drucksensor kann mit der Steuereinrichtung, der Zuführeinrichtung und/oder der Abführeinrichtung gekoppelt sein, um eine Druckregulierung in der Vorrichtung zu ermöglichen.
Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in der Vorrichtung und insbesondere in der Abführeinrichtung mindestens ein Durchflusssensor zum Bestimmen der Durchflussmenge des Prozessgases angeordnet. Diese Durchflusssensoren können beispielweise als Venturi-Rohre oder Vortex-Sensoren ausgebildet sein. Auch andere Ausführungsformen oder Messprinzipien von Durchflusssensoren sind möglich. Die Durchflussmenge des Prozessgases kann aufgrund des Druckes des Prozessgases, seiner Dichte und seiner Temperatur in einen Massenstrom umgerechnet werden. Dieser Durchflusssensor ist beispielsweise mit der Steuereinrichtung gekoppelt, welche dann aufgrund eines Vergleichs des Istwerts an Durchflussmenge durch die Vorrichtung mit dem Sollwert an Durchflussmenge durch die Vorrichtung die Menge an Prozessgas steuert, die von der Zuführeinrichtung in die Vorrichtung zugeführt wird und die Menge steuert, die über die Abführeinrichtung aus der Vorrichtung abgeführt wird.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung mindestens einen Feuchtigkeitssensor zum Bestimmen des Feuchtigkeitsgehalts des der Vorrichtung zugeführten und/oder abgeführten Tabaks auf. Die Feuchtigkeitssensoren können z. B. an der Tabakzuführeinrichtung und an der Tabakabführeinrichtung angeordnet sein, und die Differenz des Feuchtigkeitsgehalts von zugeführten und abgeführten Tabak bestimmen. Diese Feuchtigkeitsmesswerte können dann beispielsweise der Steuereinrichtung zugeführt werden, die dann aufgrund dieser Messwerte die zuzuführende und/oder die abzuführende Menge an Prozessgas aus der Zusammenführeinrichtung oder dem Kreislauf entsprechend steuert. Ferner können diese Messwerte beispielsweise auch von dem Heizelement verarbeitet werden, um die Heizleistung zu erhöhen, falls der Tabak nach dem Abführen aus der Vorrichtung einen zu hohen Feuchtigkeitsgehalt aufweist. Hierfür weist das Heizelement eine eigene Heizelementsteuereinrichtung auf. Ebenfalls ist es möglich, die Heizleistung des Heizelements zu verringern für den Fall, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks den Sollwert unterschreitet. Des Weiteren ist es möglich, den Feuchtigkeitsgehalt des getrockneten Tabaks durch eine Regelung der Menge an zugeführten Tabak mittels der Tabakzuführeinrichtung in die Vorrichtung zu beeinflussen. Auch eine Kombination der Steuerung der Heizleistung, der zugeführten Menge an Tabak in die Vorrichtung und der zugeführten Menge an Prozessgas in die Vorrichtung ist möglich und kann je nach gewünschtem Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks angepasst werden.
Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung mindestens einen Temperatursensor zum Bestimmen der Temperatur des Prozessgases auf. Dieser Temperatursensor kann beispielsweise ein pt100 Temperatursensor sein. Dieser Temperatursensor kann beispielsweise in der Zusammenführeinrichtung oder an anderen Stellen in der Vorrichtung angeordnet sein. Der Temperatursensor ist beispielsweise mit dem Heizelement in dem Kreislauf oder der Steuereinrichtung verbunden. Durch die Anordnung eines Temperatursensors in der Vorrichtung ist es möglich, die Temperatur des Prozessgases in der Vorrichtung auf einen gewünschten Sollwert zu halten.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung mit dem Drucksensor, dem Durchflusssensor, dem Sauerstoffsensor, dem Feuchtigkeitssensor, dem Temperatursensor, dem Heizelement, der Tabakzuführeinrichtung, der Lufteinlasseinrichtung, der Strömungserzeugungsvorrichtung, der Zuführeinrichtung zum Zuführen von Prozessgas und/oder der Abführeinrichtung zum Abführen des Prozessgases gekoppelt und steuert und/oder regelt den Druck des Prozessgases, den Massenstrom an Prozessgas durch den Kreislauf, den Sauerstoffgehalt des Prozessgases, die Geschwindigkeit des Prozessgasstroms durch die Zusammenführeinrichtung, die Temperatur des Prozessgases, die mittels der Tabakzuführeinrichtung in die Vorrichtung zugeführte Menge an Tabak, den Massenstrom an Prozessgas durch die Abführeinrichtung und/oder die Feuchtigkeit des der Vorrichtung zugeführten und abgeführten Tabaks. Somit ist es möglich, alle relevanten Prozessparameter in der Vorrichtung konstant zu halten.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die aus der Zusammenführeinrichtung von der Abführeinrichtung abgeführte Prozessgasmenge zwischen 0% und 50% des in der Vorrichtung befindlichen Prozessgases und ist stufenlos einstellbar. Durch diese Menge wird gewährleistet, dass die Vorrichtung verschiedene Tabaksorten trocken kann, und die Menge an Fremdstoffen in dem Prozessgas auf ein Minimum reduziert ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren ferner folgende Verfahrensschritte auf: Erzeugen einer Strömung des Prozessgases mittels einer Strömungserzeugungsvorrichtung in einem mit der Zusammenführeinrichtung gekoppelten Kreislauf; Erhitzen des Prozessgases mittels eines Heizelements; Zuführen des Tabaks in die Einrichtung mittels einer Tabakzuführeinrichtung; Trocknen des Tabaks durch das Prozessgas; Separieren des Tabaks von dem Prozessgas mittels einer Separiereinrichtung; Abführen des Tabaks aus der Separiereinrichtung; und Zuführen von Umgebungsluft in den Kreislauf mittels einer Lufteinlasseinrichtung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren ferner folgende Verfahrensschritte auf: Messen des Massenstroms des Prozessgases durch den Kreislauf mittels eines Durchflusssensors; Erhöhen des Massenstroms an Prozessgas mittels der Strömungserzeugungseinrichtung für den Fall, dass der Massenstrom des Prozessgases durch den Kreislauf zu gering ist; oder Verringern des Messenstroms an Prozessgas mittels der Strömungserzeugungseinrichtung für den Fall, dass der Massenstrom des Prozessgases durch den Kreislauf zu groß ist. Die Erhöhung des Massenstroms an Prozessgas erfolgt beispielsweise durch eine Steigerung der Drehzahl des Ventilators, falls die Strömungserzeugungseinrichtung als Ventilator ausgebildet ist. Durch dieses Verfahren wird gewährleistet, dass die Menge an Prozessgas, die durch den Kreislauf zirkuliert, stets konstant ist.
Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner folgende Verfahrensschritte auf: Messen des Massenstroms durch die Abführeinrichtung mittels eines Durchflusssensors; Erhöhen der mittels der Zuführeinrichtung der Vorrichtungen zugeführten zweiten Menge an Prozessgas für den Fall, dass die Menge an abgeführtem Prozessgas aus der Vorrichtung zu gering ist; oder Verringern der mittels der Zuführeinrichtung der Vorrichtung zugeführten zweiten Menge an Prozessgas für den Fall, dass die Menge an abgeführtem Prozessgas aus der Vorrichtung zu hoch ist. Die Abführeinrichtung weist beispielsweise ein Ventil und einen Aktor auf. Das Ventil kann z. B. als Klappenventil ausgebildet sein. Der Aktor kann z. B. als elektromotorischer Antrieb ausgebildet sein. Durch dieses Verfahren wird gewährleistet, dass die Menge an aus der Vorrichtung abgeführtem Prozessgas auf einem konstanten Wert bleibt.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner folgende Verfahrensschritte auf: Messen des Sauerstoffgehaltes des Prozessgases in dem Kreislauf mittels zumindest einen Sauerstoffsensor; Zufuhr von Umgebungsluft mittels der Lufteinlasseinrichtung für den Fall, dass der Sauerstoffgehalt des Prozessgases zu niedrig ist; oder Zufuhr von Prozessgas mittels der Zuführeinrichtung in den Kreislauf und/oder Verringern der mittels der Lufteinlasseinrichtung zugeführten Menge an Umgebungsluft für den Fall, dass der Sauerstoffgehalt in dem Prozessgas zu hoch ist. Durch dieses Verfahren kann sichergestellt werden, dass der Sauerstoffgehalt in dem Prozessgas stets auf einem konstanten Sollwert gehalten wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren ferner folgende Verfahrensschritte auf: Messen des Drucks des Prozessgases in dem Kreislauf mittels mindestens einen Drucksensor; Erhöhen der mittels Abführeinrichtung aus der Vorrichtung abgeführten Menge an Prozessgas für den Fall, dass der Druck in der Vorrichtung zu hoch ist; oder Verringern der mittels Abführeinrichtung aus der Vorrichtung abgeführten Menge an Prozessgas für den Fall, dass der Druck in der Vorrichtung zu niedrig ist. Durch diese Verfahrensschritte wird garantiert, dass der Druck in der Vorrichtung sich stets in einem konstanten Bereich befindet.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner folgende Verfahrensschritte auf: Messen der Temperatur des Prozessgases in dem Kreislauf; Erhöhen der Heizleistung des Heizelementes für den Fall, dass die Temperatur des Prozessgases in der Vorrichtung zu niedrig ist; oder Verringern der Heizleistung des Heizelementes für den Fall, dass die Temperatur des Prozessgases in der Vorrichtung zu hoch ist. Durch diese Verfahrensschritte kann sichergestellt werden, dass die Temperatur des Prozessgases stets auf einem gewünschten Sollwert gehalten wird.
Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner folgende Verfahrensschritte auf: Berechnen der zweiten Menge an Prozessgas, die von der Zuführeinrichtung der Zusammenführeinrichtung zugeführt wird auf der Basis: des Verlustes der Menge an Prozessgas durch die Tabakzuführeinrichtung und die Tabakabführeinrichtung; der vorherbestimmten ersten Menge an mittels der Abführeinrichtung aus dem Kreislauf abgeführten Prozessgases; der Menge an Gas die von dem Tabak verdampft und dem Kreislauf zugeführt wird; und der durch die Lufteinlassvorrichtung zugeführten Menge an Umgebungsluft. Durch diese Verfahrensschritte wird gewährleistet, dass die Massenbalance an abgeführten und zugeführten Prozessgas stets gleich bleibt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert. Von den Figuren zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Behandeln von Tabak;
2 ein Diagramm mit einer ausgeschalteten Steuereinrichtung;
3 ein Diagramm mit einer eingeschalteten Steuereinrichtung;
4 ein Diagramm mit einer eingeschalteten Steuereinrichtung.
In den Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
In 1 ist schematisch eine Vorrichtung 1 zum Behandeln von Tabak dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist eine Zusammenführeinrichtung 2 zum Zusammenführen von Prozessgas und Tabak auf. Die Zusammenführeinrichtung 2 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein aufsteigendes Rohr ausgebildet. An dem unteren Ende 2a der Zusammenführeinrichtung 2 ist eine Tabakzuführeinrichtung 12 angeordnet, durch die der Tabak der Zusammenführeinrichtung 2 zugeführt wird. An dem oberen Ende 2b der Zusammenführeinrichtung 2 ist eine Separiereinrichtung 9 angeordnet, mittels der der Tabak von dem Prozessgas separiert wird. Am Boden 9a der Separiereinrichtung 9 ist eine Tabakabführeinrichtung 10 angeordnet, mittels der der Tabak aus der Separiereinrichtung 9 abgeführt werden kann. Die Zusammenführvorrichtung 2 ist mit einem Kreislauf 6 gekoppelt. Der Kreislauf 6 ist durch miteinander verbundene Rohrabschnitte ausgebildet und weist die Rohrabschnitte 20, 21, 22 und 23 auf. Des Weiteren sind in dem Kreislauf 6 ein Heizelement 7 und eine Strömungserzeugungseinrichtung 8 angeordnet. Das Heizelement 7 ist dabei zwischen den Rohrabschnitten 22 und 23 angeordnet. Die Strömungserzeugungseinrichtung 8 ist zwischen den Rohrabschnitten 21 und 22 angeordnet.
Das Prozessgas strömt gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von der Strömungserzeugungseinrichtung 8 in Richtung des Heizelementes 7, in dem das Prozessgas auf eine gewünschte Temperatur erhitzt wird. Danach wird das Prozessgas dem Rohrabschnitt 23 zugeführt. Dieser Rohrabschnitt 23 ist mit der Zusammenführeinrichtung 2 gekoppelt. In dem Übergang zwischen dem Rohrabschnitt 23 und der Zusammenführeinrichtung 2 ist die Tabakzuführeinrichtung 12 angeordnet. Der zu trocknende Tabak wird mit der Tabakzuführeinrichtung 12 der Zusammenführeinrichtung 2 zugeführt. Der Tabakzuführeinrichtung 12 ist vorzugsweise ein Förderband 18 vorgelagert, mit dem der zu trocknende Tabak der Tabakzuführeinrichtung 12 zugeführt wird. An der Tabakzuführeinrichtung 12 kann ein Feuchtigkeitssensor angeordnet sein, der den Feuchtigkeitsgehalt des der Vorrichtung 1 zugeführten Tabaks misst.
Nach dem Zusammenführen von Tabak und Prozessgas am unteren Ende 2a der Zusammenführeinrichtung 2 wird der Tabak mittels des Prozessgasstroms zum oberen Ende 2b der Zusammenführeinrichtung 2 gefördert und gelangt in die Separiereinrichtung 9. Während der Förderung des Tabaks von dem unteren Ende 2a der Zusammenführeinrichtung 2 zu dem oberen Ende 2b der Zusammenführeinrichtung 2 wird der Tabak durch das erhitzte Prozessgas auf einen gewünschten Feuchtigkeitsgehalt getrocknet. Das Prozessgas gelangt von dem oberen Abschnitt der Separiereinrichtung anschließend in den Rohrabschnitt 20. Im Rohrabschnitt 20 ist ein Durchflusssensor 16 angeordnet. Dieser Durchflusssensor 16 kann beispielsweise als Venturi-Rohr ausgebildet sein. Dieser Durchflusssensor 16 ist in dem Rohrabschnitt 20 integriert und kann beispielsweise mit der Abführeinrichtungs-Steuereinrichtung 3a oder der Zuführeinrichtungs-Steuereinrichtung 4a gekoppelt sein. In dem Rohrabschnitt 20 ist nach dem Durchflusssensor 16 ein Sauerstoffsensor 13 angeordnet. Dieser Sauerstoffsensor 13 ist mit einer Sauerstoffsteuereinrichtung 13a gekoppelt. Die Sauerstoffsteuereinrichtung 13a ist mit der Lufteinlasseinrichtung 14 gekoppelt. Die Lufteinlasseinrichtung 14 ist am Übergang der Rohrabschnitte 20 und 21 angeordnet.
Die Sauerstoffsteuereinrichtung 13a erhält gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von dem Sauerstoffsensor 13 einen Istwert des Sauerstoffgehaltes des in dem Rohrabschnitt 20 befindlichen Prozessgases und vergleicht diesen Sauerstoffgehalt des Prozessgases mit einem vorab festgelegten Sollwert. Falls der Sauerstoffgehalt des Prozessgases zu gering ist, öffnet die Sauerstoffsteuereinrichtung 13a das Ventil 14a der Lufteinlasseinrichtung 14, welches mittels eines Verbindungsgliedes 14b den Rohrabschnitt 21 mit dem Außenbereich der Vorrichtung 1 koppelt. Unter bestimmten Betriebbedingungen herrscht in diesem Abschnitt des Rohrabschnittes 21 bedingt durch die Strömungserzeugungseinrichtung 8 ein Unterdruck bezüglich des Drucks der Umgebungsluft, sodass dem Kreislauf 6 bei einem geöffneten Ventil 14a zwischen den Rohrabschnitten 20 und 21 Umgebungsluft zugeführt wird. Bei bestimmten Betriebsbedingungen ist es jedoch auch möglich, dass in diesem Abschnitt ein Überdruck bezüglich der Umgebungsluft herrscht. In diesem Fall wird der Sauerstoffgehalt des Prozessgases dadurch erhöht, dass der Druck des Prozessgases innerhalb des Kreislaufes verringert wird, sodass Umgebungsluft durch die Schnittstellen der Vorrichtung, z. B. durch die Tabakzuführeinrichtung oder die Tabakabführeinrichtung, der Vorrichtung zugeführt wird. Nach diesem Abschnitt des Rohrabschnitts 21 gelangt das Prozessgas zu der Strömungserzeugungseinrichtung 8, in der das Prozessgas nun verdichtet wird und wieder dem Rohrabschnitt 22 zugeführt wird.
Nach der Strömungserzeugungseinrichtung 8 ist die Abführeinrichtung 3 angeordnet. Die Abführeinrichtung 3 ist über einen Abführeinrichtungs-Rohrabschnitt 3b mit dem Rohrabschnitt 22 gekoppelt. Die Abführeinrichtung 3 weist ein Ventil 3c auf, das beispielsweise als Klappenventil oder dergleichen ausgebildet sein kann. Ferner ist in dem Abführeinrichtungs-Rohrabschnitt 3b ein Durchflusssensor 16a angeordnet. Die Abführeinrichtung 3 ist mit einer Abführeinrichtungs-Steuereinrichtung 3a gekoppelt. Diese Abführeinrichtungs-Steuereinrichtung 3a ist wiederum mit einem Drucksensor 15 gekoppelt, der sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in dem Rohrabschnitt 23 befindet. Dieser Drucksensor 15 kann jedoch alternativ auch an einer anderen Stelle der Vorrichtung 1 angeordnet sein.
Die Abführeinrichtungs-Steuereinrichtung 3a empfängt von dem Drucksensor 15 ein Drucksignal und vergleicht diesen Druckwert mit einem vorherbestimmten Sollwert. Falls der Druck in dem Prozessgas zu groß ist, kann die Abführeinrichtungs-Steuereinrichtung 3a das Ventil 3c der Abführeinrichtung 3 öffnen und so den Druck des Prozessgases in dem Kreislauf 6 herabsetzen. Über den Durchflusssensor 16a, der in dem Abführeinrichtungs-Rohrabschnitt 3b angeordnet ist, kann die Menge an Prozessgas, die durch die Abführeinrichtung 3 an die Umgebung abgegeben wird, gemessen werden.
In dem Rohrabschnitt 22 befindet sich zusätzlich zu der Abführeinrichtung 3 die Zuführeinrichtung 4 zum Zuführen von Prozessgas in den Kreislauf 6. Die Zuführeinrichtung 4 ist beispielsweise vor dem Heizelement 7 und in einem ausreichenden Abstand zu der Abführeinrichtung 3 angeordnet. Die Zuführeinrichtung 4 ist mittels eines Zuführeinrichtungs-Rohrabschnitts 4b mit dem Rohrabschnitt 22 gekoppelt. Die Zuführeinrichtung 4 weist einen Prozessgasbehälter 4d auf, in dem überhitzter Wasserdampf erzeugt wird. Dieser Prozessgasbehälter 4d ist mit einem Ventil 4c gekoppelt, welches mit dem Zuführeinrichtungs-Rohrabschnitt 4b gekoppelt ist. Des Weiteren weist die mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnete Zuführeinrichtung eine Zuführeinrichtungssteuerungseinrichtung 4a auf, die das Ventil 4c der Zuführeinrichtung 4 über einen Aktor ansteuern kann. Die Zuführeinrichtung 4 ist hierbei ebenfalls mit einem Durchflusssensor versehen, um die Menge an dem Kreislauf 6 zugeführtem Prozessgas zu messen.
Die Vorrichtung 1 weist des Weiteren eine Recheneinheit 19 auf, mit der es möglich ist, die Menge an zuzuführendem Prozessgas zu bestimmen. Diese Recheneinheit 19 kann beispielsweise als Mikrocontroller ausgebildet sein. Die Menge an zuzuführendem Prozessgas errechnet sich dabei aus der Menge, die von der Abführeinrichtung 3 von dem Kreislauf 6 abgeführt wird, der Menge an Prozessgas, die durch die Tabakzuführeinrichtung 12 und die Tabakabführeinrichtung 10 aus der Vorrichtung 1 entweicht, dem Sollwert der Menge an Prozessgas, die durch die gesamte Vorrichtung 1 strömt und von dem Durchflusssensor 16 in dem Rohrabschnitt 20 gemessen wird, und der Menge an Prozessgas, die von dem Tabak an das Prozessgas abgegeben wird. Ferner empfängt diese Recheneinheit 19 Messwerte der Drucksensoren 15 in der Vorrichtung 1, der Temperatursensoren 17 in der Vorrichtung 1, der Sauerstoffsensoren 13 in der Vorrichtung 1 und der Durchflusssensoren 16 und 16a in der Vorrichtung.
2 zeigt ein Diagramm der Prozessparameter der Vorrichtung zum Behandeln von Tabak mit einer ausgeschalteten Steuereinrichtung. Die Längsachse des Diagramms stellt die Zeitachse t und die vertikale Achse die Mengen m dar. Der Graph f1 zeigt den Massenstrom an zugeführtem Prozessgas. Der Graph f2 zeigt die von dem Tabak an das Prozessgas abgegebene Menge an Prozessgas. Der Graph f3 zeigt den Istwert des Verhältnisses von abgeführter Menge an Prozessgas zu der Gesamtmenge an Prozessgas, die sich in der Vorrichtung befindet. Der Graph f4 stellt den Sollwert des Verhältnisses von abgegebener Prozessgasmenge zu der in der Vorrichtung befindlichen Menge an Prozessgas dar. Der Graph f5 zeigt den Istwert des Massenstroms an Prozessgas, welches aus der Vorrichtung abgeführt wird. Man erkennt, dass die Menge an zugeführtem Prozessgas bei einer ausgeschalteten Steuereinrichtung konstant ist. Der Graph f1 ändert sich während dieser Messung nicht. Dies stellt einen Betrieb der Vorrichtung dar, bei dem angenommen wird, dass sich die Menge an Prozessgas, die von dem Tabak an die Vorrichtung abgegeben wird, nicht ändert. Der Graph f2 ist stufenförmig ausgebildet. Diese stufenförmige Ausbildung des Graphen f2 wurde zu Simulationszwecken und zur Veranschaulichung mit einer Ersatzlast simuliert, die eine einstellbare Menge an Prozessgas an die Vorrichtung abgibt. Man erkennt, dass der Istwert des Verhältnisses von abgegebener Prozessgasmenge zu der Gesamtmenge an Prozessgas in der Vorrichtung (Graph f3) stetig steigt, und bei weiter fortgeschrittener Zeit die Differenz zwischen Istwert f3 und Sollwert f4 größer wird.
Dabei gibt es einen direkten Zusammenhang zwischen dem Anstieg der Menge an aus der Vorrichtung abgeführtem Prozessgas (Graph f5) und der Menge an Prozessgas, die von dem Tabak bzw. der Ersatzlast abgegeben wurde (Graph f2). Ferner ist in der 2 ersichtlich, dass der Massenstrom an abgeführtem Prozessgas (Graph f5) stetig steigt und nicht auf einem konstanten Niveau verbleibt. Durch den nicht konstanten Wert der abgeführten Menge an Prozessgas aus der Vorrichtung können in solch einer Vorrichtung auch keine konstanten Prozessbedingungen garantiert werden.
Die 3 illustriert ein Diagramm von Prozessparametern der Vorrichtung zum Behandeln von Tabak mit einer eingeschalteten Steuereinrichtung. Die Graphen sind dabei analog zu der 2 bezeichnet und stellen dieselben Prozessparameter dar. Man erkennt an dem Graphen f2, dass ebenfalls die Menge an von dem Tabak abgegebenem Prozessgas stufenweise gesteigert wird. Dies erfolgt ebenfalls mit einer Ersatzlast. Der Anstieg der Prozessgasmenge in der Vorrichtung wird durch die in der Vorrichtung angeordneten Sensoren gemessen. Über das Massenbalance Model wird dann sofort die notwendige gesenkte Menge an zugeführtem Prozessgas beispielsweise mittels der Steuereinrichtung berechnet und mittels der Zuführeinrichtung der Vorrichtung zugeführt, um die erhöhte Prozessgasmenge in der Vorrichtung zu kompensieren. Dies ist in dem Graphen f1 dargestellt. Dies erfolgt beispielsweise durch eine Veränderung der Stellung der Klappe eines Klappenventils, welches in der Zuführeinrichtung angeordnet ist.
Man erkennt in der 3, dass der Istwert des Verhältnisses von abgeführter Prozessgasmenge zu der in der Vorrichtung befindlichen Menge an Prozessgas über den gesamten Messbereich einen konstanten Wert aufweist. Die Abweichung des Istwertes vom Sollwert ist nur geringfügig. Ferner ist am Graphen f5 ersichtlich, dass der Massenstrom an abgeführtem Prozessgas sich ebenfalls in einem konstanten Bereich über den gesamten Messbereich bewegt und nur geringfügige Abweichungen aufweist.
Die 4 stellt ein Diagramm von Prozessparametern mit einer eingeschalteten Steuereinrichtung dar, in dem zusätzlich die Mengeneinheiten m und die Zeitachse t mit zugehörigen Werten dargestellt sind. Die Mengenskalen sind auf der linken Seite dargestellt. Die Skala s6 stellt dabei den Sauerstoffgehalt des Prozessgases dar und weist einen Bereich von 0 bis 21 Prozent Sauerstoff auf. Die Skala s3 stellt den Istwert und die Skala s4 den Sollwert des Verhältnis von abgeführter Prozessgasmenge zu in der Vorrichtung befindlichen Prozessgasmenge in Prozent dar und weisen Werte zwischen 0 und 15 Prozent auf. Die Skala s1 stellt den Massenstrom an zugeführten Prozessgas in Kilogramm pro Stunde dar und weist einen Wertebereich von 0 bis 2300 Kilogramm pro Stunde auf. Die Skala s5 stellt den Massenstrom an Prozessgas aus der Vorrichtung dar, der von dem Durchflusssensor in der Abführeinrichtung gemessen wird. Die Skala s5 besitzt ebenfalls die Einheit Kilogramm pro Stunde und weist einen Werteberreich von 0 bis 1000 Kilogramm pro Stunde auf. Ferner ist die Zweitachse z in dem Diagramm dargestellt. Dabei sind die Zeiten in Stunden und Minuten dargestellt. Dieses Diagramm stellt die Prozessbedingungen in der Vorrichtung dar, bei der angenommen wird, dass 350 kg Wasser pro Stunde von dem Tabak in das Prozessgas abgegeben wird. Ferner wird der Sollwert des Verhältnisses an abgeführter Prozessgasmenge zu der in der Vorrichtung befindlichen Prozessgasmenge in fünf zwei Prozentschritten von zwei auf zehn Prozent gesteigert. Dieser Sollwert ist von dem Graphen f4 dargestellt. Man erkennt, dass das Verhältnis an abgeführter Prozessgasmenge zu der in der Vorrichtung befindlichen Prozessgasmenge auf allen Niveaus sehr gut geregelt werden kann (Graph f3). Ferner ist die Ausregelungszeit sehr schnell und geschieht innerhalb weniger Sekunden. Des Weiteren ist ersichtlich, dass der Sauerstoffgehalt (Graph f6) des Prozessgases ebenfalls in allen Einstellungen der Vorrichtung konstant gehalten werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiel vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Beispielsweise können sämtliche Steuereinrichtungen, wie z. B. die Sauerstoffsteuereinrichtung, die Abführeinrichtungs-Steuereinrichtung oder die Zuführeinrichtungs-Steuereinrichtung, in einer zentralen Steuereinrichtung zusammengefasst werden. Diese zentrale Steuereinrichtung überwacht alle Prozessparameter über die Sensoren in der Vorrichtung und ist mit allen Aktoren in der Vorrichtung gekoppelt. Für verschiedene Tabaksorten gibt es dabei verschiedene Steuerungsprogramme, die je nach Tabaksorte die optimale Temperatur des Prozessgases, sowie den Druck und die Durchflussgeschwindigkeit des Prozessgases optimal anpasst. Ferner kann die Vorrichtung mit anderen Vorrichtungen zum Behandeln von Tabak gekoppelt sein, die beispielsweise den Tabak schneiden, vorwärmen, anfeuchten, expandieren, sieben, flavourisieren oder kühlen.
Da das System der Vorrichtung zum Behandeln von Tabak eine hohe Trägheit besitzt, und sich dadurch Veränderungen der Prozessparametern erst nach einer gewissen Zeitspanne in der gesamten Vorrichtung bemerkbar machen, kann die Steuereinrichtung des Weiteren mit einer sogenannten Feed-Forward-Steuerung ausgestattet sein. Diese Feed-Forward-Steuerung zeichnet sich dadurch aus, dass die Prozessparameter ohne eine Rückführung von Messdaten, beispielsweise der Durchflussmenge durch die Vorrichtung, von der Steuerungseinrichtung gesteuert werden. Beispielsweise stellt sich bei einer Veränderung des Verhältnisses von abgeführter Prozessgasmenge zu der in der Vorrichtung befindlichen Prozessgasmenge erst nach einer bestimmten Zeit ein konstanter Wert an der Gesamtmenge an Prozessgas in der Vorrichtung ein. Bei einer herkömmlichen Reglung, beispielsweise durch einen PID-Regler, reagiert die Steuereinrichtung erst auf eine Abweichung des Istwerts vom Sollwert. Dies ist in der Vorrichtung zum Behandeln von Tabak unerwünscht, da die Prozessparameter, wie z. B. die Temperatur, der Sauerstoffgehalt des Prozessgases oder die Durchflussmenge an Prozessgas, stets auf einem konstanten Wert gehalten werden sollten um gleichbleibende Prozessbedingungen zu gewährleisten. Bei einer Feed-Forward-Steuerung wird beispielsweise die Menge an Prozessgas, die bei einer Erhöhung des Massenstroms an abgeführten Prozessgas zusätzlich verloren geht, dadurch kompensiert, dass die Menge an Prozessgas, die zusätzlich aus der Vorrichtung abgeführt wird, schon vorher durch experimentelle Versuche bekannt ist und daraufhin der Vorrichtung durch die Zuführeinrichtung zugeführt werden kann. Dadurch kommt es zu nur sehr geringen Abweichung der Prozessparameter von den erforderlichen Sollwerten.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Behandeln von Tabak
2: Zusammenführeinrichtung
2a: unteres Ende der Zusammenführeinrichtung
2b: oberes Ende der Zusammenführeinrichtung
3: Abführeinrichtung
3a: Abführeinrichtungs-Steuereinrichtung
3b: Abführeinrichtungs-Rohrabschnitt
3c: Ventil der Abführeinrichtung
4: Zuführeinrichtung
4a: Zuführeinrichtungs-Steuereinrichtung
4b: Zuführeinrichtungs-Rohrabschnitt
4c: Ventil der Zuführeinrichtung
4d: Prozessgasbehälter
5: Steuereinrichtung
6: Kreislauf
7: Heizelement
8: Strömungserzeugungseinrichtung
9: Separiereinrichtung
9a: Boden der Separiereinrichtung
10: Tabakabführeinrichtung
11: Feuchtigkeitssensor
12: Tabakzuführeinrichtung
13: Sauerstoffsensor
13a: Sauerstoffsteuereinrichtung
14: Lufteinlasseinrichtung
14a: Ventil der Lufteinlasseinrichtung
14b: Verbindungsglied
15: Drucksensor
16: Durchflusssensor
16a: Durchflusssensor der Abführeinrichtung
17: Temperatursensor
18: Förderband
19: Recheneinheit
20: Rohrabschnitt
21: Rohrabschnitt
22: Rohrabschnitt
23: Rohrabschnitt
f1: Massenstrom an zugeführtem Prozessgas
f2: Menge an Prozessgas, die von dem Tabak abgegeben wird
f3: Istwert des Verhältnisses von abgeführter Prozessgasmenge zu der Gesamtmenge an Prozessgas in der Vorrichtung
f4: Sollwert des Verhältnisses von abgeführter Prozessgasmenge zu der Gesamtmenge an Prozessgas in der Vorrichtung
f5: Massenstrom an abgeführtem Prozessgas
f6: Istwert des Sauerstoffgehaltes in der Vorrichtung
f7: Massenstrom an zugeführtem Prozessgas (geringer Strom)
s1: Skala des Massenstroms an zugeführtem Prozessgas
s3: Skala des Verhältnisses von abgeführter Prozessgasmenge zu der Gesamtmenge an Prozessgas in der Vorrichtung
s4: Skala des Verhältnisses von abgeführter Prozessgasmenge zu der Gesamtmenge an Prozessgas in der Vorrichtung
s5: Skala des Massenstroms an abgeführtem Prozessgas
s6: Skala des Sauerstoffgehaltes in der Vorrichtung
s7: Skala des Massenstroms an zugeführtem Prozessgas (geringer Strom)
t: Zeitachse
m: Mengen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1188384 A2 [0006]

Claims

Vorrichtung (1) zum Behandeln von Tabak, mit: einer Zusammenführeinrichtung (2) zum Zusammenführen des zu behandelnden Tabaks und eines Prozessgases, welche mit einer Abführeinrichtung (3) zum Abführen einer ersten Menge an Prozessgas und einer Zuführeinrichtung (4) zum Zuführen einer zweiten Menge an Prozessgas gekoppelt ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens eine Steuereinrichtung (5) zum derart Steuern der ersten Menge an abgeführtem und der zweiten Menge an zugeführtem Prozessgas aufweist, dass die insgesamt aus der Vorrichtung (1) abgeführte Menge an Prozessgas gleich der insgesamt der Vorrichtung (1) zugeführten Menge an Prozessgas ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas überhitzen Wasserdampf und/oder Umgebungsluft aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Tabakzuführeinrichtung (12) zum Zuführen des Tabaks in die Zusammenführeinrichtung (2), eine Separiereinrichtung (9) zum Separieren des Tabaks von dem Prozessgas und eine Tabakabführeinrichtung (10) zum Abführen des Tabaks aus der Separiereinrichtung (9) aufweist.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas durch einen mit der Zusammenführeinrichtung (2) gekoppelten Kreislauf (6) zirkuliert.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführeinrichtung (3) zum Abführen der ersten Menge an Prozessgas aus der Zusammenführeinrichtung (2) und die Zuführeinrichtung (4) zum Zuführen der zweiten Menge an Prozessgas mit dem Kreislauf (6) gekoppelt sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kreislauf (6) ein Heizelement (7) zum Erhitzen des Prozessgases und eine Strömungserzeugungseinrichtung (8) zum Erzeugen einer Strömung des Prozessgases in dem Kreislauf (6) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kreislauf (6) die Abführeinrichtung (3) in Strömungsrichtung des Prozessgases nach der Strömungserzeugungseinrichtung (8) und die Zuführeinrichtung (4) in Strömungsrichtung des Prozessgases nach der Abführeinrichtung (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Lufteinlasseinrichtung (14) zum Zuführen von Umgebungsluft in die Vorrichtung (1) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 mit einem Rückbezug auf die Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteinlasseinrichtung (14) zum Zuführen von Umgebungsluft in den Kreislauf (6) in Strömungsrichtung des Prozessgases vor der Strömungserzeugungseinrichtung (8) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens einen Sauerstoffsensor (13) zum Messen des Sauerstoffsgehaltes des Prozessgases aufweist.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens einen Drucksensor (15) zum Messen des Drucks des Prozessgases aufweist.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kreislauf (6) und insbesondere in der Abführeinrichtung (3) mindestens ein Durchflusssensor (16) zum Bestimmen der Durchflussmenge des Prozessgases angeordnet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens einen Feuchtigkeitssensor (11) zum Bestimmen des Feuchtigkeitsgehaltes des der Vorrichtung (1) zugeführten Tabaks und/oder abgeführten Tabaks aufweist.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens einen Temperatursensor (17) zum Bestimmen der Temperatur des Prozessgases aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) mit dem Drucksensor (15), dem Durchflusssensor (16), dem Sauerstoffsensor (13), dem Feuchtigkeitssensor (11), dem Temperatursensor (17), der Tabakzuführeinrichtung (12), dem Heizelement (7), der Lufteinlasseinrichtung (14), der Strömungserzeugungseinrichtung (8), der Zuführeinrichtung (4) zum Zuführen von Prozessgas und/oder der Abführeinrichtung (3) zum Abführen des Prozessgases gekoppelt ist und den Druck des Prozessgases, die mittels der Tabakzuführeinrichtung (12) in die Vorrichtung zugeführte Menge an Tabak, den Massenstrom an Prozessgas durch den Kreislauf (6), den Sauerstoffgehalt des Prozessgases, die Geschwindigkeit des Prozessgasstroms durch die Zusammenführeinrichtung (2), die Temperatur des Prozessgases, den Massenstrom an Prozessgas durch die Abführeinrichtung (3) und/oder die Feuchtigkeit des der Vorrichtung (1) zugeführten und abgeführten Tabaks steuert und/oder regelt.
Verfahren zum Behandeln von Tabak, mit folgenden Verfahrensschritten: Zusammenführen des zu behandelnden Tabaks und eines Prozessgases in einer Zusammenführeinrichtung (2); Abführen einer ersten Menge an Prozessgas aus der Zusammenführeinrichtung (2) mittels einer Abführeinrichtung (3); Zuführen einer zweiten Menge an Prozessgas in die Zusammenführeinrichtung (2) mittels einer Zuführeinrichtung (4); und Steuern der ersten Menge an abgeführtem und der zweiten Menge an zugeführtem Prozessgas mittels mindestens einer Steuereinrichtung (5) derart, dass die insgesamt aus der Vorrichtung (1) abgeführte Menge an Prozessgas gleich der insgesamt der Vorrichtung (1) zugeführten Menge an Prozessgas ist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Zusammenführeinrichtung (2) von der Abführeinrichtung (3) abgeführte Prozessgasmenge zwischen 0% und 50% des in der Vorrichtung (1) befindlichen Prozessgases beträgt und stufenlos einstellbar ist.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgende Verfahrensschritte aufweist: Erzeugen einer Strömung des Prozessgases mittels einer Strömungserzeugungseinrichtung (8) in einem mit der Zusammenführeinrichtung (2) gekoppelten Kreislauf (6); Erhitzen des Prozessgases mittels eines Heizelements (7); Zuführen des Tabaks in die Zusammenführeinrichtung (2) mittels einer Tabakzuführeinrichtung (10); Trocknen des Tabaks mittels des Prozessgases; Separieren des Tabaks von dem Prozessgas mittels einer Separiereinrichtung (9); Abführen des Tabaks aus der Separiereinrichtung (9); und Zuführen von Umgebungsluft in den Kreislauf (6) mittels einer Lufteinlasseinrichtung (14).
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgende Verfahrenschritte aufweist: Messen des Massenstroms des Prozessgases durch den Kreislauf (6) mittels eines Durchflusssensors (16); Erhöhen des Massenstroms an Prozessgas mittels der Strömungserzeugungseinrichtung (8) für den Fall, dass der Massenstrom des Prozessgases durch den Kreislauf (6) zu gering ist; oder Verringern des Messenstroms an Prozessgas mittels der Strömungserzeugungseinrichtung (8) für den Fall, dass der Massenstrom des Prozessgases durch den Kreislauf (6) zu groß ist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgende Verfahrenschritte aufweist: Messen des Massenstroms durch die Abführeinrichtung (3) mittels eines Durchflusssensors (16); Erhöhen der mittels der Zuführeinrichtung (4) der Vorrichtungen zugeführten zweiten Menge an Prozessgas für den Fall, dass die Menge an abgeführtem Prozessgas aus der Vorrichtung (1) zu gering ist; oder Verringern der mittels der Zuführeinrichtung (4) der Vorrichtung (1) zugeführten zweiten Menge an Prozessgas für den Fall, dass die Menge an abgeführtem Prozessgas aus der Vorrichtung (1) zu hoch ist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgende Verfahrensschritte aufweist: Messen des Sauerstoffgehaltes des Prozessgases in der Vorrichtung (1) mittels zumindest eines Sauerstoffsensors (13); Zuführen von Umgebungsluft mittels einer Lufteinlasseinrichtung (14) für den Fall, dass der Sauerstoffgehalt des Prozessgases zu niedrig ist; oder Zuführen von Prozessgas in die Vorrichtung (1) mittels der Zuführeinrichtung (4) und/oder Verringern der mittels der Lufteinlasseinrichtung zugeführten Menge an Umgebungsluft für den Fall, dass der Sauerstoffgehalt des Prozessgases zu hoch ist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgende Verfahrensschritte aufweist: Messen des Drucks des Prozessgases in der Vorrichtung (1) mittels mindestens eines Drucksensors (15); Erhöhen der mittels der Abführeinrichtung (3) aus der Vorrichtung abgeführten ersten Menge an Prozessgas für den Fall, dass der Druck in der Vorrichtung (1) zu hoch ist; oder Verringern der mittels der Abführeinrichtung (3) aus der Vorrichtung abgeführten ersten Menge an Prozessgas für den Fall, dass der Druck in der Vorrichtung (1) zu niedrig ist.
Verfahren nach wenigstens einen der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgende Verfahrensschritte aufweist: Messen der Temperatur des Prozessgases in der Vorrichtung (1); Erhöhen der Heizleistung des Heizelementes (7) für den Fall, dass die Temperatur des Prozessgases in der Vorrichtung (1) zu niedrig ist; oder Verringern der Heizleistung des Heizelementes (7) für den Fall, dass die Temperatur des Prozessgases in der Vorrichtung (1) zu hoch ist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgende Verfahrensschritte aufweist: Berechnen der zweiten Menge an Prozessgas, welche von der Zuführeinrichtung (4) der Zusammenführeinrichtung (2) zugeführt wird in Abhängigkeit: des Verlusts der Menge an Prozessgas durch die Tabakzuführeinrichtung (12) und die Tabakabführeinrichtung (10), der vorherbestimmten ersten Menge an mittels der Abführeinrichtung (3) aus dem Kreislauf (6) abgeführtem Prozessgases, der Menge an Prozessgas, welche von dem Tabak verdampft und dem Kreislauf (6) zugeführt wird, und der durch die Lufteinlassvorrichtung (14) zugeführten Menge an Umgebungsluft.