DE2057147A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kon tinuierlichen Herstellung von Tabak - Google Patents

Description

2057 Ί

Pat ε ν ta nwä lt η D ϊρ l. -1 n g. F. We i c κ μ α ν ν,

Dipl.-Ing. H.'sVeickmann, Dipl.-Piiys. Du. K.Fincke

DiPL.-InG. F. A.We-ICKMANN, DlPL.-CllEM. B. HUBER

8 MÜNCHEN 27, DEN

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48,3921/22

SJ 5542

FMG Corporation, 1105 Coleman Avenue, San Jose, CaI./USA

Vorfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung

von iabak

Seit kurzem besteht steigendes Interesse an der Herstellung von expandiertem Tabak für Zigaretten, Einer der Gründe hierfür liegt darin» daß man zunehmend glaubt, einige der Zigaretten-Bestandteile (wie Teer und Nicotin) könnten für die Raucher schädlich sein. Man hat erkannt, daß expandierter Tabak infolge der Expansionsbehandlung in einer Zigarette vorgegebener Große eine entsprechend verminderte Menge an schädlichen Bestandteilen enthält. Mit anderen v/orten, eine Zigarette mit expandiertem Tabak enthält gewichtsmäßig weniger Tabak und daher auch weniger schädliche Bestandteile als eine Zigarette derselben Große, die mit normalem Tabak gefüllt ist« Ein weiterer Vorteil für die Hersteller von Zigaretten mit expandiertem Tabak besteht in der Verminderung der Tabakmenge, die für die Füllung einer vorgegebenen Menge Zigaretten nötig ist.

Es wurde vorgeschlagen, durch Gefriertrocknung den für Zigaretten gewünschten expandierten Tabak herzustellen. Jedoch benötigt Sie Tabak-Industrie elfteii rieaigen, kontinuierlichen Vorrat an Tahaic* welcher duireh die Üblichen Gefrier* trocken-iiJparäitärto nicht geliefert werden &ann, sofim man nicht e&örmfi kspitäl-tny-estitiönett fiii die .erforderlichen

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Bei der üblichen Gefriertrocknung wird ein gefrorenes Material in eine Vakuumkammer-gebracht, v/o man Wärme darauf einwirken läßt, so daß die Feuchtigkeit aus dem Material vom festen Zustand in den gasförmigem übergeht, ohne dazwischen den flüssigen Zustand zu durchlaufen. Wegen des erforderlichen hohen Vakuums erfolgt die Gefriertrocknung normalerweise ih chargenweisen Verfahren mit beschränkten Mangen. Die kontinuierliche Zuführung von gefrorenem Tabak in eine Vakuumkammer sowie die kontinuierliche Entnahme des Tabaks daraus wäre extrem teuer, wenn man das für die übliche Gefriertrocknung genügend hohe Vakuum in der Kammer aufrechterhalten will.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren und eine Vorrichtung für die Herstellung von Fasermaterial wie Zigarettentabak. Das-erfindungogemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man gefrorenen Tabak kontinuierlich in eine Trockenkammer einbringt, durch welche kühle Luft bei etwa Atmosphärendruck zirkuliert. Die bewegte Luft reißt den Wasserdampf auf dem Tabak weg und vermindert so den Dampfdruck des Wassers auf der Tabakoberfläche. Bei der Gefriertrocknung ist die sofortige Entfernung des Wasserdampfes auf der Oberfläche des Materials erforderlich, um den Übergang der gefrorenen Feuchtigkeit direkt in die Gasphase au gewährleisten; das bei der üblichen Gefriertrocknung verwendete hohe Vakuum erleichtert diesen Übergang.

Gefrorene Tabakschnitzel _t die einen hohen Gefrierpunkt, und eine relativ groß© Oberfläche pro Masaeneinheit haben* sind für dies© Art der Trocknung besonders gut geeignet.

ßeffiäß vörliegöhdör Irfiridung wird gefrorener Tabak kontinuierlich bewegt Urtier Erhalt des g@frorene.ti Zustände, 2.B. durch ©ine SöfriirlcÄmör'i iin<4 dais©! g'a frier getrocknet, &,B. in eiiier f^bckenleäjWSi» durcit die kiilie Irtift bei itiöösßlläireödiiAck iirtttiiii*!« ill «lter teYbiiügüiÄ kiäführaügslörl' USi Sriiiidühg fit·! ilr %Mik mä irunaän UM illiferÄp'iifhii ötifc i

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gefriergetrocknet-" und dann von der Gefriertrockenkarnmer in eine andere Kammer überführt, wo er mit Luft höherer Temperatur weiter getrocknet wird. Danach wird der getrocknete Tabak, der nun gegenüber dem ursprünglichen Zustand stark expandiert ist, wieder angefeuchtet, damit man ihn leichter handhaben kann.

Im ursprünglichen Zustand ist der Tabak typisch trocken (Feuchtigkeitsgehalt etwa 10 bis 13$) und liegt in Form von geschrumpften Schnitzeln vor. Für die Expansionsbehandlung wird der Tabak zuerst angefeuchtet, indem man ihn entweder mit Wasser besprüht oder in Wasser eintauchen läßt. In letzterem Fall läßt man eine Drahtgitter-Förderanlage durch die Wasseroberfläche laufen, so da'ß der mit Wasser getränkte Tabak hochgehoben wird und abtropfen kann^ Wenn der expandierte Tabak dann, wie oben beschrieben, gefriergetrocknet wird, so bleibt er auch nach dem Trocknen in der expandierten Form.

Die Zufuhr des Tabaks erfolgt vorzugsweise durch ein Fließband, welches von der Vorratsrolle über die Befeuchtungsstufe in eine Folge von getrennten Kammern führt, wobei in jeder dieser Kammern eine getrennte Behandlung des Tabaks durchgeführt wird, so daß der fertig behandelte Tabak kontinuierlich von der letzten Kammer geliefert wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Gefriertrocknung von Fasermaterialechnitzeln, das zu expandiertem Material führt. Hierbei wird die kontinuierliche Gefriertrocknung, z.B. von labak, bei AtmOBphärendruck durchgeführt, wobei man den Tabak kontinuierlich einweicht und dann in den Gefriertrockner überführt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1A und 1B ein« Seitenansichten (la Querschnitt)

der erfindungsgeinäßen Vorrichtung zur Herstellung von Zigaret-

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tentabakj es wird schematisch eine Form des Apparats für die Lieferung, von Luft der gewünschten Temperatur und relativen Feuchtigkeit in eine der Kammern gezeigt.

Fig. 2 ist ein Teilgrundriß des Apparate von Fig. 1.

Fig.'3 zeigt eine Seitenansicht (im Querschnitt) eines anderen Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführung^ form;

In den Fig. 1A und 1B ist ein Apparat zur kontinuierlichen Herstellung von expandiertem Zigarettentabak gezeigt. Eine Fördervorrichtung 8. ist auf einem entsprechenden Gestell 9 montiert und hat ein Förderband aus endlosem Maschendraht 10 mit horizontalem Oberlauf 11. Tabak Tl, der geschnitzelt (z.B„ 50 Schnitte pro 2,54 cm) und trocken ist (z.B. 10 bis 13$ Feuchtigkeit), wird kontinuierlich von dem Vorratsförderband 12 auf dem hinteren Ende des Förderbandes 10 abgeladen. Mehrere Sprinklerrohre 13 befinden sich über dem Oberlauf 11 des Förderbandes und sprühen kontinuierlich Wasser auf das Band 10, auf den Tabak Tl, der auf das Band fällt, sowie auf den bereits darauf befindlichen Tabak. Beim Befeuchten dehnt sich der Tabak typisch um das 2,6-fache aus und enthält dann 70 bis 80$ Feuchtigkeit. Der feuchte, expandierte Tabak ist als T2 bezeichnet.

Die Förderanlage 8 erstreckt sich durch die Eingangs- und Ausgangsöffnungen 14a bzw. 14b einer geschlossenen, isolierten Gefrierkammer 14, durch welche kalte Luft von ca. ~18°0 zirkuliert, wobei der feuchte Tabak gefriert, welcher auf dem Band 10 kontinuierlich durch die Kammer 14 bewegt wird. Der gefrorene Tabak ist als T3 bezeichnet.

Aug der Kammer 14 führt die Förderanlage 8 durch uie und Au3£rangsöffnungen 15a bzw. 15^ einer inoliortcn Trocken.--;-

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kammer 15. Die geschlossene Kammer 15 hat eine Lufteinlaßöffnung 1.6, welche in Verbindung mit der Einlaßleitung 17 steht, und eine Auslaßöffnung 18, in Verbindung mit der Auslaßleitung 19. Wie in Pig, 1A schematisch aufgezeigt ist, wird Luft von der Kammer 15 und durch die Leitung 19 mittels des mit der Leitung 19 verbundenen Gebläses 20 gezogen. Das Gebläse 20 entläßt die Luft durch eine Kühlkammer 21, wo sie mittels der Kühlvorrichtung 22 auf typisch .-30⁰O abgekühlt wird. Die Feuchtigkeit kondensiert in der Kühlkammer aus der Luft, und wenn die Luft, die durch den Erhitzer 23 zum .Einlaßrohr 17 geführt wird, dann auf etwa 0⁰C erwärmt wird, ist sie sehr trocken; die trockene Luft aus dem Erhitzer 23 wird dann durch die Einlaßleitung 17 zur Zirkulation in die Kammer 15 geführt. Die Endtemperatur der in die Kammer 15 eingeleiteten Luft kann durch den Regulierknopf 24 an der elektrischen Stromquelle (25) > welche die elektrische Energie für die Heizelemente 26 liefert, eingestellt werden. Eine weitere Methode zur Lieferung von trockener Luft besteht darin, daß man die Luft durch ein Trockenmittelbett leitet, wie Silicagel oder die im Handel als Molekularsiebe bekannten Substanzen. Auf diese ^eise wird trockene (relative Feuchtigkeit weniger als 10$) und kalte Luft (ca. O⁰O) kontinuierlich durch die Kammer 15 geleitet. Obwohl Luft dieser Temperatur und relativen Feuchtigkeit vorzugsweise angewandt wird, ist es nur nötig, daß die Luft eine solche !Temperatur und Feuchtigkeit hat, daß ihr Taupunkt unter dem Gefrierpunkt des mit Wasser getränkten Tabaks liegt.

Die trockene, kalte Luft, welche durch die Kammer 15 zirkuliert, durchdringt den gefrorenen ^abak T3 und reißt die Wassermoleküle von der Oberfläche der Tabakschnitzel weg, die eine relativ große Oberfläche haben. Die Geschwindigkeit, mit ,der der Viasserdampf von dem gefrorenen Tabak T3 abgegeben wird, hängt primär vom Wasserdampfdruck auf der Oberfläche des Tabaks ab, weniger vom Gesamtgasdruck. Während beim üblichen Gefriertrocknen Vakuum benutzt wird, um den Wasserdampf-

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druck an der Oberfläche des zu trocknenden Material zu vermindern,, bewirkt beim erfindungsgemäßen Verfahren die zirkulierende trockene kalte Luft eine Verminderung des Wasserdampfdrucks auf der Oberfläche des Materials, wie z.B. faserigen Tabakschnitzeln. Wie beim üblichen Gefriertrocknen geht dabei der Wasserdampf in den Tabakschnitzeln direkt in die Gasphase über, ohne den flüssigen Zustand zu berühren. Durch diese Sublimation des Dampfes im !Tabak wird er völlig trocken, ohne daß er aus dem expandierten Zustand eine Schrumpfung erfährt; der Tabak muß nur ausreichend lang der kalten, trockenen Luft in der Trockenkammer 15 ausgesetzt sein bzw. darin bewegt werden. Der Einfachheit halber wird diese Kammer im folgenden als die erste Trockenkammer bezeichnet. Wenn man den Tabak nur kürzere Zeit durch die Kammer 15 zirkulieren läßt, so wird er nur teilweise getrocknet. Der teilweise getrocknete Tabak ist als T4 bezeichnet.

Um bei dem Trockenzyklus Zeit zu sparen, kann eine zweite isolierte Trockenkammer 30 angebracht werden, und zwar direkt nach der ersten Trockenkammer 15 (das Wort "nach" bezieht sich auf die Richtung des Tabaktransports auf der Förderanlage 8). Die Förderanlage 8 erstreckt sich durch die Einlaß- und Auslaßöffnungen 30a bzw. 30b in der Kammer 30 und trägt den Tabak zwecks Vervollständigung des Trocknens durch diese Kammer, Diese Vervollständigung wird schnell durch die Zirkulation von warmer (z»B. 38⁰C) und trockener (z.B. 10?$ relative Feuchtigkeit) Luft in der Kammer bewirkt. Obwohl Luft dieser Temperatur und Feuchtigkeit bevorzugt wird, muß sie nur eine solche Temperatur und Feuchtigkeit haben, daß ihr Taupunkt über dem Gefrierpunkt des teilweise getrockneten Tabaks liegt. Der komplett getrocknete Tabak ist als T5 bezeichnet. Während der restliche Dampf im Tabak in der Kammer 30 getrocknet wird, •passiert er die flüssige Phase, bevor er schließlich verdunstet. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, daß man mindestens 90$ der im Tabak enthaltenen Feuchtigkeit in der Kammer 15 ■ durch Gefriertrocknen entfernt, damit prakxisch kein Schrump-

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fen des Tabaks stattfindet, wenn der restliche Dampf in der Kammer 30 die flüssige Phase durchläuft. .

Nach der abschließenden Trocknung ist der Tabak völlig trocken und bröckelig, obwohl er in dem auf über das Zweifache ausgedehnten Zustand - gegenüber dem ursprünglichen Tabak T1 - · verbleibt. Zur Erleichterung der weiteren Handhabung wird der Tabak auf der Förderanlage 8 durch die Einlaß- und Auslaßöffnung 31a bzw. 31b· in die isolierte Befeuchtungskammer 31 gegeben. Man läßt warme, feuchte Luft (von z.B. 80$ relativer Feuchtigkeit und 27⁰C) durch die Kammer zirkulieren, so daß z.B. 10 bis 13$ Feuchtigkeit von dem trockenen Tabak aufgenommen wird. Der wieder befeuchtete Tabak ist als T6 bezeichnet.

Auf diese Weise wird der Tabak -durch die Maschendraht-Förderanlage sukzessiv und kontinuierlich durch die Befeuchtungsstufe, durch die isolierten Kammern 14, 15, 30 und 31 befördert, wobei in Jeder Kammer eine gesonderte Behandlung stattfindet. Schließlich wird der Tabak in der fertig behandelten Form kontinuierlich durch die öffnung 31b der letzten Kammer abgegeben.

Anstelle der Befeuchtung des Tabaks durch Besprühen kann man den Tabak T1 auch von dem Vorratsband 12 in den Tank 40 fallen lassen* Der Tank 40 ist mit Wasser gefüllt, welches den Tabak bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 70 bis 90$ durchtränkt. Das hintere Ende der Förderanlage 41 hat eine Trommel 42, die unter der Wasseroberfläche im Tank montiert ist. Ein endloses Maschendraht-Förderband 42, welches einen Oberlauf 43 und einen Unterlauf 44 hat, wird über die Trommel 42 geführt· Das Maschendraht-Förderband, welches ein kontinuierliches Sieb darstellt, hat kleine, dicht beieinanderliegende Öffnungen, durch die überschüssiges Wasser auflaufen kann. Zwei Trommeln 45 und 46 sind in einem gewissen Abstand vertikal über dem Tank an dessen hinterem Ende angeordnet. Der' Oberlauf 43 des Förderbandes läuft über die obere Trommel 45,

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während der Unterlauf 44 über die untere Trommel 46 läuft. Der Oberlauf 43 des Förderbandes geht dann durch eine Reihe von Kammern ähnlicher Konstruktion wie in Fig* 1A und 1B gezeigt.

Während eine kontinuierliche Menge des Tabaks T1 vom Ende ties Förderbandes 12 fällt, schwimmt dieser auf dem Wasser des Tanks und verteilt sich darauf, bis der befeuchtete Tabak in Berührung kommt mit dem Maschendraht-Förderband 43, welches durch die Oberfläche des Wassers auftaucht. Der nasse Tabak T2 wird davon aufgenommen und durch die Behandlungsstufen geführt, die oben im Zusammenhang mit den Fig. 1A und 1B beschrieben sind.

Obwohl im Vorstehenden die Methoden beschrieben wurden, die zur Durchführung der vorliegenden Erfindung als beste betrachtet werden, dürfte es klar sein, daß Änderungen und Varianten möglich sind, ohne vom eigentlichen Gegenstand der Erfindung abzuweichen.

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Claims (15)

2057H7 if Patentansprüche

1) Verfahren zur Behandlung von geschrumpftem, trockenen Fasermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß man das Material mit V/aaser durchtränkt, um die Fasern quellen zu lassen, die gequollenen, mit Wasser durchtränkten Fasern gefriert und die gefrorenen Fasern einer Gefriertrocknung in Luft bei etwa Atmosphärendruck unterwirft.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die gefrorenen lasern einer teilweisen Gefriertrocknung in Luft bei etwa Atmosphärendruck und verminderter Temperatur unterwirft und die teilweise gefriergetrockneten Fasern bei erhöhter Temperatur und etwa Atmosphärendruck weiter trocknet.

3) Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man anschließend "das trockene Fasermaterial mit Feuchtigkeit versetzt.

4) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man geschrumpfte Tabak-Schnitzel verwendet, die gequollenen Fasern kontinuierlich in eine Gefrierkammer überführt und sie von dort kontinuierlich in eine Trockenkammer bringt, wobei man Luft von Atmosphärendruck durch die Trockenkammer blasen läßt.

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5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die gefrorenen Paaern kontinuierlich in eine erste

• Trockenkammer bringt, durch die luft von Atmosphärendruck und verminderter Temperatur bläst, die gefrorenen Pasern teilweise gefriertrocknet, worauf man die teilweise gefriergetrockneten Partikel kontinuierlich aus der ersten Trockenkammer in eine zweite Trockenkammer überführt, durch άίρ wärmere luft geleitet wird und die Tabak-Partikel weiter getrocknet werden.

6) Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man anschließend die getrockneten Tabak-Partikel kontinuierlich in eine Befeuchtungskammer überführt, durch die feuchte Luft geleitet wird.

7) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine gleichmäßig schwimmende Schicht von Tabak-Schnitzeln auf einer Wassermenge verteilt, bis sie gequollen sind, ein Sieb durch die Wasseroberfläche hebt, um die Tabak-Schnitzel aus dem Wasser zu heben und das Wasser von ihnen abtropfen zu lassen, die befeuchteten Schnitzel auf dem Sieb gefrieren läßt und sie dann der Gefriertrocknung unterwirft.

8) Verfahren nach Anspruch 7« dadurch gekennzeichnet, daß man

die gefrorenen Schnitzel einer teilweisen Gefriertrocknung unterwirft, indem man einen luftstrom darüber <

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• Λ

,leitet, -der eine solche relative Feuchtigkeit und Temperatur hat,' daß sein Taupunkt unterhalb dem Gefrierpunkt des mit Wasser durchtränkten Tabaks liegt, worauf man die Trocknung des Tabaks mit Luft einer solchen Temperatur ' und relativen^Feuchtigkeit beendet, daß deren Taupunkt oberhalb dem Gefrierpunkt, des teilweise gefriergetrockneten Tabaks liegt. ·"

9) Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man anschließend den Tabak wieder befeuchtet, indem man einen warmen Strom feuchter. Luft darüber leitet. %

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10) Vorrichtung zur kontinuierlichen Befeuchtung von Tabak, gekennzeichnet durch einen Tank für eine gewisse Wassermenge in die kontinuierlich Tabak eingetaucht werden kann, eine Förderanläge, deren eines Ende unter die Oberfläche des Wassers taucht und die ein Band hat, welches von unterhalb der Wasseroberfläche durch diese diirch taucht und schwimmenden Tabak aus dem Tank ■ befördern kann.

11) Vorrichtung zur kontinuierlichen Befeuchtung von Tabak, gekennzeichnet durch einen Tank für eine gewisse Wassermen^e eine erste Förderanlage, die kontinuierlich Tabak in den g Tan^i taucht, eine zweite Förderanlage mit einem endlosen, 'offenen, flexiblen Band, \vobei eine drehbare Vorrichtung im Tank unterhalb der Wasseroberfläche montiert ist, die das Band auf nipnt, und ein Paar drehbare Vorrichtungen oberhalb des Tanks montiert sind, die den Oberlauf und den Unterlauf der Förderbandes aufnehmen.

12) Vorrichtung zur Gefriertrocknung von gefrorenem Tabak, gekennzeichnet durch eine Gefri§rtrockenkainmer, durch die eine Förderanlage läuft, welche kontinuierlich Tabak durchbefördert, und Einrichtungen, die kühle trockene Luft von etwa Atmosphärendruck durch die Kammer zirkulieren lassen, sodaß der durch die Kammer beförderte Tabak gefrief* trocknet.

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13) Vorrichtung zur Gefriertrocknung von gefrorenem Tabak, gekennzeichnet durch eine Gefriertrockenkammer, die eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung .für eine Förderanlage hat, welche-durch diese öffnungen und durch die

Gefriertrockenkammer läuft und hierbei kontinuierlich Tabak befördert, und Einrichtungen mit einer Luft-Einlaß-^Λ- und Aus laß-Öffnung, die kühle trockene Luft von etwa Atmosphärendruck durch die Kammer zirkulieren lassen, sodaß der Tabak auf der Förderanlage in der Kammer gefriertrocknet .

14) Vorrichtung zur Gefriertrocknung von Tabak, gekennzeichnet. durch 'eine Kombination aus einer Förderanlage für den Transport von feuchtem Tabak, einer Gefrinrkammer auf dem Weg des Förderbandes, welche der darauf befindlichen feucht·?: Tabak gefriert, einer Trockenkammer auf dem weiteren vVeg des Förderbarides, sowie Einrichtungen für die Zirkulation von kühler trockener Luft, welche durch die !Trockenkammer geleitet wird'und' den gefrorenen Tabak gefriertrocknen

15) Vorrichtung zur Gefriertrocknung von Tabak, gekennzeichnet

durch eine Kombination aus einer Förderanlage für der

Ch
Transport von feutem Tabak, einer Ge frier kammer auf dein

'■•Weg des Förderbandes, welche den feuchten Tabak gefriert, einer ersteh Trockenkammer auf dem weiteren 7/eg des Förderbandes, Einrichtungen für die Zirkulation von kühler trockener Luft, welche durch die Trockenkammer geleitet wird und den gefrorenen Tabak teilweise gefriertrocknet, und einer zweiten Trockenkammer auf rl em weiteren Weg des Förderbandes, sowie Einrichtungen fv.r die Zirkuo lation von warmer trockener Luft, welche durch die zweite

O₀ Trockenkammer geleitet wird und den Tabak weiter trocknet.

*-· 16) Vorrichtung gemäß Anspruch 1^>, gekennzeichnet durch eire

cn BefeuchtungskaüU'ier auf dem weiterei.· «^reg den För

»j '

J₀ nach der zweiten Trockenkammer, die den Tf.bak zur besserer Handhabung wieder befeuchtet.

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