DE2446899B2 - Verfahren und vorrichtung zum ausdehnen von tabak - Google Patents

Description

Das Blähen von Tabak ist seit langem bekannt. Durch das Blähen wird das Füllvermögen des Tabaks verbessert, das heißt, daß der Tabak bei gleicher Gewichtsmenge ein größeres Volumen einnimmt. Außerdem können solche Teile der Tabakblätter, die sonst nicht oder nur schlecht verwertbar sind, durch das Blähen verwertbar gemachi werden, beispielsweise die Tabakstengcl.

Zahlreiche Methoden zum Blähen von Tabak sind bekannt. Gemäß GB-PS 12 93 735 wird der Tabak zunächst mit heißem Wasser imprägniert und der so imprägnierte Tabak wird dann gefriergetrocknet. Die Gefriertrocknung ist eine apparatemäßig und energiemäßig sehr aufwendige Verfahrensweise, denn die feuchte Tabakmasse muß gefroren und dann vermindertem Druck ausgesetzt werden. Ein solches Verfahren benötigt auch beachtlich lange Zeiten, nämlich mehrere Stunden. Dies ist für eine großtechnische Verfahrensweise eine zu lange Zeit.

Aus US-PS 35 24 451 ist es bekannt, Tabak mit einer flüchtigen, organischen Flüssigkeit zu imprägnieren und den imprägnierten Tabak dann mit einem heißen Gas zum Verflüchtigen des organischen Lösungsmittels zu behandeln. Dabei dehnt sich der Tabak aus. Bei der Behandlung mit flüchtigen organischen Flüssigkeiten besteht aber die Gefahr, daß Reste der organischen Flüssigkeit im Tabak haften bleiben und den Geschmack oder den Brennvorgang beim Rauchen beeinflussen. Man muß deshalb hier entweder von sehr reinen organischen Flüssigkeiten ausgehen oder aufwendige Verfahren anwenden, um auch die letzten Reste der organischen Flüssigkeit zu entfernen.

Eine weitere Verfahrensweise zum Ausdehnen von Tabak wird in US-PS 37 71 533 beschrieben. Nach dem dort beschriebenen Verfahren wird der Tabak mit einer Feuchtigkeit von wenigstens 6% mit Ammoniak und Kohlendioxid imprägniert bis etwa 3 bis 6% Ammoniak und etwa 2 bis 8% Kohlendioxid sich im Tabak befinden. Dabei bildet sich in situ Ammoniumcarbonat, das dann thermisch ersetzt wird. Die dabei freiwerdenden Gase führen die Ausdehnung des Tabaks herbei. Zwar bietet dieses Verfahren den Vorteil, daß keine organischen Brennstoffe dem Tabak zugeführt werden, jedoch ist es auch nicht voll befriedigend, weil unter Umständen Ammoniumcarbonat im Tabak zurückbleibt. Außerdem

ist der Grad der Ausdehnung nicht immer ausreichend.

Die Behandlung von Tabak mit Kohlendioxid ist aus der DT-OS 2142 205 bekannt Hierbei wird Tabak mit flüssigem, sich im überkritischen Zustand befindlichen CÜ2 extrahiert Bei diesem Extraktionsverfahren wird Nikotin aus dem Tabak herausgelöst Eine Aosdehnvng des Tabaks findet bei diesem Verfahren nicht statt

Wesentlich fcei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Ausdehnen von Tabak ist es, daß eine erhebliche Volumenvergrößerung bewikt wird, beispielsweise von 50% und mehr. Ebenfalls sollen Imprägniermittel verwendet werden, die keine unerwünschten Rückstände hinterlassen. Das Verfahren soll verfahrenstechnisch und apparatetechnisch leicht durchführbar sein und beim Imprägnieren wie auch beim anschließenden Blähen sollen nur niedrige Kosten entstehen. Schließlich soll ein Blähverfahren sowohl für Tabakblätter als auch für Tabakstengel geeignet sein.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausdehnen von Tabak aufzuzeigen, welches die vorgenannten Vorteile aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren gemäß Gattungsbegriff so zu verbessern, daß es apparatemäßig und energiemäßig weniger aufwendig ist und in wesentlich kürzerer Zeit durchgeführt werden kann.

Die Erfindung w^;<-d im Patentanspruch 1 beschrieben.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Ausdehnen von Tabak arbeitet mit flüssigem Kohlendioxid als Ausdehnmittel. Der Tabak wird mit flüssigem Kohlendioxid zusammengebracht, um ihn gründlich mit dem flüssigen Kohlendioxid zu imprägnieren, vorzugsweise bei Bedingungen, die kein Gefrieren der Feuchtigkeit in dem Tabak erlauben. Der kohlendioxidimprägnierte Tabak wird auf einer Temperatur von nicht unter etwa -2⁰C und bei solchen Bedingungen in Form von Temperaturen und erhöhtem Druck gehalten, daß sich das gesamte oder im wesentlichen das gesamte mit dem Tabak in Kontakt stehende Kohlendioxid in flüssiger Form befindet. Nachdem die Imprägnierung beendet ist, wird jegliches überschüssige flüssige Kohlendioxid, das mit dem Tabak vorliegen kann, von dem Tabak entfernt. Durch Vermindern des erhöhten Drucks wird dann das flüssige Kohlendioxid in festes Kohlendioxid in dem Tabakgefüge übergeführt. Der anfallende, festes Kohlendioxid enthaltende Tabak wird dann Temperatur- und Druckbedingungen unterworfen (vorzugsweise rasch bei Atmosphärendruck erhitzt) die zur Verdampfung des festen Kohlendioxids und der sich als Folge einstellenden Ausdehnung des Tabaks führen, um ?inen Tabak von geringerer Dichte und erhöhtem Volumen zu erhalten.

Die Erfindung stellt ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des obigen Verfahrens zur Verfügung, die einen Druckbehälter aufweist, in dem die Imprägnierung des Tabaks bewirkt wird und der mit Einrichtungen zur Regelung oder Steuerung des Zutritts und Abziehens von Tabak und flüssigem Kohlendioxid zu bzw. von dem Behälter und Belüften desselben zwecks Überführung des flüssigen in festes Kohlendioxid und, wenn gewünscht, zur Herbeiführung einer Verdampfung des festen Kohlendioxids zwecks Bewirkung der Ausdehnung des Tabaks versehen ist.

Die Erfindung ist nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Die Erfindung ist allgemein auf ein Verfahren zur Ausdehnung oder Expandierung von Tabak unter Verwendung eines leicht verfügbaren, relativ wohlfeiipn nif hthrennbaren und nichttoxischen Ausdehnmittels und speziell auf die Herstellung eines ausgedehnten Tabakprodukts von wesentlich herabgesetzter Dichte gerichtet bei dem man Tabak unter Druck mit flüssigem Kohlendioxid imprägniert, das flüssige Kohlendioxid in situ in festes Kohlendioxid überführt — was sich durcfi rasches Enlasten des Drucks bewirken läßt — und danach Verdampfung des festen Kohlendioxids und Expandieren des Tabaks durch dasselbe herbeiführt was sich durch Einwirkenlassen von Wärme, Strahlungsenergie oder ähnlicher energieerzeugender Bedingungen, welche eine rasche Verdampfung des in dem Tabak befindlichen, festen Kohlendioxids verursachen, auf den imprägnierten Tabak bewirken läßt

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann man getrocknetes, ganzes Tabakblatt

Tabak in geschnittener oder gehackter Form, oder ausgewählte Teile des Tabaks, wie Tabakrippen oder auch rekonstituierten Tabak behandela Im allgemeinen wird der zu behandelnde Tabak einen Feuchtigkeitsgehalt von mindestens etwa 8% (auf das Gewicht bezogen) und unter etwa 50% haben.

Der Tabak wird im allgemeinen in einer Art und Weise in einen Druckbehälter eingebracht, die sein zweckentsprechendes Eintauchen in bzw. Zusammenbringen mit flüssigem Kohlendioxid gestattet. Man kann z. B. mit einen Drahtnetzbehälter oder einer Plattform arbeiten.

Vorzugsweise wird der tabakhaltige Druckbehälter

dann mit Kohlendioxidgas gespült, wobei der Spülvorgang im allgemeinen etwa 1 bis 4 Minuten erfordert.

Diese Spülstufe kann aber auch ohne Nachteil für das Endprodukt weggelassen werden. Die Vorteile der Spülung sind die Entfernung von Gasen, die bei einem Kohlendioxidwiedergewinnungsprozeß stören könnten, und die Ausspülung von Fremdgasen, die eine volle Durchdringung durch das flüssige Kohlendioxid stören könnten.

Das bei dem Verfahren gemäß der Erfindung

eingesetzte, flüssige Kohlendioxid wird im allgemeinen von einem Vorratsbehälter zugeführt, in dem es auf einem Druck von etwa 15 bis 23 atü und Temperaturen von -20 bis 0°C gehalten wird. Man kann das flüssige Kohlendioxid in den Druckbehälter bei 15 bis 23 atü und - 20 bis 0° C einführen, erhitzt es aber vorzugsweise vor der Einführung in den Druckbehälter vor, z. B. mit zweckentsprechenden, um die Zuführleitung herum angeordneten Heizschlangen, insbesondere auf eine Temperatur von etwa 0 bis 25"C und einen Druck von etwa 34 bis 64 atü. Ein Vorerhitzen wird bevorzugt, da sich im Bereich von 42 bis 63 atü der beste Arbeitsdruck ergibt und da das Vorerhitzen den Erhitzungszyklus im Druckbehälter minimiert. Zu der Zeit zu der das flüssige Kohlendioxid in den Druckbehälter eingeführt wird, liegt im Behälterinneren, ei^chließlich des zu behandelnden Tabaks, im allgemeinen eine Temperatur von 0 bis 25° C und ein Druck vor, der zumindest genügt, um das Kohlendioxid in einem flüssigen Zustand zu halten.

Das flüssige Kohlendioxid wird in den Behälter in einer Weise eingeführt, die ihm ein vollständiges Kontaktieren des Tabaks gestattet, und man setzt genügend flüssiges Kohlendioxid ein, um den Tabak vollständig zu sättigen. Dies bedeutet im allgemeinen einen Einsatz von etwa 1 bis 10 Gew.-teilen flüssigem Kohlendioxid je Teil Tabak. Überschüssiges, flüssiges Kohlendioxid ist nicht notwendig, kann aber angewandt werden. Die Temperatur des Tabaks während des Kontaktes mit flüssigem Kohlendioxid soll mindestens -2⁰C betragen und soll 31°C nicht überschreiten.

Während die Erfindung nicht auf irgendeine Theorie beschränkt ist, wird angenommen, daß bei der vorliegenden Erfindung sich solche Bedingungen des Kontaktes zwischen dem Tabak und flüssigem Kohlendioxid ergeben, daß die nichtgebundene Feuchtigkeit in dem Tabak nach dem Kontakt nicht zum Gefrieren gelangt, da dies die richtige Sättigung des Tabaks durch das Kohlendioxid verhindern würde, und daß die Temperatur des Tabaks in dem Behälter auf einem Niveau von -2⁰C oder darüber gehalten oder innerhalb 2 bis 4 Minuten nach der Einführung des Kohlendioxids in den zu dem Tabak auf jenes Niveau gebracht werden soll. Auf diese Weise wird angenommen, daß es erwünscht ist, Bedingungen vorliegen zu haben, durch die eine gleichzeitige Zurück- bzw. Erhaltung aller oder im wesentlichen aller nichtgebundener Feuchtigkeit vorliegt, die sich in flüssiger Form in dem Tabak befindet Es wird angenommen, daß die Aufrechterhaltung von Bedingungen derart, daß sich kein Eis bildet, während das flüssige Kohlendioxid mit dem Tabak in Kontakt steht, eine adäquate Penetration des Tabaks durch das flüssige Kohlendioxid sicherstellt. Die Temperatur des flüssigen Kohlendioxids soll während dieser Imprägnierstufe etwa 31°C nicht überschreiten gelassen werden, da sich das Kohlendioxid, um wirksam zu sein, in seinem Flüssigzustand befinden muß.

Der Druck während der Kontaktierstufe wird vorzugsweise auf etwa 42 bis 63 atü gehalten, indem man den Behälter erhitzt, wozu Heizschlangen oder dergleichen Anwendung finden können.

Der Tabak und das Kohlendioxid können bei diesen Bedingungen 0,5 bis 60 Min., vorzugsweise 0,5 bis 10 Minuten, im Kontakt gehalten werden.

Nachdem das flüssige Kohlendioxid den Tabak sättigen konnte, was im allgemeinen einer Gesamtzeit von etwa 0.5 bis 60 Minuten, vorzugsweise etwa 2 bis 4 Minuten entspricht wird jegliches überschüssige, flüssige Kohlendioxid das vorliegen könnte, aus dem Behälter ablaufen gelassen, wobei man vorzugsweise die Temperatur- und Druckbedingungen auf den gleichen Niveaus wie während der Kontaktierstufe hält. Dann wird der Druck in dem Behälter durch Ablassen der Gase entlastet, um den Behälterinhalt auf Atmosphärendruck zu bringen. Diese Belüftung soll 0.75 bis 50 Min. erfordern (in Abhängigkeit von der BehältergröBe). aber vorzugsweise nicht mehr als 3 Minuten dauera worauf die Tempratur im Behälter etwa - 85 bis -95° C beträgt und das flüssige Kohlendioxid in dem Tabak in festes Kohlendioxid übergefühn ist. Der Druck muß nicht auf Atmosphärendruck vermindert werden, sondern es genügt, ihn lediglich auf unter etwa 4,2 atü zu senkea aber naturgemäß ist dies vom wirtschaftlichen Blickwinkel aus nicht so bevorzugenswert

Nachdem das Kohlendioxid in dem Tabak in seine feste Form überführt ist wird der festes Kohlendioxid enthaltende Tabak Expandierbedingungen ausgesetzt indem man das behandelte Produkt Wärme oder deren Äquivalent unterwirft, um das feste Kohlendioxid zu verdampfen und aus dem Tabak zu entfernen. Man kann hierbei mit heißen Oberflächen oder einem Heißluft -strom oder einer Mischung von Gas und Wasserdampf arbeiten oder andere Energiequellen einwirken lassen, wie Mikrowellen-Strahlungsenergie oder Infrarotstrahlung. Ein zweckbequemes Mittet zum Ausdehnen des festen Kohlendioxid enthaltenden Tabaks besteht darin, diesen in einen Strom erhitzten Gases, wie überhitzten Wasserdampf, zu bringen oder von diesem aufnehmen zu lassen oder in einen turbulenten Luftstrom zu bringen, der z.B. auf etwa 150 bis 260°C (oder auch Temperaturen im Bereich von solch geringen Werten wie 100⁰C bis derart hohen wie 370⁰C) gehalten wird, wobei die Behandlungszeit etwa 0,2 bis 10 Sekunden betragen kann. Der imprägnierte Tabak kann auch erhitzt werden, indem man ihn auf ein laufendes Band aufgibt und Infrarot-Erhitzung aussetzt die Bedingungen in einem Zyklontrockner einwirken läßt, in einem Turm mit überhitztem Wasserdampf oder einer Mischung von Wasserdampf und Luft zusammenbringt oder dergleichen. Jegliche solchen Kontaktierstufen sollen die Temperatur der Atmosphäre, mit der der Tabak in Kontakt steht, nicht über etwa 370° C erhöhen und vorzugsweise bei etwa 100 bis 300° C erfolgen und in besonders bevorzugter Weise bei 150 bis 260° C, wenn bei Atmosphärendruck gearbeitet wird.

Eine Arbeitsweise zumHerbeiführen der Ausdehnung der Tabakzellen steht mit der Anwendung der in US-PS 34 09 022 oder 34 09 027 beschriebenen Strahlungsmethoden zur Verfügung. Eine andere Methode arbeitet mit einer Wärmepistole, wie einer Pistole der Bauart Dayton oder deren Äquivalent, die mit einer Luftaustrittstemperatur von 190 bis 344⁰C etwa 0,2 Sekunden bis 4 Minuten eingesetzt wird, wobei man naturgemäß bei den höheren Temperaturen mit den kürzeren Zeiten arbeitet. Der Tabak, der Abkühlung durch die rasche Entwicklung von Gasen unterliegt, erreicht bei dieser Behandlung keine Temperatur von über etwa 140^cC.

Ein Vorliegen von Wasserdampf während des Erhitzens unterstützt die Erzielung optimaler Ergebnisse.

Ein anderes — gewöhnlich bevorzugtes — System bildet der Einsatz eines Dispersionstrockners, z. B. eines Trockners, der mit allein Wasserdampf oder in Kombination mit Luft betrieben wird Die Temperatur im Trockner kann im Bereich von ewa 121 bis 371⁰C bei Kontaktzeiten im Trockner von etwa 4 Minuten bei der niedrigsten bis etwa 0.1 bis 02 Sekunden bei der höchsten Temperatur liegen. Im allgemeinen arbeitet man bei einer Temperatur des Heißgase von 260 bis 315⁰C oder etwas darüber mit einer Kontaktzeit von 0,1 bis 02 Sekunden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann in verschiedenen Formen von Vorrichtungen durchgeführt werden; spezielle Ausführungsformen solcher Vorrichtungen sind später beschrieben.

Wichtig ist, daß die Vorrichtung, in der der flüssiges Kohlendioxid enthaltende Tabak in festes Kohlendioxid enthaltenden Tabak übergeführt wird Gase bei

so erhöhten Drücken, mit derart hohen Werten wie 70 atü und mehr, enthalten kann. Dieser Behälter wird vorzugsweise für den anfänglichen Kontakt des flussigen Kohlendioxids mit dem Tabak eingesetzt aber wenn gewünscht kann ein solcher Kontakt auch ir einem getrennten Behälter durchgeführt und dei flüssiges Kohlendioxid enthaltende Tabak dann in der Druckbehälter übergeführt werden. FOr den Druckbe hälter gibt es zahlreiche Ausbildungen. Vorzugsweise aber soll ein mit Ventil versehener Einlaß von einei Quelle flüssigen Kohlendioxids her und ein mit Venti versehener Auslaß am Behälterboden vorgesehen sein durch den Flüssigkeit ablaufen gelassen werden kann wobei zusätzlich zur Belüftung ein zweiter, mit Venti versehener Auslaß nahe des Kopfes vorgesehen und wenn gewünscht auch als Teil der Eintrittsleitun] zwischen Behälter und Eingangsventil eingefügt werdei kann. Notwendig ist eine Einrichtung zum Erhitzen de Behälters, wie äußere Heizschlangen. Eine Anordnung

des Behälters auf einer Load-Cell vereinfacht die Bemessung der Kohlendioxidcharge erheblich. Ein in ähnlicher Weise mit Wägeeinrichtung und Heizschlangen ausgestatteter Nebenbehälter ist nicht Bedingung, aber vorteilhaft, da er ein Vorerhitzen einer Charge s flüssigen Kohlendioxids von dessen üblicher, niedriger Lagertemperatur von -20⁶C (wobei ein Druck von ettwa 15 atü vorliegen kann) erlaubt. Diese Anordnung unterstützt die Vermeidung der Bildung von festem Kohlendioxid beim Beschicken des Hauptbehälters und verkürzt die Zeit, für die sich ein Verweilen des Tabaks unter dem Gefrierpunkt seiner Feuchtigkeit ergeben könnte. Im Betrieb gibt man die Füllung in den Druckhauptbehälter in einem zweckentsprechenden Halter ein, wie einem Drahtkorb, der über dem is Behälterboden aufgehängt wird. Man kann den geschlossenen Behälter dann mit Kohlendioxidgas spülen und die Auslässe schließen und dann flüssiges Kohlendioxid von der Lagerung, z. B. bei 17,6 atü, her in genügender Menge einführen, um den gesamten in dem Behälter vorliegenden Tabak zu bedecken. Ohne Verzögerung, d. h. innerhalb 3 bis 20 Minuten, wird mit der Heizeinrichtung, ζ. B. Heizschlangen, die Temperatur erhöht, um den Tabak auf eine Temperatur von mindestens -2"C. aber unter 3PC (kritische Temperatür des Kohlendioxids) zu bringen, und dieser Zustand wird vorzugsweise 1 bis 20 Minuten aufrechterhalten, während die Imprägnierung erfolgt. Überschüssiges flüssiges Kohlendioxid wird dann ablaufen gelassen, indem man den unteren Auslaß des Behälters zu einem zweckentsprechenden Speicher oder dergleichen Abführsystem hin öffnet, und nach Entfernung aller überschüssiger Flüssigkeit aus dem Behälter wird dieser auf Atmosphärendruck belüftet. Der Tabak, der nun im allgemeinen etwa 5 bis 25 Gew.-% festes Kohlendioxid enthält, wird dann einem Vorgang unterworfen, der zur Verflüchtigung des festen Kohlendioxids führt, vorzugsweise durch Entfernen des festes Kohlendioxid enthaltenden Tabaks aus dem Behälter und Hindurchführen desselben durch eines der verschiedenen verfügbaren Schnellerhitzungssysteme, um Ausdehnung zu erreichen. Wie schon erwähnt, sind für diese Ausdehnung Systeme besonders zufriedenstellend, die einen raschen, turbulenten Kontakt mit dem Heißgas oder Dampf ergeben. Bei richtiger Temperatur- und Einwirkzeit-Lenkung kann das Produkt im expandierten Zustand mit dem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt, wie von 8 bis 12%, gewonnen werden, so daß es nur einer geringen oder keiner Wiedereinstellung bedarf, wie sie bei Produkten vieler Ausdehnungsprozesse erforderlich ist. so

Beispielhafte Ausführungsformen von Vorrichtungen, die bei der praktischen Durchführung der Erfindung Verwendung finden können, sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen zeigt:

F i g. 1 im Aufriß, zum Teil gebrochen, eine Form einer Apparatur, in der Tabak gemäß der Erfindung ausgedehnt werden kann.

F i g. 2 einen Schnitt nach Linie UiI von Fig. 1.

F i g. 3 im Aufriß einen Drahtkorb, in dem Tabak aufgenommen werden kann, wobei der Korb seinerseits in der Apparatur nach F i g. 1 aufgenommen wird.

F i g. 4 und 4a im Aufriß an Vorder- bzw. Hinteransichten eine etwas andere Form einer Vorrichtung, bei welcher der Druckbehälter um eine feststehende Achse drehbar angeordnet ist um eine innige Vermischung des ^h< flüssigen Kohlendioxids und des Tabaks während der imprägnierung wie auch Verdampfung des festen Kohlendioxids während der Tabakausdehnung zu erleichtern, und

F i g. 5 eine weitere, alternative Form einer Vorrichtung, bei der im Druckbehälter eine Mischereinheit vorgesehen ist, um eine gleichmäßige Verteilung des flüssigen Kohlendioxids und dessen innige Vermischung mit dem Tabak zu erleichtern, wobei die Mischerwelle ferner mit einem Zentraldurchlaß und Verteileröffnungen zur Abgabe von Wasserdampf und/oder Heißluft während der Ausdehnstufe versehen ist.

In der folgenden Beschreibung sind gleiche Teile der verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Bei der Form von Vorrichtung 10 nach F i g. 1 bis 3, mit der sich Tabak gemäß der Erfindung ausdehnen läßt, ist ein Druckbehälter 12 am Kopf mit einem über ein Scharnier angelenkten Deckel 14 und ferner mit Öffnungsanschlüssen 16, 18 nahe des Kopfes wie auch Ein- und Austrittsleitungen 20, 22 am Boden versehen, wobei diese Anschlüsse und Leitungen das Spülen des Behälterinneren mit einem gasförmigen Medium wie auch die Einführung von flüssigem Kohlendioxid in den bzw. Entfernung desselben aus dem Behälter erlauben. Der auszudehnende Tabak kann in Käfige 24 (F i g. 3) eingebracht werden, die ihrerseits wieder herausnehmbar von einem zweckentsprechenden Gestellaufbau 26 im Behälter 12 in irgendeiner zweckbequemen Anordnung, z. B. in der in F i g. 2 gezeigten kreisförmigen Anordnung, aufgenommen werden. Hierauf wird der Deckel 14 auf dem Behälter 12 dicht verschlossen. Aus dem Behälterinneren kann nun durch Spülen jeglicher in ihm befindlicher, gasförmiger Rückstand entfernt werden, indem man durch den Einlaß bei der Rohrleitung 20 und Auslaß durch die Öffnung 16 gasförmiges Kohlendioxid strömen läßt Hierauf werden die Leitung 18 und die Öffnungen 16, 18 geschlossen, und der Behälter wird durch die Leitung 16 mit flüssigem Kohlendioxid befüllt, wobei man die Einheit füllt, bis der im Käfig 24 befindliche Tabak \ ollständig in das flüssige Kohlendioxid eingetaucht ist, und dann die Leitung 16 schließt. Dann wird der Druck im Behälter auf den gewünschten Bereich, z. B. einen Wert im Bereich von 31 bis 60 atü gebracht. Nach einer zweckentsprechenden Tränkzeit wird das flüssige Kohlendioxid aus dem Behälter (durch die Rohrleitung 22) ablaufen gelassen und das Behälterinnere zur Atmosphäre hin belüftet, indem man die Öffnung 18 öffnet, um auf diese Weise das in dem Tabak verbliebene, flüssige Kohlendioxid in einen Festzustand zu überführen. Dann wird durch die Rohrleitung 22 unter kontinuierlicher Belüftung durch die Öffnung 18 ein Wasserdampf- und/oder Heißluftgemisch zirkuliert, um die Ausdehnung des Tabaks zu bewirken. Nach Beendigung der Ausdehnarbeit wird der Deckel 14 geöffnet und der Tabak entnommen, um in der jeweils gewünschten Weise weiter behandelt bzw. verarbeitet zu werden.

Eine andere Form einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in F i g. 4 und 4a gezeigt Diese Apparatur 40 weist ein Gehäuse 42 mit Außenwand 52 und Innenwand 54 auf, die zwischen sich eine ummantelte Kammer 56 in dem Druckbehälter bildea Der Druckbehälter 42 ist ferner, wie bei 48 und 50 auf Trägern 44 bzw. 46. zur Umdrehung um eine feststehende Achse gelagert Die Vorrichtung 40 weist auch Öffnungen 60 und 62 für die Spülung und die Befülluiig mit flüssigem Kohlendioxid und einen angelenkten Deckel 64 auf. Die ummantelte Kammer 56 ertaubt es, durch sie ein Heizmedium zur Aufrechterhal-

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tung der Flüssigform des Kohlendioxids, z. B. bei einer Temperatur von etwa — 2 bis +31⁰C, zu zirkulieren. Die ummantelte Kammer erleichtert weiter die Abdampfstufe, und die drehbare Anordnung des Behälters erlaubt ein inniges Mischen des Tabaks und flüssigen ί CO2 wie auch auf Grund der Drehbewegung, durch die der Tabak zur Berührung der beheizten Innenwandfläche 54 gebracht wird, eine Verstärkung der Verdampfung.

Fig.5 zeigt eine weitere Form der Vorrichtung. Die Vorrichtung 70 ist mit einem langgezogenen, vorzugsweise horizontal angeordneten Druckbehälter 72 versehen, der eine Anzahl von öffnungen 74, 76, 78, 80 aufweist, die in Verbindung mit dem Spülen und der Zuführung und dem Abzug von flüssigem Kohlendioxid Verwendung finden, sowie eine Füll-Luke 82 und eine Abzieh-Luke 84, durch die der Tabak nach der Ausdehnung aus dem Behälter geführt werden kann.

Außen um den Umfang des Druckbehälters 72 herum ist eine Reihe von Heizschlangen 86 vorgesehen, die in Verbindung mit der Erhöhung des Drucks des flüssigen Kohlendioxids Verwendung finden können, insbesondere aber, um das Kohlendioxid während der Imprägnierung auf einer Temperatur zwischen etwa —2 und + 31⁰C zu halten. Der Behälter 72 ist auch mit einer Mischeinrichtung 90 in Form einer langen, axial angeordneten Welle 92 versehen, die eine Anordnung von Mischschaufeln bzw. -blechen 94 trägt und weiter mit einem Zentraldurchlaß % und einer Reihe mit diesem verbundener, sich radial erstreckender Durchlässe 98 versehen ist, die mit der Außenfläche der Welle kommunizieren. Der Tabak wird durch die Fülluke 82 eingeführt, die man nach Füllen des Behälters mit Tabak schließt worauf das Innere des Behälters 72 durch die öffnungen 76 und 80 mit gasförmigem Kohlendioxid gespült wird. Nach dem Spülen führt man flüssiges Kohlendioxid durch die Öffnung 80 ein, bis ein entsprechender Druck (z. B. von 42 atü) erreicht ist. Nun wird die Welle 92 in Umdrehung versetzt, um das Erzielen einer innigen Vermischung des Tabaks und flüssigen Kohlendioxids zu erleichtern. Nach einer entsprechenden Kontaktzeit wird das Mischen abgebrochen und das flüssige Kohlendioxid durch die öffnung 78 aus dem Behälter ablauf en gelassen, worauf das Behälterinnere, wie durch die Öffnung 74, zur

10

25

30

3?

Atmosphäre belüftet wird, um das in dem Tabak verbliebene, flüssige Kohlendioxid in Festform zu überführen. Dann wird durch den Zentraldurchlaß 92 und die Radialzweige 98 der Welle Wasserdampf und/oder Heißluft eingeführt, um die Ausdehnung des Tabaks zu bewirken. Ferner wird die Welle in Umlauf versetzt, um den Kontakt des imprägnierten Tabaks mit dem Wasserdampf und/oder der Heißluft zu erleichtern. Nach Beendigung der Ausdehnarbeit wird der Tabak durch die Luke 84 entnommen.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

4,54 kg helle Tabakteilchen von normaler Fullungs-Feinheit mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 12 Gew.-o/o wurden in einen Drahtkäfig eingebracht und dieser in einen Druckbehälter eingegeben. Der Behälter wurde dann durch 3 Minuten Hindurchleiten von Konlendioxidgas bei Raumtemperatur gespült, worauf in ihn Kohlendioxidflüssigkeit aus einem Druckbehälter eingeführt wurde, in dem das Kohlendioxid auf einem Uruck von etwa 14 atü und einer Temperatur von etwa -18 C gehalten worden war. Das flüssige Kohlendioxid wurde in genügender Menge eingesetzt, um die Tabakprobe zu bedecken, was etwa 30 kg flüssigem Kohlendioxid je kg Tabak entsprach. Dann wurde durch Erhitzen des Behälters bis auf eine Temperatur von 14 C der Druck im Behälter von 21 auf etwa 49 atü erhöht und hierauf etwa 3 Minuten auf diesem Wert gehalten. Überschüssige Kohiendioxidflüssigkeit wurde von dem Tabak durch Ablaufenlassen entfernt worauf

H ^amⁿ,^dr^{em BehäIter rasch durch Belüften} entfernt wurde (Beluftungszeit 45 Sekunden) und hierdurch in dem Tabakgefüge festes Kohlendioxid gebildet wurde. Es wurden zwei Proben des behandelten Tabaks genornmen und deren erste (etwa 2,3 kg) in einem Turm mit Heißluft bei 220°C und zweite (etwa 2,3 kg) in einem

>ei einer Tempera-

45 nfi π-¹I V Γ'⁰¹³⁶" ^{wurde der} Prozentsatz an ofenfluchtigen Stoffen (OF. %) gemessen, der ein Maß fur den Feucht.gkeitsgehalt plus eine kleinere Fraktion anderer Komponenten darstellt und nach dem Aus-

OF. % = ^Gewichts_^verJ^ui^Lj^JL^acj^ Stundenbei 100 C

Probegewicht

bestimmt wird. Ferner wurde das Füllvermögen jeder Wie

Probe (in cmVlOg) wie folgt bestimmt: Man gibt 10 g Füllung in einen Meßzylinder und läßt eine bekannte Last (von 1860 g) einwirken, worauf das Volumen nach der Zusammendrückung (das das Füllvermögen einer Füllung, wie sie in Zigaretten eingesetzt wird, widerspiegelt) bestimmt wird. Als Kontrollprobe dien- ss ten 10 g unbehandelte Tabakteilchen, die aus dem gleichen Posten heller Tabakteilchen genommen wurden wie das Material für die obige Behandlung. Ergebnisse:

^Zeigen· ^{war die} Ausdehnung fo des Kohlendioxids

FiUI-

vermögen,

Cm³ZlOg

OF. %

Berichtigtes Füllvermögen bei 12% OF ü^gerinS^eVermindeningderOF digkeit herab, vor dem Einsatz des Tabaks in emem Rauchartjkel eine Wiedereinstellte durchzu-Αΐ* ^Übehit Wasserdampf die beste

Beispiel 2

""g mit einem Feuchtigkeitsge- ^ ^{i in} Beispiel 1 mit ^Eine oA

60 2^7 halt von

Kontrollprobe 220°C Heißluft Oberhitzter Wasserdampf

33

78
97

13.2	38
83	51
8.5	71

<^of)

Analyse

Kontrollprobe, %

Feuchtigkeit (OF) 12.5

Gesanitalkaloide*) 2,1

Reduz. Zucker") 12,1

Kohlendioxidexpandierte Probe gemäß der Erfindung,

12,5

1,9

11,8

*) Analyse nach der in »Tobacco Science«, Vol. 13, S. 13—15 (1969) beschriebenen Methode.

Die kohlendioxidexpandierte Füllung zeigt somit wenig Veränderung gegenüber der Kontrollprobe, und die ursprüngliche Zusammensetzung des Tabaks wird während des Ausdehnprozesses im wesentlichen bewahrt.

Beispiel 3

Eine Reihe von 4,54-kg-Proben heller Tabakfüllung mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 12 Gew.-°/o wurde wie in Beispiel 1 bei zwischen 28 und 63 atü variierten Drücken mit Kohiendioxidflüssigkeit imprägniert. Die imprägnierte Füllung wurde in einem Turm mit überhitztem Wasserdampf bei 270⁰C erhitzt. Ergebnisse:

Druck, atü

OF,

Füllvermögen. cmViOg

Berichtigtes Füllvermögen bei 12% OF

8.9	61,1
8,6	69.3
6.4	104,5
6,0	114.8
6,5	130.8
6,4	130.9

43,3 45,9 65,4 68.0 72,5 71.2

Wie die Werte zeigen, soll der Druck während der Imprägnierung zur Erzielung eines optimalen Produktes oberhalb 42 und vorzugsweise oberhalb 49 atü liegen.

Beispiel 4

Es wurde eine andere Reihe heller Tabakproben wie in Beispiel 1 imprägniert Die Belüftungszeit (Zeit der Entlastung des Drucks des gasförmigen Mediums) wurde allmählich von 49 auf 420 Sekunden erhöht. Die imprägnierte Füllung wurde in einem Turm mit überhitztem Wasserdampf bei 270⁰C erhitzt Ergebnisse:

Betüftungszeit, Sek

OF,

FüJlvermögen bei Turmausgang-OF. cmVlOg

Berichtigtes Füllvermögen bei 12% OF

49
65
148
195
247
420

3v8	121,2
4,0	1164
4.1	95.9
4.4	112,7
4.2	101.4
4,6	116,7

653 (± 3.6)

69,2

60.0

72,1

61.6

67.7

Wie die Ergebnisse zeigen, beeinflußt die Geschwindigkeit der Druckentlastung die Produktgüte nichi nachteilig.

Beispiel 5

Es wurde eine dritte Reihe von hellen Tabakfüllungsproben wie in Beispiel 1 imprägniert Die Tränkzeiter (Zeit des Kontatkes der Füllung mit der Kohlendioxidflüssigkeit) wurden zwischen 60 und 869 Sekunder variiert. Die imprägnierte Füllung wurde in einem Turtr mit überhitztem Wasserdampf bei 270° C und einei Gasgeschwindigkeit von 30,5 m/Sekunde erhitzt, Ergeb nisse:

Tränkzeit.	OF, %	Füllvermögen	Berichtigtes
Sekunden		bei Turmaus-	Füllvermögen
		gang-OF,	bei 12% OF
		cmVIOg
60	3,5	109.3	59.7
180	4,2	110,0	62,1
300	3,0	112,1	60,0
600	3,2	117.3	62.2
869	3,6	111.4	60,9

Wie die obigen Werte zeigen, wird die Ausdehnunj der kohlendioxidimprägnierten Füllung durch die Daue des Kontaktes mit Kohlendioxidflüssigkeit während de Imprägnierstufe nicht verändert.

In einer anderen Versuchsreihe wurden die Feuchtig keits-Ausgangswerte zwischen 8 und 19% OF variiert die Füllung wurde in einem Turm bei 240⁰C und eine Gasgeschwindigkeit von 30,5 m/Sekunde in eine Sattwasserdampfatmosphäre erhitzt. Ergebnisse:

Ausgangs-OF.

Füllvermögen,
cmVlO g

OF. %

Auf 12% OF
berichtigtes CV, cmVlOg

8,0
11,5
13,4
16.5
17.2 19.0

57,1

97,7

127,6

124,9

115,4

933

5,8	37,2
7,4	63,6
7,8	67,3
7.6	71.2
8,0	73,2
9.6	673

Die Ergebnisse zeigen, daß die Eingangsfeuchtigke der Fällung über 8% liegen soll und daß di Feuchtigkeitswerte von 13 bis 19% günstig sind, um ein gute Ausdehnung bei guter Feuchtigkeit am Turmau« gang zu erhaltea so daß weniger Wiedereinsteliun bzw. -befeuchtung notwendig ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ausdehnen von Tabak, bei dem der Tabak mit einem flüssigen verflüchtigbaren Treibmittel imprägniert, dann aus dem imprägnierten Tabak das zuvor verfestigte Treibmittel verflüchtigt und der Tabak ausgedehnt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüchtigbare Treibmittel unter Druck befindliches, ι ο flüssiges Kohlendioxid ist, daß die Temperatur des Tabaks während der Imprägnierung nicht unter —2° C gehalten wird, daß nach erfolgter Imprägnierung das flüssige Kohlendioxid durch Verminderung des Druckes in festes Kohlendioxid übergeführt wird und daß der das feste Kohlendioxid enthaltende Tabak erhitzt und dadurch unter Verdampfung des festen Kohlendioxids die Ausdehnung des Tabaks bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kohlendioxid während der Imprägnierung unter einem Druck von 34 bis 64 atü gehalten wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Tabak 8 bis 50 Gew.-% Wasser enthält und mit 1 bis 10 Gewichtsteilen flüssigem Kohlendioxid je Gewichtsteil Tabak in Berührung gebracht wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tabak mit dem flüssigen Kohlendioxid 0.5 bis 10 Minuten in Berührung gebracht wird und daß während dieser Zeit das flüssige Kohlendioxid eine Temperatur zwischen 5 und 31'C hat und daß der das feste Kohlendioxid enthaltende Tabak auf 100 bis 360T für eine Dauer von 0,2 bis 10 Sekunden unter einem Druck von 0 bis 0.7 atü erhitzt wird.

5. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Druckbehälter, einer Einrichtung zum Einführen und Abziehen von Tabak in bzw. von dem Druckbehälter, einer Einrichtung zum Einführen von Kohlendioxid in den Druckbehälter zur Imprägnierung des Tabaks mit dem Kohlendioxid und einer Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Drucks des Kohlendioxids in dem Druckbehälter, gekennzeichnet durch einen Auslaß (22, 74, 76, 78, 80) zum Abziehen von nüssigem Kohlendioxid von dem Druckbehälter (12, 42, 72) nach der Imprägnierung des Tabaks, einer Heizvorrichtung (22, 86) zur Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Temperatur im Druckbehälter, bei welcher das Kohlendioxid im flüssigen Zustand verbleibt, einer Delüftungseinrichtung (18) zur Überführung des den Tabak imprägnierenden, flüssigen Kohlendioxids in festes Kohlendioxid und einer Einrichtung (22, 56) zur Zufuhr eines Heizmediums zum Verdampfen des den Tabak imprägnierenden festen Kohlendioxids.

6. Vorichtung nach Anspruch 5, gekennzeichne» durch Öffnungen (74, 76, 78, 80) zur Spülung des Inneren des Druckbehälters mit einem gasförmigen Spülmittel.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (12) eine Anzahl von lösbar angeordneten Tabakaufnahmebehältern (24) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Druckbehälters (42) als Doppelwand (52, 54) ausgebildet ist, welche eine Kammer (56) bildet, in der em Heizmedium zirkuliert

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung außen auf dem Druckbehälter angeordnete Heizschlangen (86) aufweist

10 Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (72) länglich ausgebildet ist und mit Mischschaufeln (94) ausgestattet ist

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischschaufeln (94) an einer Hohlwelle (92) befestigt sind, die radiale Austrittsöffnungen (98) für ein Heizmedium aufweist

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß der Druckbehälter (72) um eine feststehende Achse drehbar ist.