DE2731931A1

DE2731931A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von expandiertem tabak aus ganzen tabakstengeln

Info

Publication number: DE2731931A1
Application number: DE19772731931
Authority: DE
Inventors: John Dimocritos Psaras; Leroy Raymond Sachleben
Original assignee: Brown and Williamson Tobacco Corp
Current assignee: Brown and Williamson Holdings Inc
Priority date: 1976-07-15
Filing date: 1977-07-14
Publication date: 1978-01-19
Also published as: AU2640477A; GB1566147A; CA1047353A; AU509708B2; DE2731931C2

Description

BROWN & WILLIAMSON TOBACCO CORPORATION 1600 West Hill Street

Louisville, Kentucky 402 32 ,V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von expandiertem Tabak

aus ganzen Tabakstengeln

Die relativ hohen Kosten von Tabakkomponenten für Rauchwaren lassen es wünschenswert erscheinen, das gesamte Tabakblatt einschließlich der Stengel und Adern des Tabakblatts zu verwenden.

Der in der vorliegenden Anmeldung verwendete Ausdruck "Stengel" soll den Stengel als solchen bzw. den Stiel bzw. den Halm wie auch die verschiedenen Adern bzw. Blattnerven, die von dem Rest des Tabakblatts abtrennbar sind, umfassen.

Bei bekannten Verfahren zur Behandlung von Tabak-Stengeln werden die Stengel im allgemeinen auf den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt durch Anwendung von Wasser und Dampf auf die Stengel befeuchtet. Die Stengel werden dann zum Zer-

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(οββ) gaasea

TELEX ΟΒ-9β9βΟ TELEQRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

brechen der faserförmigen Struktur der Stengel gerollt bzw. mit Walzen behandelt, weitere Feuchtigkeit kann auf die Stengel aufgebracht werden und anschließend werden die Stengel in Teilchen geschnitten. Die Teilchen werden dann in der Masse zur Einstellung ihres Feuchtigkeitsgehaltes gelagert und dann weiter durch Behandlung der Teilchen mit zusätzlichem Dampf expandiert. Nach dem Trocknen der expandierten Teilchen erhält man ein expandiertes, teilchenförmiges Tabakprodukt, das als Füllstoff für Rauchwaren geeignet ist. Typische derartige Verfahren werden in den US-PSen 3 690 328 und 3 734 104 beschrieben.

Es ist ein Hauptnachteil dieser Verfahren, daß große Mengen feiner Teilchen und Mehl, bedingt durch die Walzstufe, gebildet v/erden, wo die Stengel zur Verbesserung der Feuchtigkeitspenetration der Stengel zerkleinert werden. Durch die Bildung solcher feinen Teilchen wird die Gesamtausbeute an verwendbaren Materialien verringert, und dadurch werden die Kosten für die Verwertung solcher Tabaknebenprodukte erhöht. Es ist ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren, daß viel Energie zur Erzeugung des Dampfes für die verschiedenen Feuchtigkeitsbehandlungen, die bei solchen Verfahren verwendet werden, erforderlich ist. Der dritte Nachteil der bekannten Verfahren ist die Notwendigkeit einer zeitverbrauchenden Massenbehandlungsstufe, bei der die geschnittenen und befeuchteten Tabakstengelteilchen in einem geschlossenen Behälter zur Feuchtigkeitsgleichgewichtseinstellung durch die Teilchen vor der Endanwendung des Dampfes und Expansion der Teilchen zu dem Endprodukt aufbewahrt werden.

Ein anderes Verfahren wird in der US-PS 3 204 641 beschrieben. Bei diesem Verfahren werden Tabakstengel auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 40 bis 6596 befeuchtet und anschließend erfolgt ein Zerreißen. Eine längere Massenbehand-

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lungsstufe, d.h. 30 Minuten bis mehrere Tage, ist jedoch trotzdem erforderlich.

Erfindungsgemäß werden expandierte Tabakteilchen hergestellt, ohne daß die Schwierigkeiten und Nachteile der bekannten Verfahren auftreten. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, expandierte, teilchenförmige Tabakprodukte zu schaffen, die als Füllstoffe nötig sind und zu deren Herstellung wenig Energie verbraucht wird. Erfindungsgemäß soll ein solches Produkt ohne wesentliche Bildung feiner Teilchen hergestellt werden. Erfindungsgemäß soll teilchenförmiges Tabakmaterial hergestellt werden, ohne daß es erforderlich ist, eine zeitverbrauchende Massenbehandlungsstufe durchzuführen.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein einheitlicherer Feuchtigkeitsgehalt innerhalb der Teilchen als bei den bekannten Verfahren erzielt, ohne daß die Walzstufe erforderlich ist. Die Eliminierung der Walzstufe und die wirksamere Behandlung des Produktes mit Dampf bewirkt eine wesentliche Erhöhung in der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.

Erfindungsgemäß wird weiterhin eine wesentliche Erhöhung in der Füllkraft des Produktes ermöglicht. Die erhöhte Füllkraft des Produktes ergibt Rauchwaren mit der gleichen scheinbaren Dichte wie Rauchwaren, bei denen andere, nach an sich bekannten Verfahren hergestellte, expandierte Tabakteilchen verwendet werden. Es ist jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weniger Produkt zur Erzeugung der gleichen scheinbaren Dichte erforderlich.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Herstellung geschnittener und expandierter Tabakteilchen aus ganzen Tabakstengeln.

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Die zellulare Struktur der Stengel wird für das Eindringen bzw. die Infusion von Feuchtigkeit geöffnet, ohne daß ein wesentlicher Abbau der Struktur stattfindet. Die Feuchtigkeit wird anschließend in die zellulare Struktur in einer Menge im Bereich von 20 bis 40 Gew.?o eingeführt bzw. induziert. Die Stengel werden mit diesem ersten, induzierten bzw. eingeführten Feuchtigkeitsgehalt danach äquilibriert, so daß innerhalb des Querschnitts der Stengel ein einheitlicher Feuchtigkeitsgehalt erhalten wird. Nach der Äquilibrierung werden die Stengel weiter auf einen zweiten, induzierten bzw. eingestellten Feuchtigkeitsgehalt im Bereich von 30 bis 60 Gew.% befeuchtet. Die Stengel werden dann in eine Vielzahl befeuchteter Tabakteilchen mit dem zweiten, induzierten bzw. eingestellten Feuchtigkeitsgehalt geschnitten und anschließend expandiert und dann auf einen Endfeuchtigkeitsgehalt von 13 bis 25 Gew.% getrocknet.

Bevorzugt erfolgt das Öffnen der zellularen Struktur und Induzieren der Feuchtigkeit in die Stengel auf den ersten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt durch gleichzeitige Anwendung von Wasser und Dampf auf die Stengel.

Bevorzugt liegt der erste, induzierte bzw. eingestellte Feuchtigkeitsgehalt im Bereich von etwa 30 bis 3496, und bevorzugt wird der Feuchtigkeitsgehalt in einem geneigten Rotationszylinder mit einer Einrichtung zur Anwendung von Dampf und Wasser auf die Stengel induziert.

Es ist weiterhin bevorzugt, daß der zweite, induzierte Feuchtigkeitsgehalt, bei dem die gesamten Tabakstengel geschnitten werden, etwa 42 bis 44 Gew.% beträgt.

Es ist weiterhin bevorzugt, daß die Äquilibrierungsstufe eine Lagerung der gesaraten Tabakstengel in einem geschlossenen Behälter während einer Zeit von 10 bis 15 Minuten umfaßt.

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Bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen werden anhand der beigefügten Zeichnungen nähr erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt einer bevorzugten Vorrichtung zur Anwendung von Dampf auf den darin enthaltenen Tabak;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Konditionierelements, worin V/asser und anschließend ein Gemisch aus V/asser und Dampf auf die äquilibrierten Tabakstengel aufgebracht werden;

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt einer bevorzugten Vorrichtung für die gleichzeitige Anwendung von Wasser und Dampf auf die Tabakstangel;

Fig. 5 einen Querschnitt des Konditionierelements der Fig. 3 längs der Linie 5-5.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von expandiertem, teilchenförmigem Tabak aus ganzen Tabakstengeln durch Befeuchten der Stengel auf einen einheitlichen Feuchtigkeitsgehalt, so daß die nachfolgenden Schneid-, Expandier- und Trocknungsstufen durchgeführt werden.können, ohne daß die normalerweise auftretenden Schwierigkeiten, wie die Bildung feiner Teilchen oder ein übermäßiger Energieverbrauch, beobachtet werden.

Erfindungsgemäß wird bei der ersten Behandlungsstufe der ganzen Tabakstengel die zellulare Struktur der Tabakstengel für die Infusion der Feuchtigkeit geöffnet, ohne daß ein wesentlicher physikalischer Abbau der zellularen Struktur auftritt. Gleichzeitig wird Feuchtigkeit in die zellulare Struktur bis zu einem induzierten Feuchtigkeitsgehalt von 20 bis 409» eingeführt. Der Feuchtigkeitsgehalt

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wird in der vorliegenden Anmeldung, sofern nicht anders angegeben, auf der Grundlage des Materials, das die Feuchtigkeit enthält, ausgedrückt. Bevorzugt wird dieser erste, induzierte Feuchtigkeitsgehalt erzeugt, indem man gleichzeitig Dampf und V/asser auf die Stengel anwendet, wobei die Stengel eine Temperatur im Bereich von 48,9 bis 71,1°C (12O-16O°F) erreichen. Es ist weiterhin bevorzugt, daß der erste, induzierte Feuchtigkeitsgehalt der Tabakstengel etwa 30 bis 34% beträgt und daß das bei der Befeuchtungsstufe verwendete Wasser eine Temperatur von 82,2°C (180⁰F) besitzt. Da die Stengel normalen/eise einen Anfangsfeuchtigkeitsgehalt von 10 bis 1556 besitzen, stammt nicht die ganze Feuchtigkeit innerhalb der Stengel bis zum ersten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt von der ersten Befeuchtungsstufe.

Es ist weiterhin bevorzugt, daß die erste Befeuchtungsstufe in einer SpezialVorrichtung bzw. einer spezifischen Vorrichtung durchgeführt wird. Die bevorzugte Vorrichtung für die Durchführung der ersten Befeuchtungsstufe ist in Fig. 4 dargestellt. Sie umfaßt einen verlängerten Zylinder 60 mit einer Dampfleitung 62 und einer Sprühdüse 64 an einer inneren Stelle. Bevorzugt ist der Zylinder längs seiner Länge in einem Winkel von der Horizontalen ß von etwa 7° geneigt, wobei die Tabakstengel am oberen Ende des Zylinders eingeführt werden und die Stengel mit dem ersten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt aus dem unteren Ende des Zylinders 60 entnommen werden. Der Zylinder wird mit etwa 20 U/min rotiert, wobei die Neigung und die Rotation des Zylinders 60 bewirken, daß die Tabakstengel im Zylinder eine Masse 66 bilden, die im allgemeinen das in Fig. 4 dargestellte Profil besitzt. Der Hauptteil der Tabakstengel der Masse 66 befindet sich in einem spezifischen Teil des Querschnitts des Zylinders und erstreckt sich längs der Länge der Zylinders. Der Ort bzw. die Stellung und die Form bzw. Konfiguration der Masse hängen von der Rotationsgeschwindigkeit des Zylin-

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ders, seinem Neigungswinkel, der Strömungsrate des Materials und den physikalischen Eigenschaften des Materials ab.

Der Zylinder 60 umfaßt getrennte Leitungen für die Zufuhr von Wasser und Dampf. Die Wasserleitung 68 umfaßt eine Düse 70, durch die komprimierte Luft durch die Luftleitung 72 geleitet wird, so daß aus der Düse 70 ein Wassernebel bzw. -Sprühregen gebildet wird. Der Zylinder 60 umfaßt weiterhin eine Dampfleitung 62, durch die Dampf in das Innere des Zylinders geleitet wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn man gesättigten Dampf mit einem Druck von ca. 9,8 atü (140 psig) verwendet, der bei diesem Druck eine Temperatur von etwa 182°C (36O°F) besitzt. Bevorzugt leiten die Düse 70 und die Dampfleitung 62 den Wassersprühregen und den Dampf in das Innere des Zylinders 60 an einer Stelle im Inneren, die etwa ein Drittel der Länge des Zylinders vom seinem unteren Ende entfernt ist. Da durch die Neigung und die Rotation des Zylinders die Stengel innerhalb einer Masse 66, wie in Fig. 4 gezeigt, lokalisiert sind, ist es weiterhin bevorzugt, daß die Düse 70 und die Dampfleitung 62 das Gemisch aus Wasser und Dampf direkt auf die Masse 66 leiten.

Erfindungsgemäß ist die dritte Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Äquilibrierung des ersten, induzierten Feuchtigkeitsgehalts in der gesamten Dicke der Stengel. Dies erfolgt, indem man die Stengel in einem geschlossenen Behälter während einer Zeit über 10 Minuten und bevorzugt etwa 15 Minuten lagert. Wenn die Äquilibrierungsstufe während einer Zeit unter dem bevorzugten Wert durchgeführt wird, werden die inhärenten Variationen in der Stengelstruktur und der -größe eine einheitliche Diffusion des Wassers in die Innenteile des Stengels verhindern und in dem Feuchtigkeitsgehalt der Stengel werden Abweichungen auftreten. Solche Abweichungen ergeben beim Endprodukt uneinheitliche Eigenschaften, wodurch Schwierigkeiten bei der nachfolgenden

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Verarbeitung und Verwendung des Produktes auftreten. Eine Äquilibrierung während einer Zeit über etwa 15 Minuten ergibt keine wesentlich günstigere Wirkung, da die Feuchtigkeit bereits einheitlich verteilt ist. Durch eine längerdauernde Äquilibrierungsstufe wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nachteilig beeinflußt.

Das Äquilibrierungsverfahren bzw. Gleichgewichtseinstellungsverfahren, bei dem ein feuchtigkeitsundurchlässiger, verschlossener Behälter, wie z.B. der schematisch dargestellte Behälter 80, verwendet wird, wird normalerweise in der Tabaktechnologie als Massenbehandlungsverfahren bzw. "Bulking" bezeichnet. Bei den bekannten Verfahren werden die Tabakstengel gewalzt, befeuchtet und geschnitten, wobei die Tabakteilchen normalerweise einer Massenbehandlungsstufe unterworfen werden, die langer als 30 Minuten dauert. Bei der vorliegenden Erfindung ist es nicht erforderlich, die Walzstufe durchzuführen, und es ist weiterhin nicht erforderlich, die langdauernde Äquilibrierungs- oder Massenbehandlungsstufe der bekannten Verfahren durchzuführen.

Nach der verkürzten Massenbehandlungsstufe werden die ganzen Stengel auf einen zweiten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt im Bereich von 30 bis 60# zuerst durch Anwendung von Wasser auf die Stengel und anschließend durch gleichzeitige Anwendung von Wasser und Dampf befeuchtet. Diese Stufe wird normalerweise in der in den Fig. 3 und 5 dargestellten Vorrichtung durchgeführt.

Erfindungsgemäß sind Einrichtungen vorgesehen, mit denen die äquilibrierten Tabakstengel in die Einrichtungen für die weitere Befeuchtung eingeführt werden. In Fig. 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, die eine teilweise umschlossene Beförderungseinrichtung 57 umfaßt, die ein Förderband 58 aufweist, durch das die Stengel zu der Leitung 18 bezw. dem Rohr 18,(die Ausdrücke Rohr und Leitung werden synonym verwendet )

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transportiert werden. Auf diese Weise v/erden die in der Masse behandelten Stengel von dem Äquilibrierbehälter 80 zu der Einrichtung für die weitere Befeuchtung transportiert.

Eine zylindrische, vertikale Leitung 18 umfaßt einen oberen Teil 22 und einen unteren Teil 25. Der untere Teil 25 enthält eine Vielzahl von Düsen 30 darin und leitet die vorbefeuchteten und äquilibrierten Tabakstengel vertikal abwärts. An dem oberen Teil 22 der Leitung 18 ist eine Einrichtung zur Einspritzung von Wasser in die Leitung vorgesehen, die hier einfach als Sprüheinlässe 21 dargestellt ist. Wasser wird in den oberen Teil 22 eingeleitet und tritt in die Leitung 18 ein und befeuchtet die Stengel in diesem Teil der Einrichtung. Bevorzugt besitzt durch die Einlasse 21 eingeleitetes Wasser eine Temperatur von etwa 82,2°C (180°F) und erhöht den Feuchtigkeitsgehalt der Stengel um etwa 10%.

In dem oberen Teil 22 der Leitung 18 fallen die Stengel bevorzugt frei, während sie V/assersprühnebel von den Einlassen 21 ausgesetzt sind. Im Gegensatz dazu ist es bevorzugt, daß sich die Stengel im unteren Teil 25 als Säule aus Stengeln, die in Kontakt miteinander sind, anzusammeln. Die Stengel bewegen sich durch die Leitung, kontrolliert durch die Einfuhrrate der Stengel in den oberen, äußeren Teil der Leitung 18 und die Entnahmerate der Stengel aus dem unteren, äußeren Teil der Leitung; bevorzugt beträgt der Zeitbereich 2 bis 6 Minuten. Wie in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, ist ein Detektor 23, bevorzugt eine Photozelle, vorgesehen, die die obere, äußere Grenze der Säule aus Stengeln feststellt und die das obere Niveau der Säule aufrechterhält, indem sie die Input- oder Output-Rate (Zufuhr- oder Entnahmerate) der Stengel aus der Leitung ändert. In der vorliegenden Anmeldung bedeutet eine Säule aus Stengeln eine Vielzahl von Stengeln, die sich in der Leitung so akkumuliert

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haben, daß benachbarte Stengel aufeinanderliegen. Dies steht im Gegensatz zu dem bevorzugten Zustand der Stengel im oberen Teil 22 der Leitung 18, wo die Stengel frei fallen, während sie zusätzliche Feuchtigkeit aufnehmen.

Der untere Teil 25 der Leitung 18 wird von einer Vielzahl von Kammern 24, 26 und 28 umgeben. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Kammern von einem zylindrischen Element 30, das die Leitung 18 umgibt, mit einer Vielzahl von radial angebrachten Trennelementen 32, 34, 36 und 38, die die drei Kammern bilden, gebildet. Ein Gemisch aus V/asser und Dampf wird in die drei Kammern eingeleitet, v/obei die Temperatur und die Strömungsraten des Wassers und des Dampfes unabhängig eingestellt werden können. Das in die Kammern eingeleitete Gemisch geht durch die Düsen 20 und in die Stengel innerhalb der Leitung.

Die Dampfkomponente des Gemisches trägt sehr wenig zu der Feuchtigkeit bei, die von den Tabakstengeln zurückgehalten wird. Offensichtlich wird durch die Anwesenheit des Dampfes die Tabakstruktur geöffnet und die Diffusion des Wassers in die Innenteile der Stengel verstärkt. Obgleich nicht bekannt ist, daß dieser Parameter kritisch ist, wurde gefunden, daß eine Dampfzufuhrrate von 227 kg/etwa 454 kg (500 lbs/1000 lbs) trockener Stengel ausreicht, um eine zusätzliche Diffusion von Wasser in die Stengel zu aktivieren bzw. zu katalysieren. Die trockenen Stengel enthalten etwa 13 Gew.# Feuchtigkeit auf Gesamtgrundlage. Dieser Parameter bezieht sich auf das Gewicht der trockenen Stengel, obgleich die in die zweite Feuchtigkeitsstufe eingebrachten Stengel einen wesentlichen Feuchtigkeitsgehalt besitzen. Durch die Eliminierung des Wasser von dem obigen Parameter wird nur die Wirkung des Gewichts der zugeführten Feuchtigkeit in die Stengel auf die Dampfzufuhrrate eliminiert.

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Da das V/asser hauptsächlich für die zusätzliche Befeuchtung verantwortlich ist, ist die Wasserzufuhrrate direkt proportional zu dem zugeführten Feuchtigkeitsgehalt, der Strömungsrate der Stengel und dem gewünschten Endfeuchtigkeitsgehalt.

Besonderer Erfolg wurde bei der dargestellten Ausführungsform erzielt, bei der das Gemisch aus Dampf und Wasser auf die Außenoberfläche der Leitung 18 an drei räumlich getrennten Stellen längs der Länge der Leitung angewendet wird. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die drei getrennten Stellen bzw. Teile diejenigen Teile der Leitung, wo sich die drei Kammern 24, 26 und 28 befinden. In den obersten Teil der Leitung wird ein Gemisch mit einer Strömungsrate eingeleitet-, die ausreicht, den Feuchtigkeitsgehalt der Stengel um etwa 3% zu erhöhen. In den Mittelteil der Leitung wird ein Gemisch in einer Strömungsrate eingeleitet, die ausreicht, den Feuchtigkeitsgehalt der Stengel um etwa 1# zu erhöhen, während in den untersten Teil ein Gemisch in einer Strömungsrate eingeleitet wird, die ausreicht, den Feuchtigkeitsgehalt der Stengel um weniger als Λ% zu erhöhen und den gewünschten, induzierten Endfeuchtigkeitsgehalt zu ergeben.

Die Verfahrensstufen bis zu diesem Punkt und die Vorrichtung für die Induzierung des ersten und zweiten Feuchtigkeitsgehalts und für die Äquilibrierung werden in

Einzelheiten in der DT-PS (

entsprechend der US-Patentanmeldung Ser.Nr. 705,741» mit dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zur Befeuchtung von ganzen Tabakstengeln" der gleichen Erfinder und der gleichen Anmelderin) beschrieben.

Die vertikale, zylindrische Leitung 18 wird bei der dargestellten Ausführungsform durch eine Vielzahl von Düsen 2o begrenzt, die bewirken, daß das

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ίο

die Leitung 18 für den Durchgang des Gemisches aus Wasser und Dampf permeabel ist. Das Gemisch wird auf die Außenoberfläche der Leitung angewendet und geht durch die Düsen 20 hindurch und durchdringt die Stengel innerhalb der Leitung. Bevorzugt sind die Düsen bzw. Löcher bzw. öffnungen (diese Ausdrücke werden in der vorliegenden Anmeldung synonym verwendet) kreisförmig, und wenn sie kreisförmig sind, nehmen sie etwa 35% der Oberfläche des unteren Teils der Leitung 18 ein.

Die Form der Öffnungen 20 in den Wänden der Leitung 18 ist nicht kritisch. Diese erfindungsgeraäße Ausführungsform kann durchgeführt werden, wenn die Öffnungen ausreichend groß sind, so daß das Gemisch aus Wasser und Dampf Zugang zu der Säule aus Stengeln hat, während sich die Stengel im Inneren der Leitung 18 befinden.

Bevorzugt wird die zylindrische Leitung 18 längs ihrer Länge durch eine Vielzahl von Kammern, die in Fig. 3 als obere Kammer 24, mittlere Kammer 26 und untere Kammer 28 dargestellt sind, umgeben. Die Kammern stehen jeweils in Strömungskommunikation mit den Stengeln in der Leitung 18 durch die öffnungen 20. Die Kammern 24, 26 und 28 werden bevorzugt durch ein konzentrisches Element 30, das die Leitung 18 umgibt, und eine Vielzahl von radial angebrachten Trennelementen 34, 36 und 38 definiert bzw. begrenzt, wobei die Trennelemente die Leitung 18 und das konzentrische Element 30 verbinden.

Einrichtungen zum Einleiten des Gemisches aus Wasser und Dampf in die Kammern und zur Zufuhr von Dampf und Wasser zu der Außenoberfläche der Leitung 18 sind schematisch als Einlaßöffnungen 40, 42 und 44 für das Gemisch dargestellt. Bevorzugt wird in jede Einlaßöffnung ein Gemisch aus unabhängig einstellbaren Quellen an Wasser und Dampf

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eingeleitet, wodurch unterschiedliche Gemische in die verschiedenen Kammern eingeleitet werden können. V/ie es bei der Beschreibung des bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens' näher erläutert wird, werden die Quellen für Dampf und Wasser so eingestellt, daß progressiv weniger Feuchtigkeit auf die Stengel angewendet wird, wenn die Stengel durch die Leitung 18 hindurchgehen.

Obgleich bei der bevorzugten Ausführungsform eine gemeinsame Quelle für Dampf bei ähnlichem Druck (1,05 atü = 15 psig) in jeder Kammer verwendet wird, sollten die Dampfquellen unabhängig voneinander sein. Es ist die Funktion des Dampfes, der auf die Stengel im unteren Teil der Leitung 18 angewendet wird, die Stengel zu erhitzen, wenn sie durch die Leitung hindurchgehen, so daß die zusätzliche Infusion und Diffusion von Feuchtigkeit katalysiert wird.

Bei der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird Wasser mit einer Temperatur im Bereich von 4,4 bis 21,1°C (40-70⁰F) verwendet. Die Strömungsrate des Wassers wird an unterschiedlichen Stellen der Leitung 18 variiert, so daß die Menge an Wasser, die auf die Stengel angewendet wird, progressiv vermindert wird, wie sich die Stengel durch das Rohr fortbewegen.

Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung, die zwischen der Einrichtung für die Zufuhr von Dampf und der Außenoberfläche der Leitung angebracht ist, vorgesehen, mit der eine lokalisierte Anwendung von Dampf auf die Außenoberfläche vermieden wird. Eine lokalisierte Anwendung von Dampf auf die Leitung und die Stengel darin ergibt ein uneinheitliches Erhitzen der Stengel, wodurch andererseits eine uneinheitliche Befeuchtung erreicht wird.

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Wie in den Fig. 3 und 5 dargestellt ist, sind zwischen den Einlaßöffnungen 40, 42 und 44 für das Gemisch und der Außenoberfläche der Leitung 18 Ablenkelemente 46 vorgesehen. Obgleich die dargestellten Gemisch-Einlaßöffnungen gleichzeitig sowohl Wasser als auch Dampf einleiten, müssen die Ablenkelemente nicht zwischen dem Dampfeinlaß und der Leitung 18 angebracht sein. Bei einer lokalen, uneinheitlichen Anwendung von V/asser diffundiert das V/asser schnell und ergibt einen einheitlichen Feuchtigkeitsgehalt, bedingt durch die poröse Natur der Säule aus Stengeln und der Stengel selbst. Im Gegensatz dazu ist das Ansprechen der Stengel auf die Befeuchtung temperaturabhängig,und ein lokales Erhitzen der Stengel durch eine lokalisierte Anwendung von Dampf in die Leitung wird eine uneinheitliche Befeuchtung der Stengel ergeben.

Die Ablenkelemente bzw. -organe besitzen bei der bevorzugten Ausführungsform eine Höhe, die geringer ist als die der Kammer, wobei die begleitenden Elemente bzw. Organe 19 die Ablenkelemente 46 an der Leitung 18 auf solche Weise befestigen, daß die Strömung des Dampfes um die Ablenkelemente herum möglich wird. Atomisiertes V/asser wird durch die Öffnungen 20 in die Leitung 18 eingeleitet. Überschüssiges Wasser wird durch nichtgezeigte Einrichtungen von jedem der Trennelemente 34, 36 und 38 entnommen bzw. ablaufen gelassen.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, werden durch die Zufuhr- und Entnahmefördereinrichtungen 52 die Stengel von dem unteren, äußeren Teil der Leitung 18 auf ein Förderband 56 befördert. Das Förderband 56 befindet sich in einem Gehäuse 54, durch das die Feuchtigkeit in den Stengeln erhaltenbleibt. Eine zusätzliche Äquilibrierung (Behandlung in der Masse) der befeuchteten Stengel kann stattfinden, wenn die Stengel innerhalb des Gehäuses 54 befördert werden.

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Bevorzugt sind Einrichtungen zur Extraktion von Dampf aus der Leitung 18 vorgesehen, wenn die Stengel durch die Leitung hindurchgehen. In der dargestellten Ausführungsform umfaßt die geschlossene, untere Fördereinrichtung 52 ein Gebläse 55, das in Strömungskommunikation mit dem Gehäuse 54 steht. Es ist weiterhin bevorzugt, daß die Vorrichtung eine Dampfextraktionseinrichtung an dem Zufuhrteil der Leitung 18 enthält, und in der dargestellten Form ist das Gebläse 51 zur Entnahme von Dampf daraus bzw. Extraktion von Dampf vorgesehen. Die induzierte Strömung des Dampfes durch die Säule aus Stengeln in der Leitung 18 katalysiert ein einheitliches Erhitzen innerhalb der Säule aus Stengeln.

Bei einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens werden die Stengel progressiv wärmer, wenn sie sich in Richtung auf den Auslaß der Leitung 18 fortbewegen. Die induzierte Strömung des Dampfes durch die Säule aus Stengeln soll den Temperaturgradienten längs der Länge der Leitung nicht eliminieren, sondern ein lokales, uneinheitliches Erhitzen innerhalb der Stengeltäule verhindern.

Da die Stengel bereits einen einheitlichen Feuchtigkeitsgehalt, bedingt durch die Äquilibrierungsstufe, besitzen, ergibt die zusätzliche Zugabe von Feuchtigkeit in der Leitung 18 keine uneinheitliche Feuchtigkeitsverteilung In den Stengeln, wenn sie durch die Leitung hindurchgehen, sondern der Feuchtigkeitsgehalt ist für den Schneidvorgang geeignet.

Die so behandelten Stengel besitzen einen Feuchtigkeitsgehalt von 30 bis 6096, und bevorzugt besitzen die Stengel einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 42 bis 44 Gew.96. Der Schneidvorgang ergibt bei Stengeln mit oder nahe an dem bevorzugten Feuchtigkeitsgehalt und mit einer einheitlichen

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Verteilung der Feuchtigkeit in ihnen ein einheitliches, teilchenförmiges Produkt, ohne daß gleichzeitig teilchenförmige Feinstoffe oder Mehl gebildet werden. Zusätzlich zeigt das Endprodukt eine erhöhte Füllkraft, wenn es aus Stengeln mit dem bevorzugten Feuchtigkeitsgehalt hergestellt wird, wobei die Füllkraft abnimmt, wenn der Feuchtigkeitsgehalt über oder unter den bevorzugten Bereich geändert wird.

Die Stengel mit dem zweiten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt werden nachfolgend einem Schneidvorgang unter Bildung nichtexpandierter, teilchenförmiger Tabakstengel unterworfen. Die Schneidvorrichtung ist schematisch als Schneidvorrichtung 50 in Fig. 1 dargestellt. Unter Verwendung einer Molins Rotary Cutting Machine werden Schnitteinstellungen von 90, 140, 160, 180 und 200 cpi (Schnitte pro inch) (bzw. Schnitte pro 2,54 cm) untersucht, um die optimale Teilchengröße hinsichtlich der Eigenschaften des Endprodukts und der Wirksamkeit des Schneidvorgangs festzustellen. Bei Einstellungen von 16O cpi zeigt das Produkt eine wesentlich verbesserte bzw. erhöhte FUllkraft, und die Bildung unerwünschter Materialien während des Schneidvorgangs ist minimal. Die Einstellungen bei den Schneidmaschinen sind nicht genau identisch, und eine andere Schneidmaschine, die mit 16O cpi eingestellt ist, kann möglicherweise kein optimales Produkt ergeben.

Nach dem Schneidvorgang, bei dem die ganzen Stengel in teilchenförmige Teilchen umgewandelt werden, wird das teilchenförmige Tabakprodukt durch direkte Anwendung von Dampf expandiert. Bevorzugt wird die Expansions- bzw. Ausdehnungsstufe in einer Vorrichtung durchgeführt, die ähnlich ist wie die in Fig. 2 dargestellte und die einen verlängerten Zylinder 10 mit einem Rohr 12 enthält, das durch die Rotationsachse des Zylinders hindurchgeht. Bevor-

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zugt ist der Zylinder längs seiner Länge in einem V/inkel α von der Horizontalen von etwa 7° geneigt, wobei die Tabakstengel in das obere Ende des Zylinders eingeleitet werden und die Stengel aus dem unteren Ende des Zylinders 10 heraustreten. Der Zylinder wird mit etwa 20 U/min gedreht, wobei die Neigung und die Rotation des Zylinders 10 die Tabakstengel innerhalb des Zylinders unter Bildung einer Masse induzieren, die das in Fig. 2 mit 16 angedeutete Profil besitzt, wenn die Stengel durch den Zylinder 10 hindurchgehen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird Dampf nur in dem mittleren Drittel des Zylinders angewendet. Das axiale Dampfrohr 12 ist längs der Zentralachse des Zylinders 10 angebracht, wobei die öffnungen auf das Profil der Stangel leiten. Wie durch das Sprühmuster 14 angezeigt wird, wird der Dampf aus dem axialen Rohr 12 direkt nur auf den Teil des Zylinders geleitet, der die Tabakmasse enthält. Als Folge dieser Konfiguration werden beachtliche Energieersparnisse beim Betrieb der Bedampfungsvorrichtung, die in Fig. 2 dargestellt ist, erzielt. Beim Betrieb der in Fig. 2 dargestellten Bedampfungsvorrichtung hat man Ersparnisse im Dampf verbrauch bis zu 68% erreicht. Einsparungen im Dampfverbrauch bis zu 68% wurden beim Betrieb der dargestellten Bedampfungsvorrichtung erzielt, verglichen mit einer ähnlichen Vorrichtung, bei der der Dampf radial aus dem Zentralrohr 360° um das Rohr verteilt wurde. Die geschnittenen Teilchen aus Tabakstengeln werden in das eine Ende des geneigten Rotationszylinders mit einer darin angebrachten axialen Dampfleitung eingeleitet. Die Teilchen werden durch die Länge des Zylinders, bedingt durch seine Neigung und Rotation, transportiert, während Dampf nur auf eine Stelle angewendet wird, wo sich die Hauptmenge der Tabakteilchen im Zylinder befindet.

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Unter Verwendung einer solchen Vorrichtung zum Expandieren der Teilchen erhält man wesentliche Energieersparnisse im Zusammenhang mit der Dampfbildung. Weiterhin wird die Füllkapazität der darin expandierten Teilchen erhöht. Zum Vergleich mit dieser Ausführungsform wird ein Versuch durchgeführt, bei dem gesättigter Dampf von 9,84 atü (140 psig) einheitlich mit einem Winkel von 360° in dem Zylinder verteilt wird, verglichen mit der erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der gesättigter Dampf des gleichen Druckes lokal nur auf die Tabakteilchen gerichtet wird. Die Verfahrensparameter der beiden Versuche sind in Tabelle I aufgeführt, wie auch die Menge an verbrauchtem Dampf und die relative Füllkraft der expandierten Produkte.

Tabelle I Vergleich des Dampfverbrauchs und der Füllkapazität

Vergleich Erfindungsgemäß

Zylinder-Durchmesser, cm(in.) 50,8 (20) 50,8(20) Länge, m (ft.) 3,5(11 3A) 3,5(11

Rotation, U/min 20,6 20,6

Teilchenverweilzeit, see 55 55

Teilchenzufuhrrate, kg/h(lbs./hr) 318 (700) 680 (1500) Feuchtigkeit der zugeführten

Teilchen, % 42 42

Menge des angewendeten, gesättigten

Dampfes, kg Dampf/kg kiochentrockener

Teilchen bei 35,3 atü (14O psig) 3,67 1,15 relative Füllkapazität, %

(in Relation zum Vergleichsversuch) 1(Grundlage) 1,16

Wie aus den Werten hervorgeht, erhält man bei der Verwendung des im Querschnitt in Fig. 2 dargestellten Zylinders für das Expansionsverfahren v/esentliche Ersparnisse in der Menge an Dampf, die zum Expandieren der Teilchen erforderlich ist. Bei einer einheitlichen Verteilung des Dampfes innerhalb des Zylinders sind 3,67 kg Dampf für

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jedes kg knochentrockener Teilchen zum Expandieren erforderlich, wohingegen bei dem Zylinder, bei dem eine lokalisierte Dampfverteilung erfolgt, nur 1,15 kg Dampf/kg knochentrockener Teilchen erforderlich sind. Diese Verfahren sind in einem Maßstab durchführbar, bei dem Millionen kg dieser Teilchen behandelt werden. Zieht man dies in Betracht, so ist die Energieersparnis, die durch die Verminderung in der erforderlichen Dampfmenge erhalten wird, offensichtlich.

Überraschenderweise besitzen die Tabakstengelteilchen, die in der dargestellten Vorrichtung expandiert wurden, ebenfalls eine erhöhte Füllkapazität. Vergleicht man die Füllkapazität der beiden Teilchen, bezogen aufeinander, besitzen die Teilchen, die man bei dem verbesserten Verfahren erhält, eine Füllkapazität, die um 16% höher ist als die der Teilchen, die nach dem Vergleichsverfahren hergestellt sind. Die erhöhte Füllkapazität der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Teilchen ist wirtschaftlich von großer Bedeutung, bedingt durch die größere wirksame Ausbeute der expandierten Tabakstengel.

Die Endstufe bei dem Verfahren ist das Trocknen der expandierten Tabakteilchen auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 13 bis 2596. Die für das Trocknen verwendete Vorrichtung ist ein pneumatischer Hochhebetrockner mit drei Kammern. Diese Trockenvorrichtung entspricht den normalerweise verwendeten Einrichtungen zum Trocknen von Tabakteilchen, und für den Fachmann bestehen keine Schwierigkeiten, irgendwelche Einrichtungen zum Trocknen der Teilchen auf den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt auszuwählen. Ähnlich werden die Teilchen anschließend einer Klassifizierungsstufe unterworfen, bei der die Teilchen entsprechend ihrer Größe getrennt werden. Der Fachmann bedarf dafür keine näheren Erläuterungen.

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-J&r-

In der folgenden Tabelle II wird das erfindungsgemäße Verfahren mit bestimmten, bekannten Verfahren verglichen. Aus diesem Vergleich sind die Vorteile der vorliegenden Erfindung erkennbar. So ist ersichtlich, daß man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Einsparungen bei der Massenbehandlungsstufe erhält und daß die Menge an Dampf, die zum Expandieren der Teilchen erforderlich ist, geringer ist als bei den bekannten Verfahren.

Tabelle II Verfahrensvergleich

Erfindungsgemäß.

Bekanntes Verfahren

Feuchtigkeit bis zu 3096

Massenbehandlung 15 min

Feuchtigkeit bis zu 44?6 3696

Einebnen bzw.Walzen bis zu 0,122 cm

einer Dicke von - (0,048")

Schneiden bei einer Einstellung von 160 cpi 160 cpi

Austrittsfeuchtigkeit von 4296 3696

Befeuchten bis - 4296

Massenbehandlung - · 30 min

Dampf bis zu einer Feuchtigkeit von 47?6 4796

in einer Menge von (kg Dampf/kg

knochentrockene Stengel) 1,15 3,67

Trocknen bis zu einer Feuchtigkeit

von 2196 2196

Die Produkte, die bei den Verfahren der Tabelle II erhalten werden, werden in Tabelle III verglichen. Die relative FUllkraft ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um 2096 höher, verglichen mit dem bekannten Verfahren. Die numerischen Werte für die Füllkraft sind nur relativ, wobei der Wert des bekannten Produktes willkürlich mit 1,0 angenommen wurde.

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Tabelle III Produktvergleich

Größenverteilung % zurückgehalten auf einem 1,27 cm 0,63 cm 0,32 cm 0,16 cm Pfanne

1/2») Sieb 1/4») Sieb 1/8") Sieb 1/16») Sieb

verwendbares Endprodukt aus dem Trockner (%)

Zunahme der rel.Füllkraft

Erfindungs-	Bekanntes
gemäß	Verfahren
0,09	0,00
4,26	2,09
54,47	37,99
37,34	46,64
4,03	13,27
81,9	70,5
1,20	1,0(Vergl.)

Das nützliche Endprodukt aus der Trockenvorrichtung ist der Teil des Materials, der direkt als Tabakfüllstoff verwendet werden kann und der in Fig. 1 als "Produkt" angegeben wird.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1

Die Stengel werden auf einen ersten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt über 20 Gew.% durch kontinuierlichen Durchgang der Stengel durch einen geneigten Rotationszylinder befeuchtet. Die Stengelverweilzeit in dem Zylinder ist weniger als 1 min. Die Stengel werden sowohl mit Wasser als auch mit Dampf behandelt, um einen Feuchtigkeitsgehalt von über 20% zu erreichen. Die Stengelaustrittstemperatur liegt über 48,9°C (120⁰F). Für diese Anfangsbefeuchtungsbehandlung verwendet man die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung.

Die Stengel werden anschließend äquilibriert, indem man sie in einem geschlossenen Behälter 15 min aufbewahrt. Schließlich werden die Stengel durch ein vertikales Rohr geleitet, in dem zuerst heißes Wasser von 76,7 bis 82,2°C

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(17O-18O°F) auf die Stengel und anschließend ein Gemisch aus Wasser und Dampf auf die Stengel angewendet werden. Die Feuchtigkeitsgehalte der Stengel werden in den Beispielen aufgeführt und in allen Fällen hat sich die Temperatur der Stengel auf über 90,5⁰C (195⁰F) erhöht.

Die Feuchtigkeitsgehalte der Stengel werden in den Beispielen angegeben als: Anfangsfeuchtigkeitsgehalt vor dem Eingang in das Element 60 der Fig. 4; erster, induzierter Feuchtigkeitsgehalt nach dem Austritt aus dem Element 60 vor der Massenbehandlung (Äquilibrierung); und zweiter, induzierter Feuchtigkeitsgehalt der Stengel, wenn sie aus der Leitung 18 der Fig. 3 austreten. Der Endfeuchtigkeitsgehalt des erfindungsgemäßen Produktes wird mit dem Endfeuchtigkeitsgehalt eines Vergleichsverfahrens verglichen, bei dem die Stengel nach bekannten Verfahren (wie sie zuvor in dieser Anmeldung beschrieben wurden) behandelt wurden. Dadurch sollen die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden.

Die Änderung des Feuchtigkeitsgehaltes der Stengel bei verschiedenen Verfahrensstufen wird mit" dem zuvor beschriebenen, bekannten Verfahren verglichen. In diesem Beispiel wird der einheitlichere Feuchtigkeitsgehalt von Tabakstengeln und -teilchen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurden, erläutert.

Gealterte, rauchgehärtete Stengel werden nach dem bevorzugten Verfahren befeuchtet und die unterschiedlichen Feuchtigkeitswerte werden mit denen eines Produktes verglichen, das nach einem Vergleichsverfahren unter Verwendung der gleichen Stengel erzeugt wurde.

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Anfangsfeuch- Erster,induz. Zweiter, Endfeuchtigkeitsgehalt Feuchtigkeits- induziert, tigkeitsder Stengel gehalt(ohne Feuchtig- geh.für d.

Massenbehandl.) keitsgeh. Vergl.Probe

Durchschnitt 9,20 32,84 41,6 40,8

Standardabweichung 0,745 4,854 1,404 5,345

95% CL. +0,6 +3,5 +1,2 +4,1

Die 95% CL. (95%ige Vertrauensgrenzen) zeigen, daß der mittlere Feuchtigkeitsgehalt der Stengelpopulation innerhalb dieser Grenzen mit einer Wahrscheinlich von 95% liegt. Sie sind ein direktes Anzeichen für die Variation der befeuchteten Stengel und leiten sich von den Abweichungen von dem mittleren Wert ab.

Wie aus dem Beispiel hervorgeht, sind die Stengel mit dem zweiten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt, die erfindungsgemäß erzeugt werden, einheitlicher befeuchtet als die, die man bei dem bekannten Verfahren erhält. Dadurch wird das Gesamtverfahren zur Erzeugung expandierter Tabakteilchen wesentlich verbessert, da die Menge an Mehl und feinen Teilchen, die beim Schneiden der befeuchteten Stengel gebildet werden, verringert wird.

Beispiel 2

Ganze Tabakstengel werden unter Verwendung der in den Zeichnungen dargestellten, bevorzugten Ausführungsformen behandelt, wobei die Rate der Feuchtigkeitszugabe bei den verschiedenen Verfahrensstufen, bei denen Wasser zu den Stengeln zugegeben wird, gemessen wird. Ausgedrückt in Liter (gallon)/1000 kg ganze Stengel, sind die Raten der Feuchtigkeitszugaben wie folgt:

Anfangsbefeuchtung innerhalb des Zylinders 60 110,3 (29,1) Befeuchtung im oberen Teil 22 d.Leitung 18 53»4 (14,1)

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Befeuchtung in der oberen Kammer 24 d.Leitung 18 52,7 (13,9) Befeuchtung in der mittleren Kammer 26 der

Leitung 18 36,0 (9,5)

Befeuchtung in der unteren Kammer 28 der

Leitung 18 <3,79 (O)

In diesem Beispiel werden die Stengel auf etwa 44% befeuchtet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde anhand verschiedener Verfahrensstufen, bei denen Wasser, Dampf oder ihre Gemische zur Erzielung spezifischer Wirkungen angewendet wurden, erläutert. Bei einigen Stufen wird die Wirkung durch eine physikalische Änderung der Struktur und bei anderen durch die Infusion von Feuchtigkeit erzielt. Es wurde festgestellt, daß durch die Anwendung von Dampf hauptsächlich physikalische Änderungen in der Tabakstruktur auftreten, wobei der Dampf den Feuchtigkeitsgehalt des Produkts nur wehr wenig beeinflußt. Mit dieser Kenntnis des Verfahrens kann der Fachmann spezifische Feuchtigkeitsgehalte der Materialien durch Gleichgewichtsberechnungen und geeignete Verfahrenskontrolle einstellen.

Wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Einhaltung der bevorzugten Verfahrensparameter durchgeführt, so besitzt das Produkt eine verbesserte Qualität, und die Verfahrenswirtschaftlichkeit ist verbessert, überraschenderweise ist keiner der bevorzugten Parameter bei der Durchführung des Verfahrens kritisch, und die Verfahrensoptimierung läßt sich durch die Verfahrensparameter leicht einstellen. Wesentliche Verfahrens- und Produktverbesserungen werden erhalten, wenn man innerhalb der bevorzugten Grenzen arbeitet. Das Verfahren kann Jedoch auch außerhalb der bevorzugten Bereiche durchgeführt werden und ist auch dann noch wesentlich besser als irgendeines der bekannten Verfahren. Arbeitet man außerhalb der allgemeinen Lehren der vorliegenden Erfindung, so

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kann es geschehen, daß die Stengel nur zeitweise expandiert werden und daß die Füllkraft des Produktes später verschlechtert wird. Überraschenderweise wurde gefunden, daß man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einige Bestandteile der Stengel entfernen kann, die, wenn sie vorhanden sind, die Marktannehmbarkeit bzw. marktgerechte Verwendung der Waren, die das Verfahrensprodukt eingearbeitet enthalten, nachteilig beeinflussen können. Die vorliegende Erfindung ermöglicht so nicht nur wesentliche Verbesserungen in der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und bei dem Produkt, sondern das erfindungsgemäße Produkt ist auch in seinen Eigenschaften besser und somit besser verkäuflich.

Die Vorrichtung

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden ganze Tabakstengel zu einer Vielzahl expandierter Tabakteilchen verarbeitet, die in Rauchwaren eingearbeitet werden können.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die Einrichtungen zum Öffnen der zellularen Struktur der Stengel für die Infusion der Feuchtigkeit bei der gleichzeitigen Anwendung von Wasser und Dampf umfaßt.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, wird ein geneigtes, rotierendes, zylindrisches Element 60 zur Verfügung gestellt, das die Stengel am oberen Ende des Zylinders aufnimmt. Die spezifische Bauart der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung wurde zuvor beschrieben.

Zum Expandieren der geschnittenen Tabakstengel kann eine ähnliche Vorrichtung verwendet werden. Wie in Fig. 2 dargestellt und zuvor beschrieben, ist das Spraymuster 14 einzig für Dampf entwickelt, der auf die Tabakteilchen innerhalb des Zylinders gerichtet ist. Bei dieser

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Ausführungsform wird die Stelle bzw. die Lage der Tabakteilchen ungefähr durch den Haufen bzw. Stapel der Stengel 16 gebildet. Leitet man den Dampf nur auf die Stelle der Stengel oder der Teilchen, so wird die Wirksamkeit des Verfahrens wesentlich verbessert, ohne daß nachteilige Wirkungen bei den so behandelten Produkten beobachtet werden.

Erfindungsgemäß enthält die Vorrichtung Einrichtungen zur Äquilibrierung des Feuchtigkeitsgehaltes innerhalb der Stengel. Dies wird allgemein als "Massenbehandlungsstufe¹¹ auf dem Tabakgebiet bezeichnet und besteht darin, daß man die Stengel in einen feuchtigkeitsundurchlässigen, verschlossenen Behälter während einer Zeit gibt, die ausreicht, eine Diffusion des Wassers in den Stengeln über den gesamten Querschnitt der Stengel zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß sind Mittel zur weiteren Befeuchtung der äquilibrierten Stengel vorgesehen, durch die periodisch Wasser und dann Wasser und Dampf an den Stengeln angewendet wird. In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform enthält die Einrichtung für eine weitere Befeuchtung der äquilibrierten Stengel eine vertikal angebrachte Leitung 18, die eine Vielzahl von öffnungen 20 an ihrem unteren Teil enthält. Die Kammern 24, 26 und 28 stehen in Strömungskommunikation mit dem Inneren der Leitung durch die öffnungen 20. Es ist die Funktion der Kammern, das Gemisch aus Wasser und Dampf, das in die Kammern durch die öffnungen 20 eingeleitet wird, zu verteilen und auf die Stengel aufzubringen, wenn sie durch das Innere der Leitung hindurchgehen.

Es ist weiterhin bevorzugt, daß die Vorrichtung eine Einrichtung am oberen Teil der Leitung 18 für die Anwendung von Wasser in Form eines Sprühnebels auf die Stengel innerhalb des oberen Bereichs 22. der Leitung 18 enthält. Auf diese Weise wird den äquilibrierten Stengeln, wenn sie durch

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die Leitung hindurchgehen, der zweite, induzierte Feuchtigkeitsgehalt zwischen 30 und 60 Ge\r.% verliehen, wobei der Feuchtigkeitsgehalt einheitlicher ist als bei dem bekannten Verfahren. Durch diesen einheitlichen Feuchtigkeitsgehalt wird die Bildung von Mehl und feinen Teilchen während des Schneidvorgangs vermieden, bei dem die Stengel unter Bildung von befeuchteten Teilchen zerkleinert bzw. unterteilt werden.

Erfindungsgemäß umfaßt die Vorrichtung weiter eine Einrichtung zum Schneiden der Stengel in eine Vielzahl von Teilchen. Erfindungsgemäß werden befeuchtete Stengel mit üblichen Feuchtigkeitsgehalten hergestellt,und daher können an sich bekannte Schneidvorrichtungen verwendet werden. Bei der vorliegenden Erfindung wurde eine Molins Rotary Cutting-Maschine verwendet. Man kann jedoch zur Zerkleinerung der Stengel auch andere Schneidvorrichtungen verwenden.

Erfindungsgemäß werden weiterhin Mittel zum Expandieren der Teilchen zur Verfügung gestellt. Wie zuvor beschrieben und wie durch Vergleich aus Tabelle I hervorgeht, ist die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung die bevorzugte Expandiereinrichtung. Die Verwendung einer solchen Einrichtung für die Expansion der befeuchteten Tabakteilchen ergibt ein Produkt mit überlegener Füllkraft. Außerdem wird die für die Expansion erforderlich Energie vermindert.

Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Einrichtung zum Trocknen der expandierten Teilchen auf einen Feuchtigkeitsgehalt, der für die Einarbeitung des Produktes in Rauchwaren geeignet ist, zur Verfügung gestellt. Bei der vorliegenden Erfindung können Standardtrockeneinrichtungen verwendet werden, und der Fachmann weiß, wie er die expandierten Teilchen auf den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt von 13 bis 25 Gew.Jf trocknen kann.

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Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Umwandlung von ganzen Tabakstengeln in expandierte Tabakteilchen durch Öffnen der zellularen Struktur der Stengel und Befeuchtung der Stengel durch gleichzeitige Anwendung von Wasser und Dampf. Die Stengel werden zuerst bis zu einem ersten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt von 20 bis 4O?6 behandelt und werden dann einer Aquilibrierungsstufe unterworfen, bei der der Feuchtigkeitsgehalt der Stengel einheit lieh innerhalb der Stengel verteilt wird. Die äquilibrierten Stengel werden anschließend bis zu einem zweiten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt befeuchtet, indem man zuerst Wasser und anschließend gleichzeitig Wasser und Dampf anwendet. Bei dem zweiten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt von 30 bis 6096 werden die Stengel in eine Vielzahl von Teilchen geschnitten. Anschließend werden sie expandiert und bis zu einem Endfeuchtigkeitsgehalt von 13 bis 23% getrocknet.

Ende der Beschreibung.

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Claims

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MAXIMILIANSTRASSE 43

14. Juli 1977 P 11 797 -60/co

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung geschnittener und expandierter Tabakteilchen aus ganzen Tabakstengeln, dadurch gekennzeichnet, daß man die folgenden Stufen durchführt:

(a) die zellulare Struktur der Stengel für die Infusion von Feuchtigkeit ohne wesentlichen physikalischen Abbau der zellularen Struktur öffnet,

(b) Feuchtigkeit in die zellulare Struktur in einer Menge im Bereich von 20 bis 40 Gev/.Jä einführt, wobei dieser Bereich als erster, induzierter Feuchtigkeitsgehalt bezeichnet wird,

(c) den Feuchtigkeitsgehalt in den Stengeln äquilibriert,

(d) die Stengel bis zu einem zweiten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt im Bereich von 30 bis 60 Gew.% befeuchtet,

(e) die Stengel bei dem zweiten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt in eine Vielzahl von befeuchteten Tabakteilchen schneidet,

(f) die Teilchen expandiert, und

(g) die Teilchen bis zu einem Endfeuchtigkeitsgehalt im Bereich von 13 bis 25 Gew.96 trocknet.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen der zellularen Struktur und das Einführen von Feuchtigkeit in die Stengel bis zu dem ersten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt durch gleichzeitige Anwendung von Wasser und Dampf auf die Stengel erfolgen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführen von Feuchtigkeit in die Stengel bis zum ersten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt ein Erhitzen der Stengel auf eine Temperatur im Bereich von 48,9 bis 71,1⁰C (120-160⁰F) mitumfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitige Anwendung von Wasser und Dampf die Behandlung der Stengel mit Wasser bei einer Temperatur von etwa 82,2°C (180⁰F) raitumfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen der Stengel für die Zufuhr von Feuchtigkeit und das Befeuchten der Stengel bis zum ersten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt darin bestehen, daß man die Stengel durch einen geneigten Rotationszylinder leitet, während man gleichzeitig Dampf und Wasser ausschließlich auf die Stengel leitet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe von Feuchtigkeit zu den Stengel bis zum ersten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt ein Erhitzen der Stengel auf eine Temperatur im Bereich von 48,9 bis 71,1⁰C (12O-16O°F) mitumfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitige Anwendung von Wasser und Dampf die Behandlung der Stengel mit V/asser bei einer Temperatur von etwa 82,2°C (180⁰F) mitumfaßt.

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8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Zufuhr von Feuchtigkeit zu den Stengeln Stengel mit einem ersten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt im Bereich von 30 bis 32 Gew.JO herstellt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Äquilibrierungsstufe ein Aufbewahren der Stengel bei dem ersten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt innerhalb eines feuchtigkeitsundurchlässigen, verschlossenen Behälters während einer Zeit, die länger ist als 10 Minuten, umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Äquilibrierungsstufe ein Aufbewahren der Stengel bei dem ersten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt innerhalb eines feuchtigkeitsundurchlässigen, verschlossenen Behälters während einer Zeit von etwa 15 Minuten umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtung der Stengel bis zu dem zweiten,induzierten Feuchtigkeitsgehalt ein Durchleiten der äquilibrierten Stengel durch ein vertikal angebrachtes Rohr,bezw.eine Leitung umfaßt, das obere und untere Teile enthält, wobei das Rohr eine Vielzahl von öffnungen in seinem urteren Teil enthält, man zuerst Wasser auf die Stengel im oberen Teil des Rohrs anwendet und anschließend Wasser und Dampf gleichzeitig durch die Öffnungen auf die Stengel, die durch den unteren Teil des Rohrs hindurchgehen, anwendet.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Befeuchtung der Stengel bis zu dem zweiten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt Stengel mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 44 Gew.% erhält.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitige Anwendung von Wasser und Dampf zur Er-

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rcichung dec zweiten, induzierten Feuchtigkeitsgehaltes unter Verv/endung von Wasser und Dampf von 10O⁰C (212⁰F) erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anwendung von Wasser auf die Stengel dadurch erfolgt, daß man Wasser auf die Stengel anwendet, wenn sie innerhalb des oberen Teils des Rohrs frei fallen.

15· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der gleichzeitigen Anwendung von Wasser und Dampf die Stengel durch das Rohr als Säule bewegt.

16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Befeuchten der äquilibrierten Stengel bis zu dem zweiten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt in Stufen mit je weils abnehmenden Mengen erfolgt, so daß der Feuchtigkeitsgehalt auf den gewünschten Wert eingestellt wird, während eine einheitliche Diffusion von Feuchtigkeit durch die Stengel und von Stengel zu Stengel erfolgt.

17. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zufuhr von V/asser zu den Stengeln so erfolgt, daß der Feuchtigkeitsgehalt der äquilibrierten Stengel auf etwa 1096 erhöht wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtung der Stengel bis zu dem zweiten, induzierten Feuchtigkeitsgehalt durch Behandlung des Gemisches in dem Rohr bezw. der Leitung an drei räumlich getrennten Stellen längs der Länge des Rohrs erfolgt,wobei das Gemisch in ebn obersten Teil des Rohrs mit einer Strömungsrate eingeleitet wird, die ausreicht, den Feuchtigkeitsgehalt der Stengel um etwa 3% zu erhöhen,das Gemisch in den mittleren Teil des Rohrs mit einer Strömungsrate eingeleitet wird, die ausreicht, den

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Feuchtigkeitsgehalt der Stengel um etwa 1# zu erhöhen, und das Gemisch in den untersten Teil des Rohrs in einer Strömungsrate eingeleitet wird, die ausreicht, den Feuchtigkeitsgehalt der Stengel um weniger als 1% zu erhöhen, wobei der gewünschte zweite, induzierte Feuchtigkeitsgehalt erhalten wird.

19. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Stengel beim Durchgehen der Stengel durch das Rohr erhöht wird.

20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen expandiert werden, indem man die Teilchen durch einen geneigten, rotierenden Zylinder leitet und Dampf einzig auf die Teilchen anwendet.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Expandieren der Teilchen expandierte Teilchen mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 47 Gew.% vor der Trocknungsstufe erhält.

22. Vorrichtung zur Verarbeitung ganzer Tabakstengel zu einer Vielzahl expandierter Tabakteilchen, die in Rauchwaren eingearbeitet v/erden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung umfaßt:

(a) eine Einrichtung zum Öffnen der zellularen Struktur der Stengel für die Infusion von Feuchtigkeit bei der gleichzeitigen Anwendung von Wasser und Dampf,

(b) eine Einrichtung zum Aquilibrieren des Feuchtigkeitsgehalts innerhalb der Stengel,

(c) eine Einrichtung zur v/eiteren Befeuchtung der äquilibrierten Stengel durch nacheinander erfolgende Anwendung von Wasser und anschließend Wasser und Dampf an die Stengel,

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(d) eine Einrichtung zum Schneiden der Stengel in eine Vielzahl von Teilchen,

(e) eine Einrichtung zum Expandieren der Teilchen und (f) eine Einrichtung zum Trocknen der expandierten Teilchen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Offnen der zellularen Struktur der Stengel umfaßt: ein geneigtes, rotierendes, zylindrisches Element für die Aufnahme der Stengel an seinem oberen Ende, wobei die Stengel so einen Teil des Querschnitts des zylindrischen Elements, bedingt durch die Rotation und Neigung des Elements einnehmen, eine Einrichtung zum Leiten von Dampf auf einen begrenzten Teil der Stengel, und eine Einrichtung zum Leiten von V/asser zu einem begrenzten Teil der Stengel innerhalb des zylindrischen Elements.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Expandiereinrichtung umfaßt: ein geneigtes, rotierendes, zylindrisches Element für die Aufnahme der Teilchen an seinem oberen Ende, wobei die Teilchen einen Teil des Querschnitts längs der Länge des zylindrischen Elements, bedingt durch die Rotation und die Neigung des Elements, einnehmen,das Element ein zentrales,axiales Rohr,bezw.eine Leitung umfaßt, das in dem Element an seiner ungefähren Rotationsachse angebracht ist,und wobei das zentrale Rohr eine Vielzahl von Öffnungen darin enthält, wobei die Öffnungen so angebracht sind, daß Dampf, der durch sie hindurchgeht, nur auf die Steile in dem Element geleitet wird, wo sich die Tabakteilchen befinden.

25. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Äquilibriereinrichtung ein feuchtigkeitsundurchlässiger, verschlossener Behälter ist.

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26. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur weiteren Beleuchtung der äquilibrierten Stengel umfaßt:

(a) ein vertikal angebrachtes Rohr, bezw. eine Leitung, das bezw. die eine Vielzahl von Öffnungen, die durch seinen unteren Teil hindurchgehen, enthält.

(b) eine Einrichtung am oberen Teil des Rohrs zur Anwendung von V/asser in Form eines Sprühnebels auf die Stengel im oberen Teil des Rohrs, und

(c) eine Vielzahl von Kammern, die den unteren Teil des Rohrs umgeben, wobei die Kammern in Strömungskommunikation mit dem Inneren des Rohrs durch die Öffnungen stehen und wobei die Kammern so angebracht sind, daß Wasser und Dampf, die in die Kammern eingeleitet werden, verteilt werden und auf die Stengel, die durch das Innere des Rohrs hindurchgehen, angewendet werden.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die Anwendung des Gemisches aus V/asser und Dampf eine Vielzahl von Kammern umfaßt, die längs der Länge des unteren Teils des Rohrs angebracht sind, wobei die Kammern das Rohr umgeben und in Strömungskommunikation mit den Stengeln durch permeable Wände stehen, und Einrichtungen zur Einleitung von Dampf und Wasser in die Kammernaufweist.

28. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr zylindrisch ist und daß die Kammern durch im wesentliche konzentrische Elemente, die das Rohr umgeben, und eine Vielzahl von radial angebrachten Trennelementen, die das konzentrische Element und das Rohr verbinden, gebildet werden.

29. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung drei Kammern umfaßt.

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30. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, mit der eine lokalisierte Anwendung von Dampf auf die Außenoberflache verhindert wird, Umlenk- bzw. Ablenkorgane umfaßt, die zwischen der Einrichtung für die Zufuhr des Dampfes und der Außenoberfläche angebracht sind, wobei die Ablenkorgane eine Strömung des Dampfes um die Ablenkorgane und durch die permeablen Wände ermöglichen.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr zylindrisch ist und daß die Ablenkorgane im wesentlichen konzentrisch mit dem Rohr angebracht sind.

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