DE2901145C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung einer dünnen Schicht aus fein zerkleinerten oder pulverisiertem Tabak und ist insbesondere auf die Herstellung eines Breis für diesen Zweck auf kontinuierlicher Basis und mit hoher Geschwindigkeit gerichtet.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines formbaren Tabak/Bindemittel-Breis mit hohem Anteil an festem Tabak.

Bisher ist der übliche Weg, einen formbaren Tabak/Bindemittel- Brei zuzubereiten, zwei im wesentlichen flüssige Phasen zu vereinigen; die eine ist eine Tabakdispersion und die andere eine Grundsubstanz oder ein Bindemittelansatz mit Zumischungen je nach Bedarf. Fein zerkleinerter oder pulverisierter Tabak läßt sich nicht sehr leicht anfeuchten und besonders langsam, wenn er in trockenem Zustand zu einer flüssigen Trägersubstanz zugegeben wird. Um die Homogenität des fertigen Breis zu gewährleisten, ist das Gefäß der Mischvorrichtung, das die beiden flüssigen Phasen aufnimmt, ausreichend groß, so daß eine längere Verweilzeit vorgesehen ist.

Diese längere Zeitspanne, während der das Tabakpulver mit dem wässerigen Bindemittel in Kontakt ist, hat verschiedene Nachteile. Die lange Kontaktdauer zwischen dem Tabak und dem wässerigen Medium läßt den Tabak bis zu seinem Gleichgewichtszustand quellen, wodurch die Fließgrenze des zu gießenden Breis erhöht wird, der Tabak einem möglichen mikrobiologischen Angriff ausgesetzt wird und eine totale Extraktion und Wechselwirkung der löslichen Tabakbestandteile stattfinden kann, was den Geschmack und die Brenneigenschaften der Tabakschicht ungünstig beeinflußt. Tabakdispersionen müssen ständig gerührt werden, um ihre Homogenität zu bewahren, und diese Durchrührung in Verbindung mit der ausgedehnten Verweilzeit, die gewöhnlich über drei Stunden beträgt, kann Oxidationsreaktionen in der Masse begünstigen, die die Geschmacksqualität einer daraus hergestellten Tabakschicht beeinträchtigen.

Wegen der zeitabhängigen Quelleigenschaft und der resultierenden Fließgrenze des Breis muß in dem Brei mehr Wasser enthalten sein, damit man ihn gießen oder formen kann, was wiederum den Energiebedarf für das Trocknen erhöht. Zudem verursacht die komplizierte Ausrüstung für die vorausgehende Dispergierung des Tabaks und für das Mischen der Tabakdispersion mit dem Bindemittel höhere Kapitalkosten, viel Raum und mehr Arbeitskräfte.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines wässerigen Tabak/Bindemittel-Breis bereitzustellen, womit die vorstehend genannten Nachteile weitgehend vermieden werden können, das Verfahren einfach und auch kontinuierlich durchführbar ist, und ein Tabak/Bindemittel-Brei erhalten wird, der vor der Erreichung des Quellungsgleichgewichtszustandes gut zu geformten Tabakprodukten verarbeitbar ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines wässerigen Tabak/Bindemittel-Breis gemäß Anspruch 1 (Verfahren) und Anspruch 4 (Vorrichtung). Zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind den Ansprüchen 2 und 3 (Verfahren) und den Ansprüchen 5 bis 11 (Vorrichtung) zu entnehmen. Ein weiterer Gegenstand ist die Verwendung eines erfindungsgemäß hergestellten Tabak/Bindemittel- Breis zur Herstellung eines geformten Tabakprodukts in Form eines Films, eines Fadens oder eines Stranges.

Erfindungsgemäß läßt sich rasch und auf kontinuierlicher Basis ein formbarer Tabak/Bindemittel-Brei herstellen. Der formbare Brei kann einen höheren Feststoffanteil haben, als dies bei der Herstellung eines solchen Breis durch Vereinigen zweier oder mehr flüssiger Phasen möglich ist. Dies hat den Vorteil eines geringeren Energiebedarfs und höherer Produktionsgeschwindigkeit. Der Tabak/Bindemittel-Brei kann geformt werden, bevor der Tabak seinen Gleichgewichtszustand erreicht. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Tabak/Bindemittel-Breis lassen sich geformte Tabakprodukte, z. B. wiederaufbereiteter Tabak, kosten­ effektiv, mit geringen Kapitalkosten, kleinerem Raumbedarf und weniger Arbeitskräften herstellen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines formbaren Tabak/Bindemittel-Breis mit einen hohen Gehalt an Tabakfeststoffen gemäß Anspruch 1, sowie eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens gemäß Anspruch 4. Zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind den Ansprüchen 2 und 3 (Verfahren) und den Ansprüchen 5 bis 10 (Vorrichtung) zu entnehmen.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Breis;

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung;

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Schnittansicht des Breimischers dieser Figur;

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht des Deckels des Breimischers der Fig. 2;

Fig. 5 eine Schnittansicht nach der Linie 5-5 der Fig. 3.

Wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich, ist ein Fülltrichter 10 für zerkleinerten Tabak mit einem Schwingfördermechanismus 11 versehen, der mit einem Tabakeinlaß 22 in einem Deckel 21 einer leistungsstarken Mischvorrichtung 20, die noch beschrieben wird, verbunden ist. Ein Reservoir 12 für die Trägersubstanz, die ein Bindemittelbrei mit beliebigen Zusätzen ist, ist mit einer Pumpe 13 ausgestattet, die an einen zweiten Einlaß 12 im Deckel 21 der leistungsstarken Mischvorrichtung 20 angeschlossen ist.

Der Antrieb für den Fördermechanismus 11 und die Pumpe 13 muß eine Geschwindigkeitsregelung haben, um die richtige Proportionierung des Tabaks und der Trägersubstanz, die der Mischvorrichtung 20 zugeführt werden, zu ermöglichen. Die Antriebe für den Fördermechanismus 11 und die Pumpe 13 können mit irgendeiner bekannten automatischen Steuerung mit Durchsatzfühler versehen sein.

Die leistungsstarke Mischvorrichtung 20 hat, wie üblich, einen Antrieb mit regelbarer Geschwindigkeit, wie bei 29 angedeutet, und ein Gehäuse 24 mit einem Bodenauslaß 25 (siehe Fig. 3), der mit einem Breikasten 14 verbunden ist, der eine eingestellte Schicht des fertigen Tabak/Bindemittel-Breis auf ein Gießband 19 verteilt.

Eine abgewandelte Ausführung der Vorrichtung der Fig. 1 ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Anstelle des Trichters 10 und des Schwingförderers 11 ist ein modifizierter Füllkasten 15 mit einem Zwangsförderer 16 mit Regelantrieb ausgestattet, dem noch irgend eine geeignete herkömmliche Durchsatzfühl- und -steuer­ einrichtung beigeordnet sein kann. Ein abgewandelter starker Mischer 20 A entspricht im wesentlichen der Mischvorrichtung 20 der Fig. 1, hat aber einen geänderten Deckel 21 A (siehe auch Fig. 4) mit Einlässen 22 A und 23 A, die den Einlässen 22 und 23 des Deckels 21 entsprechen. Das Auslaßende des Förderers 16 ist mit dem Einlaß 22 A und die Pumpe 13 ist mit dem Einlaß 23 A verbunden.

Um den fertigen zu gießenden Brei weiterzubefördern, ist ein Zwangsförderer 17 mit Regelantrieb zwischen den Auslaß 25 (siehe Fig. 3) des abgewandelten Mischers 20 A und den Breikasten 14 geschaltet. Wenn ein Brei mit hohem Feststoffgehalt hergestellt wird, der nur eine begrenzte Fließfähigkeit hat, die es fraglich erscheinen läßt, ob der Brei ordnungsgemäß aus dem Breikasten 14 auf das Gießband 19 aufgebracht wird, kann der Breikasten 14 weggelassen werden und der Förderer 17 mit einer Extrusionsdüse (nicht dargestellt) versehen werden, um den Brei auf das Band 19 aufzuspritzen.

Selbstverständlich ist der abgewandelte Füllkasten 15 mit dem Förderer 16 vollkommen unabhängig von dem Auslaufförderer 17. Jeder dieser Teile kann für sich verwendet werden, um die Vorrichtung der Fig. 1 zu modifizieren.

Ein typischer leistungsstarker Mischer 20, der im wesentlichen eine Feinmühle oder Pulverisiermaschine ist, ist in den Fig. 3 und 5 gezeigt. Ein motorgetriebener Rotor 27, der sich um eine zur Strömungsachse von den Einlässen 22 und 23 oder 22 A und 23 A zum Auslaß 25 senkrechte Achse dreht, ist mit mehreren Schaufeln 28 versehen und arbeitet in einem vollständig freien Raum, der möglichst klein gehalten ist und von dem Gehäuse 24 und dem Deckel 21 oder 21 A des Mischers 20 oder 20 A begrenzt wird. Ein Sieb 26 bildet den unteren Teil der eigentlichen Kammer und erstreckt sich quer über den Bodenauslaß 25 in geringem Abstand von den Enden der Schaufeln 28, wenn sich der Rotor dreht. Jede Schaufelreihe 28, wie sie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist so beabstandet, daß bei jeder Umdrehung des Rotors 27 alle Schaufeln zusammen praktisch die volle Breite des Siebs 26 überstreichen. Dies trägt infolge der von dem rasch umlaufenden Rotor hervorgerufenen Zentrifugalkraft dazu bei, den Brei aus der von dem Gehäuse 24 und dem Deckel 21 oder 21 A umschlossenen Mischkammer auszustoßen.

Da der Tabak bereits vorgemahlen ist und die Trägersubstanz ein Brei ist, wirkt die Mühle oder Zerkleinerungsmaschine als hochintensiver Mischer. Da die zugeführten Massen von zerkleinertem Tabak und Trägersubstanz nicht zermahlen werden müssen, führt der mit hoher Geschwindigkeit rotierende Rotor in der Kammer eine hohe Energie ein, die auf eine verhältnismäßig kleine Gesamtmasse einwirkt, wodurch praktisch sofort eine homogene Dispersion der beiden heterogenen Massen ineinander zustandekommt, so daß eine homogene Masse entsteht, die durch die wischende Wirkung und die Zentrifugalkraft des raschlaufenden Rotors äußerst schnell ausgestoßen wird. Auf diese Weise wird die Verweilzeit des Breis in der Mischvorrichtung auf einem Minimum gehalten und der Brei wird sehr schnell durch den Breikasten 14 auf das Gießband 19 aufgebracht.

Bekanntlich nimmt die scheinbare Viskosität der wässerigen Tabakdispersion mit der Zeit zu, da der Tabak allmählich das wässerige Medium absorbiert, bis der entstehende Brei seinen Gleichgewichtszustand erreicht, in dem der quellende Tabak ein Maximum an wässerigem Medium absorbiert hat. Es ist einzusehen, daß, wenn der im trockenen Zustand befindliche Tabak und der Trägersubstanzbrei rasch so bearbeitet werden können, daß sie ein homogenes Gemisch bilden, das gegossen werden kann, bevor der Tabakbrei seinen Gleichgewichtszustand erreicht, in diesem Fall der Tabakbrei einen höheren Feststoffgehalt bei einer für das Gießen günstigen Viskosität haben kann.

Das Herstellen und Gießen eines Tabakbreis in der beschriebenen Weise bringt verschiedene Vorzüge mit sich. Die kurze Verweilzeit begrenzter Breimengen in dem starken Mischer erlaubt eine rasche Inbetriebnahme, Stillsetzung und Reinigung; sie läßt nur eine geringere Extraktion der natürlichen löslichen Bestand­ teile des Tabaks zu, die aufeinander wirken und den Geschmack des Endproduktes beeinflussen. Zudem wird ein mikrobiologischer Angriff auf den Tabak, verursacht durch das Halten des Tabaks in Breiform, unterbunden.

In einem typischen Flüssig-Flüssig-System enthält der Brei, der sich aus vorgegebenen Anteilen von Trägersubstanz- oder Bindemittelbrei und Tabakdispersion zusammensetzt, normalerweise einen Feststoffanteil von 8 bis 11% und hat eine Viskosität von 9 bis 13 000 Centipoise. Da wässerige Tabakdispersionen gewöhnlich eine recht hohe scheinbare Viskosität haben, muß man solche Dispersionen mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 12 bis 17% ansetzen, um die Fließfähigkeit aufrechtzuerhalten.

Ein Beispiel: Um einen Tabak/Bindemittel (Trägersubstanz)-Brei mit 70% Tabak aus einer Tabakdispersion mit 15,5% Feststoffen und einer Trägersubstanz mit 6,45% Feststoffen herzustellen, werden die flüssigen Phasen in einem Verhältnis von 1,03 Teilen Trägersubstanz zu 1,00 Teilen Tabakdispersion vereinigt und der entstehende Tabak/Trägersubstanz-Brei hat dann eine Feststoffkonzentration von 10,9%. Das Mischgefäß ist so bemessen, daß eine kleinste Verweildauer von über 10 Minuten gegeben ist. Um die Homogenität des Breis zu garantieren, ist in der Praxis die Verweilzeit jedoch nicht über 20 Minuten.

In dem üblichen System hat die Verweilzeit des Tabakdispersion/ Trägersubstanz-Breis in dem Mischer lediglich bezüglich der Schaffung eines gleichmäßigen Gemisches Bedeutung, da der Tabak bereits eine gewisse Zeit vorher in Wasser dispergiert ist, bevor er mit der Trägersubstanz in Kontakt kommt, und daher bereits vorher bis zu seinem Gleichgewichtszustand aufgequollen ist. Da der Brei einen hohen Flüssigkeitsgehalt hat, geht das Trocknen des Breis verhältnismäßig langsam vor sich.

Gemäß der Erfindung kommt der Tabak mit dem wässerigen Medium erst nach seinem Eintritt in den hochintensiven Mischer in Kontakt, wo er eine minimale Verweildauer hat, und wird zum praktisch sofortigen Gießen aus dem Mischer entlassen. Daher wird der homogene Tabak/Trägersubstanz-Brei gemischt und vorzugsweise auch gegossen, bevor er seinen Gleichgewichtszustand erreicht. Folglich kann der Feststoffanteil höher sein als beim Brei in einem Flüssig-Flüssig-System, und da von der Trockenvorrichtung eine geringere Flüssigkeitsmenge abgezogen werden muß, erhöht sich der Produktionsausstoß.

Es wurde beispielsweise gefunden, daß bei Verwendung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung der Fig. 1 oder 2, die einen leistungsstarken Mischer mit einem Rotor mit 3500 bis 5000 U/min in einer Mischkammer von etwa 2262 cm³ freiem Raum oder annähernd 2,27 kg Masse in jedem Augenblick hat, die Verweilzeit des Breis in der Mischkammer proportional zum Schichtausstoß ist, wie dies aus den nachfolgenden Meßwerten hervorgeht.

Da der den Produktionsausstoß begrenzende Faktor die Leistungs­ fähigkeit der Trockenvorrichtung ist, folgt, daß höhere Feststoffanteile des Breis eine Erhöhung der Schichtproduktions­ geschwindigkeit erlauben, wodurch die Verweilzeit des Breis in der Mischkammer weiter reduziert wird. Dies ist insbesondere der Fall, wenn mit einem Brei gearbeitet wird, der sich nicht leicht gießen läßt, und daher die Extrusion auf das Trockenband die bevorzugte Schichtformungsmethode darstellt.

Ein Vergleich der vorstehenden Daten mit den früher erwähnten Werten für ein Flüssig-Flüssig-System macht die Unterschiede zwischen dem herkömmlichen Flüssig-Flüssig-System und der Erfindung deutlich.

Gegenüber den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind im Rahmen der Erfindung Änderungen in der Konstruktion und Anordnung der Teile möglich.

Claims (12)

1. Verfahren zum Herstellen eines wäßrigen Tabak/Bindemittel- Breis, bei dem man einen Trockenstrom von zerkleinertem Tabak und einen tabakfreien Strom von bindemittel­ haltigem wäßrigem Medium in einer Mischzone zusammenführt und miteinander vermischt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischzeit auf eine das Erreichen des Quellungsgleichgewichts vermeidende, zur Erzielung einer ausformungsfähigen homogenen Dispersion ausreichende Zeitspanne beschränkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zerkleinerte Tabak und das bindemittelhaltige wäßrige Medium kontinuierlich zugeführt und der Tabak/Bindemittelbrei kontinuierlich aus der Mischzone ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischzeit nicht länger als 1 Minute ist.

4. Vorrichtung zum Herstellen eines wäßrigen Tabak/Bindemittel- Breis mit einer Einrichtung (10, 11; 15, 16) zum kontinuierlichen Zuliefern von trockenem zerkleinertem Tabak, einer Einrichtung (12, 13) zum kontinuierlichen Zuliefern von bindemittelhaltigem wäßrigem Medium, einem Mischer (20, 20 A) mit zwei Einlässen, einem ersten (22, 22 A) zur Aufnahme des Tabaks und einem zweiten (23, 23 A) zur Aufnahme des bindemittelhaltigen wäßrigen Mediums, und mit einer Breiauslaßeinrichtung (25), dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer, die Zulieferungs­ einrichtungen und die Breiauslaßeinrichtung auf eine Verweilzeit des Mischgutes im Mischer einstellbar sind, die ohne Erreichen des Quellungsgleichgewichts zu einer ausformungsfähigen homogenen Dispersion führt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Zuliefern des bindemittelhaltigen wäßrigen Mediums ein Reservoir (12) für das wäßrige Medium und eine Pumpe (13) zum Fördern des wäßrigen Mediums mit vorgegebener Menge pro Zeiteinheit vom Reservoir zum Mischer umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Zuliefern von trockenem zerkleinertem Tabak einen Vorratsbehälter (10, 15) für den Tabak und eine Einrichtung (11, 16) zum Befördern einer vorgegebenen Tabakmenge pro Zeiteinheit aus dem Vorratsbehälter in den Mischer umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (20, 20 A) folgende Teile umfaßt:
einen Gehäusedeckel (21, 21 A) mit zwei Einlässen (22, 23; 22 A, 23 A),
ein Gehäuse (24), an dem der Breiauslaß (25) ausgebildet ist und das zusammen mit dem Deckel eine Mischkammer umschließt,
ein Sieb (26), das in der Mischkammer quer über dem Brei­ auslaß angebracht ist, und
einen Rotor (27), der in der Mischkammer auf einer zur Flußrichtung von den Einlässen zum Auslaß senkrechten Achse angeordnet ist und mehrere Reihen radial angeordneter Schaufeln (28) hat, die in gleichen Bogenabständen rund um die Rotationsachse des Rotors angebracht sind, wobei der Abstand der Schaufeln jeder Reihe so gewählt ist, daß die Enden aller dieser Schaufeln bei jeder Umdrehung die gesamte Oberfläche des Siebes (26) in knappem Abstand überstreichen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Ausführeinrichtung für den Brei aufweist, die so angeordnet ist, daß sie den Brei einer Vorrichtung zur Verarbeitung zu einem geformten Tabakprodukt direkt zuführen kann.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, gekennzeichnet durch einen Breikasten (14), der zur Aufnahme des Breis aus dem Breiauslaß (25) angeordnet ist und geeignet ist, eine dünne kontinuierliche Schicht von Brei auf ein endloses Gießband (19) aufzubringen, bevor der Brei sein Quellungsgleichgewicht erreicht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (17) zum zwangsweisen Fördern des Breis vom Breiauslaß (25) zur Ausführungseinrichtung oder zum Breikasten (14).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer, die Zulieferungs­ einrichtungen und die Breiauslaßeinrichtung die Verweilzeit innerhalb des Mischers auf nicht länger als 1 Minute beschränken.

12. Verwendung eines nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 zubereiteten Breis zur Herstellung eines geformten Tabakprodukts in Form eines Films, eines Fadens oder eines Strangs.