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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Volumenvergrößerung (Expandieren)
von zerkleinertem Tabakmaterial, bei dem das mit einem mindestens Wasser enthaltenden
Imprägnierungsmittel bis auf einen Anfangsfeuchtigkeitsgehalt von mindestens 35
Gewichtsprozent imprägnierte Tabakmaterial mittels eines gasförmigen, Wasserdampf
enthaltenden Heizmediums expandiert wird.
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Die bei der Herstellung von Tabak-Rauchwaren entstehenden Kosten entfallen
zum größten Teil auf das Tabakmaterial. Um diesen Kostenfaktor wirksam zu dämpfen,
wird das Tabakmaterial durch Anwendung von verschiedenen Verfahren vor seiner Verarbeitung
in die Rauchartikel mit dem Ziel behandelt, sein Volumen und dadurch seine Füllfähigkeit,
vor allem in den Zigaretten, zu erhöhen.
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Einer ganzen Gruppe von bereits bekannten Verfahren ist es gemeinsam,
dieses Ziel durch mehr oder weniger intensive Trocknung von mit Wasser befeuchtetem
Tabakmaterial zu erreichen.
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So wird in der DE-AS 21 03 669 ein Verfahren beschrieben, bei welchem
der Tabak durch intensives Befeuchten aufgequollen und mittels eines Heißgases erhitzt
wird, so daß lediglich die Randzone an der Oberfläche eines Tabakteilchens nennenswert
getrocknet wird, wodurch die Formbeständigkeit des gequollenen Tabakteilchens nach
einem beschleunigten Abkühlen erhalten bleiben soll Nach diesem Verfahren wird eine
über die Quellung
hinausgehende Blähung der Tabakzellen ausdrücklich
vermieden, wodurch die erreichte Volumenvergrößerung des behandelten Tabaks entsprechend
bescheiden bleibt Die Randzonenabtrocknung wird in einer Einrichtung durchgeführt,
die aus Trocknungskammern besteht, die mit Heißluft durchströmt werden und durch
welche der befeuchtete Tabak auf einem Förderband unter Vibration transportiert
wird.
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Nach einem anderen Verfahren, das in der DE-AS 22 53 882 beschrieben
ist, werden befeuchtete, geschnittene Tabakrippen bei einer Temperatur von 121 bis
3710C während 0,5 bis 3 Sekunden mittels eines gasförmigen, Dampf enthaltenden Mediums
getrocknet. Die mit bis zu 60% Wassergehalt befeuchteten Rippen werden dabei mit
hoher Geschwindigkeit pneumatisch transportiert und verlassen die Trocknungsstrecke
mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 6 bis 16%. Nach der-Behandlung weist der Rippenschnitt
eine um 50i/o höhere Füllfähigkeit auf als das Ausgangsmaterial (densimetrisch gemessen).
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Dieses Verfahren hat jedoch entscheidende Nachteile So bedingt die
Geschwindigkeit des Heiz- und Transportmediums, die mit ca. 40 m/s angegeben wird,
zum Erreichen der angestrebten Verweilzeit entsprechend lange Rohrleitungen mit
einem Druckgefälle, dessen überwindung einen entsprechend hohen Energieaufwand erfordert.
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Ferner kann die hohe Abtrocknungsgeschwindigkeit, die nach der Lehre
der DE-AS 22 53 882 für einen günstigen Volumeneffekt notwendig ist, nur mit sehr
hohen Temperaturen unter Einhaltung der vorgegebenen Kontaktzeit erreicht werden.
Das bedeutet neben einem hohen Energieverbrauch eine erhöhte Brandgefahr.
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Schließlich verursacht die pneumatische Beförderung des getrockneten
und daher sehr brüchigen Rippenschnitts bei hoher Geschwindigkeit durch Bruch- und
Staubbildung einen hohen Verlust an brauchbarem Tabakmaterial.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine große Volumenerhöhung
des feuchten Tabakmaterials unter Ausschluß der den bekannten Verfahren anhaftenden
Nachteile herbeizuführen.
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Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß eine wirkungsvolle Volumenerhöhung
von zerkleinertem, feuchten Tabakmaterial erfindungsgemäß durch ein Verfahren erreicht
werden kann, bei dem das Tabakmaterial während 0,05 bis 0,3 Sekunden, vorzugsweise
0,1 bis 0,2 Sekunden, unter Expandierungs-Bedingungen (Puffing) in einem Strom eines
Heizmediums gehalten wird.
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Nach diesem Verfahren können gewalzte, geschnittene, zerfaserte oder
gebrochene Tabakrippen, entrippte, geschnittene Tabakblätter oder ein Gemisch davon
behandelt werden.
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Besonders einfach ist es, wenn als Imprägnierungsmittel Wasser verwendet
wird.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird als Heizmedium ein
Wasserdampf-Luft-Gemisch mit mindestens 80 Vol.-% Wasserdampf bei Temperaturen von
etwa 150 bis etwa 2500C verwendet.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Heizmedium
in einem pneumatischen Transportsystem als Transportmedium des zu puffenden Tabakmaterials
eingesetzt wird und sich in der Expandierungszone im turbulenten Strömungszustand
befindet.
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Dabei ist es günstig, wenn die lineare Geschwindigkeit des Heizmediums
in der Expandierungszone etwa 10 bis etwa 70 m/s, vorzugsweise etwa 30 bis etwa
60 m/s beträgt.
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Das Tabakmaterial wird besonders schonend unter Vermeidung jeglicher
Bruchbildung und mit besonders geringem Energieaufwand aufgebläht, wenn nach Durchlaufen
der Expansionsstrecke der Feuchtigkeitsverlust des Tabakmaterials höchstens etwa
10% vom ursprünglichen Wassergehalt beträgt.
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Bevor das zerkleinerte Tabakmaterial dem erfindungsgemäßen Verfahren
zugeführt wird, kann es mit warmem oder kaltem Wasser mit oder ohne Dampfzusatz
auf übliche Weise, z. B. in einer Befeuchtungstrommel, bis auf eilen Feuchtigkeitsgehalt
von etwa 30 bis etwa 70%> je nach Art und Form des Tabakmaterials, befeuchtet
werden.
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Das Befeuchtungswasser kann verschiedene geschmacksverbessernde oder
andere Tabakeigenschaften beeinflussende Zusätze wie Glykole, organische oder anorganische
Salze oder dergleichen enthalten.
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Das feuchte Tabakmaterial wird nach der Befeuchtung entweder beliebige
Zeit stehen gelassen oder unmittelbar darauf dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß die Blähung der Tabakmaterialzellen
auch ohne gleichzeitigen Wasserentzug oder Trocknen durchgeführt werden kann, wenn
die eingangs beschriebenen Bedingungen beim pneumatischen Transport von Tabak eingehalten
werden.
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Es hat'sich nämlich erwiesen daß es genügt, einen Teil des sich in
den Zellen befindlichen Wassers kurzfristig zu verdampfen und dadurch den Druck
auf die Zellinnen-
wände zu erhöhen, um die Zellwände praktisch
irreversibel zu dehnen und aufzublähen. Eine weitergehende quantitative Veränderung
des Wassergehaltes im Tabakmaterial ist in diesem Stadium nicht notwendig. Durch
ein solches Vorgehen bleibt das Tabakmaterial auch in aufgeblähtem Zustand geschmeidig
und elastisch, wodurch es gegen mechanische Beschädigungen während i4eS pneumatischen
Transports weitgehend unempfindlich wird. Darüber hinaus wird durch die Vermeidung
eines nennenswerten Feuchtigkeitsverlustes erreicht, daß alle für die Qualität des
Tabaks wichtigen und mit Wasserdampf flüchtigen Substanzen dem Tabakmaterial erhalten
bleiben.
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Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, daß während der
Volumenvergrößerung des- Tabakmaterials die Expandierungs- oder Puffing-Bedingungen
eingehalten werden. Wenn nur eine dieser Bedingungen (Dampfgehalt, Geschwindigkeit,
Temperatur des Heizmediums) nicht vorliegt, ist keine Expandierung möglich, wohl
aber eine Trocknung des Tabakmaterials. Durch Änderung der angesprochenen Bedingungen
können damit in einer kontinuierlich arbeitenden, zusammenhängenden Vorrichtung,
wie sie beispielsweise in der älteren Patentanmeldung P 31 36 842.5 der Anmelderin
erläutert ist und in der ein und dasselbe Heiz- und Transportmedium verwendet wird,
in einem ersten Abschnitt das Puffing und in einem unmittelbar folgenden Abschnitt
die Trocknung durchgeführt werden. -Das erfindungsgemäße Verfahren ist wirtschaftlich
sehr voteilhaft. Es hat sich nämlich gezeigt, daß für ein optimales Resultat eine
Beförderungsstrecke von etwa 2 bis etwa 4 m Länge völlig ausreichend ist. Somit
kann
auf die üblicherweise langen Rohrleitungen, die hohe Druck-
und Wärmeverluste verursachen, verzichtet werden.
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Im Anschluß an das erfindungsgemäße Verfahren kann das behandelte
Tabakmaterial auf übliche Weise auf einen beliebigen Feuchtigkeitsgehalt eingestellt
werden. Somit kann ein geblähtes, weiterverarbeitungsfähiges Produkt auf möglichst
schonendem Wege unter optimaler Energieausnutzung erhalten werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.
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Beispiel 1 Eine vorbestimmte Menge gewalzter und geschnittener Virginia-Rippen
wurde in üblicher Weise auf einen Feæhtigkeitsgehalt von 50% gebracht. Der feuchte
Tabak wurde dann in mehrere Teilmengen aufgeteilt, die in Rohrleitungen verschiedener
Längen eingespeist und mittels eines Heizmediums, bestehend aus 90 Volumenprozent
Wasserdampf und 10 Volumenprozent Luft, pneumatisch befördert wurden. Die Temperatur
des Heizmediums beim Tabakeinlaß betrug in allen Versuchen 1750C, seine Geschwindigkeit
etwa 38 m/s,umgerechnet auf die Normalbedingungen. Der behandelte Rippenschnitt
wurde jeweils am Ende der Beförderungsstrecke vom Heizmedium abgetrennt, seine Endfeuchte
bestimmt und in einem Konditionierschrank zusammen mit unbehandeltem Tabakmaterial
bei 220C und 60% rel. Luftfeuchtigkeit auf Gleichgewichtsfeuchte eingestellt. Die
Füllfähigkeit aller Muster wurde dann mit Hilfe eines Borgwaldt-Densimeters gemessen
und auf einen Standard-
feuchtigkeitsgehalt von 13% korrigiert.
Parallel dazu wurde jeweils eine Siebanalyse des behandelten Rippenschnitts durchgeführt.
Die Versuchsresultate sind in der Tabelle 1 zusammengefaßt.
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Tabelle 1 Länge der Beförderungs- 1,2 2,4 3,6 6 8 Kontrolle strecke
(m) erdfeuchte (% WG) 49 47 45 39 33 -FUllfähigkeit (ml/g) 5,11 5,51 5,53 5,53 5,52
3,60 Füllfähigkeitszunahme + 41,9 + 53,1 + 53,6 +53,6 + 53,3 -(%) Siebfraktion durch
4,0 3,5 3,5 3,6 4,2 4,2 0,5 mm-Sieb (ozon Beispiel 2 In einer Rohr leitung von 8
m Länge wurde eine Teilmenge von befeuchtetem Rippenschnitt aus Beispiel 1 mittels
gleichen Heizmediums, dessen Temperatur jedoch 2900C beim Tabakeinlaß betrug, mit
gleicher Geschwindigkeit pneumatisch befördert.
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Das behandelte Tabakmaterial verließ die Rohrleitung mit einer Endfeuchte
von 10%. Die auf 13% Feuchte korrivierte Füllfähigkeit, gemessen mit Borgwaldt-Densimeter
an konditioniertem Material, betrug 5,79 ml/g, was eine Zunahme von 60,8 % gegenüber
unbehandelter Kontrolle bedeutet. Die Siebfraktion durch 0,5 mm-Sieb betrug 7,1
Gew.-%, was eine Zunahme der Abfallmenge von 69% gegenüber unbehandelter Kontrolle
bedeutet.
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Beispiel 3 Eine bestimmte Menge von Burley-Rippenschnitt wurde wie
im Beispiel 1 auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 55% gebracht, in mehrere Teilmengen
aufgeteilt und in einer Rohrleitung von 3,6 m Länge mittels eines Heizmediums, bestehend
aus 85% Vol. Wasserdampf und 15% Vol. Luft, bei einer Temperatur des Heizmediums
von 1950C am Tabakeinlaß mit verschiedenen Geschwindigkeiten bzw.
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mit verschieden langen Verweilzeiten in der Rohrleitung pneumatisch
befördert. Die Resultate zeigt die Tabelle 2. Die Füllfähigkeit des Tabakmaterials
wurde wie im Beispiel 1 bestimmt.
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Tabelle 2 Durchschnittliche 0,06 0,13 0,21 0,43 0,6 Kontrolle Verweilzeit
in der Rohrleitung (s) Endfeuchte (%) 53,5 51 49,5 40 34 Füllfähigkeit 6,42 6,53
6,51 5,38 5,16 4,33 (ml/g) Füllfähigkeits- +48,3 +50,8 +50,3 +24,2 +19,2 zunahme
(%) Beispiel 4 Eine vorbestimmte Menge von gewalzten und geschnittenen Rippen der
Sorte Maryland, die zuvor auf 60 % Feuchtigkeit gebracht worden ist, wurde -auf
einer 2,4 m langen Strecke mittels eines Heizmediums der gleichen Zusammensetzung
wie im Beispiel 1 innerhalb 0,14 bis 0,16.Sekunden bei einer Temperatur von 180°C
am Tabakeinlaß
pneumatisch befördert. Der behandelte Rippenschnitt,
der am Ende der Strecke einen Feuchtigkeitsgehalt von 56 % aufwies, wurde in mehrere
Teilmengen aufgeteilt und auf unterschiedlichen Wegen auf eine Feuchte von etwa
13 % gebracht. Eien Übersicht der Versuchsresultate ist in der Tabelle 3 zu sehen.
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Tabelle 3 Trocknungssystem*: A B C D E Kontrolle Füllfähigkeit (ml/g)
7,36 7,69 7,55- 7,42 7,70 4,69 Füllfähigkeits- +56,9 + 64,0 +61,0 +58,2 +64,2 -Zunahme
(%) Siebfraktion durch 0,5 mm-Sieb <- 6,9 8,0 8,1 6,8 12,6 7,2 * A : Konditionierschrank,
220 C, 60% rel. Luftfeuchtigkeit B : Stromtrockner, 1450 C, Strömungsgeschwindigkeit
ca. 2 m/s C : Trommeltrockner, 1450 C D : Trockenschrank, 1450 C E : Stromtrockner,
1700 C, Strömungsgeschwindigkeit --cap 15 m/s