DE3445752C2 - - Google Patents
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Classifications
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- A24B—MANUFACTURE OR PREPARATION OF TOBACCO FOR SMOKING OR CHEWING; TOBACCO; SNUFF
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Expandieren
von Tabak, der im Oberbegriff von Anspruch 1 erläuterten Art.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 29 12 322 bekannt.
Bei dem bekannten Verfahren wird der Tabak in der
Imprägnierungsstufe mit gasförmigem Kohlendioxid nahe des
Sättigungswertes bei einer Temperatur behandelt, die nicht
tiefer als -23°C liegen darf. Der Tabak kann wahlweise vor
dem Imprägnieren mit 5 bis 50 Gew.-% festem Kohlendioxid
vorbehandelt werden. Dadurch soll sowohl eine Vorkühlung des
Tabaks erreicht als auch eine weitere Quelle für die Zuführung
von Kohlendioxid geschaffen werden. Dabei wird jedoch kein
Zweifel daran gelassen, daß die festgestellte Erhöhung der
Absorption des Kohlendioxids im Tabak auf die Verminderung der
Systementhalpie, d. h. den Vorkühleffekt, zurückzuführen ist.
Daraus und aus der Tatsache, daß für vorgekühlten Tabak kein
Absorptionswert für Kohlendioxid angegeben wurde, ist zu
schließen, daß im vorbekannten Verfahren die Vorkühlung nur
deshalb angewandt wurde, um eine bessere Einhaltung der
Verfahrensparameter (Sättigungswert, Temperatur) im
eigentlichen Imprägnierungszyklus zu erhalten. Für das
beschriebene Verfahren (ohne Vorkühlung) wurde eine
Erhöhung der Absorptionsrate von 1 auf 3% angegeben.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Expandieren von Tabak aufzuzeigen, mit dem auf apparativ
einfache und kostengünstige Weise der Füllwert des Tabaks bei
akzeptierbaren Verlusten an Alkaloiden und Gesamtzucker zu
erhöhen ist.
Die Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung von festem Kohlendioxid
im angegebenen hohen Gewichtsverhältnis zum Tabak wird eine
der Behandlung mit flüssigem Kohlendioxid zumindest
vergleichbare Füllwerterhöhung erzielt, ohne daß ein erhöhter
apparativer Aufbau zum Einhalten genau festgelegter
Verfahrensparameter vorgesehen werden muß. Trotzdem ist der
Verlust an Kohlendioxid bei vergleichbarer Füllwerterhöhung
geringer, da auch die vom Tabak absorbierte Menge Kohlendioxid
geringer ist. Diese absorbierte Menge an Kohlendioxid muß im
Trocknungsprozeß wieder ausgetrieben werden, so daß auch
dadurch die Betriebskosten gesenkt werden können.
Aus der US-PS 41 67 191 ist zwar bereits ein Tabaktrocknungs-
Expansionsverfahren beschrieben, das auch beim erfindungs
gemäßen Verfahren angewendet werden kann, eine Behandlung mit
festem Kohlendioxid im angegebenen Gewichtsverhältnis ist
jedoch nicht beschrieben.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen 2 bis 7 zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand von
Ausführungsbeispielen beschrieben.
Die nachstehenden Tabellen 1 bis 3 zeigen
experimentelle Parameter (Tabelle 1),
physikalische Ergebnisse (Tabelle 2) und
chemische Ergebnisse (Tabelle 3) für eine Behandlung von
sechs Tabak-Vergleichsproben einer geschnittenen Mischung
aus mit Heißgas behandelten (flue-cured) und Burley-Taba
ken mit einem Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 20%.
Spalte "A" in jeder der drei Tabellen bezieht sich auf
eine Tabakprobe, die ohne Vorbehandlung getrocknet wurde. Spalte
"B" bezieht sich auf eine Tabakprobe, die mit festem und
pulverisiertem Kohlendioxid oder Trockeneis (SCO₂) ge
mischt wurde. Spalte "C" bezieht sich auf eine Tabakprobe,
die erfindungsgemäß mit festem und pulverisiertem Kohlen
dioxid oder Trockeneis gemischt wurde und mit gasförmigem
Kohlendioxid (GCO₂) unter Druck imprägniert wurde. Spalten
"D" und "E" entsprechen Spalte "C" mit der Ausnahme, daß
Helium (He) bzw. Stickstoff (N₂) das gasförmige Kohlen
dioxid ersetzen. Spalte "F" bezieht sich auf eine
bekannte Imprägnierung einer Tabakprobe mit
Kohlendioxid in flüssigem Zustand (LCO₂).
Das feste Kohlendioxid oder Trockeneis wurde
unter Verwendung eines Mörsers und Stößels
zu Pulver zermahlen,
bevor es mit der zu untersuchenden Tabakprobe gemischt
wurde. Um eine besonders große Erhöhung des Füllvolumens
zu erhalten, wurde erfindungs
gemäß ein Gewichtsverhältnis an festem Kohlendioxid zu trockenem
Tabak von etwa 125% verwendet. Die Kontaktzeit
des gasförmigen Kohlendioxids mit der
mit festem Kohlendioxid gemischten Tabakprobe,
betrug ungefähr 2 Minuten. Alle Versuche in den
Tabellen 1 bis 3, außer denen in den Spalten "A" und "B",
wurden in einem Druckkessel bei 48,3 bis 55,2 bar (700 bis
800 psig) Überdruck mit geringen Mengen von 250 bis 300 g, im Hinblick
auf die Kapazitätsbegrenzung des Kessels, durchgeführt.
Bei dem Expansions/Trocknungsschritt wurde ein Verfahren
verwendet, bei dem der ex
pandierte Tabak bei einer Temperatur im Bereich von
etwa 121,1°C (250°F) bis etwa 343,3°C (650°F) in Ge
genwart einer absoluten Feuchtigkeit über derjenigen, die einen Naß
wärmegrad bzw. Naßwärmetemperatur (wet bulb temperature) von
wenigstens etwa 65,6°C (150°F) getrocknet wird. In den Versuchen
der Tabellen 1 bis 3 betrug die Einlaßtrocknungstemperatur
315,6°C (600°F) bei einem Naßwärmegrad von 98,9°C
(210°F). Es wurde eine übliche Trockner- und Tangential
separator-Anordnung
verwendet, die jedoch nur eine Trocknerkammer statt
drei aufwies. Die Produktionsrate lag innerhalb üblicher Werte.
Nach dem Trocknen wurden die expandier
ten Proben in ein Konditionierungsgehäuse bei 23,9°C
(75°F) und 60% relative Feuchtigkeit zur Einstellung einer
Gleichgewichtsfeuchte gegeben. Die Menge an absorbiertem
Kohlendioxid wurde durch Messen der Tabakprobe sofort nach
der Behandlung und Druckverringerung bestimmt und mit dem
eine Stunde später ermittelten
Gewicht vergleichen.
Die folgenden Tabellen 1 bis 3 zeigen die Ergebnisse.
Die Werte stellen einen Mittelwert aus
zwei Parallelmessungen für jede Behandlung dar. Alle
Proben wurden bei etwa der gleichen Produktionsrate ge
trocknet.
Der in Tabelle 2 angegebene Rüttelverdichtungsfüllwert
(Vibrating Compression Fill Value - VCFV) wird durch ein Füllwert-Meßverfahren mit kon
stanter Kraft/variablem Volumen
gewonnen und in Tabelle 2 auf zweierlei Weise
wiedergegeben, nämlich in mg/cm³ und cm³/g.
Die angegebenen Daten sollten vorwiegend als Vergleichs
wert dienen und sind deshalb mehr relative
als absolute Werte. Weiterhin sollte berücksichtigt wer
den, daß die in den Tabellen 1 bis 3 angegebenen Daten
auf Versuchen basieren, die mit sehr kleinen Tabakpro
ben durchgeführt wurden, und deshalb in einigen Fällen
keine sehr starken Vergleichsunterschiede aufzeigen,
verglichen mit den in den Tabellen 4 bis 7 angegebenen
Versuchen in größerem Maßstab.
Tabelle 2 ist zu entnehmen, daß unter den drei Gasen, die
zur Imprägnierung einer mit festem Kohlen
dioxid (SCO₂) vorbehandelten Tabakprobe verwendet wurden, nur
das gasförmige Kohlendioxid die gleiche Erhöhung des
Füllvolumens wie die Behandlung mit flüssigem Kohlendioxid
allein (LCO₂) ergab. Dies ist von besonderer Bedeutung,
da bei weitgehend gleicher Erhöhung des Füllvolumens
weniger Gesamtkohlendioxid verwendet und absorbiert
wurde (Tabelle 1), wenn die Tabakprobe zuerst mit festem
Kohlendioxid (SCO₂) und dann mit gasförmigem Kohlendioxid
(GCO₂) behandelt wurde, als wenn sie mit flüssigem Kohlen
dioxid alleine imprägniert wurde.
Durch eine solche
Verbrauchsoptimierung an Kohlendioxid wurde im Trocknungsschritt weniger Ener
gie benötigt als dann, wenn
überschüssiges CO₂ aus der Tabakprobe hätte entfernt wer
den müssen. Weiterhin wurde ebenfalls weniger Energie
zur Trennung der Tabakpartikel einer Tabakprobe benötigt
als bei dem LCO₂-Verfahren, bei dem die Probe
wegen des festen CO₂ zwischen den Partikeln "steinhart"
wird.
Tabelle 2 zeigt ebenfalls, daß der mit festem
Kohlendioxid gemischte aber nicht gasimprägnierte
Tabak
(Spalte "B") gegenüber dem getrockneten Produkt (Spalte "A")
keine Erhöhung des Füllvolumens aufwies und daß
die Helium- (Spalte "D") und Stickstoffimprägnierung
(Spalte "E") auf dem festen Kohlendioxid eine nur leichte
Verbesserung des Füllvolumens gegenüber dem ge
trockneten Tabakprodukt, aber eine geringere Erhöhung des
Füllvolumens als das mit flüssigem Kohlendioxid behandelte
Produkt (Spalte "F") aufwies.
Tabelle 3 ist zu entnehmen, daß die Ergebnisse für die
chemischen Eigenschaften bei der Behandlung des Tabak
produkts mit festem Kohlendioxid/gasförmigem Kohlendioxid
(Spalte "C") sich von den Ergebnissen bei der Behandlung
des Tabakprodukts mit flüssigem Kohlendioxid (Spalte "F")
nicht deutlich unterschieden.
Um die Ergebnisse der Versuche der Tabellen 1 bis 3 nach
zuprüfen und eine optimale Zugabe an festem Kohlendioxid
bei Verwendung größerer Tabakmengen im erfindungsgemäßen
Verfahren zu untersuchen, wurde eine zweite
Versuchsreihe durchgeführt. Die folgenden Tabellen 4 bis 7
zeigen die vergleichenden Versuchsparameter (Tabelle 4),
Vergleichsergebnisse für die physikalischen Eigenschaften
(Tabelle 5), Vergleichsergebnisse für die chemischen
Eigenschaften (Tabelle 6) und Vergleichsergebnisse für
die Zigaretteneigenschaften (Tabelle 7) bei der Versuchs
behandlung von 4 Tabak-Vergleichsproben einer geschnitte
nen Mischung aus mit Heißgas behandelten und Burley-Ta
baken mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 22%. Drei der
vier Proben wurden mit feinzerteiltem, festem Kohlendioxid
in verschiedenen Gewichtsverhältnissen gemischt, um die
Vergleichsergebnisse bei der Behandlung nach dem erfin
dungsgemäßen Verfahren zu zeigen. Spalte "A" zeigt ein
Gewichtsverhältnis von 40% festem Kohlendioxid zu Tabak,
Spalte "B" ein Gewichtsverhältnis von 96% und Spalte "C"
ein Gewichtsverhältnis von 128%. Spalte "D" zeigt die Er
gebnisse bei der Behandlung einer Tabak-Vergleichsprobe
nach dem bekannten Verfahren mit flüssigem Kohlendioxid.
Bei den Tabakproben der
Spalten "A", "B" und "C" der Tabellen 4 bis 7 wurde das
feste Kohlendioxid (SCO₂) in Pulverform unter Verwendung
einer Wiley Mill-Mahlanlage gemahlen. Das Mischen
des festen Kohlendioxidpulvers mit dem geschnittenen Ta
bak in den obenangegebenen Gewichtsverhältnissen von
40%, 96% und 128% wurde in einem Rotationszementmi
scher durchgeführt. Alle Behandlungen mit gasförmigem
Kohlendioxid in den Spalten "A", "B" und "C" wurden in
einem Druckkessel mit Tabakproben in Mengen zwischen 2,27
und 4,54 kg (5 bis 10 Pfund) durchgeführt im Gegensatz zu
den Tabakmengen im Bereich von 250 bis 300 g der Tabellen
1 bis 3. Bei den Behandlungen lag der Druck bei etwa
31,0 bar (450 psig) Überdruck, wobei der Gaskon
takt über etwa 2 Minuten aufrechterhalten wurde.
Die Menge an absorbiertem Kohlen
dioxid wurde wiederum durch Messung des Gewichts des imprägnierten Tabaks
sofort nach Verringerung des Gasdrucks bestimmt und mit
dem eine Stunde später ermittelten Gewicht verglichen.
Der Expansions/Trocknungsschritt wurde wie bereits beschrieben
durchgeführt. Die Einlaßtrocknungstemperatur betrug
348,9°C (660°F). Der Naßwärmegrad lag bei 98,9°C
(210°F), und die Produktionsrate betrug im Durchschnitt
11,35 kg (knochentrocken) pro Stunde.
Es wurde eine kleine Trockner- und Tangential
separator- Anordnung mit einer Trocknerkammer verwendet.
Nach der Trocknung/Expansion wurde der getrocknete Ta
bak in einem Rotationszylinder mit Wasserspray auf einen
Endfeuchtigkeitsgehalt von etwa 13 Gew.-% eingestellt.
Die Ergebnisse für den Rüttelverdichtungsfüllwert (VCFV)-
Test wurden bereits vorstehend erklärt.
Die Testergebnisse für den Borgwaldt-Füllwert (BFV) wur
den durch Verdichten eines definierten Gewichts einer
Tabakprobe in einem Zylinder bei einer Belastung von 3 kg
(freier Fall) über eine Dauer von 30 Sekunden erhalten.
Das Probengewicht und die Höhe der verdichteten Tabaksäule
dienen zur Berechnung des Füllvolumens, ausgedrückt in
cm³/g.
Tabelle 7 zeigt die Ergebnisse der Messungen für die
Zigaretteneigenschaften.
Die Ergebnisse der in den Tabellen 4 bis 7 aufgeführten
Tests waren wie folgt:
Die Ergebnisse der in den Tabellen 4 bis 7 ange
gebenen Versuche bestätigen die Ergebnisse der
in geringerem Maßstab durchgeführten Versuche mit dem er
findungsgemäßen Verfahren. Das
optimale Gewichtsverhältnis an festem Kohlendioxid
(SCO₂) zu Tabak wurde in dem Bereich von etwa 125 bis
128% bestimmt. Als optimales Verhältnis wurde dasjenige
angesehen, das etwa der Erhöhung des Füllvolumens bei
der "LCO₂"-Behandlung entsprach, wobei größere Verhältnis
se zu einem größeren CO₂-Verbrauch ohne proportionalen
Nutzen führen würden.
Aus der Diagrammdarstellung der Erhöhung des Füll
volumens nach Tabelle 5 gegenüber dem Gewichtsverhältnis
des festen Kohlendioxids ist ersichtlich, daß
mit dem Anstieg des Gewichtsverhältnisses die Erhöhung
des Füllvolumens steigt, sowohl bei der Messung des Füll
volumens nach dem vorstehend beschriebenen Rüttelver
dichtungstest als auch nach dem Borgwaldt-Test. Aus Tabel
le 5 ist ebenfalls zu ersehen, daß die Erhöhung des Füll
werts bei einem Gewichtsverhältnis von 128% festem
Kohlendioxid zu Tabak (Spalte "C") weitgehend der Erhö
hung des Füllwerts bei der Behandlung des Tabaks mit
flüssigem Kohlendioxid
(Spalte "D") entspricht. Analog zu den Tabellen 1 bis 3
wurde ebenfalls weniger Gesamtkohlendioxid verwendet
und absorbiert (Tabelle 4), wenn die Tabakprobe zuerst
mit festem Kohlendioxid (SCO₂) und dann mit gasförmigem
Kohlendioxid (GCO₂) behandelt wurde, als wenn sie allein
mit flüssigem Kohlendioxid behandelt wurde, obgleich die
Erhöhung des Füllvolumens in beiden Verfahren etwa
gleich war.
Aus den Tabellen 6 und 7 ist ebenfalls zu ersehen, daß
die chemischen Eigenschaften und die Zigaretteneigen
schaften bei einem Gewichtsverhältnis von 128% festem
Kohlendioxid zu Tabak (Spalte "C") bei der Behandlung
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren weitgehend den
chemischen Eigenschaften und Zigaretteneigenschaften
des Tabaks, der mit flüssigem Kohlendioxid (Spalte "D")
behandelt wurde, entsprachen, wobei im erfindungsgemäßen Verfahren
weniger CO₂ und weniger Energie benötigt wurden.
Claims (7)
1. Verfahren zum Expandieren von Tabak, wobei
der Tabak mit festem, feinzerteiltem Kohlendioxid vorbehandelt, da
nach gasförmigem Kohlendioxid bei einem vorgewählten
Druck über eine vorgewählte Zeit ausgesetzt, der
Gasdruck verringert und der Tabak mit Heißgasen
getrocknet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Vorbehandeln der Tabak mit dem festen Kohlen
dioxid in einem Gewichtsverhältnis von Kohlendioxid
zu Tabak zwischen 96 und 130% gemischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gewichtsverhältnis an fe
stem Kohlendioxid zu Tabak etwa 128% beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Druck des gasförmigen Kohlen
dioxids im Bereich von etwa 27,6 bis 55,2 bar (400 bis
800 psig) Überdruck liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Druck des gasförmigen
Kohlendioxids bei etwa 31,0 bar (450 psig) liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Imprägnierung mit gasförmi
gem Kohlendioxid über eine Zeit von etwa 2 Minuten
durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Trocknungsschritt bei einer
Temperatur im Bereich von etwa 121,1°C (250°F) bis
etwa 348,9°C (660°F) in Gegenwart einer absoluten
Feuchtigkeit über derjenigen, die einen Naßwärmegrad bzw. Naßwärme
temperatur von mindestens etwa 65,6°C (150°F) lie
fert, durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Trocknungsschritt bei
einer Temperatur von etwa 348,9°C (660°F) in Ge
genwart einer absoluten Feuchtigkeit über derjenigen, die einen
Naßwärmegrad bzw. eine Naßwärmetemperatur von etwa 98,9°C
(210°F) liefert, durchgeführt wird.
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