DE3710677A1 - Vorrichtung zum expandieren von zerkleinertem tabakmaterial - Google Patents
Vorrichtung zum expandieren von zerkleinertem tabakmaterialInfo
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- A24B3/00—Preparing tobacco in the factory
- A24B3/18—Other treatment of leaves, e.g. puffing, crimpling, cleaning
- A24B3/182—Puffing
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Expandieren von zer
kleinertem Tabakmaterial der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angege
benen Gattung.
Dabei umfaßt der Begriff "zerkleinertes Tabakmaterial" insbesonde
re geschnittenes Rippen- und/oder Blattmaterial sowie rekonstitu
ierten Tabak.
Aus der DE-PS 31 47 846 ist ein Expansionsverfahren bekannt, bei
dem Tabakmaterial im feuchten Zustand innerhalb einer extrem kur
zen Zeitspanne einer starker Temperaturerhöhung bei Druckreaktion
unterworfen wird. Die dabei auftretende, schlagartige Verdampfung
der in den Tabakteilchen enthaltenen Flüssigkeit, nämlich Wasser,
führt zu einer Füllfähigkeitsverbesserung des Tabakmaterials um
30 bis 100%, ohne daß sich eine merkliche Zerstörung der Struktur
der Tabakzellen ergibt. Die unmittelbar nach der Expansion erreich
te Struktur der Tabakteilchen bleibt trotz
der starken Expansion und damit Verbesserung der Füllfähigkeit
auch bei der weiteren Verarbeitung des Tabakmaterials erhalten.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Expandieren von zerkleinertem
Tabakmaterial geht aus Fig. 5 der DE-PS 31 47 846 hervor und weist
eine Zellenradschleuse für die Zuführung des Tabakmaterials zu
einer Expansionskammer, eine Düsenöffnung in einer Wand der Expan
sionskammer für die Einleitung eines Heißgases zur Beschleunigung
des Tabakmaterials unter Druckabfall auf mindestens 50 m/s bei
einer Verweildauer des Tabakmaterials in der Expansionskammer
von weniger als etwa 1/10 s, sowie ein der Expansionskammer nachge
schaltetes Verzögerungsrohr auf.
Dabei trifft das über die Zellradschleuse in das Expansionssystem
eintretende Tabakmaterial im wesentlichen senkrecht auf den aus
der Düsenöffnung austretenden Freistrahldampf, wird von diesem
Freistrahl beschleunigt und gleichzeitig expandiert, sowie im
wesentlichen horizontal zu einer Trocknereinrichtung weggeführt.
Beim Eintritt des Tabakmaterials in die Expansionskammer konden
siert der Dampf schlagartig auf den Tabakteilchen und bewirkt
in Sekundenbruchteilen eine Feuchteerhöhung und Temperaturanhebung
bis in die Nähe der Kondensationstemperatur entsprechend dem in
der Expansionskammer herrschenden Druck. Anschließend werden die
Tabakteilchen in die Unterdruckzone des Freistrahls gesaugt. Der
hohe Wärme- und Stoffaustausch sowie der geringe Druck in dem
Freistrahl führen zu einer "Flash-Verdampfung" von Anteilen des
im Tabak befindlichen Wassers und bewirken dabei die Expansion
der Tabakteilchen.
Zur Trocknung wird das entstehende Dampf/Tabakmaterial-Gemisch
direkt in einen Luftstrom-Trockner eingeblasen.
In der Praxis haben sich bei einer solchen Expansionsvorrichtung
verschiedene Nachteile herausgestellt. Insbesondere läßt sich
der Expansionsgrad und damit schließlich die Füllfähigkeit des
Tabakmaterials nicht einstellen und damit variieren.
Außerdem kommen bei dem pneumatischen Transport des frei aus der
Zellenradschleuse in die Expansionskammer fallenden Tabakmaterials,
so daß sich eine vergleichsweise inhomogene Expansion, gesehen
über das Gesamtvolumen der zu behandelnden Tabakteilchen, ergibt.
Als weiteres können sich Tabakteilchen aufgrund von Feuchtigkeit
im Zellenrad und in der Expansionskammer ablagern, was zu einer
Verstopfung der Vorrichtung führen kann.
Und schließlich hat die bekannte Expansionsvorrichtung einen hohen
Heißgas-, im allgemeinen Wasserdampf-Verbrauch, so daß nach Wegen
gesucht wird, die damit verbundenen Kosten zu senken.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Expansions
vorrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die oben
erwähnten Nachteile nicht auftreten. Insbesondere soll eine Expan
sionsvorrichtung vorgeschlagen werden, mit der sich der Expansions
grad und damit die Füllfähigkeit problemlos in weiten Bereichen,
nämlich im Extremfall zwischen den Expansionsgraden 0 und 100%
einstellen läßt, und zwar unter gleichzeitiger Verringerung des
Verbrauches an Wasserdampf und sehr homogener Expansion für alle
Tabakteilchen. Zusätzlich soll eine Verschmutzung der Expansions
vorrichtung vermieden werden.
Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.
Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unter
ansprüche definiert.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgender
Funktionsweise: Die Expansionskammer ist in die Dosier- und Zuführ
vorrichtung integriert, dadurch entsteht eine Expansionskammer,
der eine genau definierte Tabakmaterial-Menge zugeführt wird.
Die Dosier- und Zuführvorrichtung kann eine Zellenradschleuse,
insbesondere eine Durchblaszellenradschleuse, eine Dosierschnecke
etc. sein.
Diese Expansionskammer läßt sich sehr gut abdichten, so daß das
dieser Expansionskammer zugeführte Gas für die Expansion und den
pneumatischen Transport des Tabakmaterials zur Verfügung steht.
In einer Stirnwand der Dosier- und Zuführvorrichtung befindet
sich mindestens eine, vorzugsweise drei Düsenöffnungen, die so
angeordnet sind, daß die in die Expansionskammer geförderten Tabak
teilchen zwangsläufig die Düsenöffnungen passieren müssen. Aus
diesen Düsenöffnungen tritt ein einstellbares Wasserdampf
/Luft-Gemisch etwa im rechten Winkel zur Dosier- und Zuführvor
richtung des Tabakmaterials mit hoher Geschwindigkeit in die Expan
sionskammer und zerteilt die in die Expansionskammer geführten
Tabakhaufen in Einzelfasern, d.h. das Prinzip vergleichbar der
pneumatischen Klinge wird angewendet.
Durch das Auflösen der Tabakhaufen (Tabakklumpen) in Einzelfasern
erhält jede Einzelfaser einen intensiven Kontakt mit dem Wasser
dampf-/Luft-Gemisch. Außerdem können wesentlich engere Strömungs
querschnitte gewählt werden, d.h. bei gleichen Strömungsgeschwin
digkeiten ist wesentlich weniger Heißgas erforderlich.
Bei der Anordnung der Düsenöffnungen ist zu beachten, daß der
Coanda-Effekt vermieden wird.
Der Freistrahl reinigt vergleichbar einem Dampfstrahlreiniger
die passierenden Teile der Dosier- und Zuführvorrichtung. Des
weiteren wird über eine Art Wischbewegung des Tabakmaterials über
den Boden der Expansionskammer, dieser von Tabakablagerungen frei
gehalten.
Das Verhältnis Wasserdampf/Luft in diesem Gemisch läßt sich auf
konstruktiv einfache Weise, beispielsweise über entsprechende
Ventile, einstellen, so daß sich ein gewünschter Expansionsgrad
und damit eine gewünschte Füllfähigkeit des Tabakmaterials einstel
len läßt.
Da aus statischen Gründen nicht alle Tabakteilchen mit dem aus
der Düsenöffnung austretenden Freistrahl in intensiven Kontakt
kommen, ist der Expansionskammer ein Beschleunigungsrohr mit kon
vergierendem Querschnitt nachgeschaltet. Hier unterliegen alle
Tabakteilchen einer Beschleunigung mit hohem Wärme- und Stoffaus
tausch bei gleichzeitiger stetiger Druckabnahme, was wiederum
eine Flash-Verdampfung von Anteilen des im Tabak vorhandenen Was
sers zur Folge hat.
An das Beschleunigungsrohr schließt sich, gegebenenfalls unter
Zwischenschaltung eines Rohrs mit konstantem Querschnitt, über
eine sprunghafte Querschnittserweiterung das Verzögerungsrohr
an.
Die sprunghafte Querschnittserweiterung verhindert im Gegensatz
zur stetigen Querschnittserweiterung weitgehend eine Druckrückge
winnung (Druckerhöhung) nach dem Beschleunigungsrohr.
Eine Druckerhöhung nach dem Beschleunigungsrohr hätte zur Folge,
daß das erzielte Expansionsergebnis teilweise wieder rückgängig
gemacht würde.
Wegen der intensiven Durchmischung von Wasserdampf und Tabakteil
chen, bzw. der Anwendung des Prinzips der pneumatischen Klinge
läßt sich der Wasserdampfverbrauch im Vergleich mit den bekannten
Expansionsvorrichtungen wesentlich verringern.
Bei einer solchen Expansionsvorrichtung, die mit einem Wasser
dampf/Luft-Gemisch arbeitet, kann der Expansionsgrad von 0 bis
zu einem Maximalwert kontinuierlich eingestellt werden. Der Expan
sionsgrad hängt im wesentlichen davon ab, welches Temperatur
und Energiegefälle zwischen den durch Kondensation angewärmten
Tabakteilchen einerseits und der Verdampfungstemperatur entspre
chend dem geringen Druck in dem aus der Düsenöffnung austretenden
Freistrahl andererseits erreicht wird. Bei Verwendung eines gesät
tigten Wasserdampf/Luft-Gemisches werden die Tabakteilchen durch
Kondensation maximal auf die Taupunkttemperatur des verwendeten
Gemisches erwärmt. Diese Taupunkttemperatur, die etwa der Tempera
tur der Tabakteilchen entspricht, hängt von der Konzentration
des Wasserdampf/Luft-Gemisches und dem Druck in der Expansionskam
mer ab.
Die Expansion durch Flashverdampfung setzt dann ein, wenn die
Tabaktemperatur die Verdampfungstemperatur in dem Freistrahl über
schreitet und nimmt mit steigender Temperaturdifferenz zu.
Der einfachste Weg zur Herstellung eines Wasserdampf/Luft-Gemi
sches liegt in der Einmischung von Druckluft in die Hochdruck-
Dampfleitung vor der Expansionskammer. Da jedoch die Erzeugung
von Druckluft relativ kostenaufwendig ist, dürfte sich diese Lö
sung nur bei Technikums- bzw. Pilot-Anlagen anbieten.
Eine kostengünstigere Lösung stellt die Verwendung eines Ventila
tors zur Lufteinmischung dar. Hierfür ist es erforderlich, den
Druckverlust bei Eindüsung in die Expansionskammer zu senken.
Dies geschieht durch Öffnen zusätzlicher Düsenbohrungen in der
Stirnwand der Expansionskammer.
Für die Erzielung der maximalen Expansion, bei der hohe Strahlge
schwindigkeiten und reine Dampfatmosphäre erforderlich sind, wer
den diese Zusatzdüsen geschlossen.
Eine Lösung ohne zusätzlichen Energiekostenaufwand ergibt sich
bei Verwendung einer Dampfstrahlpumpe. Auch hierbei muß jedoch
der Druckverlust durch veränderliche Querschnitte bei der Eindü
sung in die Expansionskammer gesenkt werden.
Das Verhältnis Wasserdampf/Luft in dem der Expansionskammer zuge
führten Heißgas läßt sich im Sekundenbereich variieren, so daß
nun eine Regelung des Expansionsgrades und damit der Füllfähigkeit
möglich wird, indem man die Füllfähigkeit, beispielsweise hinter
dem der Expansionsvorrichtung nachgeschalteten Trockner, mißt
und bei Abweichung von einem gegebenen Soll-Wert das Verhältnis
Wasserdampf/Luft in dem Heißgas entsprechend einstellt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den Grundaufbau einer Expansionsvorrichtung mit Durch
blaszellenradschleuse und mit nachgeschaltetem Luftstrom-
Trockner mit Tangentialabscheider,
Fig. 2 im vergrößertem Maßstab den aus einer Düsenöffnung austre
tenden Freistrahl
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine der Expansionskammer vorge
schaltete Verteilungskammer mit einer Ausführungsform
eines Strömungsantriebs,
Fig. 4 einen weiteren Querschnitt durch die Verteilungskammer
mit einer anderen Ausführungsform des Strömungsantriebs,
und
Fig. 5 in Form eines Blockschaltbildes die Regelung des Expan
sionsgrades und damit der Füllfähigkeit.
Bei der aus Fig. 1 ersichtlichen, allgemein durch das Bezugszei
chen 10 angedeuteten Expansionsvorrichtung fällt das nicht darge
stellte, zerkleinerte, insbesondere geschnittene Tabakmaterial,
in der Regel geschnittenes Rippen- und/oder Blattmaterial, aber
auch rekonstituierter Tabak, von einer Schwingförderrinne 12 über
eine Einfüllöffnung 14 nach unten in eine Zellenradschleuse 16,
die zwei einander gegenüber liegende, parallele scheibenförmige
Stirnwände 16 a, 16 b aufweist, zwischen denen die drehbare Welle
16 d des Zellenrades angeordnet ist. Auf dieser Welle sitzen mehrere
Flügel 16 c, so daß zwischen zwei benachbarten Flügeln 16 c das
herabfallende, zerkleinerte Tabakmaterial aufgefangen und bei
der Drehung der Flügel um die Achse des Zellenrades mitgenommen
wird.
Mit Ausnahme des Bereiches in der Nähe der Einfüllöffnung 14 ist
das Zellenrad durch eine nicht näher dargestellte, zylindrische
Kammer umgeben, an deren Innenwand die äußeren Enden der Flügel
16 c anliegen und dadurch Gasverluste vermeiden.
In diese Zellenradschleuse 16 ist eine "bewegliche" Expansions
kammer integriert und wird jeweils durch die beiden untersten
Flügel 16 c in Verbindung mit dem Teil der Kammerwand gebildet,
der sich zwischen diesen beiden Flügeln erstreckt.
In dem Teil der gemäß der Darstellung in Fig. 1 rechten Stirnwand
16 a, der dieser Expansionskammer zugeordnet ist, befinden sich
bei der dargestellten Ausführungsform drei Düsenöffnungen 18;
bei dieser Ausführungsform haben die Düsenöffnungen 18 einen kreis
förmigen Querschnitt und können beispielsweise durch zylindrische
Bohrungen gebildet werden.
Als Alternative hierzu ist es auch möglich, schlitzförmige Düsen
öffnungen vorzusehen. Wesentlich ist nur, daß sich die Düsenöff
nungen 18 in der Nähe des Bodens der Expansionskammer unter Vermei
dung des Coanda-Effektes befinden.
An die rechte Stirnwand 16 a schließt sich eine Verteilungskammer
20 an, die über die Düsenöffnungen 18 in Verbindung mit der Expan
sionskammer steht. Der Verteilungskammer 20 wird ein Wasserdampf/
Luft-Gemisch mit einem Druck von etwa 3 bar zugeführt, wie in
Fig. 1 angedeutet ist.
Zur Erzeugung dieses Wasserdampf/Luft-Gemisches werden Druckluft
von einer Druckluftquelle 22 und gesättigter Wasserdampft von
einer entsprechenden Quelle 24 über Leitungen 23, 25 mit Strömungs
messern 27 und Regulierventilen 26 zugeführt und in der Hochdruck
dampfleitung 28 vor der Verteilungskammer 20 gemischt.
An den Auslaß der Expansionskammer, der sich in der linken Stirn
wand 16 b der Zellenradschleuse 16 befindet, schließt sich ein
Beschleunigungsrohr 30 mit in Förderrichtung konvergierendem Quer
schnitt an, das in ein weiteres Rohr 32 mit konstantem Querschnitt
übergeht. Dem Rohr 32 ist eine stufenartige Vergrößerung des kreis
förmigen Querschnittes nachgeschaltet, die dann in ein Verzöge
rungsrohr 34 mit rechteckigem, insbesondere quadratischem Quer
schnitt übergeht.
An dieses Rohr 34 schließt sich ein gekrümmtes Rohr 36 an, durch
welches das Tabakmaterial einem Luftstrom-Trockner 38 zugeführt
wird.
Über eine Leitung 40 empfängt der Trockner 38 Luft von einer Quel
le 42, die über einen Ventilator 44 beschleunigt und über eine
Heizeinrichtung 46 erwärmt wird.
Das den Trockner 38 verlassende Gemisch Tabakmaterial/Luft wird
in einem Tangentialabscheider 48 in Tabakmaterial einerseits,
das dem entsprechenden Auslaß 50 zugeführt wird, und Luft anderer
seits aufgeteilt, die auf einer Leitung 54 mittels eines Ventila
tors 56 dem Auslaß 58 zugeführt wird.
Wenn bei dieser Expansionsvorrichtung 10 das zerkleinerte Tabakma
terial von den Flügeln 16 c des Zellenrades nach unten auf den
Boden der zylindrischen, das Zellenrad umgebenden Kammer mitgenom
men wird, so wird es dort von dem Wasserdampf/Luft-Gemisch mitge
nommen, das mit einem Druck von 3 bar über die Verteilungskammer
20 und die Düsenöffnungen 18 in die Expansionskammer einströmt
und das Tabakmaterial unter Druckabfall auf mindestens 50 m/s
beschleunigt. In einer Art "Wischeffekt" wird das Tabakmaterial
schichtweise über den Boden gestreift und dabei aus der Expansions
kammer heraus in das Rohr 30 transportiert.
Zweckmäßigerweise sind die Düsenöffnungen 18 an die Bewegungsrich
tung des Zellenrades angepaßt, so daß die ersten, von einem Flü
gel 16 c in die Expansionskammer gebrachten Tabakteilchen sofort
durch das Wasserdampf/Luft-Gemisch beaufschlagt werden und damit
die Verweildauer des Tabakmaterials in der Expansionskammer weni
ger als etwas 1/10 s beträgt.
Die Temperatur des Wasserdampf/Luft-Gemisches, dessen Konzentra
tion durch entsprechende Verstellung der Regulierventile 26 vari
iert werden kann, sollte zwischen 50 und 500°C liegen.
In dem Beschleunigungsrohr 30 wird das in den Freistrahlen teilwei
se expandierte Tabakmaterial pneumatisch transportiert, dabei
ein weiteres Mal expandiert und dem stufenartigen Übergang zwischen
dem Rohr 32 und dem Rohr 34 zugeführt. Die Stufe und der anschlie
ßende Übergang von dem kreisförmigen Querschnitt auf den quadrati
schen Querschnitt gewährleistet eine sehr schonende Behandlung
der empfindlichen, nun expandierten Tabakteilchen, die auch in
dem gekrümmten Rohr 36 schonend geführt und in dem Trockner 38
mittels zugeführter erwärmter Luft getrocknet werden; das so gebil
dete Tabakmaterial/Luft-Gemisch wird in dem Tangentialabscheider
48 in die beiden Komponenten aufgetrennt, die den jeweiligen Aus
lässen zugeführt werden, nämlich dem Luftauslaß 58 einerseits
und dem Tabakmaterialauslaß 50 andererseits.
In Fig. 2 ist nochmals im vergrößerten Maßstab der Austritt eines
Freistrahls in die Expansionskammer dargestellt.
Die mit hoher Geschwindigkeit erfolgende "Dampfinjektion" in die
Kammer führt zu einem extrem hohen Wärme- und Stoffübergang in
Verbindung mit einem ausgeprägten Transporteffekt in Richtung des
Pfeils für die einzelnen Tabakteilchen.
Wie bereits oben angedeutet wurde, ist die Erzeugung von Druckluft
relativ kostenaufwendig, so daß sich diese Lösung nur für Techni
kums- bzw. Pilotanlagen anbietet.
Eine kostengünstigere Lösung ist in Fig. 3 dargestellt, nämlich
die Verwendung eines Ventilators für die Lufteinmischung. Bei
dieser Ausführungsform wird Luft von einer Quelle 60 über einen
Strömungsmesser 62, einen Ventilator 64 und ein Regulierventil
66 auf einer Leitung 68 zugeführt und in der Leitung 70 mit dem
Wasserdampf gemischt, der von einer Quelle 72 über einen Strömungs
messer 74, einen Dampftrockner 76 und ein Regulierventil 78 auf
einer Leitung 80 zugeführt wird. Die Leitung 70 mit dem Wasser
dampf/Luft-Gemisch ist an einen Stutzen 82 der Verteilungskammer
20 angeschlossen. Die gemäß der Darstellung in Fig. 3 linke Stirn
wand 16 a der Verteilungskammer 20, die der rechten Stirnwand 16 a
der Zellenradschleuse 16 entspricht, weist zwei Arten von Öffnun
gen zur Expansionskammer hin auf, und zwar untere Düsenöffnungen
18 mit konstantem Strömungsquerschnitt sowie obere Öffnungen 18 a,
deren kreisförmiger Strömungsquerschnitt sich zur Expansionskammer
hin verkleinert.
Während die Düsenöffnungen 18 immer geöffnet sind, können die
Düsenöffnungen 18 a bei Bedarf mehr oder weniger verschlossen wer
den; zu diesem Zweck erstreckt sich in Längsrichtung der Vertei
lungskammer 20 ein Kolben 84, dessen gemäß der Darstellung in
Fig. 3 linke Spitze in die Düsenöffnung 18 a ragt und dadurch deren
Strömungsquerschnitt mehr oder weniger verschließt.
Der bei der Einbringung des Wasserdampf/Luft-Gemisches aus der
Verteilungskammer 20 in die Expansionskammer auftretende Druckver
lust kann gesenkt werden, indem die zusätzlichen Düsenöffnungen
18 a durch Verschieben des Kolbens 84 nach rechts geöffnet werden.
Für die maximale Expansion, bei der hohe Strahlgeschwindigkeiten
und eine reine Dampfatmosphäre erforderlich sind, werden die zu
sätzlichen Düsenöffnungen 18 a geschlossen, d.h., der Wasserdampf
strömt nun mit extrem hoher Geschwindigkeit über die Düsenöffnungen
18 in die Expansionskammer.
Selbstverständlich können bei Bedarf mehrere Zusatzdüsenöffnungen
18 a vorgesehen werden; jeder Düsenöffnung 18 a muß dann ein Kolben
84 zugeordnet werden.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform ohne zusätzliche Energie
kosten, bei der als Strömungsantrieb eine Dampfstrahlpumpe 88
verwendet wird. Diese Dampfstrahlpumpe 88 ist einerseits über
die Leitung 70 mit dem Anschlußstutzen 82 der Verteilungskammer
20, die den aus Fig. 3 ersichtlichen Aufbau hat, und andererseits
über die Leitung 68, das Ventil 66, den Strömungsmesser 62 mit
der Luftquelle 60 verbunden. Außerdem ist die Dampfstrahlpumpe
88 an die Leitung 80 mit dem Dampftrockner 76, dem Strömungsmesser
74 und der Dampfquelle 72 angeschlossen. Die beiden Leitungen
68, 80 sind über eine weitere Leitung 90 mit einem Regulierventil
92 verbunden.
Auch bei dieser Ausführungsform für die Erzeugung des Wasserdampf/
Luft-Gemisches muß der Druckverlust bei der Eindüsung aus der
Verteilungskammer 20 in die Expansionskammer durch den veränderli
chen Querschnitt der Düsenöffnung 18 a gesenkt werden.
Um die Qualität des Endproduktes "Cigarette" zu verbessern, soll
te ein gleichmäßig expandiertes Tabakmaterial angestrebt werden.
Durch Beeinflussung der Expansion und Verwendung geeigneter Senso
ren für die Füllfähigkeitsmessung, beispielsweise mittels kontinu
ierlicher Rollen, wie es aus der DE-OS 32 34 258 bekannt ist,
kann eine Regelung auf konstante Expansion erzielt werden.
Der Aufbau eines entsprechenden Regelkreises wird durch die sehr
hohe Ansprechgeschwindigkeit der Expansionsvorrichtung sinnvoll
bzw. möglich. Denn eine eventuelle Änderung der erzielten Expan
sion erfolgt nahezu verzögerungsfrei; die auftretende Zeitkonstan
te von wenigen Sekunden beruht nur auf den Transportwegen des
Tabakmaterials von der Expansionskammer bis zur Füllfähigkeitsmes
sung.
Fig. 5 zeigt eine Prinzipdarstellung einer solchen Expansionsrege
lung, die keinerlei Einfluß auf andere Prozeßparameter hat, bei
spielsweise die Einstellung des Trockners.
Hierbei wird die Füllfähigkeit des expandierten Schnittabaks mit
tels eines geeigneten Sensors erfaßt, wie er beispielsweise aus
der DE-OS 32 34 258 hervorgeht. Dieser Ist-Wert von dem Sensor
94 wird auf eine Regeleinrichtung 96 gegeben, die außerdem noch
Ist-Werte von zwei Durchflußmessern 98, 99 empfängt, nämlich einem
Durchflußmesser 98 für die Dampfmenge und einem Durchflußmesser
99 für die Luftmenge.
Aus diesen drei Ist-Werten bildet die Regeleinrichtung, beispiels
weise entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus, Stellsignale
für die beiden Stellglieder, nämlich die beiden Regulierventile
26 für die Luft bzw. den Wasserdampf bei der Ausführungsform nach
Fig. 1.
In entsprechender Weise können auch die Regulierventile bei den
anderen Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 angesteuert
werden.
Dadurch läßt sich unter Berücksichtigung des Ist-Wertes der Füll
fähigkeit die Expansion in der nur schematisch angedeuteten Expan
sionsvorrichtung, die den aus Fig. 1 ersichtlichen Aufbau hat,
einstellen und regeln.
Als Alternative zu den dargestellten Ausführungsformen muß das
expandierte Tabakmaterial/Heißgas-Gemisch nicht direkt einem Luft
strom-Trockner zugeführt werden, sondern kann auch in geeigneten
Abscheidern voneinander getrennt werden und das expandierte Tabak
material einem bspw. Trommel-/Band- oder Fluidbettrockner zugeführt
werden.
Abschließend wird noch als Besonderheit gegenüber anderen Expan
sionsverfahren hervorgehoben, daß unabhängig vom eingestellten
Expansionsgrad nur ein sehr geringer Verlust an Tabakinhaltsstof
fen festgestellt werden kann. Dies ist auf die niedrigen Tabak-Tem
peraturen bei der Expansion und die extrem kurze Behandlungszeit
zurückzuführen.
Claims (16)
1. Vorrichtung zum Expandieren von zerkleinertem Tabakmaterial
- a) mit einer Dosier- und Zuführ-Vorrichtung für die Zuführung des Tabakmaterials zu einer Expansionskammer,
- b) mit einer Düsenöffnung in einer Wand der Expansionskammer für die Einleitung eines aus Luft und Wasserdampf bestehenden Heiß gases zur Beschleunigung des Tabakmaterials unter Druckabfall auf mindestens 50 m/s bei einer Verweildauer des Tabakmaterials in der Expansionskammer von weniger als etwa 1/10 s, und
- c) mit einem der Expansionskammer nachgeschalteten Verzögerungs rohr mit divergierendem Querschnitt, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- d) die Expansionskammer ist in die Dosier- und Zuführ-Vorrichtung (16) integriert;
- e) das Tabakmaterial wird in annähernd rechtem Winkel zur Düsenöff nung zugeführt;
- f) in einer Stirnwand (16 a) der Expansionskammer befindet sich mindestens eine Düsenöffnung (18) in Bodennähe der Expansions kammer, so daß ein einstellbares Wasserdampf/ Luft-Gemisch zugeführt wird;
- g) an die Expansionskammer schließt sich ein Beschleunigungsrohr (30) mit konvergierendem Querschnitt an,
- h) dem das Verzögerungsrohr (34) folgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dosier- und Zuführvorrichtung eine Zellenradschleuse, insbesondere
eine Durchblaszellenradschleuse ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dosier- und Zuführvorrichtung eine Dosierschnecke ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß minde
stens drei Düsenbohrungen (18) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Düsenbohrungen (18) so ausgebildet sind, daß
die Stromlinien des Strahls annähernd parallel zueinander und
annähernd senkrecht zur Austrittsfläche verlaufen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine schlitzförmige Düsenöffnung vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Beschleunigungsrohr (30) über ein Rohr (32)
mit konstantem Querschnitt an das Verzögerungsrohr (34) angeschlos
sen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwi
schen dem Rohr (32) und dem Verzögerungsrohr (34) ein stufenarti
ger Übergang vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verzögerungsrohr (34) von kreisförmigem Querschnitt auf quadrati
schen Querschnitt übergeht.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich an die Stirnwand (16 a) mit den Düsenöffnungen
(18) eine Verteilungskammer (20) anschließt, die über die Düsenöff
nungen (18) mit der Expansionskammer verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stirnwand der Verteilungskammer (20) neben Düsenöffnungen
(18) mit konstantem Querschnitt Düsenöffnungen (18 a) mit sich
konisch verringerndem Querschnitt aufweist, die durch einen ver
schiebbaren Kolben (84) verschließbar sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet
durch eine Quelle (24) für gesättigten Dampf und eine Quelle (22)
für Druckluft, die über Regulierventile (26) mit der Verteilungs
kammer (20) verbunden sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Strömungsantrieb für das Wasserdampf/Luft-Gemisch
ein Ventilator (64) dient, der über eine Leitung (70) an die Ver
teilungskammer (20) angeschlossen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Strömungsantrieb für das Wasserdampf/Luft-Gemisch
eine Dampfstrahlpumpe (88) dient, die über eine Leitung (70) mit
der Verteilungskammer (20) verbunden ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß in den Leitungen für die Zuführung von Wasserdampf
und Luft Regulierventile (26, 66, 78, 92) vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen Sen
sor (94) für die Füllfähigkeit, durch Strömungsmesser (98, 99)
für Wasserdampf und Luft, und durch eine Regeleinrichtung, die
aus den Ausgangssignalen des Sensors (94) und der Strömungsmes
ser (98, 99) Stellsignale für die Regulierventile (26) bildet.
Priority Applications (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873710677 DE3710677A1 (de) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | Vorrichtung zum expandieren von zerkleinertem tabakmaterial |
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