DE602004006096T2

DE602004006096T2 - Dampfexpansionsverfahren für tabak

Info

Publication number: DE602004006096T2
Application number: DE602004006096T
Authority: DE
Inventors: Dale Bowman East Bend POINDEXTER; Jack Gray King FLINCHUM; Franklin Allan Winston-Salem STUMP
Original assignee: RJ Reynolds Tobacco Co
Current assignee: RJ Reynolds Tobacco Co
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2024-03-16
Also published as: CA2519153A1; EP1603412B1; US20040182404A1; ATE360377T1; DE602004006096D1; US7556047B2; WO2004084657A2; AU2004224453A1; ES2282853T3; CN1774183A; EP1603412A2; CN100423657C; WO2004084657A3; JP2006520599A; AU2004224453B2; BRPI0408531A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Tabak, insbesondere Verfahren zum Prozessieren von Tabak, welcher zur Verwendung in der Herstellung von Rauchartikeln geeignet ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Populäre Rauchartikel, wie Zigaretten, haben eine im Wesentliche zylindrische stäbchenförmige Struktur und umfassen eine Ladung, Rolle oder Säule von rauchbarem Material, bei dem es sich z.B. um zerkleinerten Tabak (z.B. in Form von geschnittenem Füller) handeln kann, umgeben von einer Papierumhüllung, wodurch ein sogenanntes "Tabakstäbchen" gebildet wird. Normalerweise weist eine Zigarette ein zylindrisches Filterelement auf, welches in einer End-zu-End-Beziehung mit dem Tabakstäbchen ausgerichtet ist. Typischerweise umfasst ein Filterelement ein plastifiziertes Celluloseacetat-Tow, umschrieben von einem Papiermaterial, welches als "Pfropfenumhüllung" bekannt ist. Bestimmte Zigaretten enthalten ein Filterelement mit multiplen Segmenten, und eines dieser Segmente kann Aktivkohlepartikel umfassen. Typischerweise ist das Filterelement mit einem Ende des Tabakstäbchens mittels eines umschreibenden Umhüllungsmaterials verbunden, welches als "Mundstückbelagpapier" bekannt ist. Ferner ist es wünschenswert geworden, das Mundstückbelagmaterial und die Pfropfenumhüllung zu perforieren, um eine Verdünnung des eingezogenen Hauptstromrauchs mit Umgebungsluft bereitzustellen. Eine Zigarette wird von einem Raucher so verwendet, dass ein Ende derselben angezündet und das Tabakstäbchen verbrannt wird. Der Raucher nimmt dann Hauptstromrauch in seinen Mund auf, indem er an dem entgegengesetzten Ende (z.B. dem Filterende) der Zigarette zieht.
Der in der Zigarettenherstellung verwendete Tabak wird typischerweise in einer gemischten oder sogenannten "blended" Form verwendet. Beispielsweise umfassen bestimmte populäre Tabakblends, allgemein als "American Blends" bezeichnet, Mischungen von Flue-Cured-Tabak, Burleytabak und Orienttabak, und in vielen Fällen bestimmte prozessierte Tabake, z.B. rekonstituierten Tabak und prozessierte Tabakstiele oder -rippen (Stems). Die genaue Menge jedes Tabaktyps innerhalb eines Tabakblends, der für die Herstellung einer bestimmten Zigarettenmarke verwendet wird, variiert von Marke zu Marke. Jedoch macht bei vielen Tabakblends volumenexpandierter oder "aufgeblasener" ("puffed") Tabak einen Teil der Mischung aus. Siehe z.B. Tobacco Encyclopedia, Voges (Ed.), p. 419 (1984), Browne, The Design of Cigarettes, 3^rd Ed. p. 50 (1990), und Tobacco Production, Chemistry and Technology, Davis et al. (Eds.) (1999).
Es ist allgemein wünschenswert, das Volumen von Tabakmaterial, insbesondere von geschnittenem Füller, zu expandieren, um das Füllvermögen zu erhöhen, so dass verminderte Gewichte an Tabak in Rauchartikel eingebracht werden. Bestimmte Prozesse, die auf das Erhöhen des Füllvermögens von Tabak gerichtet sind, umfassen Dampf als Prozesskomponente. Siehe z.B. US-PS Nr. 3 529 606 (de la Burde); Nr. 4 4418 706 (Kim); Nr. 4 235 249 (Psaras); Nr. 4 407 306 (Hibbits); Nr. 4 211 243 (Ohno); Nr. 4 298 012 (Wochnowski); Nr. 4 414 987 (Utsch); Nr. 4 458 700 (Keritsis); Nr. 4 459 100 (de la Burde); Nr. 4 523 598 (Weiss); Nr. 4 687 007 (Denier); Nr. 4 693 264 (Hedge); Nr. 4 697 604 (Brown) und Nr. 4 844 101 (Hirsch). Eine Anzahl von bekannten Verfahren zum Expandieren von Tabakmaterial beinhalten das Imprägnieren eines Tabakmaterials mit flüchtigen organischen oder anorganischen Verbindungen, z.B. halogenierten Kohlenwasserstoffen, Isopentan, Propan, Ammoniumcarbonat oder Kohlendioxid (CO₂). Siehe z.B. US-PS Nr. 3 524 451 (Fredrickson); Nr. 3 771 533 (Armstrong et al.); Nr. 4 310 006 (Hibbits); Nr. 4 340 073 (de la Burde et al.); Nr. 4 460 000 (Steinberg); Nr. 4 531 529 (White et al.); Nr. 4 561 453 (Rothchild); Nr. 4 760 854 (Jewell); Nr. 5 095 922 (Johnson et al.) und Nr. 5 095 923 (Kramer) und EPO 514860. Bestimmte Tabakexpansionsprozesse sind mit G-13, G-13C und Impex bezeichnet worden. Der imprägnierte Tabak wird einem Wärmebehandlungsprozess unterworfen, der die imprägnierende Verbindung rasch verdampft, wodurch die Stränge von imprägniertem Tabak expandiert werden. Expansionsprozesse, welche die Behandlung von mit festem CO₂ imprägniertem Tabak mit Wärme beinhalten, werden auf dem Fachgebiet allgemein als Prozesse zur Herstellung von trockeneisexpandiertem Tabak oder "DIET"-Prozesse bezeichnet. Beispielhafte DIET-Prozesse sind in US-PS Nr. 5 259 403 (Guy et al.) und Nr. 5 908 032 (Poindexter et al.) offenbart.
Bestimmte Expansionsprozesse, welche das Imprägnieren von Tabak mit Expansionsagenzien oder -verbindungen umfassen, gehen einher mit erhöhter Prozesskomplexität und -kosten bedingt durch die Notwendigkeit, den Tabak mit diesen Expansionsagenzien und -verbindungen zu imprägnieren. Derartige Expansionsprozesse verlangen typischerweise separate Behälter, die ausgebildet sind zum innigen Vermischen des Tabaks mit der imprägnierenden Verbin dung. Im Falle des DIET-Prozesses muss die Prozessvorrichtung ferner Druckveränderungen widerstehen können, welche mit der Umwandlung von flüssigem CO₂ zu Trockeneis nach dem Imprägnieren verbunden sind. Es wäre also wünschenswert, einen einfachen und kosteneffektiven Tabakexpansionsprozess bereitzustellen, bei dem eine Imprägnierung des Tabakmaterials mit einem Expansionsagens oder -verbindung wie CO₂ nicht erforderlich ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhöhen der Füllkraft oder des Füllvermögens von Tabak. Das Verfahren beinhaltet das Mitreißen eines feuchten Tabaks in einem fließenden Dampfstrom. Das Verfahren beinhaltet nicht eine nennenswerte Imprägnierung des feuchten Tabaks mit flüchtigen Expansionsagenzien oder -verbindungen wie z.B. CO₂. Vielmehr verlangt der Prozess nur eine Mischung von Dampf und Tabak, um diesen Tabak geeignet zu prozessieren. Als eine Folge davon kann das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung rationalisierter, kosteneffektiver und weniger komplex sein als bestimmte andere Expansionsprozesse.
Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Leitung mit einem Einlass und einem Auslass, wobei die Leitung eine geeignete Gestalt aufweist und vorzugsweise einen bogenförmigen Strömungspfad definiert. Dampf wird in den Einlass der Leitung eingeführt, und ein feuchtes Tabakmaterial wird in die Leitung stromabwärts des Dampfeinlasses eingeführt. Am meisten bevorzugt ist es, wenn der befeuchtete Tabak im Wesentlichen frei von imprägniertem CO₂ oder anderen imprägnierten flüchtigen organischen oder anorganischen Verbindungen ist. Der in die Leitung eintretende Dampfstrom weist eine ausreichende Temperatur auf, um Expansion des Tabaks zu verursachen, sowie eine ausreichende Strömungsrate und Geschwindigkeit, um den Tabak durch die Leitung zu transportieren. Der Tabak wird in dem Dampfstrom mitgerissen.
Der Dampf und der mitgerissene Tabak werden entlang dem geeigneten Strömungspfad, definiert durch die Gesamtgestalt der Leitung, zu dem Auslassbereich der Leitung hin transportiert. Beim Durchlauf des Tabaks durch die Leitung kann der Dampf tief in die Tabakstruktur eindringen und innere Spannungen, z.B. Falten und Kompaktionen innerhalb des Tabaks, relaxieren lassen. Damit wird das Füllvermögen des Tabaks erhöht. Der Dampf und der expandierte Tabak werden von dem Auslass der Leitung aufgefangen und voneinander getrennt. Als eine Folge davon stellen die Prozessschritte Tabak mit erhöhtem Füllvermögen und mittels dieses prozessierten Tabaks hergestellte Rauchartikel bereit.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Nachdem die Erfindung allgemein beschrieben wurde, wird nun auf die beigefügte 1 Bezug genommen, die nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet ist und die eine Seitenansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung zeigt, welche zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens Anwendung finden kann.
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird nun im Folgenden ausführlicher beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in vielfältiger Form realisiert werden und ist nicht als auf die hierin dargelegten Ausführungsformen limitiert auszulegen; vielmehr werden diese Ausführungsformen vorgestellt, um die vorliegende Offenbarung gründlich und vollständig zu machen; für den Fachmann auf dem Gebiet wird der Bereich der Erfindung klar erkennbar werden. Für gleiche Elemente werden durchgängig gleiche Ziffern verwendet.
Beispielhafte Tabakexpansionssysteme und -einrichtungen, welche für die Umsetzung der vorliegenden Erfindung geeignet sind, werden von R.J. Reynolds Tobacco Company, Winston-Salem, North Carolina, und von Japan Tobacco Inc., Trier, Deutschland, verwendet; beispielhafte Tabakexpansionssysteme und -einrichtungen sind unter Lizenz von R.J. Reynolds Tobacco Company erhältlich von Airco DIET, L.L.C. Beispielhafte Tabakexpansionssysteme und -einrichtungen sind in US-Patent Nr. 5 908 032 (Poindexter et al.) dargelegt.
Ein Beispiel für eine Vorrichtung, welche zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Eine bevorzugte Vorrichtung 10 umfasst einen Venturi-Abschnitt 12, eine Tabakzuführvorrichtung 14, eine bogenförmige Leitung 16 und einen Separator 18. Eine derartige repräsentative Vorrichtung ist eine Vorrichtung, die geeignet ist zur Verwendung für die Durchführung des DIET-Prozesses.
Die Vorrichtung 10 weist vorzugsweise einen Venturi-Abschnitt 12 auf, der ein Venturi-Einlassrohr 22 und ein Venturi-Auslassrohr 24 aufweist. Der Venturi-Abschnitt 12 dient zum Beschleunigen des Dampfstroms 20 in Richtung zu der Leitung 16 hin. Eine geeignete Heizeinrichtung (nicht gezeigt), die stromaufwärts des Venturi-Abschnitts 12 angeordnet ist, kann verwendet werden, um die Temperatur des Dampfes nach Wunsch einzustellen. Verfahren zur Herstellung von Dampf und Quellen für Dampf werden für den Fachmann auf dem Gebiet der Durchführung der DIET-Prozessierung von Tabak leicht erkennbar sein.
Die Vorrichtung 10 kann so ausgebildet sein, dass ein Venturi-Abschnitt 12 nicht vorhanden ist. Das heißt, für eine Vorrichtung mit einer ausreichend hohen Dampffließrate und einem Einlassrohr 22 und/oder einem Auslassrohr 24 von ausreichend kleiner Größe kann der Venturi-Abschnitt 12 optional sein. Damit ist es möglich, dass das Einlassrohr eine im Wesentlichen gleichblei bende Querschnittsgestalt und -größe über den gesamten Bereich, der durch das Einlassrohr 22, das Auslassrohr 24 und den Einlassbereich 26 definiert ist, aufweist.
Die Tabakzuführvorrichtung 14 umfasst vorzugsweise einen Trichter 32, der eine Mehrzahl von vertikalen Umlenkelementen 34 zum Ausbreiten eines Tabakmaterials über die Breite des Trichters aufweist. Der Tabak wird in einen Einlassbereich 26 der Leitung 16 geeignet eingeführt mittels einer Drehschleuse 48 (z.B. einer Winnower), umfassend eine Drehwelle 50 und einen geeignet angeschlossenen und montierten dazugehörigen Motor 52 in Verbindung mit derselben. Die Winnower, die bei einer relativ hohen Geschwindigkeit rotiert, kann das Tabakmaterial über im Wesentlichen die gesamte Tiefe des durch den Venturi-Abschnitt 12 hindurch- und in den Einlassbereich 26 hineinströmenden Dampfstroms 20 beschleunigen.
Die Leitung 16 ist vorzugsweise bogenförmig in der Seitenansicht, vorzugsweise im Wesentlichen halbkreisförmig in der Seitenansicht. Für die gezeigte bogenförmige Leitung ist die Mittellinie C definiert durch zwei große Radien, R₁ und R₂, welche den bogenförmigen Strömungspfad bilden. Jeder der Radien R₁ und R₂ beträgt vorzugsweise ca. 6 bis ca. 20 ft, mehr bevorzugt ca. 8 bis ca. 15 ft, wenngleich auch größere oder kleinere Radien verwendet werden können. Der im Wesentlichen horizontale Einlassabschnitt 26, der im Wesentlichen vertikale Zwischenabschnitt 28 und der im Wesentlichen horizontale Auslassabschnitt 30 stehen in Fluidverbindung, derart, dass der Dampf und der mitgerissene Tabak durch die Leitung transportiert werden können. Siehe US-Patent Nr. 5 908 032 (Poindexter et al.). Neben der bogenförmigen Leitung 16 kann die Leitung auch andere Gestalten und Konfigurationen aufweisen, die geeignet sind zur Durchführung des DIET-Prozesses. Beispielsweise kann die Leitung statt einer bogenförmigen oder gerundeten im Wesentlichen "C"-förmigen Gestalt eine etwas viereckige oder rechteckige "C"-förmige Gestalt, im Wesentlichen "S"- oder "Z"-förmige Gestalt oder die Gestalt eines Bogens (z.B. eines Bogens mit im Wesentlichen der Gestalt einer Leitung in Gestalt eines normalen "S" oder "Z", die an eine Leitung in Gestalt eines umgekehrten "S" oder "Z" anschließt, aufweisen. Es ist jedoch bevorzugt, wenn die Leitung zum Mittenbereich der Leitung hin eine größere Querschnittsfläche aufweist, bezogen auf das respektive Einlass- und Auslassende der Leitung.
Es ist bevorzugt, eine Leitung 16 bereitzustellen, welche einen geeigneten Fluss des Tabaks durch sie hindurch bereitstellt. Am meisten bevorzugt ist die Leitung 16 so ausgebildet, dass sie eine Größe und eine Gestalt aufweist, die geeignet sind, darin eingeführtem Tabak zu erlauben, sich in einer im Wesentlichen konsistenten Gesamtrichtung durch die Leitung zu bewegen mittels des Fluids, welches durch diese Leitung fließt (d.h. des Dampfes). Es ist bevorzugt, wenn der Strom des Dampfes ausreichend ist, um den Tabak geeignet durch die Leitung zu transportieren, so dass sich der Tabak konsistent bei einer wünschenswerten Rate in der Gesamtrichtung, in der der Dampf strömt, bewegt. Es ist bevorzugt, wenn die Beziehung zwischen dem Dampfstrom und der Gestalt der Leitung 16 so ist, dass der Tabak einen unangemessenen oder übermäßigen Kontakt mit den Wänden der Leitung nicht erfährt, und es ist bevorzugt, wenn der Tabak eine unangemessene oder übermäßige Turbulenzbewegung innerhalb der Leitung nicht erfährt. Es ist bevorzugt, wenn der Tabak innerhalb der Leitung auf relativ schonende Weise behandelt wird. Das heißt, es ist bevorzugt, wenn der Tabak eine Gesamtbewegung vom Typ einer "immer im Kreis herum" schwebenden oder gaukelnden Bewegung in der Leitung nicht erfährt und wenn der Tabak nicht in sogenannten "wirbelartigen" Strömen innerhalb der Leitung schwebt und wenn der Tabak die Gesamtneigung, innerhalb der Leitung und des Dampfstroms "zurückgeführt" zu werden, nicht erfährt, sondern wenn der Tabak vielmehr konsistent in einer Gesamtvorwärtsrichtung in der dominierenden Gesamtrichtung des Dampfstroms durch die Leitung strömt. Damit kann die Verweilzeit des Tabaks innerhalb der Leitung 16 gut kontrolliert werden, der Tabak wird lange genug mit Tabak in Kontakt gebracht, um eine Erhöhung seines Füllvermögens bereitzustellen, der Tabak wird nicht überhitzt oder übermäßig traumatisiert, und die Zeit, die der Tabak dem Dampf innerhalb der Leitung ausgesetzt ist, ist weder zu kurz noch zu lang.
Es ist bevorzugt, wenn der Dampfstrom 20 bei einer ausreichenden Temperatur in die Leitung 16 eintritt, um die Struktur des Tabakmaterials zu relaxieren und Expansion des Tabakmaterials zu verursachen. Typischerweise wird der Dampf bei einer ausreichenden Massenstromrate und Geschwindigkeit zugeführt, um den Tabak durch die Leitung zu transportieren. Der Dampf tritt vorzugsweise bei einer Temperatur von ca. 400 bis ca. 800 °F in die Leitung ein, mehr bevorzugt bei einer Temperatur von ca. 600 bis ca. 700 °F. Die Geschwindigkeit des Dampfes durch die Leitung beträgt vorzugsweise 7 000 bis ca. 15 000 Fuß pro Minute (fpm) Dampfstrom, mehr bevorzugt ca. 8 000 bis ca. 13 000 fpm, am meisten bevorzugt ca. 9 000 bis ca. 12 000 fpm, am Eintritt der Leitung (d.h. an dem Venturi 12). Die Geschwindigkeit des Dampfes nimmt bei seinem Weg durch den im Wesentlichen vertikalen Abschnitt der Leitung (d.h. den Leitungsabschnitt 28) ab. Typischerweise beträgt die Geschwindigkeit des Dampfes bei seiner Passage durch den im Wesentlichen vertikalen Abschnitt der Leitung ca. 1 500 bis ca. 5 000 fpm, mehr bevorzugt ca. 2 000 bis ca. 4 000 fpm, am meisten bevorzugt ca. 2 500 bis ca. 3 500 fpm. Die Massenstromrate des Dampfes durch die bogenförmige Leitung kann variieren in Abhängigkeit vom Maßstab des Prozesses. Größer bemessene Leitungen, welche dazu bestimmt sind, größere Mengen an Tabak zu transportieren, verlangen geeignet größere Dampfmassenstromraten.
Es ist bevorzugt, wenn der Tabak innerhalb eines Dampfstroms 20 mitgenommen und durch eine bogenförmige Leitung 16 mit einem Einlass und einem Auslass transportiert wird. Mit "bogenförmig" ist gemeint, dass die Leitung einen Strömungspfad definiert, der die Strömungsrichtung im Wesentlichen kontinuierlich von dem Einlass zu dem Auslass ändert. Vorzugsweise ist die bogenförmige Leitung im Wesentlichen halbkreisförmig in der Seitenansicht. Die Leitung umfasst vorzugsweise einen im Wesentlichen horizontalen Einlassabschnitt, einen im Wesentlichen vertikalen Zwischenabschnitt in Fluidverbindung mit dem Einlassabschnitt und einen im Wesentlichen horizontalen Auslassabschnitt in Fluidverbindung mit dem Zwischenabschnitt. Der durch die Leitung bereitgestellte bogenförmige Strömungspfad vermeidet abrupte Strömungsrichtungsänderungen, die durch scharfwinklige Leitungsabschnitte verursacht werden und den Tabak physikalischen und mechanischen Belastungen aussetzen können, welche Quetschen, Bruch und Kompaktion der Tabakstränge zur Folge haben. Der bogenförmige Strömungspfad minimiert die auf den Tabak wirkenden Belastungen und stellt eine im Wesentlichen nicht-turbulente Strömung durch die Leitung bereit. Der im Wesentlichen vertikale Abschnitt der Leitung erlaubt das Schweben des Tabaks in dem sich bewegenden Dampfstrom und hilft dabei, jedes Tabakstück von internen Spannungen zu befreien und dabei gleichzeitig jedes Tabakstück von externen Spannungen zu befreien.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die bogenförmige Leitung 16 einen nicht-kreisförmigen Querschnitt auf, z.B. einen rechteckigen Querschnitt, mit einem hohen Breiten-zu-Tiefen-(W/D-)Verhältnis von ca. 5:2. Ein hohes W/D-Verhältnis vermindert den Geschwindigkeitsgradienten über die Tiefe des Leitungsquerschnitts, so dass die Strömung durch die Leitung an jedem gegebenen Querschnitt im Wesentlichen gleichförmig ist. Die Leitung weist vorzugsweise ferner eine graduell divergierende (d.h. zunehmende) Tiefe D von dem Einlass zu dem Zwischenabschnitt der Leitung und eine graduell konvergierende (d.h. abnehmende) Tiefe von dem Zwischenabschnitt zu dem Auslassabschnitt auf. Die zunehmende Tiefe in dem Einlassabschnitt der Leitung verursacht einen glatten und gleichmäßigen Abfall der Strömungsgeschwindigkeit von dem Einlassabschnitt zu dem im Wesentlichen vertikalen Zwischenabschnitt, was die Verweilzeit innerhalb der Leitung erhöht, um zu gewährleisten, dass der Tabak für eine Zeit in der Leitung bleibt, die ausreichend ist, um den Tabak zu expandieren. Die Verwendung einer graduell konvergierenden Tiefe von dem Zwischenabschnitt zu dem Auslass dient dazu, den expandierten Tabak zu beschleunigen, wenn er aus der Leitung austritt und in eine Separationsvorrichtung eintritt.
Typischerweise beträgt die Verweilzeit des Tabaks in der Leitung 16 ca. 1 bis 8 Sekunden, üblicherweise ca. 3 bis ca. 5 Sekunden im Durchschnitt.
Der Dampf mit dem mitgenommenen Tabak tritt aus der Leitung 16 aus und tritt in einen Separator 18 ein. Vorzugsweise ist der Separator 18 ein Tangentialseparator mit einer einstellbaren Umlenkeinrichtung 60, welche benachbart zu dem Separatoreinlass drehbar angeordnet ist. Es kann ein beliebiger auf dem Fachgebiet bekannter Separationsprozess verwendet werden, um den Dampf und den expandierten Tabak voneinander zu trennen. Vorzugsweise werden der Dampf und der Tabak mittels eines Tangentialseparators, eines Niedergeschwindigkeits-Zyklonseparators oder anderer geeigneter Techniken und Einrichtungen, welche dem Fachmann auf dem Gebiet der Tabakprozessierung bekannt sind, getrennt. Typischerweise erfährt der in die Leitung eintretende Tabak eine anfängliche Aufwärtsbeschleunigung gefolgt von einer Verlangsamung (z.B. einer Gesamtverlangsamung in seiner Gesamtvorwärtsbewegung durch die Leitung von der Zeit, zu der der Tabak bei Einführung in die Leitung in dem Dampfstrom mitgerissen wird, bis zu der Zeit, zu der der Tabak das auslassseitige Ende der Leitung erreicht). Der Tabak kann dann leicht beschleunigt werden, um eine geeignete Entfernung des Tabaks aus der Leitung bereitzustellen. Das expandierte Tabakprodukt wird in dem Separator 18 radial auswärts gezwungen und fällt schließlich in einen Sammelschacht 58. Von dem Sammelschacht 58 kann das Tabakmaterial durch eine Drehschleuse 62 passieren und auf eine Fördereinrichtung 64 gelangen, um vor dem Neuordnen gekühlt zu werden. Der Dampf tritt aus dem Separator 18 über eine Dampfrückleitung 68 aus. Die Dampfleitung 68 wird vorzugsweise an die Atmosphäre entlüftet, und vorzugsweise steht ein (nicht gezeigtes) Gebläse stromabwärts des Separators 18 in Fluidverbindung mit der Dampfleitung 68. Das Gebläse wird verwendet, um die Geschwindigkeit des durch die Leitung 16 transportierten Dampfs und mitgenommenen Tabaks zu kontrollieren. Der Dampfstrom kann für Einmaldurchgang geschaltet sein und er kann forciert oder induziert sein; der Dampfstrom kann aber auch rezirkuliert werden mit geeignetem Abgasablass. Der Dampf und der mitgenommene Tabak werden nach Austritt aus der bogenförmigen Leitung aufgefangen und getrennt. Das Dampfexpansionsgas kann wiedererhitzt und über Rezirkulation wiederverwendet werden. Jede wünschenswerte Fraktion des Dampfes kann aus dem Expansionsgasrezirkulationskreislauf entnommen und durch Frischdampf ersetzt werden.
Die Vorrichtung 10 kann verwendet werden durch geeignetes Verändern einer existierenden Vorrichtung, welche zur Durchführung des DIET-Prozesses verwendet wird, oder die Vorrichtung kann spezifisch ausgebildet sein, die vorliegende Erfindung durchzuführen. In Situationen, in denen eine Vorrichtung verwendet wird, die zur Durchführung des DIET-Prozesses ausgebildet ist, können bestimmte Komponenten, die spezifisch zur Durchführung des DIET-Prozesses verwendet werden, abgekoppelt, umgangen oder entfernt werden. Beispielsweise können typische Komponenten des DIET-Prozesses, die für CO₂-Imprägnierung, Entklumpung des gefrorenen Tabaks, Lagerung des gefrorenen Tabaks und CO₂-Rückgewinnung verwendet werden, abgekoppelt, umgangen oder entfernt werden. Es ist also nicht notwendig, diese sogenannten "Kaltende"-Komponenten zu verwenden, die zur Durchführung des DIET-Prozesses mittels der Vorrichtung verwendet werden.
Für die Durchführung der vorliegenden Erfindung können verschiedene Tabaktypen verwendet werden. Typischerweise handelt es sich bei dem Tabak um Burleytabak, Flue-Cured-Tabak oder Orienttabak. Andere Tabake, welche für die Durchführung der vorliegenden Erfindung Verwendung finden können, umfassen, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, Marylandtabak, Dark-Tabak, Dark-Fired-Tabak und Rustica-Tabake, sowie andere seltene oder Spezialtabake. Siehe z.B. Akehurst, Tobacco (1968) und Tso, Production, Physiology, and Biochemistry of Tobacco Plant (1990). Verschiedene Tabaktypen sind in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 10/285 395, Tag der Einreichung 31. Oktober 2002, detaillierter beschrieben. Der für die Erfindung verwendete Tabak kann einen einzigen Typ von Tabak oder eine Mischung von zwei oder mehr Tabaktypen umfassen. Vorzugsweise sind die Tabaktypen, die prozessiert werden, Burleytabak, Flue-Cured-Tabak oder Mischungen hiervon.
Die physikalische Form der Tabake, die prozessiert werden, kann variieren. Am meisten bevorzugt sind diejenigen Tabakmaterialien, die eine geeignete Curing- und Aging-Behandlung durchlaufen haben. Das Tabakmaterial kann in Ganzblatt-Form, in Form von Plättchen oder Strip oder in zerkleinerter oder geschnittener Füller-Form vorliegen. Obschon weniger bevorzugt, können Teile des für die Erfindung verwendeten Tabaks eine prozessierte Form aufweisen, z.B. die Form von prozessierten Tabakrippen (z.B. geschnittenen Rippen (Cut-Stems) oder geschnittenen gewalzten Rippen (Cut-Rolled-Stems) oder von rekonstituiertem Tabak (z.B. rekonstituierten Tabaken, welche mittels Papierherstellungstyp- oder Gießfolientyp-Verfahren hergestellt sind, vorzugsweise in Strip- oder geschnittener Füller-Form). Der für die Erfindung verwendete Tabak kann ferner Tabakabfallmaterialien umfassen, z.B. Feines, Staub, Scrap und Stems; und diese Materialien können ferner für die Herstellung von prozessierten Tabaken verwendet werden. Am meisten bevorzugt werden die Tabake in der Form und in der Weise verwendet, wie traditionell für das Mischen von Tabaken zur Verwendung als geschnittener Füller für die Herstellung von Rauchartikeln, z.B. Zigaretten, üblich. Am meisten bevorzugt ist es, wenn der Tabak in Form von Plättchen vorliegt (z.B. in Form von von den Tabakrippen entfernten Tabakblattplättchen), die in eine geschnittene Füllerform geschnitten sind. Beispielsweise kann der Tabak, der prozessiert wird, die Form von geschnittenem Flue-Cured-Tabak-Füller, geschnittenem Burleytabak-Füller oder einer Mischung hiervon aufweisen. Siehe US-Patente Nr. 5 095 922 (Johnson et al.) und Nr. 5 259 403 (Guy et al.).
Am meisten bevorzugt liegt das Tabakmaterial während der Prozessierung in einer befeuchteten Form vor. Der Tabak besitzt typischerweise einen Feuchtigkeitsgehalt vor der erfindungsgemäßen Behandlung von ca. 10 bis ca. 40 %, vorzugsweise ca. 15 bis ca. 30 %, mehr bevorzugt ca. 18 bis ca. 26 %, basierend auf dem Gesamtgewicht der Tabakmischung. Durch Einführung von befeuchtetem Tabak (z.B. Tabak mit Wasserzusatz auf einen Feuchtigkeitsgehalt von ca. 25 bis ca. 30 Gew.%) ist es möglich, einen prozessierten Tabak bereitzustellen, der einen Feuchtigkeitsgehalt von ca. 12 Gew.% aufweist. Prozessierter Tabak mit einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als ca. 12 Gew.% (oder einem beliebigen anderen gewünschten Feuchtigkeitsgehalt) kann weiter prozessiert werden, so dass er einen gewünschten Feuchtigkeitsgehalt aufweist, mittels der Neuordnungstechniken und -einrichtungen, wie sie dem Fachmann auf dem Gebiet der Tabakprozessierung wohlbekannt sind.
Das Verfahren zum Erzielen des gewünschten Feuchtigkeitsgehaltes bei den verschiedenen Tabakmaterialien für die vorliegende Erfindung kann variieren. Beispielsweise kann eine wässrige Flüssigkeit, z.B. Wasser, auf die Tabak materialien gesprüht werden, um dann von diesen absorbiert zu werden. Alternativ können die Tabakmaterialien einer feuchten Umgebung ausgesetzt oder in die Flüssigkeit getaucht werden, um die gewünschte Feuchtigkeitsmenge zu absorbieren. Das Wasser kann im Wesentlichen reines Wasser sein, und es kann prozessiert sein, so dass es einen kontrollierten Reinheitsgrad aufweist, wie dies z.B. bei deionisiertem Wasser oder Leitungswasser der Fall ist. Der Feuchtigkeitsgehalt kann ferner erzielt werden durch Verteilen von Materialien, welche typische Komponenten von Casing-Typ-Lösungen oder Top-Dressing-Typ-Lösungen sind, oder anderen Flüssigkeiten wie Puffern, Lösemitteln oder Lösungen, welche den natürlichen Tabakmaterialien fremd sind, auf den Tabak. Vorzugsweise ist die Feuchtigkeit durch den ganzen Tabak hindurch verteilt, womit der Tabak als mit Wasser imprägniert angesehen werden kann. Verfahren und Methoden (z.B. die Verwendung von Trommel- und Tunnel-Typ-Einrichtungen) zum Befeuchten von Tabakmaterialien und Mischungen von Tabakmaterialien, z.B. Tabakmaterialien, welche für eine Behandlung mittels Volumenexpansionseinrichtungen und -prozessierungsschritten vorbereitet werden, sind für den Fachmann auf dem Gebiet der Tabakprozessierung leicht erkennbar.
Am meisten bevorzugt ist es, wenn das Tabakmaterial, welches mit dem Dampf kontaktiert wird, eine Temperatur aufweist, die der Umgebungstemperatur nahekommt. Obgleich es nicht unbedingt notwendig ist, den Tabak bei einer bestimmten Temperatur bereitzustellen, ist es möglich, den Tabak auf Temperaturen zu erhitzen oder zu kühlen, die höher oder niedriger als normale Umgebungstemperaturen sind.
Der für die Erfindung verwendete Tabak ist im Wesentlichen frei von imprägnierenden flüchtigen Verbindungen, welche von Dampf verschieden sind. Anders gesagt, der Tabak ist im Wesentlichen frei, vorzugsweise vollständig frei, von Zusatzkomponenten wie zugesetzten ammoniakhaltigen Verbindungen, Kohlendioxid und flüchtigen organischen Verbindungen (z.B. Kohlenwasserstoffen und halogenierten Kohlenwasserstoffen). Das heißt, Tabak, welcher mittels Dampf prozessiert wird, wird nicht absichtlich mit anderen Agenzien imprägniert, die verwendet werden, um die Expansion des Tabaks zu erleichtern. Im vorliegenden Text bezieht sich der Ausdruck "im Wesentlichen bestehend aus", wenn er auf das für das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung verwendete Tabakmaterial angewendet wird, auf ein feuchtes Tabakmaterial, welches frei von auf dem Gebiet der Tabakexpansion verwendeten flüchtigen organischen oder anorganischen imprägnierenden Verbindungen ist, die von Wasser verschieden sind.
Der Dampfstrom ist vorzugsweise praktisch frei von Luft, d.h. der Dampfstrom besteht zu ca. 100 Gew.% aus Dampf. Der Dampfstrom kann ferner im Wesentlichen frei von Luft sein, was bedeutet, dass der Dampfstrom zu mindestens ca. 95 Gew.% aus Dampf besteht. Jedoch kann ein Dampfstrom, welcher ca. 50 bis ca. 100 Gew.% Dampf, vorzugsweise ca. 85 bis ca. 100 % umfasst, verwendet werden, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Andere Komponenten, welche mit dem Dampf gemischt sein können, umfassen Umgebungsluft. Der Dampf tritt vorzugsweise bei einem Druck von annähernd Atmosphärendruck in die Leitung ein, wobei der Gesamtdruck in der Leitung typischerweise über den gesamten Behandlungsprozess hinweg bei einem Druck von annähernd Atmosphärendruck erhalten bleibt.
Die relativ zu der Tabakmenge verwendete Dampfmenge kann variieren, jedoch ist das Gewicht des Dampfes, der verwendet wird, größer als das Trockengewicht des Tabaks, der mittels dieses Dampfes prozessiert wird. Typischerweise beträgt die Menge (d.h. das Gewicht) des Dampfes, der zum Prozessieren des Tabaks verwendet wird, mindestens das ca. 6-fache, vorzugsweise mindestens das ca. 7-fache und am meisten bevorzugt das ca. 8-fache der Menge an trockenem Tabak, der mittels dieses Dampfes prozessiert wird.
Typischerweise beträgt die Dampfmenge, welche zum Prozessieren des Tabaks verwendet wird, nicht mehr als das ca. 15-fache, vorzugsweise nicht mehr als das ca. 10-fache der Menge an trockenem Tabak, der mittels dieses Dampfes prozessiert wird.
Typischerweise beträgt die Temperatur des Tabaks, der mittels Dampf nach dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung prozessiert wird, nicht mehr als ca. 350 °F. In gewissen Fällen erfährt der Tabak, der prozessiert wird, nicht ein Erhitzen auf eine Temperatur, die über ca. 300 °F liegt, und erfährt vielfach nicht ein Erhitzen auf eine Temperatur, die über ca. 250 °F liegt. Aus der Leitung austretender Tabak zeigt häufig eine Temperatur im Bereich von ca. 225 bis ca. 275 °F. In Fällen, wo der Tabak auf einen Feuchtigkeitsgehalt von ca. 25 bis ca. 30 Gew.% befeuchtet ist, weist der Tabak, der mittels Dampf prozessiert wird, eine Temperatur auf, die einen Bereich von ca. 160 bis ca. 200 °F nicht überschreitet.
Bei der Bewegung des Dampfes und des mitgerissenen Tabaks durch die Leitung relaxiert und expandiert der Dampf den Tabak durch tiefes Eindringen in den Tabak, wodurch Spannungen (z.B. Falten, Kompaktionen etc.) innerhalb des Tabakmaterials abgebaut werden. Der heiße Dampf stellt Energie bereit, um die Tabakpartikel zu erhitzen und innerhalb der Tabakpartikel befindliches Wasser rasch zu verdampfen. Als eine Folge davon wird das Füllvermögen des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Tabaks um mindestens ca. 10 %, mehr bevorzugt um mindestens ca. 20 %, am meisten bevorzugt um mindestens ca. 30 % erhöht. Als eine Folge davon wird das Füllvermögen des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Tabaks jedoch normalerweise nicht um mehr als ca. 50 % erhöht, häufig nicht mehr als ca. 40 %. In Situationen, in denen der Tabak in zerkleinerter oder geschnittener Füllerform vorliegt, kann die Wechselwirkung zwischen diesen Tabakstücken oder -strängen und dem Dampf ferner den Effekt haben, die Tabakstücke oder -stränge gerade zu richten.
Durch die Verwendung von Dampf an Stelle von Luft können die thermodynamischen Charakteristika und Eigenschaften des Fluids innerhalb der Leitung wesentlich verändert werden. Bei Atmosphärendruck beträgt die Dichte von Dampf bei nominal 500 °F 38,77 ft³/lb, während die von Luft 24,2 ft³/lb und die von CO₂ 15,9 ft³/lb beträgt. Die spezifische Wärmekapazität von trockener Luft beträgt ca. 0,24 BTU/lb/°F und die von Dampf ca. 1,0 BTU/lb/°F. Bei Atmosphärendruck resultiert dies in eine spezifische Energiekapazität pro Volumeneinheit von 0,01 BTU/ft³/°F für Luft und 0,026 BTU/ft³/°F für Dampf. Bei 500 °F beträgt die Viskosität von trockener Luft ca. 19,0 × 10⁶ lb/ft² und die von Dampf ca. 12,2 × 10⁶ lb/ft².
Das Verfahren zum Messen des Ausmaßes an volumetrischer Expansion (d.h. der Steigerung des Füllvermögens) des Tabaks kann variieren. Vorzugsweise umfasst das Verfahren zum Messen des Füllvermögens des Tabakmaterials das Platzieren einer Tabakprobe bekannten Gewichts in einen Zylinder, Beaufschlagen der Tabakprobe in dem Zylinder mit einem bekannten Druck und anschließendes Messen des Volumens der komprimerten Probe. Das Füllvermögen des Tabaks kann dann ausgedrückt werden als Volumen pro Gewicht, z.B. als Kubikzentimer pro 100 g geschnittenem Tabakfüller. Siehe US-Patent Nr. 5 095 922 (Johnson et al.).
Die so prozessierten Tabakmaterialien können mit anderen Tabakmaterialien gemischt werden. Diese Tabakmaterialien können ferner mit anderen Komponenten kombiniert sein, z.B. solchen, wie sie traditionell in der Tabakindustrie verwendet werden. Derartige andere Komponenten umfassen Casing-Materialien (z.B. Zucker, Glycerin, Kakao und Lakritze) und Top-Dressing-Materialien (z.B. Flavourmaterialien, wie Menthol). Die Wahl von bestimmten Casing- und Top-Dressing-Komponenten ist abhängig von Faktoren wie den gewünschten sensorischen Charakteristika, und die Wahl dieser Komponenten ist für den Fachmann auf dem Gebiet des Zigarettendesigns und der Zigarettenherstellung leicht möglich. Siehe Gutcho, Tobacco Flavouring Substances and Methods, Noyes Data Corp. (1972), und Leffingwell et al., Tobacco Flavouring for Smoking Products (1972).
Nach den Prozessschritten gemäß vorliegender Erfindung prozessierte Tabakmaterialien können zur Herstellung von Tabakprodukten verwendet werden, am meisten bevorzugt von Rauchartikeln wie Zigaretten. Falls gewünscht, kann die behandelte Tabakmischung einer Neuordnungsbehandlung unterworfen werden, um den Feuchtigkeitsgehalt vor Verwendung in der Rauchartikelherstellung zu erhöhen. Typisch wird das Feuchtigkeitsniveau des expandierten Tabaks auf einen Wert zwischen ca. 11 und ca. 12 Gew.% eingestellt, basierend auf dem Gesamtgewicht des expandierten Tabakmaterials. Die pro Rauchartikel verwendete Menge des behandelten Tabaks kann variieren, wobei für Zigaretten die Gesamtmenge an Tabakmaterial typisch in einem Bereich von ca. 0,6 bis ca. 1 g pro Stäbchen angesiedelt ist. Repräsentative Tabakmischungen, repräsentative Zigarettenkomponenten und daraus hergestellte repräsentative Zigaretten sind dargelegt in den US-Patenten Nr. 4 836 224 (Lawson et al.); Nr. 4 924 888 (Perfetti et al.); Nr. 5 056 537 (Brown et al.), Nr. 5 220 930 (Gentry) und Nr. 5 360 023 (Blakley et al.); US-Patentanmeldungen 2002/0000235 (Shafer et al.) und PCT WO 02/37990. Diese Tabakmaterialien können ferner verwendet werden für die Herstellung der Zigarettentypen, wie sie beschrieben sind in den US-Patenten Nr. 4 793 365 (Sensabaugh); Nr. 4 917 128 (Clearman et al.); Nr. 4 947 974 (Brooks et al.); Nr. 4 961 438 (Korte); Nr. 4 920 990 (Lawrence et al.); Nr. 5 033 483 (Clearman et al.); Nr. 5 074 321 (Gentry et al.); Nr. 5 105 835 (Drewett et al.); Nr. 5 178 167 (Riggs et al.); Nr. 5 183 062 (Clearman et al.); Nr. 5 211 684 (Shannon et al.); Nr. 5 247 949 (Deevi et al.); Nr. 5 551 451 (Riggs et al.); Nr. 5 285 798 (Banerjee et al.); Nr. 5 593 792 (Farrier et al.); Nr. 5 595 577 (Bensalem et al.); Nr. 5 816 263 (Counts et al.); Nr. 5 819 751 (Barnes et al.); Nr. 6 095 153 (Beven et al.); Nr. 6 311 694 (Nichols et al.) und Nr. 6 367 481 (Nichols et al.); und PCT WO 97/48294 und PCT WO 98/16125. Siehe ferner die Typen von kommerziell vermarkteten Zigaretten, welche in Chemical and Biological Studies on New Cigarette Prototypes that Heat Instead of Burn Tobacco, R.J. Reynolds Tobacco Company Monograph (1988), und Inhalation Toxicology, 12:5, p. 1–58 (2000), beschrieben sind.
Der hierin beschriebene Tabakexpansionsprozess stellt ein vorteilhaftes Verfahren oder Methode bereit zum effizienten und effektiven Steigern des Füllvermögens von Tabakmaterialien. Der Prozess kann durchgeführt werden mittels kommerziell erhältlicher Einrichtungen, welche für die Durchführung des DIET-Prozesses ausgebildet sind, und Modifikationen an diesen Einrichtungen sind leicht möglich. Der Prozess kann durchgeführt werden mittels eines leicht verfügbaren und chemisch einfachen Materials, nämlich Dampf. Der Prozess verlangt kein Imprägnieren des Tabaks mit CO₂ oder flüchtigen organischen Verbindungen (z.B. halogenierten Kohlenwasserstoffen, Isopentan oder Propan). Somit wird die Komplexität des Tabakexpansionsprozesses vermindert, und die Möglichkeit, dass imprägnierende Verbindungen abträgliche Veränderungen des Flavours und Aromas des Tabaks (und des davon erzeugten Rauchs) verursachen, wird ausgeschlossen. Der Prozess verlangt nicht, den Tabak extrem niederen Temperaturen zu unterwerfen, wie dies z.B. bei der Durchführung des DIET-Prozesses der Fall ist, wenn mit CO₂ imprägnierter Tabak gefroren wird. Das heißt, der Tabak wird einem weniger extremen Temperaturgradienten ausgesetzt, als es traditionell beim Durchführen des DIET-Prozesses der Fall ist. Beispielsweise weist für DIET-Prozesse der mit festem CO₂ imprägnierte Tabak eine Temperatur von ca. –109 °F auf, bevor er Sublimationsbedingungen unterworfen wird. Während der Sublimation wird der mit CO₂ imprägnierte Tabak mit einem Gas in Kontakt gebracht, dessen Temperatur ca. 400 bis ca. 800 °F beträgt. Somit wird der Tabak einem Temperaturgradienten von ca. 500 bis ca. 900 °F unterworfen. Demgegenüber wird der Tabak, der mittels Dampf gemäß vorliegender Erfindung prozessiert wird, nicht unbedingt in einer temperaturkontrollierten (z.B. sehr kalten oder gefrorenen Form) bereitgestellt und kann eine Temperatur haben, die der Umgebungstemperatur nahekommt (d.h. ca. 50 bis 100 °F, vorzugsweise ca. 75 °F), bevor er mit Dampf in Kontakt gebracht wird. Typisch weist der Dampf, der mit dem Tabak in Kontakt gebracht wird, eine Temperatur von ca. 400 bis ca. 800 °F auf und somit wird der Tabak einem Temperaturgradienten von nur ca. 325 bis ca. 725 °F unterworfen; dies bedeutet, dass die Differenz zwischen der Temperatur des in die Leitung eintretenden Dampfes und der Temperatur des in die Leitung eintretenden Tabaks nur ca. 325 bis ca. 725 °F beträgt. Bei jeder gegebenen Gastemperatur beträgt die Differenz zwischen dem Temperaturgradienten, den der Tabak bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Prozesses erfährt, und dem Temperaturgradienten, den der CO₂-imprägnierte Tabak in einem DIET-Prozess erfährt, ca. 180 bis ca. 190 °F. Vorzugsweise beträgt der Temperaturgradient, den der Tabak gemäß vorliegender Erfindung erfährt, ca. 525 bis ca. 625 °F. Setzt man den Tabak einem weniger extremen Temperaturgradienten aus, so kann dies die Möglichkeit vermindern, dass unerwünschte chemische Veränderungen an dem Tabak verursacht werden, welche Geschmack und Aroma, die mit diesem Tabak und dem hiervon erzeugten Rauch assoziiert sind, abträglich beeinflussen. Ferner kann erfindungsgemäß behandelter Tabak eine leichte Verringerung im Nikotingehalt erfahren (z.B. um mindestens 10 Gew.%).
EXPERIMENTELLES
Die nachfolgenden Beispiele dienen der weiteren Veranschaulichung der Erfindung; sie sind jedoch nicht so auszulegen, dass sie die Erfindung begrenzen. Wenn nichts anderes angegeben ist, verstehen sich alle Teile- und Prozentangaben als gewichtsbezogen.
Beispiel 1
Es wurde ein Expansionssystem im Pilotmaßstab konstruiert. Das Expansionssystem ist ein Sublimator-System im Maßstab eins zu fünfundsiebzig (1/75) und wurde basierend auf der Geometrie der C-Schleifen-Technologie von R.J. Reynolds Tobacco Company konstruiert, die von dem Typ ist, wie in US-Patent Nr. 5 908 032 (Poindexter et al.) dargelegt. Das pilotmaßstäbliche Expansionssystem wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Die Dimensionen der Krümmungsradien und die Gesamthöhe sind im Wesentlichen die gleichen wie bei dem Full-Scale-C-Schleifen-System. Die Querschnittsfllächen sind im Verhältnis die gleichen, um die gleichen Gasgeschwindigkeiten an äquivalenten Orten innerhalb der C-Schleife aufrechtzuerhalten. Um den Maßstab 1/75 des kommerziellen C-Schleifen-Systems zu erhalten, wurde der pilotmaßstäbliche Sublimator 3 Inch breit mit Tiefen wie folgt konstruiert: 2 Inch am Tabakeinlass; 7 Inch am weitesten Mittelpunkt des "C" an der Stelle, wo es vertikal wird; und 3,5 Inch am Eintritt eines Tangentialseparators. Die Sublimatorleitung weist eine nicht-kreisförmige Querschnittsgestalt auf.
Geschnittener Burleytabak-Füller mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 20 % wurde in einem Dampfstrom mitgenommen, und Tabak und Dampf wurden durch eine im Wesentlichen halbkreisförmige Leitung transportiert und in einem Tangentialseparator getrennt. Die Temperatur des Dampfstroms betrug 450 °F und die Massenstromrate des Dampfes betrug 615 lb/h. Der Dampfbehandlungsprozess steigert das Füllvermögen des so prozessierten Tabaks um 23 %.
Beispiel 2
Burleytabak wird prozessiert, wobei im Wesentlichen wie in Beispiel 1 verfahren wird, ausgenommen, dass die Anfangstemperatur des Dampfstroms 525 °F betrug. Der Dampfbehandlungsprozess erhöht das Füllvermögen des so prozessierten Tabaks um 22 %.
Beispiel 3
Burleytabak wird prozessiert, wobei im Wesentlichen wie in Beispiel 1 verfahren wird, ausgenommen, dass die Anfangstemperatur des Dampfstroms 650 °F betrug. Der Dampfbehandlungsprozess erhöht das Füllvermögen des so prozessierten Tabaks um 30 %.
Beispiel 4
Eine geschnittene Füller-Mischung von Burley-, Flue-Cured- und Orienttabak mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 20 % wurde in einem Dampfstrom mitgenommen, und Tabak und Dampf wurden durch eine im Wesentlichen halbkreisförmige Leitung transportiert und in einem Tangentialseparator getrennt. Die Temperatur des Dampfstroms betrug 450 °F und die Massenstromrate des Dampfes betrug 615 lb/h. Der Dampfbehandlungsprozess steigert das Füllvermögen des so prozessierten Tabaks um 11 %.
Beispiel 5
Tabak wird prozessiert, wobei im Wesentlichen wie in Beispiel 4 verfahren wird, ausgenommen, dass die Anfangstemperatur des Dampfstroms 525 °F betrug. Der Dampfbehandlungsprozess steigert das Füllvermögen des so prozessierten Tabaks um 15 %.
Beispiel 6
Tabak wird prozessiert, wobei im Wesentlichen wie in Beispiel 4 verfahren wird, ausgenommen, dass die Anfangstemperatur des Dampfstroms 650 °F betrug. Der Dampfbehandlungsprozess erhöht das Füllvermögen des so prozessierten Tabaks um 27 %.
Für den Fachmann auf dem Gebiet, in welches die vorliegende Erfindung fällt, werden zahlreiche Modifikationen erkennbar sein im Lichte der in der vorstehenden Beschreibung präsentierten Lehren. Es versteht sich daher, dass die Erfindung nicht auf die hierin offenbarten, spezifischen Ausführungsformen begrenzt ist, und dass Modifikationen und andere Ausführungsformen im Bereich der beigefügten Ansprüche beabsichtigt sind. Zwar werden hierin spezifische Termini verwendet; ihre Verwendung geschieht jedoch nur in einem allgemeinen und beschreibenden Sinne und nicht zu Zwecken der Limitierung.

Claims

Verfahren zum Erhöhen des Füllvermögens von Tabak, umfassend: Bereitstellen einer Leitung, welche einen Einlass und einen Auslass aufweist und einen Strömungspfad definiert, wobei der Strömungspfad einen im Wesentlichen horizontalen Einlassabschnitt, einen im Wesentlichen vertikalen Zwischenabschnitt in Fluidverbindung mit dem Einlassabschnitt und einen im Wesentlichen horizontalen Auslassabschnitt in Fluidverbindung mit dem Zwischenabschnitt umfasst; Einführen eines Dampfstroms in den Einlass der Leitung, wobei der Dampfstrom eine ausreichende Temperatur aufweist, um Tabak zu expandieren, und eine ausreichende Fließrate und Geschwindigkeit, um Tabak durch die Leitung zu transportieren; Einführen eines feuchten Tabaks, bestehend im Wesentlichen aus Tabak und Wasser, in die Leitung stromabwärts des Einlasses, wobei der feuchte Tabak frei ist von flüchtigen organischen oder anorganischen imprägnierenden Verbindungen, welche von Wasser verschieden sind; Mitreißen des Tabaks in dem Dampfstrom; Transportieren des Dampfes und des mitgerissenen Tabaks entlang dem Strömungspfad und zu dem Auslass hin, wobei der Dampf den Tabak expandiert, während sich der Dampf und der mitgerissene Tabak entlang dem Strömungspfad bewegen; Auffangen des Dampfes und des mitgerissenen expandierten Tabaks von dem Auslass der Leitung; und Trennen des Dampfes von dem expandierten Tabak.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Tabak ausgewählt ist aus der Gruppe, welche aus Burley-Tabak, Flue-Cured-Tabak, Orienttabak und Mischungen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der in die Leitung eingeführte Dampf eine Temperatur von ca. 204,44 bis ca. 426,66 °C (ca. 400 bis ca. 800 °F) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der in die Leitung eingeführte Dampf eine Temperatur von ca. 315,55 bis ca. 371,11 °C (ca. 600 bis ca. 700 °F) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der in die Leitung eingeführte Dampf eine Geschwindigkeit von ca. 2 130 bis ca. 4 570 m/min (ca. 7 000 bis ca. 15 000 fpm) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der in die Leitung eingeführte Dampf eine Geschwindigkeit von ca. 2 740 bis ca. 3 660 m/min (ca. 9 000 bis ca. 12 000 fpm) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeit des Dampfes in dem im Wesentlichen vertikalen Zwischenabschnitt der Leitung ca. 457 bis ca. 1 520 m/min (ca. 1 500 bis ca. 5 000 fpm) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeit des Dampfes in dem im Wesentlichen vertikalen Zwischenabschnitt der Leitung ca. 762 bis ca. 1 070 m/min (ca. 2 500 bis ca. 3 500 fpm) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Dampfstrom ca. 85 bis ca. 100 Gew.% Dampf umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Dampfstrom ca. 100 Gew.% Dampf umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leitung einen bogenförmigen Strömungspfad aufweist, der durch zwei Radien definiert ist, wobei jeder Radius ca. 6 bis ca. 20 ft beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Füllvermögen des expandierten, aus der Leitung aufgefangenen Tabaks mindestens ca. 10 % größer ist als das Füllvermögen des in die Leitung eingeführten Tabaks.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Füllvermögen des expandierten, aus der Leitung aufgefangenen Tabaks mindestens ca. 30 % größer ist als das Füllvermögen des in die Leitung eingeführten Tabaks.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das feuchte Tabakmaterial bei Umgebungstemperatur in die Leitung eintritt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Tabak als Tabakplättchen oder geschnittene Füllermaterial-Form vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Einstellen des Feuchtigkeitsgehalts des Tabaks auf einen Wert zwischen ca. 10 und ca. 40 Gew.%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Tabaks vor Einführung des Tabaks in die Leitung.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks eingestellt wird auf einen Wert zwischen ca. 18 und ca. 26 Gew.%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Tabaks vor Einführung des Tabaks in die Leitung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Einstellen des Feuchtigkeitsgehalts des expandierten Tabaks auf einen Wert zwischen ca. 11 und ca. 12 Gew.%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Tabaks nach Trennung von dem Dampf.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Schneiden des Tabaks zur Bildung geschnittener Füllermaterial-Form vor Einführen des Tabaks in die Leitung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leitung durch zwei Radien definiert ist, wobei jeder Radius ca. 1,83 bis ca. 6,1 m (ca. 6 bis ca. 20 ft) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leitung durch zwei Radien definiert ist, wobei jeder Radius ca. 2,44 bis ca. 4,57 m (ca. 8 bis ca. 15 ft) beträgt.