DE69217272T2

DE69217272T2 - Aufblähvorrichtung für ein landwirtschaftliches Produkt, wie Tabakmaterial

Info

Publication number: DE69217272T2
Application number: DE69217272T
Authority: DE
Inventors: Takashi Ogawa; Manabu Takeuchi; Kensuke Uchiyama; Hiromi Uematsu; Kazuo Yoshimoto
Original assignee: Japan Tobacco Inc
Current assignee: Japan Tobacco Inc
Priority date: 1991-05-20
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-05-21
Also published as: AU1638592A; KR920021072A; EP0514860A2; CN1030749C; KR960001835B1; ID910B; EP0514860A3; CN1069638A; US5311885A; CA2068907A1; CA2068907C; RU2045354C1; TW219892B; EP0514860B1; AU644739B2; DE69217272D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Blähen eines Materials, wie beispielsweise Tabakmaterial, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine derartige Vorrichtung ist bereits aus der EP-A-0 328 676 bekannt. Diese Vorrichtung weist jedoch keine Steuereinrichtung zum Steuern der Durchflußrate eines dem Wärmetauscher zuzuführenden Kühlmittels zum Entziehen von Wärme aus dem Kohlendioxid auf, um dadurch eine Menge verflüssigten Kohlendioxids auf einem Optimum zu halten.
Die vorliegende Erfindung ist bestrebt, eine Vorrichtung vom kontinuierlichen Typ unter Verwendung gasförmigen Kohlendioxids als Blähmittel zu schaffen, die eine Kühleinheit aufweist, die in der Lage ist, das von einem Imprägniergefäß zu einem Materialaustragsystem zuverlässig auf eine niedrige Temperatur zu regeln und das Material wirksam zu blähen.
In Übereinstimmung mit herkömmlichen Blähvorrichtungen wird das Material, z.B. Tabakmaterial, mit Kohlendioxid als Blähmittel bei hohem Druck imprägniert bzw. durchtränkt, und das Tabakmaterial wird druckerniedrigt und erwärmt, so daß das imprägnierte Kohlendioxid gebläht wird, wodurch das Tabakmaterial gebläht wird.
Die Blähvorrichtungen sind in Blähvorrichtungen vom Chargen-Typ und in Blähvorrichtungen vom kontinuierlichen Typ klassifiziert. Bei einer Blähvorrichtung vom Chargen-Typ wird eine vorbestimmte Menge an Tabakmaterial in einem Imprägniergefäß bevorratet, Hochdruck-Kohlendioxid wird dem Imprägniergefäß zugeführt, um das Tabakmaterial mit Kohlendioxid zu imprägnieren, und daraufhin wird Tabakmaterial entfernt, wodurch das Tabakmaterial gebläht wird. Bei der Blähvorrichtung vom kontinuierlichen Typ werden das Tabakmaterial und das Kohlendioxid kontinuierlich einem Imprägniergefäß zugeführt.
Obwohl die zuerst genannte Vorrichtung vom Chargen-Typ einen einfachen Aufbau hat, ist ihr Wirkungsgrad niedrig und eine hohe Menge an Kohlendioxid geht verloren. Die zuletzt genannte Blähvorrichtung vom kontinuierlichen Typ ist wirksam und kann Kohlendioxid rückgewinnen und wiederverwenden.
Um den Blähgrad des Tabakmaterials oder dergleichen allgemein zu erhöhen, muß das Tabakmaterial mit Kohlendioxid bei niedriger Temperatur und hohem Druck derart in Kontakt gebracht werden, daß das Material mit einer maximalen Menge an Kohlendioxid imprägniert wird. Das mit Kohlendioxid imprägnierte Tabakmaterial muß aus dem Imprägniergefäß entfernt werden, während die niedrige Temperatur so gut wie möglich beibehalten wird, der Verlust an imprägniertem Kohlendioxid muß verhindert werden, und das Tabakmaterial muß kurzfristig erwärmt werden, um dadurch das imprägnierte Kohlendioxid wirksam auszudehnen bzw. zu blähen.
Bei der in der EF-A-0 328 676 offenbarten und vorstehend erläuterten Vorrichtung vom kontinuierlichen Typ variieren bzw. ändern sich die Temperatur und die Zufuhmenge des Tabakmaterials, das dem Imprägniergefäß zugeführt wird, die Menge der externen Wärme, die an die Blähvorrichtung angelegt wird, die Menge an Reibungswärme, die erzeugt wird, wenn das Drehventil gedreht wird, und dergleichen über einen beträchtlich großen Bereich. Aufgrund dieser Zustandsänderungen wird die Temperatur des dem Imprägniergefäß zugeführten Tabakmaterials erhöht, um die Imprägniermenge an Kohlendioxid zu erniedrigen, oder das aus dem Imprägniergefäß entfernte bzw. abgeführte Tabakmaterial wird erwärmt, während es durch das Drehventil läuft, und ein Teil des imprägnierten Kohlendioxids geht verloren, wodurch der Blähgrad verringert wird.
Um diese Nachteile zu verhindern, wird in Betracht gezogen, das dem Imprägniergefäß zuzuführende Kohlendioxid zu kühlen und erforderlichenfalls teilweise zu verflüssigen, um in dem Material oder in den Bauteilen stromabwärts vom Imprägniergefäß erzeugte Wärme durch die Latentwärme und freie Wärme des Kohlendioxids zu absorbieren, wodurch das Material auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird. Wenn die Kohlendioxid-Kühlmenge, d.h. die abzuführende Wärmemenge, übermäßig klein ist, werden das Tabakmaterial oder die Bauteile stromab von dem Imprägniergefäß nicht ausreichend gekühlt und erbringen nicht viel Wirkung. Wenn umgekehrt die Kohlendioxid-Kühlmenge übermäßig groß ist, wird Kohlendioxid verfestigt, um Trockeneis zu bilden, während das Tabaknaterial druckerniedrigt und von seinem Austragsystem ausgetragen wird. Wenn auf diese Weise Trokkeneis erzeugt wird, wird das Tabakmaterial durch dieses verfestigt, was bei dem Erwärmungs/Blähschritt ein Problem erzeugt. Ferner wird die zur Außenseite des Systems zusammen mit dem Material ausgetragene Kohlendioxidmenge ebenfalls vergrößert, was zu einer Vergrößerung des Verlusts an Kohlendioxid führt. Ein derartiger Betrieb zur Erzeugung von Trockeneis ist hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und Qualität nicht bevorzugt. Deshalb muß Kohlendioxid in dem Imprägniergefäß in gasförmigem Zustand imprägniert werden. Zu diesem Zweck muß die Kohlendioxid-Kühlmenge (Wärmetauschmenge), die dem Imprägniergefäß zugeführt werden muß, geeignet gesteuert werden.
Die Temperatur des Tabakmaterials, die Tabakmaterial-Zufuhrmenge, die Menge an externer Wärme, die an die Blähvorrichtung angelegt wird, die Wärmemenge des Drehventils und dergleichen sind nicht stabil und variieren bzw. schwanken über einen weiten Bereich. Aus diesem Grund ist es schwierig, das Tabakmaterial mit gasförmigem Kohlendioxid mit einem bevorzugten Zustand in dem Imprägniergefäß zu imprägnieren.
Außerdem wird üblicherweise davon ausgegangen, daß die Steuerung der Kohlendioxid-Kühlmenge (Wärmetauschmenge), wie vorstehend erläutert, durch Steuern der Temperaturmenge des zuzuführenden Kohlendioxids durchgeführt wird. Da die Kohlendioxidmenge jedoch ermittelt oder festgelegt wird, um den Imprägnierdruck in dem Imprägniergefäß auf einem vorbestimmten Wert zu halten, kann die vorstehend angeführte Steuerung nicht durchgeführt werden. Da Kohlendioxid abhängig vom Druck und der Temperatur einem Phasenübergang unterworfen ist, kann die Temperatur nicht als Steuer- bzw. Regelfaktor verwendet werden. Deshalb kann die Kohlendioxid-Kühlmenge nicht durch die Temperaturmenge des Kohlendioxids gesteuert werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Blähvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, ein Material, z.B. Tabakmaterial, mit gasförmigem Kohlendioxid in einem Imprägniergefäß unter einem bevorzugten Zustand bzw. einer bevorzugten Bedingung zu imprägnieren.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen dieses Anspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2 und 3 genannt.
Demnach ist ein Wärmetauscher auf halber Strecke entlang einem Rohr eines blähmittelzufuhrsystems vorgesehen, um gasförmiges Kohlendioxid als Blähmittel zuzuführen, während ein vorbestimmter Imprägnierdruck aufrechterhalten wird, ein Kühlmittel wird von einem Kühlmechanismus dem Wärmetauscher zugeführt, und eine Kohlendioxidwärmetauschmenge, die dem Imprägniergefäß zugeführt werden soll, wird durch eine Steuereinheit in Übereinstimmung mit verschiedenen Prozeßgrößen dieser Vorrichtung, z.B. einer Temperatur (einer Temperatur, bei welcher flüssiges Kohlendioxid nicht existieren kann) in einem Materialaustragsystem so gesteuert, daß die Imprägnierung von gasförmigem Kohlendioxid unter einer bevorzugten Bedingung durchgeführt werden kann.
Da bei dieser Vorrichtung der Zustand von Kohlendioxid, das dem Imprägniergefäß zugeführt werden soll, durch die Prozeßgröße, z.B. die Temperatur des Austragsystems, durch welches das Material transportiert wird, gesteuert wird, können selbst dann, wenn die Menge der an die Vorrichtung angelegten externen Wärme, die Wärmeerzeugungsmenge eines Drehventils und dergleichen variieren, und die Vorrichtung kann mit diesen Änderungen sofort zurechtkommen.
Als die Prozeßgröße wird die Temperatur des Tabakmaterials während des Austragens aus dem Imprägniergefäß oder die Gastemperatur des Kohlendioxids, das zusammen mit dem Tabakmaterial ausgetragen wird, verwendet. Licht oder Strahlung kann auf das Tabakmaterial und das Kohlendioxid, das ausgetragen wird, ausgestrahlt, und ihre Temperaturen können aus dem Reflexions- oder Durchlaßspektrum des Lichts oder der Strahlung ermittelt werden. Die dem Imprägniergefäß zuzuführende Kohlendioxid-Wärmetauschmenge wird automatisch auf der Grundlage der Prozeßgröße so eingestellt, daß die Temperatur des Kohlendioxids und des Tabakmaterials in dem Imprägniergefäß und andere Zustände ein Optimum einnimmt. Diese Einstellung muß nicht notwendigerweise automatisch durchgeführt werden, und die dem Imprägniergefäß zuzuführende Kohlendioxid-Wärmetauschmenge kann durch eine Bedienperson auf der Grundlage der Gastemperatur oder des Tabakmaterials, das aus dem Imprägniergefäß ausgetragen wird, oder des Kohlendioxids, das zusammen mit dem Tabakmaterial ausgetragen wird, manuell eingestellt werden.
Diese Erfindung läßt sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstehen; es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Gesamtanordnung einer Blähvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Schnitt-Teilansicht eines Drehventils und einer Rutsche von Fig. 1,
Fig. 3 ein Schema einer Kohlendioxid-Rückgewinnungs/Trenneinheit,
Fig. 4 ein Schema der Kohlendioxid-Rückgewinnungs/Trenneinheit,
Fig. 5 ein Schema einer Prozeßgrößen-Ermittlungseinrichtung,
Fig. 6 ein Schema einer weiteren Modifikation der Prozeßgrößen- Ermittlungseinrichtung,
Fig. 7 ein Schema noch einer weiteren Modifikation der Prozeßgrößen-Ermittlungseinrichtung, und
Fig. 8 ein Schema einer Gesamtanordnung einer Blähvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Fig. 1 bis 5 zeigen die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Tabakmaterial-Blähvorrichtung vom kontinuierlichen Typ unter Verwendung von Kohlendioxid als Blähmittel beispielhaft darstellt. In Bezug auf Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 11 ein Imprägniergefäß, dem ein Blähmittel zugeführt wird, um einen vorbestimmten Druck aufrechtzuerhalten; beispielweise wird Kohlendioxid zugeführt, um einen Imprägnierdruck von etwa 30 atm aufrechtzuerhalten. Das Tabakmaterial wird von einem Materialzufuhrsystem 12-dem Imprägniergefäß 11 kontinuierlich zugeführt. Die Gewebe des Tabakmaterials werden mit Kohlendioxid in dem Imprägniergefäß 11 imprägniert.
Das imprägnierte Tabakmaterial mit Kohlendioxid wird kontinuierlich zu einer (nicht gezeigten) Heizeinheit durch ein Material-Austragsystem 13 transportiert, um Hochtemperaturluft oder einen Hochtemperaturwasserdampf oder ein Gemisch von diesen in der Heizeinheit zu kontaktieren. Daraufhin wird das in das Tabakmaterial imprägnierte Kohlendioxid gebläht, wodurch die Gewebe des Tabakmaterials gebläht werden.
Das vorstehend erläuterte Materialzufuhrsystem 12 hat die folgende Anordnung. Das Tabakmaterial wird einer ersten Rutsche 15 durch ein Luftschleusenventil 14 zugeführt. In dem Luftschleusenventil 14 ist ein Rotor 14b drehbar in einem Gehäuse 14a vorgesehen, wie in Fig. 2 gezeigt, und eine Mehrzahl von Flügeln sind an der Außenseite des Rotors 14b gebildet. Das durch die Einlaßöffnung des Gehäuses 14 zugeführte Tabakmaterial wird zwischen den benachbarten Flügeln bevorratet und zu dem Auslaß des Gehäuses 14 durch die Drehung des Rotors 14b transportiert. Die entfernten Endflächen dieser Flügel und die Innenfläche des Gehäuses 14 kontaktieren einander unter Luftabschluß gleitend. Die Einlaß- und Auslaßseiten des Luftschleusenventils 14 sind demnach abgedichtet, um eine Druckdifferenz zwischen ihnen derart aufrechtzuerhalten, daß das Tabakmaterial kontinuierlich transportiert werden kann, während der Druck erhöht oder erniedrigt wird. Unter niedrigen Druck stehendes Kohlendioxid von etwa Atmosphärendruck wird der ersten Rutsche 15 zugeführt und in dem Tabakmaterial enthaltene Luft wird durch dieses Kohlendioxid ersetzt.
Daraufhin wird das Tabakmaterial von der ersten Rutsche 15 einer zweiten Rutsche 17 durch ein erstes Drehventil 16 zugeführt, während sein Druck auf einen Zwischendruck von etwa 15 atm erhöht wird. Der Druck in der zweiten Rutsche 17 wird auf dem Zwischendruck von etwa 15 atm gehalten.
Das Drehventil 16 und die erste Rutsche 15 haben die in Fig. 2 gezeigten Anordnungen. In Bezug auf Fig. 2 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein Gehäuse des Drehventils 16. Zufuhr- und Austragöffnungen 2 und 3 sind in dem Gehäuse 1 gebildet. Ein Drehelement 4 ist drehbar unter Luftabschluß in dem Gehäuse 1 untergebracht. Eine Mehrzahl von Taschen 5 sind an der Außenfläche des Drehelements 14 gebildet. Eine Mehrzahl von druckerhöhungs- und druckerniedrigungsseitigen Öffnungen 6 und 7 sind in den Gehäuse 1 gebildet. Die Endstufen-Hochdrucköffnung unter den druckerhöhungsseitigen Öffnungen 6 ist mit einem Kohlendioxid-Zufuhrrohr 9 verbunden, und Kohlendioxid mit einem Druck von etwa 15 atm wird von der zweiten Rutsche 17 zugeführt. Die Endstufen-Niederdrucköffnung unter den druckerniedrigungsseitigen Öffnungen 7 ist mit einem Kohlendioxid-Rückgewinnungsrohr 44 so verbunden, daß druckerniedrigtes Kohlendioxid rückgewonnen wird. Die restlichen druckerniedrigungs- und druckerhöhungsseitigen Öffnungen 6 und 7 stehen miteinander durch entsprechende Verbindungsrohre 8 in Verbindung.
Die Innenseite der Zufuhröffnung 2 ist z.B. auf Atmosphärendruck eingestellt, und die Innenseite der Austragöffnung 3 ist auf eine Kohlendioxid-Atmosphäre eingestellt, die einen Druck von etwa 15 atm aufweist. Das in die Zufuhröffnung 2 durch einen Trichter oder dergleichen eingetragene Tabakmaterial wird in den jeweiligen Taschen 5 des Drehelements 4 bevorratet und nacheinander zu der Austragöffnung 3 transport, wenn sich das Drehelement 4 dreht.
Da die Innenseite der Austragöffnung 3 auf eine Zwischendruck- Kohlendioxid-Atmosphäre eingestellt ist, ist das Innere einer leeren Tasche 5, die eine gegenüberliegende Austragöffnung 3 zum Austragen des Tabakmaterials in sie aufweist, auf die Zwischendruck-Kohlendioxid-Atmosphäre eingestellt. Während die Taschen 5 nacheinander den druckerniedrigungsseitigen Öffnungen 7 gegenüberliegen, wird Hochdruck-Kohlendioxid in jeder Tasche 5 nacheinander zu der gegenüberliegenden druckerniedrigungsseitigen Öffnung 7 ausgetragen, um druckerniedrigt zu werden, z.B. jeweils um 5 Atmosphären. Da die druckerniedrigungsseitigen Öffnungen 7 in Verbindung mit den druckerhöhungsseitigen Öffnungen 6 durch die Verbindungsrohre 8 stehen, wird in die jeweiligen druckerniedrigungsseitigen Öffnungen 7 ausgetragenes Kohlendioxid den entsprechenden druckerhöhungsseitigen Öffnungen 6 zugeführt. Während jede Tasche 5, die das Tabakmaterial enthält bzw. bevorratet, nacheinander jeder druckerniedrigungsseitigen Öffnung 6 gegenüberliegt, wird demnach Kohlendioxid in dieser Tasche 5 druckerniedrigt, z.B. jeweils um 5 atm. Wenn jeder Tasche 5 der Endstufen-druckerniedrigungsseitigen Öffnung 6 gegenüberliegt, wird Kohlendioxid in dieser Tasche 5 auf denselben Druck druckerhöht wie derjenige im Innern der Austragöffnung 3. Daraufhin liegt diese Tasche 5 der Austragöffnung gegenüber, um das in ihr bevorratete Tabakmaterial durch die Austragöffnung 3 auszutragen.
Wenn die leere Tasche 5 der Endstufen-druckerniedrigungsseitigen Öffnung 7 gegenüberliegt, wird in der Tasche 5 verbliebenes Niederdruck-Kohlendioxid von der druckerniedrigungsseitigen Öffnung 7 durch das Kohlendioxid-Rückgewinnungsrohr 44 rückgewonnen, und das Innere der Tasche 5 wird auf Atmosphärendruck rückgesetzt.
Eine Düsenwand 3b ist in dem Austragrohr 3 vorgesehen, und eine Einspritzöffnung 3a ist gebildet, um mit dem Spalt zwischen der Düsenwand 3b und der Innenfläche der Austragöffnung 3 in Verbindung zu stehen. Hochdruck-Kohlendioxid wird durch die Einspritzöffnung 3a zugeführt, um Hochdruck-Kohlendioxid von dem Spalt, der durch die Düsenwand 3b und die Innenseite der Austragöffnung 3 festgelegt ist, in die leere Tasche 5 einzuspritzen, aus welcher das Tabakmaterial ausgetragen wurde, wodurch das in der Tasche 5 verbliebene Tabakmaterial durch die Einspritzströmung entfernt bzw. ausgetragen wird.
Die vorstehend angeführte Beschreibung betrifft beispielhaft ein Drehventil zum kontinuierlichen Zuführen des Tabakmaterials, während sein Druck erhöht wird. Die druckerniedrigungsseitigen. Drehventile zum Austragen des Tabakmaterials, während sein Druck erniedrigt wird, haben dieselbe Struktur bzw. denselben Aufbau wie vorstehend beschrieben und führen Druckerhöhungs- und Druckerniedrigungsvorgänge in der entgegengesetzten Weise aus.
Die erste Rutsche 15 bildet ein luftdicht abgeschlossenes Gefäß, und das Tabakmaterial wird ihr von ihrem oberen Abschnitt aus durch das Luftschleusenventil 14 zugeführt. Das Kohlendioxid-Rückgewinnungsrohr 44 ist mit der Endstufen-druckerniedrigungsseitigen Öffnung 7 des Drehventils 16 verbunden, und das Rohr 44 steht mit der ersten Rutsche 15 durch einen Zyklon 45 in Verbindung. Wenn Kohlendioxid von der Endstufendruckerniedrigungsseitigen Öffnung 7 ausgetragen wird, wird demnach eine kleine Menge an Tabakmaterial, die in ihr enthalten ist, durch den Zyklon 45 entfernt bzw. ausgetragen, und daraufhin wird Kohlendioxid durch ein Rohr 46 rückgewonnen.
Ein Teil des durch das Rohr 44 zugeführten Kohlendioxids wird der ersten Rutsche 15 zusammen mit dem abgetrennten Tabakmaterial zugeführt. Das Innere der ersten Rutsche 15 wird demnach auf einer Kohlendioxid-Atmosphäre gehalten, und indem Tabakmaterial-enthaltene Luft, das durch das Luftschleusenventil 14 zugeführt wird, wird durch Kohlendioxid ersetzt und läßt eine geringe Menge Luft zu der Seite des Imprägniergefäßes 11 strömen. Es wird bemerkt, daß der ersten Rutsche 15 zugeführtes und mit Luft vermischtes Kohlendioxid durch ein Rohr 51 rückgewonnen wird.
Das Tabakmaterial wird auf einen hohen Druck von etwa 30 atm durch die zweite Rutsche 17 und ein zweites Drehventil 18 druckerhöht und dem Imprägniergefäß 11 zugeführt. Kohlendioxid wird dem Imprägniergefäß 11 zugeführt, um sein Inneres auf einen Druck von etwa 30 atm zu halten, wie vorstehend erläutert. Das Imprägniergefäß 11 hat eine zylindrische Gestalt. Ein (nicht gezeigter) Schneckenförderer ist in dem Imprägniergefäß 11 vorgesehen, um das ihm zugeführte Tabakmaterial seiner Auslaßöffnung zuzuführen.
Das Materialaustragsystem 13 hat die folgende Anordnung. Das von der Auslaßöffnung 24 des Imprägniergefäßes 11 ausgetragene Tabakmaterial wird auf einen Zwischendruck von etwa 15 atm durch ein drittes Drehventil 19 druckerniedrigt und einer dritten Rutsche 20 zugeführt. Das innere der dritten Rutsche 20 wird auf einen Zwischendruck von etwa 15 atm gehalten.
Daraufhin wird das Tabakmaterial auf einen niedrigen Druck durch die dritte Rutsche 20 und ein viertes Drehventil 21 druckerniedrigt und einer vierten Rutsche 22 zugeführt. Das Innere der vierten Rutsche 22 ist auf einem niedrigen Druck, d.h. auf Atmosphärendruck gehalten. Das Tabakmaterial wird von der vierten Rutsche 22 dem (nachstehend erläuterten) Heizmechanismus durch ein Luftschleusenventil 23 zugeführt, um erwärmt und gebläht zu werden.
Der Heizmechanismus weist eine Blähsäule 110 auf, und ein Gasgemisch aus Luft und überhitztem Wasserdampf mit einer vorbestimmten Temperatur strömt durch die Blähsäule 110. Während das Tabakmaterial, das der Blähsäule 110 zugeführt wird, in den Strom des Gasgemisches schwimmt und zusammen mit dem Gasgemisch transportiert wird, wird es durch das Hochtemperatur-Gasgemisch erwärmt und gebläht. Das geblähte Tabakmaterial wird von dem Gasgemisch durch eine herkömmliche Tangential-Trenneinrichtung oder dergleichen abgetrennt und rückgewonnen.
Ein Zwischengefäß 111 ist zwischen der vierten Rutsche 22 und der Blähsäule 110 vorgesehen. Das Zwischengefäß 111 ist im wesentlichen horizontal angeordnet und mit einem Endabschnitt mit der vierten Rutsche 22 durch das Luftschleusenventil 23 verbunden. Der andere Endabschnitt des Zwischengefäßes 111 ist mit der Expansionssäule 110 durch das Luftschleusenventil 112 verbunden. Der Förderer 113 ist in dem Zwischengefäß 111 angeordnet, um sich in der horizontalen Richtung zu erstrecken.
Das von der vierten Rutsche 22 ausgetragene Tabakmaterial fällt in den einen Endabschnitt des Zwischengefäßes 111 durch das Luftschleusenventil 23, wird durch den Förderer 113 horizontal transportiert und fällt in die Blähsäule 110 von dem anderen Endabschnitt des Zwischengefäßes 111 durch das Luftschleusenventil 112. Da das Luftschleusenventil 23 an einem Endabschnitt des Zwischengefäßes 111 und das Luftschleusenventil 112 am anderen Endabschnitt des Zwischengefäßes 111 in der horizontalen Richtung versetzt sind, steigt das Hochtemperatur-Gemischgas, das von der Blähsäule 110 aufsteigt, nicht direkt hinauf zum unteren Abschnitt der vierten Rutsche 22, so daß das Gasgemisch daran gehindert wird, in die vierte Rutsche 22 zu strömen.
Rückgewinnungs- und Zufuhrsysteme für das Blähmittel dieser Blähvorrichtung, d.h. für das Kohlendioxid, werden nunmehr erläutert. In Bezug auf Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 30 einen Niederdrucktank. Rückgewonnenes Niederdruck-Kohlendioxid wird schlußendlich in dem Niederdrucktank 30 rückgewonnen. Die Bezugsziffer 31 bezeichnet eine Kohlendioxid-Zufuhrquelle, z.B. einen Flüssig-Kohlendioxidtank. Kohlendioxid in dem Tank 31 wird durch einen Verdampfer 32 in Gas überführt und dem Niederdrucktank 30 zugeführt.
Kohlendioxid in dem Niederdrucktank 30 wird auf einen Zwischendruck von etwa 5 bis 15 atm durch einen Niederdruck-Booster 33 druckerhöht und einem Zwischendrucktank 34 zugeführt. Kohlendioxid in dem Zwischendrucktank 34 wird durch einen Hochdruck- Booster 36 auf einen Druck druckerhöht, der geringfügig höher ist als der Imprägnierdruck. Die Feuchtigkeit des Kohlendioxids wird durch einen Entfeuchter 37 entfernt, und Kohlendioxid wird dem Imprägniergefäß 11 durch ein Zufuhrrohr 35 zugeführt.
Von den zweiten und dritten Rutschen 17 und 20 rückgewonnenes Zwischendruck-Kohlendioxid wird in dem Zwischendrucktank 34 durch Rohre 41 und 42 und ein Sackfilter 43 rückgewonnen. Von dem ersten Drehventil 16 ausgetragenes Niederdruck-Kohlendioxid wird einer Trenneinrichtung 45 durch ein Rohr 44 zugeführt. Nachdem das Tabakmaterialpulver, das in dieses Kohlendioxid gemischt ist, abgetrennt ist, wird Kohlendioxid in dem Niederdrucktank 30 durch ein Rohr 46 und ein Sackfilter 47 rückgewonnen. Niederdruck-Kohlendioxid, das von dem vierten Drehventil 21 ausgetragen wird, wird einer Trenneinrichtung 49 zum Abtrennen des Tabakmaterialpulvers von ihm zugeführt und in dem Niederdrucktank 30 durch das Sackfilter 47 rückgewonnen. Da Luft in das Niederdruck-Kohlendioxid gemischt wird, das von der ersten Rutsche 15 am Startendabschnitt und der vierten Rutsche 22 am Abschlußendabschnitt rückgewonnen wird, wird dieses Kohlendioxid in einem Trenn/Rückgewinnungstank 55 durch das Rohr 51, ein Rohr 52 und Sackfilter 53 und 54 rückgewonnen. In dem Trenn/Rückgewinnungstank 55 rückgewonnenes Kohlendioxid wird einer Trenneinheit 56 zugeführt. Nachdem gemischte bzw. eingemischte Luft abgetrennt ist, wird dieses Kohlendioxid in dem Niederdrucktank 30 durch einen Trenn-Sergen-Tank 57 rückgewonnen.
Fig. 3 und 4 zeigen diese Rückgewinnungs/Trenneinheit 56. Die Rückgewinnungs/Trenneinheit 56 ist eine Kohlendioxid-Trenneinheit vom Adsorptionstyp. Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, sind insbesondere eine Mehrzahl von Adsorptionstürrnen, z.B. zwei Adsorptionstürme 94a und 94b, in der Rückgewinnungs/Trenneinheit 56 vorgesehen. Ein Adsorptionsmittel, wie beispielsweise Aktivkohle oder Zeolith, ist in die Adsorptionstürme 94a und 94b gefüllt. Jedes dieser Adsorptionsmittel adsorbiert selektiv Kohlendioxid aus einem Gasgemisch, das Luft und Kohlendioxid enthält, und je höher der Druck ist, desto größer ist die Adsorptionsmenge; je niedriger der Druck, desto kleiner ist die Adsorptionsmenge.
Die Rückgewinnungs/Trenneinheit 56 weist außerdem eine Druckpumpe 95 und eine Vakuumpumpe 96 auf, die jeweils mit einem Endabschnitt von jedem der Adsorptionstürme 94a und 94b durch Ventile 98a und 98b oder Ventile 99a und 99b verbunden sind. Der andere Endabschnitt von jedem der Adsorptionstürme 94a und 94b ist mit einem Austragrohr 101 durch ein entsprechendes von Ventilen 97a und 97b verbunden.
In der Rückgewinnungs/Trenneinheit 96 sind die Ventile 98a und 97a des einen Adsorptionsturrns 94a geöffnet, und das Kohlendioxid und Luft enthaltende Gasgemisch, das von den luftdichten Gefäßen 15 und 22 zugeführt wird, wird dem Adsorptionsturm 94a durch die Druckpumpe 95 so zugeführt, daß Kohlendioxid durch den Adsorptionsturm 94a adsorbiert wird. Das restliche Gas, z.B. Luft, wird von dem Kohlendioxid getrennt und zur Außenseite durch das Austragrohr 101 ausgetragen. Zu diesem Zeitpunkt sind die Ventile 98b und 97b des anderen Adsorptionsturms 94b und das Ventil 99a des Turms 94a geschlossen, das Ventil 99b ist offen, und das Innere des anderen Adsorptionsturms 94b wird durch eine Vakuumpumpe 96 auf einen niedrigen Druck evakuiert bzw. druckerniedrigt. Infolge davon wird in dem Adsorptionsmittel in dem anderen Adsorptionsturm 94b adsorbiertes Kohlendioxid freigegeben bzw. freigesetzt, rückgewonnen und kehrt zu dem System der vorstehend erläuterten Blähvorrichtung zurück.
Wie in Fig. 4 gezeigt, werden daraufhin die Ventile 98a und 97a des einen Adsorptionsturms 94a geschlossen, und die Ventile 98b und 97b des anderen Adsorptionsturms 94b werden in Bezug auf das vorstehend Erläuterte in umgekehrter Weise geöffnet, um das Innere des einen Adsorptionsturms 94a auf einen niedrigen Druck einzustellen, so daß in dem Adsorptionsmittel adsorbiertes Kohlendioxid in dem Adsorptionsturm 94a freigesetzt und rückgewonnen wird, während Kohlendioxid in dem anderen Adsorptionsturm 94b adsorbiert wird. Dieser Vorgang wird wiederholt, um die Adsorptionstürme 94a und 94b abwechselnd zu veranlassen, eine Adsorption durchzuführen, wodurch das Kohlendioxid abgetrennt und rückgewonnen wird. Dieser Zyklus wird nach jeweils einer vergleichsweise kurzen Zeitperiode von z.B. 90 bis 180 Sekunden wiederholt.
Bei der Rückgewinnungs/Trenneinheit 56 des vorstehend genannten Aufbaus bzw. der vorstehend genannten Anordnung kann Luft enthaltendes Kohlendioxid rückgewonnen, luftwirksam entfernt werden, und lediglich das Kohlendioxid kann abgetrennt, rückgewonnen und zum System der Blähvorrichtung rückgeführt werden. Dadurch wird Kohlendioxid nicht ausgetragen und an die Außenseite bzw. Umwelt verschwendet, und die Konzentration von Kohlendioxid in dem System kann präzise gesteuert werden.
Da die Rückgewinnungs/Trenneinheit 56 Kohlendioxid durch Adsorption abtrennt, kann es sogar Kohlendioxid mit niedriger Konzentration abtrennen. Außerdem weist die Rückgewinnungs/Trenneinheit 56 eine gute Ansprechcharakteristik auf und kann die Konzentration von Kohlendioxid in dem Kohlendioxid- Umlaufsystem dieser Blähvorrichtung stabil steuern.
Eine Einheit zum Steuern der Wärmeaustauschmenge von dem Imprägniergefäß 11 zugeführtern Kohlendioxid wird erläutert. Ein Wärmetauscher 61 ist auf halber Strecke entlang dem Zufuhrrohr 35 zum Zuführen von Kohlendioxid zu dem Imprägniergefäß 11 vorgesehen, welches Kohlendioxid auf einen Druck druckerhöht ist, der geringfügig höher ist als der Imprägnierdruck durch den Hochdruck-Booster 36. Ein Kühlmechanismus 62 weist einen Tiefkühler und einen (nicht gezeigten) Wärmetauscher auf, um eine Niedrigtemperatursole zuzuführen. Die Sole zirkuliert in dem Wärmetauscher 61 durch Solerohre 63 und 64, um Kohlendioxid abzukühlen, das dem System zugeführt wird.
Die Steuereinheit 72 zum Steuern der Kohlendioxid-Wärmetauschmenge ist bereitgestellt. Die Steuereinheit 72 ermittelt die Prozeßgröße der Blähvorrichtung, z.B. die Temperatur in der dritten Rutsche 20 durch einen Temperaturdetektor 73 und ermittelt die Kohlendioxid-Wärmetauschmenge, die dem Imprägniergefäß 11 in Übereinstimmung mit dem Temperatursignal von dem Temperaturdetektor 73 zugeführt werden soll. Ein Programm, das auf Daten basiert, die durch Analysieren der Eigenschaften bzw. Kennlinien der Blähvorrichtung im voraus durch Tests erhalten werden, ist in der Steuereinheit 72 gespeichert, und die Steuereinheit 72 ermittelt die Kohlendioxid-Wärmetauschmenge in Übereinstimmung mit diesem Programm. Die Steuereinheit 72 sendet ein Steuersignal zu einem Steuerventil 74, das auf halber Strecke entlang dem Solerohr 63 angeordnet ist, um die Kohlendioxid-Wärmetauschmenge zu steuern, die dem Imprägniergefäß 11 zugefuhrt werden soll.
Wenn beispielsweise der Imprägnierdruck etwa 30 atm beträgt, wird das Innere der dritten Rutsche 20 auf etwa 15 atm gehalten. Die Kohlendioxid-Wärmetauschmenge (Kühlmenge), die dem Imprägniergefäß 11 zugeführt werden soll, wird so gesteuert bzw. geregelt, daß die Temperatur in der Rutsche 20 auf einen Wert eingestellt ist, der höher ist als die Sättigungstemperatur (etwa -28ºC), bevorzugt -10 bis -25ºC und besonders bevorzugt -18 bis -23ºC.
In dem vorstehend erläuterten gesteuerten Zustand beträgt die imprägnierte Kohlendioxidmenge des von dem Imprägnierprozeß unter Atmosphärendruck zugeführten Materials 1 bis 3% DB (Trockenbasis, Dry Base). Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Temperatur des Materials -20 bis -40ºC, kein Trockeneis wird gebildet, und der Kohlendioxidverlust kann minimiert werden. Außerdem ist die Materialverteilung in dem folgenden Blähtrocknungsprozeß gut, um eine ausreichende Blähwirkung zu erzielen.
Das Imprägniergefäß 11 verwendet eine Wärmeisolierstruktur, um die Menge an externer Wärme zu erniedrigen und zu stabilisieren, die an die Vorrichtung angelegt bzw. dieser zugeführt wird. Diese Wärmeisolierstruktur ist durch ein Vakuum-wärmeisoliertes Gefäß 81 gebildet, das so angeordnet ist, daß es die Außenfläche 83 des Imprägniergefäßes 11 umgibt. Das Vakuum-wärmeisolierte Gefäß 81 weist Außenwände 82 auf. Die Außenwände 82 bilden eine luftdichte Struktur, und der Spalt zwischen den Wänden 82 ist auf einen Vakuumzustand evakuiert.
Die Funktion der vorstehend erläuterten Blähvorrichtung wird nunmehr erläutert. Dem Imprägniergefäß 11 zuzuführendes Kohlendioxid wird in dem Wärmetauscher 61 durch eine Sole gekühlt, die eine Temperatur aufweist, die niedriger ist als ihre Sättigungstemperatur. Gekühltes Kohlendioxid kontaktiert das Tabakmaterial, das in dem Imprägniergefäß 11 bewegt wird, und es kühlt das Tabakmaterial ab, wodurch eine effektive bzw. wirksame Kohlendioxid-Imprägnierung ermöglicht wird.
Die Temperatur und Zufuhrmenge des Tabakmaterials, das dem Imprägniergefäß 11 zugeführt wird, die Menge an dem Imprägniergefäß 11 zugeführter Wärme, die Wärmeerzeugungsmenge des Drehventils und dergleichen variieren über einen beträchtlichen Bereich. In diesem Fall variiert die vorstehend erläuterte geeignete Wärmetauschmenge aufgrund der Änderungen bzw. Schwankungen dieser Faktoren. Wenn eine derartige Wärmemenge schwankt bzw. sich ändert, wird jedoch die Prozeßgröße der Blähvorrichtung, d.h. die Temperatur in der dritten Rutsche 20 geändert. Diese Temperaturänderung wird durch den Temperaturdetektor 23 ermittelt. Ansprechend auf diese Temperaturänderung steuert die Steuereinheit 72 das Steuerventil 74 in Übereinstimmung mit dem installierten Programm, wodurch die dem Imprägniergefäß 11 zuzuführende Kohlendioxid-Wärmetauschmenge gesteuert wird. Dadurch wird die Kohlendioxid-Kühlmenge stets auf einen geeigneten Wert, ansprechend auf die Änderung der Wärmemenge gesteuert bzw. geregelt. Infolge davon wird eine bevorzugte Imprägnierbedingung für gasförmiges Kohlendioxid eingestellt.
Fig. 6 zeigt eine weitere Modifikation zum Ermitteln der Prozeßgröße. Bei dieser Modifikation ist ein lichtdurchlässiges Fenster 120 in einem Teil der Wand der dritten Rutsche 20 gebildet, und durch das Tabakmaterial emittiertes bzw. geschicktes Licht innerhalb der Rutsche 20 wird durch einen Photodetektor 121 durch das Fenster 120 ermittelt. Der Photodetektor 121 ermittelt die Temperatur des Tabakmaterials aus der spektralen Verteilung des Lichts, das durch das Tabakmaterial ausgestrahlt wird. Ein Signal, das die Temperatur des Tabakmaterials wiedergibt, wird zu der Steuereinheit 72 geschickt.
Fig. 7 zeigt eine weitere Modifikation zum Ermitteln und Steuern der Prozeßgröße. Bei dieser Modifikation ist ein visuelles bzw. visuell ablesbares Thermometer 126 an einer Rutsche 20 angebracht. Die Bedienperson betätigt ein Bedienpanel 127 auf der Grundlage des Werts von dem Thermometer 126 manuell, um die dem Imprägniergefäß 11 zuzuführende Kohlendioxid-Wärmetauschmenge zu. steuern.
Fig. 8 zeigt eine Blähvorrichtung gemäß der zweiten Vorrichtung der vorliegenden Erfindung. Bei der zweiten Ausführungsform ist ein Imprägniergefäß 11 durch ein Wärmeisoliermaterial 84 umgeben. Obwohl die Wärmeisolierwirkung in diesem Fall geringfügig verschlechtert ist im Vergleich zu dem Vakuumgefäß, sind die Herstellungskosten gering. Selbst dann, wenn das Impragniergefäß 11 verwendet wird, wird das Imprägniergefäß 11 auf einer vorbestimmten Temperatur stabilisiert, wenn das Kohlendioxid vor dem Betrieb der Vorrichtung umgewälzt wird, und im Betrieb tritt kein Problem auf. Abgesehen davon, weist die zweite Ausführungsform dieselbe Anordnung bzw. denselben Aufbau auf wie die vorstehend erläuterte erste Ausführungsform In Fig. 8 sind die entsprechenden Abschnitte durch dieselben Bezugsziffern bezeichnet, und eine detaillierte Erläuterung derselben erübrigt sich.

Claims

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Blähen eines Materials, wie beispielsweise eines Tabakmaterials durch Verwenden von Kohlendioxid als Blähmittel, mit:

einem Imprägniergefäß (11),

einer Blähmittel-Zufuhreinrichtung zum Zuführen des Blähmittels zu dem Imprägniergefäß (11) derart, daß ein vorbestimmter Imprägnierdruck aufrechterhalten wird, einer Material-Zufuhreinrichtung (12) zum kontinuierlichen Zuführen des Materials zu dem Imprägniergefäß (11), während ein Druck des Materials durch eine Druckerhöhungseinrichtung (16, 18) erhöht wird,

einer Material-Austrageinrichtung (13) zum kontinuierlichen Austragen des Materials aus dem Imprägniergefäß (11), während der Druck des Materials durch eine Druckerniedrigungseinrichtung (19, 21) erniedrigt wird,

einem Wärmetauscher (61) zum Kühlen von Kohlendioxid durch Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen dem dem Imprägniergefäß (11) zuzuführenden Kohlendioxid und einem Kühlmittel, und

einer Kühleinrichtung (62) zum Kühlen des Kühlmittels für den Wärmetauscher,

außerdem gekennzeichnet durch:

einen Temperaturdetektor (73) zum Ermitteln einer Temperatur des Kohlendioxids, das das Material enthält, das von der Austrageinrichtung (13) ausgetragen wird,

ein Steuerventil (74) zum Steuern der Durchflußrate des dem Wärmetauscher (61) zuzuführenden Kühlmittels zum Steuern einer Kohlendioxid-Wärmetauschmenge, die dem Imprägniergefäß (11) zugeführt werden soll, und

eine Steuereinrichtung (72) zum Empfangen eines Signals von dem Temperaturdetektor (73) und zum Steuern des Steuerventils (74) ansprechend auf eine Temperatur des von der Austrageinrichtung (13) ausgetragenen Materials zur Steuerung der Durchflußrate des dem Wärmetauscher (61) zuzuführenden Kühlmittels, wodurch die Temperatur des aus dem Imprägniergefäß (11) ausgetragenen Materials in einem vorbestimmten Bereich aufrechterhalten wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Kohlendioxid-Rückgewinnungs/Trenneinrichtung (56) zum Abtrennen von Luft und einem Verunreinigungsgas von dem Kohlendioxid, das von der Materialzufuhreinrichtung (12) und der Materialaustrageinrichtung (13) rückgewonnen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Kohlendioxid-Rückgewinnungssysteme (88, 86) zum getrennten Rückgewinnen von Niederdruck-Kohlendioxid und Zwischendruck-Kohlendioxid von der Materialzufuhreinrichtung (12) und der Materialaustrageinrichtung (13) und zum Erhöhen des Drucks des Niederdruck-Kohlendioxids und des Zwischendruck-Kohlendioxids auf einen hohen Druck aufweist.