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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
das Expandieren von Tabak für
die Herstellung von Zigaretten und insbesondere ein Verfahren und
eine Vorrichtung für
das volumetrische Expandieren geschnittenen Tabakfüllers, wie
es durch den ersten Teil des Anspruchs 1 beschrieben wird, welcher
sich auf die EP-A-0 285 811 bezieht.
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Hintergrund
der Erfindung
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Das volumetrische Expandieren von
Tabakmaterial, wie geschnittenem Tabakfüller, zwecks Erhöhung seiner
Füllkapazität ist aus
der Technik der Tabakverarbeitung wohlbekannt. Ein Verfahren für das volumetrische
Expandieren von Tabakmaterial umfaßt das Imprägnieren des Tabakmaterials
mit flüssigem
Kohlendioxid (CO2), das Unterwerfen des CO2 imprägnierten
Tabakmaterials unter Verhältnisse,
welche ausreichen, im wesentlichen das gesamte flüssige CO2 in festes CO2 umzuwandeln,
worauf das in dem imprägnierten
Tabakmaterial enthaltene feste CO2 so verdampft
wird, daß der
Tabak expandiert wird. Dieses Verfahren wurde im Stand der Technik als
Trockeneisexpandierter Tabak Verfahren oder "DIET"-Verfahren
bezeichnet. Ein Beispiel des DIET-Verfahrens wird in dem der Anmelderin
der vorliegenden Erfindung gehörenden
US-Patent 5 259 403 beschrieben, dessen Inhalt auch Inhalt der vorliegenden
Patentschrift sein soll.
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Das DIET-Verfahren wird typischerweise
so durchgeführt,
daß Teilchen
oder "Klümpchen" von mit festem CO2 imprägniertem
Tabakmaterial in einen aufgeheizten Gasstrom eingeführt werden,
welcher durch eine Venturi-Düse
beschleunigt wird. Das erhitzte Gas fördert das Tabakmaterial durch
einen Kanal und sublimiert oder verflüchtigt das feste CO2 so, daß das
Tabakmaterial expandiert wird. Der Förderkanal, welcher zuweilen
als Sublimator bezeichnet wird, hat üblicherweise die Gestalt eines
vertikalen oder schräg
nach oben geneigten Rohrs mit zylindrischem oder rechteckigem Querschnitt.
Die Teilchen oder Klümpchen
des imprägnierten
Tabakmaterials werden in dem Sublimatorrohr mitgerissen, bis das feste
CO2 im wesentlichen vollständig sublimiert
oder verflüchtigt
wurde. Vom Sublimator wird das expandierte Tabakmaterial zu einem
Abtrenngerät,
wie einem Tangentialseparator, einem Zyklon-Separator oder dergleichen,
transportiert, wo es vom heißen Gasstrom,
flüchtigen
Tabakbestandteilen und Staub abgetrennt wird.
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Bei dem im vorgenannten US-Patent
5 259 403 offenbarten Gerät
hat der Förderkanal
oder Sublimator die Gestalt eines sich vertikal erstreckenden Schachts
mit kreisförmigem
Querschnitt, welcher sich von einem kleineren Durchmesser am Schachteinlaß zu einem
größeren Durchmesser
an einem Zwischenabschnitt des Schachts vergrößert. Vorteilhafterweise sieht
diese Konstruktion einen Sublimatorabschnitt mit reduzierter Geschwindigkeit
vor, welcher verhindert, daß große Klumpen
von mit festem CO2 imprägniertem und nicht expandiertem
Tabakmaterial in den Tangentialseparator transportiert werden.
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Andere konventionelle Sublimatorgeräte zur Durchführung des
DIET-Verfahrens haben eine Reihe von Begrenzungen oder Unzulänglichkeiten.
Beispielsweise läßt bei vielen
Sublimatoren das Einlaßventil
bzw. die Luftschleuse zum Einführen
der Klümpchen
von mit festem CO2 imprägniertem Tabakmaterial in den
Kanal häufig
exzessiv große
Materialportionen in den erhitzten Gasstrom gelangen, und zwar am
Kanaleinlaß mit
einer relativ langsamen Rate, was zu einer ungleichmäßigen Verteilung
von Tabakmaterial im Sublimator führt. Wenn die imprägnierten
Tabakteilchen und -klümpchen
beim Eintritt in den erhitzten Gasstrom und den Sublimator schlecht verteilt
sind und nicht mitgerissen werden, führt dies zu variablen Aufenthaltszeiten
und Änderungen
des Erhitzungs- und Expansionsgrades der Tabakteilchen. Die Folge
ist, daß einige
Teilchen durch Überhitzung
dunkel und verbrannt, andere nur leicht und partiell expandiert
werden. Dies ist besonders problematisch bei großen Tabakmaterialklumpen, welche dazu
neigen, auf den Boden des Kanals herabzufallen, wo in den bekannten
Geräten
nur eine geringe Luftströmung
und ein geringer Wärmeaustausch
gegeben ist.
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Der Einsatz von 90° Krümmern und
anderen abgewinkelten Kanalabschnitten zwecks Minimierung der von
einer DIET-Einrichtung eingenommenen Bodenfläche einer Fabrik führt zu übermäßig ungleichförmigen Heißgasströmungen durch
den Kanal und zu einem stärkeren
Zerbrechen der Tabakteilchen aufgrund der abrupten Richtungsänderungen an
den Krümmern
sowie aufgrund des Einsatzes von Prallplatten. Ungleichförmige Gasströmungen führen zu "Jetting" oder "Roping", d. h. daß ein Bereich
mit größerer Geschwindigkeit
strömt
als ein anderer, was erhebliche Unterschiede in der Aufenthaltszeit
und ungleichmäßiges Erhitzen
zur Folge hat. Eine übermäßige Gasströmungsgeschwindigkeit
verursacht auch ein Zerbrechen von Tabaksträngen. Einige Kanal- bzw. Schachtgestaltungen
zeigen signifikante Gasumwälzzonen,
welche die Aufenthaltszeit des Tabakmaterials im Sublimator gleichfalls
nachteilige beeinflussen.
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Um eine maximale Füllkapazität oder Füllkraft
des aus dem Sublimator erhaltenen expandierten Tabakprodukts zu
erreichen, muß das
mit festem CO2 imprägnierte Tabakmaterial so stark
wie möglich expandiert
werden, ohne es jedoch zu überhitzen oder
ein übermäßiges Zerbrechen
der Tabakstränge hervorzurufen.
Deshalb wäre
es wünschenswert, eine
Sublimatoreinrichtung und ein Verfahren zum Expandieren von Tabak
auf eine maximale Füllkapazität zu erhalten,
wobei ein Überhitzen
vermieden und das Zerbrechen der Tabakstränge minimiert werden, während der
Tabakdurchsatz durch die Einrichtung maximiert wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Im Hinblick auf die vorstehenden
Beschränkungen
und Nachteile sowie andere, nicht besonders erwähnte Nachteile bekannter Einrichtungen
besteht in der Branche immer noch ein Bedürfnis, die Tabakbehandlung
in einem DIET-Verfahren zu verbessern. Die vorliegende Erfindung
richtet sich auf ein verbessertes Verfahren und auf eine verbesserte
Einrichtung zur Erhöhung
der Füllkapazität von geschnittenem
Tabakfüller
durch Expandieren in einem DIET-Verfahren.
Das erfindungsgemäße Verfahren und
die erfindungsgemäße Vorrichtung überwinden die
meisten, wenn nicht alle, der Nachteile der bekannten DIET-Verfahren
und DIET-Einrichtungen, wie es im folgenden vollständiger beschrieben
ist.
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Gemäß den Verfahrens- und Vorrichtungsaspekten
der Erfindung weist die Sublimatorvorrichtung einen bogenförmigen,
im wesentlichen C-förmigen Sublimatorkanal
mit großen
Ablenkradien auf. Der C-förmige
Kanal hat einen nicht kreisförmigen
Querschnitt, vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt, mit einem
großen
Verhältnis
von Breite zu Tiefe (W/D) von ungefähr 5 zu 2. Ein großes W/D
Verhältnis
vermindert in vorteilhafter Weise den Geschwindigkeitsgradienten über die
Tiefe des rechteckigen Querschnitts und sorgt für eine im wesentlichen gleichförmige Strömung durch
den Sublimator an jedem gegebenen Querschnitt mit geringen (falls überhaupt)
Umwälzströmungen.
Der C-förmige
Kanal hat ferner eine allmählich
zunehmende und dann allmählich
abnehmende Tiefe. Die allmählich
zunehmende Tiefe läßt die Strömungsgeschwindigkeit
von dem im wesentlichen horizontalen unteren Kanalabschnitt am Sublimatoreinlaß zum im
wesentlichen vertikalen Kanalzwischenabschnitt sanft und gleichförmig abfallen,
um das Mitführen
großer
Tabakmaterialklumpen zum Sublimatorauslaß zu vermeiden, ehe das feste
CO2 vollständig sublimiert wurde. Vom Zwischenabschnitt
zum im wesentlichen horizontalen oberen Kanalabschnitt am Auslaß konvergiert
der Kanal bzw. nimmt seine Tiefe ab, um die expandierten Tabakteilchen
in den tangentialen Separator hinein zu beschleunigen. Die großen Radien
der Sublimatorkanalabschnitte verhindern auch abrupte Änderungen
in der Strömungsrichtung,
so wie sie bei Winkelabschnitten eines Kanals auftreten, vor allem an
90° Winkelabschnitten, – solche
abrupten Änderungen
der Strömungsrichtung
verursachen Brüche in
den Tabaksträngen.
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Am stromaufwärtigen bzw. Einlaßende des Sublimatorkanals
ist ein Venturiabschnitt vorgesehen, um den heißen Gasstrom in den Sublimator
hinein zu beschleunigen. Dieser Venturiabschnitt umfaßt ein langes,
sich mit einem flachen Winkel verjüngendes Einlaßrohr zwecks
Formung des Profils der Gasströmung
derart, daß der
Boden des unteren Kanalabschnitts "gefegt" bzw. gereinigt wird und die größeren Tabakklümpchen in
Bewegung durch den Kanal gehalten werden. Das Venturi-Einlaßrohr ergibt auch
einen Übergang
von einem Rohr mit kreisförmigem
Querschnitt zu einem nicht-kreisförmigen, vorzugsweise rechteckigen
Querschnitt des Sublimatorkanals.
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Das Einführen des mit festem CO2 imprägnierten
Tabakmaterials in den Kanal wird durch eine Windsichter-Vorrichtung
statt, wie im Stand der Technik üblich,
durch eine Rotationsluftschleuse bewerkstelligt. Die Windsichter-Einlaßvorrichtung
wird unmittelbar stromabwärts
der Engstelle der Venturidüse,
wo deren Querschnittsfläche
ein Minimum beträgt,
angeordnet. Statt das imprägnierte
Tabakmaterial nur aufgrund der Schwerkraft in den Venturiabschnitt
fallen zu lassen, läßt man die
Windsichter-Vorrichtung mit relativ hoher Geschwindigkeit rotieren,
so daß ihre
Flügel
die imprägnierten
Tabakteilchen und -klümpchen
beschleunigen, und zwar quer über
im wesentlichen die gesamte Tiefe des den Venturiabschnitt durchströmenden Heißgasstroms.
Dadurch wird eine bessere Zerteilung und Verteilung des Tabakmaterials
im Heißgasstrom
bewerkstelligt als dies mit einer durch Schwerkraft bewirkten Einführung durch
eine Rotationsluftschleuse möglich
ist. Obwohl die höhere
Rotationsgeschwindigkeit der Windsichter-Vorrichtung im Vergleich
zu einer Rotationsluftschleuse die Menge des Tabakmaterials, welches
portionsweise in den Venturiabschnitt eingetragen wird, reduziert,
erhöht
sie die Frequenz, mit der die Tabakmaterialportionen eingetragen
werden, so daß das
eingetragene Gesamtvolumen im Vergleich mit einer Eintragsvorrichtung
mit Rotationsluftschleuse gleich gehalten oder vergrößert werden
kann.
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Vom Auslaß des oberen Kanalabschnitts strömen die
expandierten Tabakteilchen in einen Tangentialseparator, wo der
Heißgasstrom
vom expandierten Tabak abgetrennt wird, damit der Heißgasstrom
im System rezirkuliert werden kann, nachdem er wieder auf die erforderliche
Prozeßtemperatur
erhitzt und mit Wasser, Luft oder anderen Gasen konditioniert wurde.
Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Verbesserung
ist am Einlaß zum Tangentialseparator
eine justierbare Ablenk- bzw. Leitwand vorgesehen, um die Geschwindigkeit
des in den Tangentialseparator einströmenden Gases so zu regulieren,
daß die
Abtrennung der expandierten Tabakteilchen vom Gasstrom mit maximaler
Effizienz erfolgt. Die Betätigung
der einstellbaren Ablenk- bzw. Leitwand erfolgt im Zusammenhang
mit der Volumenregelung bzw. -steuerung des Gebläses, welches das Heißgas zum
Einlaß des
Venturiabschnitts der Sublimatorvorrichtung fördert.
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Die vorstehend beschriebenen Merkmale der
Erfindung ermöglichen
in vorteilhafter Weise ein verbessertes Dispergieren der imprägnierten
Tabakteilchen und gleichförmigere
Strömungscharakteristika
im Sublimatorkanal. Es ergeben sich eine größere Effizienz beim Expandieren
und ein geringeres Erhitzen des Tabaks, was höhere Erträge an expandiertem Tabak zur
Folge hat, wenn das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden. Aufgrund des Umstands, daß die Tabakteilchen
weniger zerbrochen werden, weil es in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
keine abrupten Änderungen
der Strömungsrichtung
gibt, entsteht weniger Tabakstaub und werden die Tabakteilchen weniger überhitzt,
wodurch der Ertrag an expandiertem Tabakprodukt durch die Vorrichtung
gleichfalls verbessert wird.
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Mit den vorstehend aufgeführten und
anderen Vorteilen und Merkmalen der Erfindung, welche im folgenden
ersichtlich werden, kann das Wesen der Erfindung noch deutlicher
verstanden werden, wenn auf die folgende detaillierte Beschreibung
der Erfindung, die beigefügten
Ansprüche
und die verschiedenen, in der Zeichnung gezeigten Darstellungen Bezug
genommen wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 stellt
eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen DIET-Sublimatorvorrichtung
dar;
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2 ist
eine Draufsicht auf die DIET-Sublimatorvorrichtung, gesehen entsprechend
er Linie 2-2 in 1;
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3 ist
ein Querschnitt durch den Sublimatorkanal bzw. -schacht der erfindungsgemäßen Vorrichtung
entsprechend der Linie 3-3 in 1,
und
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4 ist
ein Querschnitt des Sublimatorkanals entsprechend der Linie 4-4
in 1.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen
zeigen diese in 1 eine
erfindungsgemäße DIET-Sublimatorvorrichtung,
welche als Ganzes mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet wurde.
Allgemein umfaßt die
Vorrichtung 10, wie im folgenden noch vollständiger beschrieben
werden wird, einen Venturiabschnitt 12, eine Tabak-Einführvorrichtung 14,
einen Sublimatorkanal oder -schacht 16 und einen Tangentialseparator 18.
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In einer speziellen Ausführungsform
der Erfindung wird die Vorrichtung 10 durch ein zylindrisches
Einlaßrohr 20,
welches einen Durchmesser von ungefähr 0,71 m (28'') aufweist, mit einem Hochtemperaturgas
versorgt. Das Gas kann aus Luft, Wasser (Dampf), CO2 und,
wenn das Gas umgewälztes
und wieder aufgeheiztes Gas vom Tangentialseparator 18 enthält, flüchtigen
Tabakbestandteilen bestehen. Für
die Verwendung in einem DIET-Verfahren geeignete Gase sind in dem
vorstehend aufgeführten
US-Patent 5 259 403 beschrieben. Die Strömungsrate des Hochtemperaturgases
für die
beschriebene Ausführungsform
kann im Bereich von ungefähr
14 m3/s (30.000 cfm) bis ungefähr 17 m3/s (36.000 cfm) liegen und vorzugsweise
ungefähr
16 m3/s (34.000 cfm) betragen, und zwar
bei einer Gasgeschwindigkeit am Einlaß des Venturiabschnitts 12 von
ungefähr
41 m/s (8.000 fpm).
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Wie am besten die 1 und 2 zeigen,
umfaßt
der Venturiabschnitt 12 ein Venturi-Einlaßrohr 22 und
ein Venturi-Auslaßrohr 24.
Das Einlaßrohr 22 stellt
den Übergang
vom zylindrischen Einlaßrohr 20 zu
einem rechteckigen Querschnitt an der Engstelle 26 der
Venturivorrichtung dar. Der rechteckige Querschnitt an der Engstelle 26 hat
ein Verhältnis
von Breite zu Tiefe (W/D), und in der beschriebenen Ausführungsform
beträgt
dieses Verhältnis
ungefähr
7 : 1 für
einen Kanal mit einer Breite von ungefähr 1,52 m (60''). Das Einlaßrohr 22 ist im wesentlichen
in seiner Längsrichtung
langgestreckt, wobei seine Bodenfläche 28 sich in einer
im wesentlichen horizontalen Ebene erstreckt. Die obere Oberfläche 30 des
Einlaßrohrs 22 ist
unter einem flachen Winkel von ungefähr 9° nach unten geneigt, so daß die das
Rohr durchströmenden
heißen
Gase eine leichte, nach unten gerichtete Geschwindigkeitskomponente
haben, welche die Gase dazu befähigen,
die innere Bodenfläche 32 des
Venturi-Auslaßrohrs 24 zu "wischen" oder zu "spülen".
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Die Länge des Auslaßrohrs 24 des
Venturiabschnitts 12 beträgt ungefähr ein Drittel der Länge des
Einlaßrohrs 22,
und das Auslaßrohr
verbreitert sich von der Engstelle 26 des Venturiabschnitts
zum Einlaß 34 des
Sublimatorschachts 16. Die Bodenfläche 36 des Auslaßrohrs ist
eine horizontale, ebene Oberfläche,
welche coplanar mit der Bodenfläche 28 des
Einlaßrohrs 22 ist.
Die obere Oberfläche 38 des Auslaßrohrs 24 divergiert
in Richtung auf den Einlaß 34 des
Sublimatorschachts unter einem nach oben geneigten Winkel von ungefähr 8°.
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Die Tabak-Einführvorrichtung 14 umfaßt einen
Einführtrichter 40,
zu dem mit festem CO2 imprägniertes
Tabakmaterial durch einen Förderer 42 gefördert wird.
Im Trichter 40 sind mehrere vertikale Ablenkplatten 44 vorgesehen,
um das imprägnierte
Tabakmaterial über
die Breite des Trichters 40 zu verteilen. Vom Trichter 40 gelangt
der imprägnierte
Tabak in einen nach vorn geneigten Einführschacht 46, welcher
sich nach außen
bis auf die volle Breite des Venturiabschnitts 12 verbreitert
(2).
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Am Boden des Schachts 46 ist
eine Windsichter-Vorrichtung 48 angeordnet, um den imprägnierten
Tabak in den Venturiabschnitt einzuführen, und zwar unmittelbar
stromabwärts
der Engstelle 26. Die Windsichter-Vorrichtung 48 hat
eine drehantreibbare Welle 50, an der mehrere radiale Flügel (nicht dargestellt)
angebracht sind. Mit der Welle 50 ist ein Antriebsmotor 52 verbunden,
welcher sich, verglichen mit einer Rotationsluftschleuse, verhältnismäßig schnell
dreht, z. B. mit ungefähr
70 Umdrehungen pro Minute. Die Windsichter-Vorrichtung 48 öffnet sich
in den Venturiabschnitt 12, und zwar mit einer rechteckigen Öffnung an
ihrem Boden.
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Wenn eine Unterbrechung der Zufuhr
imprägnierten
Tabaks zum Venturiabschnitt 12 gewünscht wird, ist am oberen Ende
des Schachts 46 eine schwenkbare Umlenkplatte 56 vorgesehen,
welche an einer Welle 58 angebracht ist. Die Platte 56 kann mittels
eines Handgriffs 60 manuell im Gegenuhrzeigersinn geschwenkt
werden, wie dies durch einen Pfeil angedeutet ist, um den zugeführten imprägnierten
Tabak umzulenken, um ihn, wenn dies gewünscht ist, zu sammeln und ihn
zurückzuführen.
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Der Einlaß 34 des Sublimatorschachts 16 ist mit
dem Venturi-Auslaßrohr 24 verbunden,
um den heißen
Gasstrom aufzunehmen, in dem der imprägnierte Tabak mitgerissen wird.
Der Sublimatorschacht 16 hat einen nichtkreisförmigen,
vorzugsweise rechteckigen Querschnitt und ist in der Seitenansicht
im wesentlichen C-förmig
mit einer Mittellinie C, welche durch zwei große Radien R1 und
R2 definiert wird, welche eine bogenförmige Strömungsbahn
bilden. In der beschriebenen Ausführungsform betragen diese Radien
R1 und R2 ungefähr 15 Fuß bzw. 9 Fuß. Der Schacht 16 umfaßt drei
Prozeßzonen
oder -abschnitte, nämlich
einen im wesentlichen horizontalen unteren Einlaßabschnitt 70, einen
sich im wesentlichen vertikal erstreckenden Zwischenabschnitt 72 und
einen im wesentlichen horizontalen oberen Auslaßabschnitt 74. Wie
am besten die 1 zeigt, vergrößert bzw.
verbreitert sich die Tiefe D des Schachts 16 allmählich vom
Einlaß 34 zu
einer horizontalen Stoßstelle 76 am Übergang
des Radius R1 zum Radius R2.
Diese Vergrößerung der
Tiefe eines Schachts mit konstanter Breite verursacht eine Verminderung
der Strömungsgeschwindigkeit
vom Einlaß 34 zur
Stoßstelle 76.
Von der Ebene 76 zum Auslaß 35 des Schachts 16 nimmt
die Tiefe D des Schachts 16 ab bzw. konvergiert dieser.
Die von der Stoßstelle 76 zum
Schachtauslaß 35 abnehmende Tiefe verursacht
eine Erhöhung
der Strömungsgeschwindigkeit.
Wie aus 1 deutlich wird, ändert sich
die Strömungsrichtung
durch den Schacht vom Einlaß 34 zum
Auslaß 35 um
180°.
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Der Auslaß 35 des Schachts 16 ist
mit dem Einlaß 78 des
Tangentialseparators 18 verbunden, welcher ein Gehäuse 79 mit
einer Breite aufweist, welche gleich der Breite des Schachts 16 ist.
Der Tangentialseparator 18 hat eine nahe seinem Einlaß schwenkbar
angebrachte Prallplatte 80 zum Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit
durch den Separator. Die Prallplatte 80 kann manuell oder
automatisch eingestellt werden, und zwar durch nicht dargestellte
manuelle oder automatische Positioniermittel. Das expandierte Tabakprodukt
wird radial nach außen
in den Separator gezwungen und fällt
schließlich in
einen Auslaßschacht 82 am
Boden des Separators 18. Am Auslaß des Auslaßschachts 82 fällt das
Tabakprodukt in eine Rotationsluftschleuse 84, von welcher
es auf einem gedeckten Förderer 86 abgelegt wird,
damit es vor der Weiterverarbeitung abkühlt. Der Auslaßschacht 82 hat
eine 45° Verschränkung, so
daß der
Förderer 86 in
günstiger
Weise vom Sublimatorschacht 16 weggeführt werden kann, ohne daß sich die
beiden behindern.
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Abgase des Tangentialseparators 18 verlassen
das Separatorgehäuse 79 über einen
Gasrückführschacht 88.
Die verbrauchten Gase aus dem Schacht 88 enthalten flüchtige Tabakbestandteile
sowie etwas Tabakstaub oder Tabak-Feinteilchen. Vorzugsweise werden die
Feinteilchen aus dem Gasstrom entfernt, ehe dieser wieder erhitzt
wird, um eine mögliche
Verbrennung der Feinteilchen zu vermeiden. Nach dem Entfernen der
Feinteilchen wird das Gas wieder erhitzt und zum Gaseinlaßrohr 20 zurückgeführt.
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Der Ablauf des erfindungsgemäßen DIET-Verfahrens
wird im folgenden unter Bezug auf eine besondere Ausführungsform
der Vorrichtung 10 beschrieben, wobei darauf hingewiesen
sei, daß die Erfindung
mit anderen als den hier speziell beschriebenen Parametern Temperaturen,
Strömungsraten, Geschwindigkeiten,
Größen etc.
durchgeführt
werden kann. Wiederum unter Bezugnahme auf 1 wird ein erhitztes Gas, bestehend aus
Dampf, Wasser, CO2 und flüchtigen
Tabakbestandteilen einem Einlaßrohr 20 mit
einem Durchmesser von 0,71 m (28'') zugeführt, und
zwar mit einer Strömungsrate von
ungefähr
16 m3/s (34.000 cfm) und einer Temperatur
von ungefähr
343°C (650
F). Die Geschwindigkeit der erhitzten Luft am Einlaß des Venturiabschnitts 12 beträgt ungefähr 42 m/s
(8.200 fpm). Das Venturi-Einlaßrohr 22 hat
eine Länge
von ungefähr 0,28
m (11 Fuß)
und Übergänge vom
Einlaßrohr 20 mit
0,71 m (28'') Durchmesser in
einen rechteckigen Schacht an der Venturi-Engstelle 26,
dessen Tiefe 0,23 m (9'') und dessen Breite
1,52 m (60'') beträgt. Die
Gasgeschwindigkeit an der Engstelle 26 beträgt ungefähr 47 m/s
(9.300 fpm). Der Querschnitt des Venturi-Auslaßrohrs 24 vergrößert sich
allmählich
bis auf eine Tiefe von 0,38 m (15'')
am Einlaß 34 des Sublimatorschachts 16,
wobei die Gasgeschwindigkeit ungefähr 28 m/s (5.600 fpm) beträgt. Die
Gasströmung
durch das Einlaßrohr 22 fegt
oder spült
die innere Bodenfläche 32 des
Auslaßrohrs
und verhindert, daß sich
größere Klumpen
imprägnierten
Tabaks im Venturiabschnitt ansammeln können.
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Mit festem CO2 imprägnierter
Tabak, welcher entklumpt wurde, wird durch den Förderer 42 in den Trichter 40 gefördert, wo
er gleichmäßig über den Einlaßschacht 46 verteilt
wird, von wo er in die Windsichter-Vorrichtung 48 gelangt.
Die Flügel
der Windsichter-Vorrichtung 48 beschleunigen die Tabakteilchen
in den Hochgeschwindigkeitsgasstrom hinein, und zwar mit einer Geschwindigkeit,
welche ausreicht, die Teilchen über
im wesentlichen die gesamte Tiefe und die gesamte Breite des Venturi-Auslaßrohrs 24 zu
verteilen, von wo aus sie in den Sublimatorschacht 16 gelangen.
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Wenn die Tabakteilchen sich durch
den unteren Teil des Schachts 16 hindurchbewegen, erfolgt eine
allmähliche
Umlenkung der Strömung
von einer im wesentlichen horizontalen Richtung im Abschnitt 70 in
eine im wesentlichen vertikale Richtung im Abschnitt 72,
sowie eine Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit
des Gases an der Stoßstelle 76 auf ungefähr 14 m/s
(2.700 fpm). An der Stoßstelle 76 beträgt die Tiefe
des Schachts ungefähr
31'' bzw. ungefähr das Doppelte
der Querschnittsfläche
des Einlasses 34. Diese Verminderung der Geschwindigkeit im
Zwischenabschnitt 72 verhindert, daß Klümpchen imprägnierten Tabaks aus dem Schacht
ausgetragen und in den Separator gelangen, ohne expandiert worden
zu sein. Die Gasströmungsgeschwindigkeit
erhöht
sich dann wegen der allmählichen
Abnahme der Schachttiefe auf ungefähr 0,36 m (14'') am Auslaß 35 des Schachts 16,
und zwar auf eine Geschwindigkeit von ungefähr 30 m/s (6.000 fpm), um den
expandierten Tabak in den Tangentialseparator 18 hinein
zu beschleunigen. Vorteilhafterweise wird die Aufenthaltszeit der
expandierten Tabakteilchen im Schacht durch die Erhöhung der
Ausströmgeschwindigkeit vermindert.
Dies minimiert die Möglichkeit
eines Austrags von nicht expandiertem Tabak. Am Einlaß des Tangentialseparators
beträgt
die Temperatur des erhitzten Gases ungefähr 288°C (550 F).
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Durch eine geeignete Einstellung
der einstellbaren Prallplatte 80 im Tangentialseparator
sowie durch Einstellung des Gesamtströmungsvolumens in das System
hinein können
die Aufenthaltszeit des Tabakmaterials im System und die Abtrenneffizienz
des Tangentialseparators eingestellt werden.
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Aus der vorstehenden Beschreibung
wird ersichtlich, daß die
erfindungsgemäße bogenförmige Strömungsbahn
mit großem
Radius in vorteilhafter Weise abrupte Richtungsänderungen des Tabakmaterial-Flusses
eliminiert, um Brüche
in den Tabaksträngen
und die Erzeugung übermäßiger Mengen an
Feinteilchen oder Tabakstaub zu minimieren. Der C-förmige Sublimatorschacht
vermindert auch die für das
erfindungsgemäße System
erforderliche Fußbodenfläche – im Vergleich
zu den geneigten Sublimatorschächten,
welche beispielsweise durch die US-Patente 4 697 604 und 4 911 182
offenbart werden. Da der Tangentialseparator sich sehr nahe der Einführvorrichtung
(1) anordnen läßt, nimmt
der erfindungsgemäße C-förmige Sublimatorschacht
im wesentlichen dieselbe Fußbodenfläche ein
wie ein vergleichbares System mit einem vertikal angeordneten Sublimatorschacht
mit entgegengesetzt ausgerichteten 90° Winkelstücken, wie den Schächten, welche
im US-Patent 4 366
825 und in WO 96/05742 offenbart sind. Während der Schacht 16 mit
rechteckigem Querschnitt gezeigt und beschrieben wurde, sind andere
nicht-kreisförmige
Querschnitt, wie ovale bzw. eiförmige
Querschnitte, möglich,
so wie dies in 4 mit
gestrichelten Linien 90 gezeigt ist. Solch ein Querschnitt
ist in der WO 96/05742 definiert, deren Offenbarung Bestandteil
der vorliegenden Erfindungsbeschreibung sein soll.
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Obwohl gewisse derzeit bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung hier speziell beschrieben wurden, versteht
es sich für
den Fachmann auf dem von der Erfindung betroffenen Gebiet, daß Varianten
und Modifikationen der verschiedenen hier gezeigten und beschriebenen
Ausführungsformen
praktiziert werden können,
ohne von der Erfindung abzugehen. Infolgedessen ist es beabsichtigt, daß die Erfindung
nur insoweit beschränkt
sein soll, als es die beigefügten
Ansprüche
und anwendbares Recht erfordern.
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Den vorstehenden Erläuterungen
läßt sich entnehmen,
daß die
vorliegende Erfindung wie folgt definiert werden kann:
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Apparat zum Expandieren von Tabak
mit einem gasförmigen
Medium, enthaltend einen Förderkanal
zum Fördern
des Tabaks mit dem gasförmigen Medium,
welcher Kanal einen Einlaß und
einen Auslaß und
einen Querschnitt mit einer Mittellinie vom Einlaß zum Auslaß hat, welcher
Kanal ferner in der Seitenansicht eine bogenförmige Gestalt hat und seine
Mittellinie in der Seitenansicht durch mindestens einen großen Radius
definiert wird, um eine bogenförmige
Strömungsbahn
mit kontinuierlich variierender Strömungsrichtung vom Einlaß zum Auslaß zu bilden.
Der Schacht hat vom Einlaß zum
Auslaß einen
nicht-kreisförmigen
Querschnitt. Der Schacht kann vom Einlaß zum Auslaß eine kontinuierlich gekrümmte C-Form
haben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat der Schacht
einen intermediären Querschnitt,
und die Querschnittsfläche
des Schachts vergrößert sich
allmählich
vom Einlaß in Richtung
auf diesen intermediären
Querschnitt und verringert sich allmählich von diesem intermediären Querschnitt
in Richtung auf den Auslaß.
Vorzugsweise hat der intermediäre
Querschnitt eine Querschnittsfläche,
welche ungefähr
doppelt so groß ist wie
die Querschnittsfläche
des Schachts am Einlaß und
am Auslaß.
Der Schacht kann eine Breite und eine Tiefe haben, wobei die Breite
des Schachts vom Einlaß zum
Auslaß im
wesentlichen konstant ist, während
die Tiefe des Schachts vom Einlaß zum intermediären Querschnitt
allmählich
zunimmt und vom intermediären
Querschnitt zum Auslaß allmählich abnimmt.
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Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden
Erfindung bezieht sich diese auf einen Apparat zum Expandieren von
Tabak mit einem gasförmigen Medium,
welcher einen bogenförmigen
Förderschacht
zum Fördern
des Tabaks mit dem gasförmigen
Medium aufweist, wobei der Schacht einen Einlaß und einen Auslaß sowie
einen nicht-kreisförmigen
Querschnitt mit einer Mittellinie vom Einlaß zum Auslaß aufweist sowie in der Seitenansicht
eine C-förmige
Gestalt mit einer Mittellinie besitzt, welche in einer Seitenansicht
durch mindestens zwei große Radien
definiert wird, um für
den geförderten
Tabak eine bogenförmige
Strömungsbahn
mit sich kontinuierlich ändernder
Strömungsrichtung
zu bilden, welche sich vom Einlaß zum Auslaß um ungefähr 180° ändert, wobei der Schacht einen
intermediären
Querschnitt, eine Breite und eine Tiefe hat, die Breite des Schachts
vom Einlaß zum
Auslaß im
wesentlichen konstant ist und die Tiefe des Schachts vom Einlaß zum intermediären Querschnitt
allmählich
zunimmt und vom intermediären
Querschnitt zum Auslaß allmählich abnimmt.
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Nach einem weiteren Aspekt bezieht
sich die Erfindung auf einen Apparat zum Expandieren von Tabak mit
einem gasförmigen
Medium, umfassend einen Förderschacht
zum Fördern
des Tabaks mit dem gasförmigen
Medium, welcher einen Einlaß und einen
Auslaß hat
und von Einlaß zum
Auslaß allmählich gebogen
ist, um in der Seitenansicht eine im wesentlichen C-förmige Gestalt
zu haben; ferner umfaßt der
Apparat mit dem Schachteinlaß verbundene
Mittel zum Zuführen
des gasförmigen
Mediums zum Schacht mit einer vorgegebenen Strömungsrate, wobei diese Zuführmittel
einen rohrartigen Venturiabschnitt mit einer Engstelle aufweisen,
welcher ein Venturi-Einlaßrohr
und ein Venturi-Auslaßrohr besitzt,
welche Rohre an der Engstelle miteinander verbunden sind; das Venturi-Einlaßrohr hat
an der Engstelle einen Querschnittsübergang von einem kreisförmigen Querschnitt
zu einem rechteckigen Querschnitt; das Venturi-Auslaßrohr hat
einen rechteckigen Querschnitt und erstreckt sich von der Engstelle zum
Einlaß des
Förderschachts,
wobei Einführmittel vorgesehen
sind, welche mit den Zuführmitteln
verbunden sind, um dem rohrartigen Venturi-Abschnitt Tabakmaterial
zuzuführen.
Vorzugsweise hat der Förderschacht
vom Einlaß zum
Auslaß einen nicht-kreisförmigen Querschnitt.
Der Schacht kann einen intermediären
Querschnitt haben, wobei die Querschnittsfläche des Schachts vom Einlaß in Richtung
auf den intermediären
Querschnitt zunimmt und von letzterem in Richtung auf den Auslaß abnimmt.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren
zum Expandieren von mit festem CO2 imprägniertem
Tabak, welches folgende Schritte aufweist:
Einführen des
Tabaks in ein erhitztes gasförmiges Medium
mit einer vorgegebenen Strömungsrate
und Geschwindigkeit sowie einer Temperatur, welche für das Expandieren
des Tabaks ausreicht;
Mitreißen im wesentlichen des gesamten
Tabaks in dem gasförmigen
Medium;
Strömen
des gasförmigen
Mediums samt mitgerissenem Tabak in einem allmählich gekrümmten Förderschacht mit einem Einlaß und einem
Auslaß und
einer bogenförmigen
Strömungsbahn
mit sich vom Einlaß zum
Auslaß kontinuierlich ändernder
Strömungsrichtung,
um entlang dieser Strömungsbahn
das feste CO2 zu sublimieren und den Tabak
zu expandieren; und
Abtrennen des expandierten Tabaks vom gasförmigen Medium.
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Dieses Verfahren kann auch umfassen
die Schritte der allmählichen
Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit
des gasförmigen
Mediums samt mitgerissenem Tabak in einem ersten Bereich der Strömungsbahn
und sodann des allmählichen Vergrößerns der
Strömungsgeschwindigkeit
des gasförmigen
Mediums samt mitgerissenem Tabak in einem zweiten Bereich der Strömungsbahn
stromabwärts
des ersten Bereichs.
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Nach einem weiteren Aspekt betrifft
die vorliegende Erfindung einen Apparat zum Expandieren von Tabak
mit einem gasförmigen
Medium, umfassend einen bogenförmigen
Förderschacht
zum Fördern
des Tabaks mit dem gasförmigen
Medium, welcher Schacht einen Einlaß und einen Auslaß sowie einen
nichtkreisförmigen
Querschnitt hat und in der Seitenansicht eine im wesentlichen halbkreisförmige Gestalt
aufweist, um eine bogenförmige
Strömungsbahn
zum Expandieren des geförderten
Tabaks zu bilden. Der Schacht kann vom Einlaß zum Auslaß einen rechteckigen oder ovalen
bzw. eiförmigen
Querschnitt haben. Ferner kann der Schacht eine Breite, eine Tiefe
und einen intermediären
Querschnitt haben, wobei die Breite des Schachts vom Einlaß zum Auslaß im wesentlichen
konstant ist und die Tiefe des Schachts vom Einlaß zu dem
intermediären
Querschnitt allmählich
zunimmt und vom intermediären Querschnitt
zum Auslaß allmählich abnimmt.
Vorzugsweise ist die Breite des Schachts vom Einlaß zum Auslaß im wesentlichen
konstant. Der Schacht kann ein Verhältnis von Breite zu Tiefe haben,
welches im Bereich von ungefähr
5 bis 2 bzw. 5 zu 2 liegt.
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Bei einem Schacht mit einer Mittellinie
kann diese vom Einlaß zu
dem besagten intermediären Querschnitt
durch einen ersten großen
Radius und von dem intermediären
Querschnitt zum Auslaß durch
einen zweiten großen
Radius definiert werden.
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Ferner ist die Erfindung in einem
Apparat zum Expandieren von Tabak mit einem gasförmigen Medium zu sehen, welcher
einen Förderschacht
zum Fördern
des Tabaks mit dem gasförmigen
Medium aufweist, wobei der Schacht einen Einlaß und einen Auslaß hat und
vom Einlaß zum
Auslaß allmählich so gekrümmt ist,
daß er
in der Seitenansicht eine bogenförmige,
im allgemeinen C-förmige
Gestalt hat.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
auch einen Apparat zum Expandieren von Tabak mit einem gasförmigen Medium,
welcher aufweist einen Förderschacht
mit einem Einlaß und
einem Auslaß,
sowie mit dem Schachteinlaß verbundene
Mittel zum Zuführen
des gasförmigen
Mediums zum Schacht mit einer vorgegebenen Strömungsrate, wobei diese Zuführmittel
einen rohrartigen Venturiabschnitt mit einer Engstelle aufweisen,
der Venturiabschnitt ein Venturi-Einlaßrohr und ein Venturi-Auslaßrohr hat,
welche an der Engstelle verbunden sind, wobei das Venturi-Einlaßrohr an
dieser Engstelle einen Übergang
von einem kreisförmigen
Querschnitt zu einem rechteckigen Querschnitt hat und das Venturi-Auslaßrohr einen
rechteckigen Querschnitt aufweist; ferner sind mit den Zuführmitteln
verbundene Einführmittel
zum Einführen
des Tabakmaterials in den rohrartigen Venturiabschnitt vorgesehen.
Das Venturi-Einlaßrohr kann
eine Länge
haben, welche mindestens dreimal so groß ist wie die Länge des
Venturi-Auslaßrohrs. Ferner
können
das Venturi-Einlaßrohr
und das Venturi-Auslaßrohr
coplanare Bodenflächen
haben sowie das Venturi-Einlaßrohr
und das Venturi-Auslaßrohr
obere Oberflächen
aufweisen, welche bis zur Engstelle mit den betreffenden Bodenflächen konvergieren.
Vorzugsweise umfassen die Einführmittel
einen Windsichter zum Beschleunigen des Tabakmaterials in das gasförmige Medium
hinein, welches durch den rohrartigen Venturiabschnitt strömt. Der
Förderschacht
kann einen nicht-kreisförmigen
Querschnitt haben und ist vom Einlaß zum Auslaß im wesentlichen C-förmig. Vorzugsweise
hat der Förderschacht einen
Zwischenabschnitt, wobei die Querschnittsfläche des Schachts vom Einlaß in Richtung
auf den Zwischenabschnitt zunimmt und vom Zwischenabschnitt in Richtung
auf den Auslaß abnimmt.
Der Förderschacht
kann ein Verhältnis
von Breite zu Tiefe von ungefähr
5 zu 2 haben. Vorzugsweise hat der Förderschacht einen rechteckigen
oder ovalen bzw. eiförmigen
Querschnitt. Der Apparat kann Abtrennmittel aufweisen, welche mit
dem Auslaß des
Förderschachts
verbunden sind, um das expandierte Tabakmaterial vom gasförmigen Medium
abzutrennen, wobei die Abtrennmittel einen Einlaß haben und am Einlaß der Abtrennmittel
eine Prallwand-Vorrichtung vorgesehen ist, um die Strömungsgeschwindigkeit durch
die Abtrennmittel einzustellen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren
zum Expandieren von mit festem CO2 imprägniertem
Tabak, welches die folgenden Schritte umfaßt:
Einführen des
Tabaks in ein erhitztes gasförmiges Medium,
welches eine vorgegebene Strömungsrate und
Geschwindigkeit hat;
Mitreißen von im wesentlichen dem
gesamten Tabak im gasförmigen
Medium;
Strömen
des gasförmigen
Mediums samt mitgerissenem Tabak in einer bogenförmigen Strömungsbahn, um das feste CO2 zu sublimieren und den Tabak zu expandieren;
und
Abtrennen des expandierten Tabaks vom gasförmigen Medium.
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Vorzugsweise umfaßt das Verfahren die Schritte
des Verminderns der Strömungsgeschwindigkeit
des gasförmigen
Mediums und des mitgerissenen Tabaks in einem ersten Bereich der
Strömungsbahn
und sodann des Erhöhens
der Strömungsgeschwindigkeit
des gasförmigen
Mediums samt mitgerissenem Tabak in einem zweiten Bereich der Strömungsbahn
stromabwärts
des ersten Bereichs. Die Strömungsbahn
kann einen nicht-kreisförmigen
Querschnitt haben mit einem Verhältnis
von Breite zu Tiefe von ungefähr
5 zu 2, und vorzugsweise ist der nicht-kreisförmige Querschnitt rechteckig oder
oval bzw. eiförmig.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
der Schritt des Einführens
des Tabaks den Schritt des Beschleunigen des Tabaks in das gasförmige Medium
hinein. Das Verfahren kann auch den Schritt des Änderns der Richtung der bogenförmigen Strömungsbahn
um ungefähr
180° umfassen,
und vorzugsweise umfaßt
das Verfahren den Schritt des Erhöhens der Geschwindigkeit des
gasförmigen
Mediums vor dem Einführen
des Tabaks in das gasförmige
Medium. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die bogenförmige Strömungsbahn eine
im wesentlichen konstante Breite. Schließlich kann das Verfahren den
Schritt des Einstellens der Strömungsgeschwindigkeit
des gasförmigen
Mediums samt mitgerissenem Tabak nach dem Verlassen der bogenförmigen Strömungsbahn
und vor dem Schritt des Abtrennens umfassen.