DK154255B - Apparat til lagring og genvinding af en kondenserbar forbindelse i et processystem til foroegelse af tobaksfyldekapacitet. - Google Patents

Description

Den foreliggende opfindelse angår et apparat til lagring og genvinding af en kondenserbar forbindelse i et processystem og af den i krav l's indledning angivne art.

Apparatet benyttes især til at genindvinde dampe, som fremkommer ved en chargevis ekspansion af tobak, der først imprægneres med en organisk forbindelse og så udsættes for en varm luftartstrøm, som er opvarmet til en temperatur over den organiske forbindelses kogepunkt, hvorved denne fordampes og den afgivne damp genindvindes og genbruges.

Der kendes forskellige processer til at forøge tobakkens fyl-dekapacitet og nogle af de kendte processer bruger en flygtig organisk forbindelse til at imprægnere tobakken, og en varm luftart til at fordampe den organiske blanding og ekspandere tobakken. Tidligere udførelsesformer for sådanne processer er beskrevet i US-patentskrift nr. 3.524.451, 3.524.542 og 3.575.178. De to sidstnævnte beskriver processer, som har kontinuerlig tobaks indfødning og betegnes derfor som "kontinuerlige processer".

Et system til forøgelse af tobakkens fyldekapacitet er også beskrevet i US-patentskrift nr. 3.753.440. Dette system arbejder chargevis, altså ikke kontinuerligt. Ved en chargevis ekspansion anbringes et lag tobak i et kammer, der kan lukkes hermetisk og som sættes under vakuum. Tobakken bringes i kontakt med en flygtig organisk forbindelse, som imprægnerer tobakken, og derefter ledes en tørrende luftart gennem tobakken for at fjerne en del af vandet og den flygtige forbindelse fra tobakken. Til sidst ledes en varm luftart gennem tobakslaget for at fordampe den organiske forbindelse og derved ekspandere tobakken.

Et væsentligt problem ved brug af systemet ifølge US-patent-skrift nr. 3.753.440 er genindvinding af den organiske forbindelse, som bruges til at imprægnere tobakken.

Det er den foreliggende opfindelses formål at anvise et apparat af den indledningsvist angivne art ved hvis hjælp den kon- denserbare forbindelse kan genvindes, og påny tilføres processen i det system, i hvilket den kondenserbare forbindelse benyttes i dampformet tilstand. I denne forbindelse tilstræbes også især at bestemte apparatgrupper, der er nødvendige ved det sædvanlige genvihdingssystemer af denne art, kan falde bort.

Dette formål tilgodeses ifølge den foreliggende opfindelse ved, at det indledningsvist omtalte apparat ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 anførte.

Det er en væsentlig fordel ved apparatet ifølge opfindelsen, at man ved hjælp af dette ved den chargevis ekspansion af store tobakscharger til forøgelse af tobakkens fyldekapacitet, kan genvinde den derved benyttede kondenserbare forbindelse på en enkel og økonomisk måde.

Især kan apparatet ifølge opfindelsen med fordel benyttes til en fremgangsmåde, ved hvilken tobakken anbringes i en beholder med en perforeret bund, der gør det muligt, at de til ekspansion nødvendige fluida kan ledes gennem tobakken.

Ved en sådan fremgangsmåde anbringes beholderen med tobakken i et kammer, der kan lukkes hermetisk, hvorpå kammeret lukkes tæt. I tilslutning hertil f rem-bri ntfes et delvakuum for at fjerne en del af de indesluttede, ikke-kondenserbare luftarter, især atmosfærisk luft. Derefter indføres dampene af en organisk forbindelse i kammeret, hvorved der i dette igen frembringes et tryk, og hvorved' dampene kondenserer på og i tobakken. Derefter venter man, indtil der har indstillet sig en ligevægtstilstand i kammeret, hvorpå trykket i kammeret i -gen nedsættes. Umiddelbart efter, at trykket i kammeret har nået en ønsket værdi, bringes en varm, kondenserbar luftart, f.eks. damp, i berøring med tobakken for at fordampe imprægneringsmidlet for tobakken og derved få tobakken til at ekspandere. Det fordampede imprægneringsmiddel kan så først indføres i en rensningsbeholder, hvor de faste stoffer, f.eks. tobak, og størstedelen af den varme kondenserbare luftart, dvs. dampen trækkes ud. Det fluidum, der forlader rensningsbeholderen, er nu en blanding af den organiske kondenserbare forbindelses damp og af ikke-kondenserbare luftarter, især atmosfærisk luft.

Denne blanding tilføres fra rensningsbeholderen til genindvindingstanken for apparatet ifølge opfindelsen, hvor forbindelsen kondenseres og samler sig på tankens bund. Tankens trykkammer tjener til at nedsætte luftarternes rumfang i kondensatorkammeret og dermed fremme dampenes kondensering. Endvidere tjener trykkammeret som en pumpe, ved hvis hjælp den flydende, organiske forbindelse trykkes ud af tanken, når denne er nødvendig i et andet sted af systemet. Kondenserbare forbindelser henholdsvis blandinger af forbindelser, der anvendes til at imprægnere tobakken for dennes ekspansion, er fortrinsvis organiske forbindelser henholdsvis blandinger, der forholder sig kemisk inaktivt over for den tobak, der skal behandles. Ved anvendelse af apparatet ifølge opfindelsen skal den kondenserbare forbindelse i flydende tilstand endvidere have en større massefylde end kølevæsken i tanken, således at kølevæsken svømmer på det flydende imprægneringsmiddel. I denne forbindelse benyttes fortrinsvis vand som kølefluidum.

Eksempler på organiske forbindelser, der kan benyttes ved arbejdet med apparatet ifølge opfindelsen, henholdsvis til ekspansion af tobak, er methylenchlorid, ethylbromid, ethyli-denchlorid, trichlorfluormethan, trichlortri fluorethan, 1,1,1-chlordi fluorethan, 1,2-dichlortetrafluorethan. Fluor-dichlormethan og azeotrope blandinger af de nævnte forbindelser, såsom f.eks. azeotropen, trichlorf1uormethanisopentan.

De foretrukne forbindelser er de ikke-oxyderede, organiske forbindelser af den forholdsvis ikke polare art og som er forholdsvis eller i det væsentlige ublandbåre med vand. Typisk for denne gruppe af foretrukne forbindelse er en forholdsvis lav specifik varme, således at der kun kræves en forholdsvis lille energitilførsel for deres fordampning og dermed til at ekspandere tobakken. Foretrukne forbindelser er hydrogencar-boner og halogenerede hydrogencarboner i den oven for nævnte gruppe. Mest foretrukken er trichlorfluormethan, da den har et kogepunkt, som muliggør at gennemføre ekspansionen uden kraftige opvarmnings- eller afkølingsforholdsregler, og da det desuden har en massefylde på 1,476.

Apparatet ifølge opfindelsen er udviklet for at bringe det i US-patentskrift nr. 3.753.440 til industriel skala. Nøglen til den nye opfindelse er genindvindingstanken, der virker som et lager-, et pumpe- og et genindvindingskammer, alt i et. Denne tanks øvre part er delt i to sektioner, der ikke kun gør det muligt for fluidet at blive kondenseret, men som også tilvejebringer et trykkammer, der benyttes som en pumpe til at tvinge fluidet ind i behandlingskammeret eller autoklaven. Dette er vigtigt ved systemets specielle praktiske opbygning, ved at hele enheden er anbragt på støttebjælker med affugt-ningstanken og genindvindingstanken anbragt på samme niveau som behandlingskammeret eller autoklaven. Der er følgelig ingen tyngdepunktsfødning. Ved at benytte dette nye lukkede tanksystem, kan en pumpe elimineres. Affugtningstanken er tilføjet som et organ.til at rense det benyttede arbejdsf luidutr. og den kondenserende damp, der er blevet benyttet i processen, før det kondenserbare fluidum overføres til genindvindingstanken.

Med henblik på en særlig enkel udformning er det ifølge opfindelsen fordelagtigt, når der som skilleindretning benyttes en skillevæg, der gående ud fra den øvre del af tankens indre væg rager ned i kølevæsken.

Endvidere er det fordelagtigt, når der i kondensatorkammerets øvre del er anbragt en sprøjteindretning, og når der er tilvejebragt en cirkulationsindretning, ved hvis hjælp sprøjteindretningen kan få tilført kølevæsken fra tanken.

Det er også gunstigt, når der er tilvejebragt en afluftnings-i ndretning til at bortlede ikke-kondenserbare luftarter fra tankens kondensatorkammer.

I det følgende forklares opfindelsen under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en skematisk gengivelse af et system til ekspansion af tobak med et apparat ifølge opfingelsen, og fig. 2 en ændret udførelsesform for et apparat ifølge opfindelsen.

1 fig. 1 ses en autoklave, dvs. et tæt lukket kammer 10, som indeholder en beholder 12 med en perforeret bund 13. I beholderen 12 er der en tobakscharge 14, som skal behandles. Kammeret 10 har et hermetisk aflukkeligt låg 16, som gør det muligt at indsætte og fjerne beholderen fra kammeret. Den perforerede bund i beholderen muliggør, at' damp og en varm luftart, som bruges i processen, kan passere gennem tobakslaget i begge retninger.

Kammeret har i bunden 19 en port 18 gennem hvilken kammeret 10 kan evakueres, og gennem hvilken dampene af en organisk forbindelse som imprægneringsmiddel kan indføres i kammeret 10 under processens imprægneringsfase. En anden port 20 findes i kammerets sidevæg 22, hvorigennem den varme luftart, fortrinsvis damp, som bruges i dampn ings-(ekspansi ons-)-fasen kan indføres i kammeret 10.

Som vist i fig. 1 kan dampen fra en ikke vist dampbeholdning via tre forskellige ledninger strømme ind i systemet. Trykregulatorer 29 er anbragt i hver ledning til at regulere damptrykket til den ønskede værdi for det pågældende brugsformål (dvs. fordampning af den organiske forbi ndel se,ti 1 imprægnering af tobakken, til ekspansion af tobakken og aktiverende dampstråler).

Porten 18 er ved kammeret 10’s bund via en afgangsledning 34 forbundet dels med en evakueringsledning 36 og dels med en leveringsledning 38. Evakueringsledningen 36 fører til dampdyser 40, som ved udstrømningsenden er forbundet med et nedre sprøj terør eller en sprøjtekrans 42 i en skrubber- og affugtnings-tank 44. Denne skrubber- og affugtningstank 44, som indeholder et kølevæske 45, renser afgangsdampblandingen fra kammeret 10 og fjerner alle faste partikler, f.eks. tobakspartikler, og enhver kondenserbar luftart (dvs. damp), som kan kondensere ved kølefluidets temperatur. Desuden køles enhver ikke-konden-serbar luftart henholdsvis de luftarter, som ikke er konden-serbare ved kølevæskens temperatur.

Den foretrukne kølevæske er vand, som holdes ved en temperatur imellem 45° og 60°C. Kølevæsken henholdsvis vandet i skrubbertanken 44 cirkuleres ved hjælp af en pumpe 46 og strømmer gennem en ledning 47, en varmeveksler 48, som kan være af enhver kendt art og f.eks. et ikke-vist køletårn, og gennem en ledning 49 til et øvre sprøjterør eller sprøjtekrans 50 anbragt over sprøjterøret 42. Fluidet,som sprøjtes fra det nedre sprøjterør 42, føres gennem en del af kølevæsken og kommer så i kontakt med sprøjtetågen, der afgives fra sprøjterøret 50. En drænledning 51 med en passende ventil 54 er anbragt i skrubbertanken 44's bund og gør det muligt at fjerne bundfald fra tanken.

Leveringsledningen 38 er ved den ene ende forbundet med en afgangsledning 34 og ved dens anden ende med en genindvindingstank 54. Den flygtige organiske forbindelse henholdsvis den kondenserbare forbindelse, som bruges som imprægneringsmiddel i processen, opbevares i denne tank, ligesom den genindvindes deri. En anden varmeveksler 56 er anbragt langs leveringsledningen 38. Den organiske forbindelse, der i leveringsledningen er i flydende tilstand, fordampes af varmeveksleren, før den tilføres kammeret 10. Genindvindingstanken 54 er også gennem ledninger 58 og 60 forbundet med afgangsåbningen 61 på skrubbertanken 44.

Genindvindingstanken 54 har en midtplaceret ledeskovl eller deleplade 62, der deler dens øvre del i et kondensatorkammer 64 og et trykkammer 66. I tankens kondensatorkammer 64 er der et nedre afgangsstrålerør 68, som er forbundet med afgangen 61 for skrubbertanken 44 gennem ledninger 50 og 68 og modtager afgangsmateriale fra skrubbertanken.

Et andet øvre strålerør eller strålédyse 70 er anbragt over afgangsstrålerøret 68 og er indrettet til at kondensere dampene, jf. nedenfor. Genindvindingstanken 54 indeholder tre fluider, hvoraf det første er en sammentrykkelig ikke-konden-serbar luftart, såsom atmosfærisk luft, som leveres til tankens trykkammer 66 gennem ledninger 72 og 73. Det foretrækkes, at den komprimerede luftart leveres ved et tryk på ca. 6,2 bar (overatmosfærisk tryk).

Det andet fluidum 74 i genindvindingtanken er en kølevæske 74, som bruges til at kondensere damp fra det fluidum, der strømmer ind i genindvindingstanken 54. I det her viste apparat må kølevæsken have en massefylde, der er mindre end massefylden for imprægneringsmidlet, henholdsvis den flydende kondenserbare forbindelse, således at midlet vil flyde ovenpå.

Niveauet for kølevæske i genindvindingstanken 54 indstilles således, at det befinder sig over delepladen 62's nedre ende. Delepladen 62 stikker altså ned i kølevæskes lag for at forhindre, at luftarten vandrer under delepladen fra kondensatorkammeret til trykkammeret. Temperaturen af kølevæsken skal være mellem 3°C og 59°C.

Den foretrukne kølevæske er vand, og dette skal holdes ved eller under kogepunktet for den kondenserbare forbindelse. Når man som imprægneringsfluidum bruger trichlorfluormethan, holdes vandets temperatur derfor ved ca. 10°C. Temperaturen af kølevæsken holdes ved at cirkulere vandet ved hjælp af en pumpe 76 gennem ledningen 77 og en køler 78. Vandet henholdsvis kølevæske føres tilbage til tanken gennem ledningen 79 og den øvre sprøjtedyse 70. Det tredje fluidum 75 i tanken er en flygtig organisk blanding i væskeform.

Der er forskellige andre forbindelsesledninger og ventiler i systemet, som ikke er beskrevet i det foregående. Alle disse elementer vil blive beskrevet i det følgende tillige med deres formål.

Fig. 2 viser en modifikation af genindvindingstanken 54, hvori der anvendes et opblæseligt organ eller en luftblære 100, der er forbundet med trykluftindgangsrøret 72. Ved hjælp af et sådant opblæseligt organ 100 kan man hindre, at noget af den kondenserbare forbindelse kommer ind i tankens kompressorkammer og derved forhindre ethvert tab af den kondenserbare forbindelse, når tankens kompressorkammer ventileres, således som det vil blive beskrevet i det følgende.

Ved ekspansion af tobak under brug af den flygtige kondenserbare forbindelse er det nødvendigt, at den genvindes efter de enkelte chargers ekspansion for at gøre processen kommerciel anvendelig. Andre konventionelle systemer kan anvendes til dette. Apparatet ifølge opfindelsen muliggør imidlertid, at komprimere blandingen af den flygtige organiske forbindele og atmosfærisk luft ved hjælp af en ydre kompressor, hvorved man opnår, at mængden af den kondenserbare blanding formindskes i forhold til andre genindvindingssystemer, der bruger kendte standardkompressorer.

Apparatet ifølge opfindelsen til genindvinding af kondenserbare forbindelser er også billigere end kendte genindvindingssystemer, fordi en hel række af dele i et konventionelt genindvindingssystem er erstattet af genindvindingstanken 54 ifølge opfindelsen. F.eks. virker genindvindingstanken 54 som en kompressor, en kontaktkondensator, en pumpe og en lagertank.

Genindvindingen af den flygtige organiske kondenserbare forbindelse begynder under imprægneringstrinnet, når trykket i kammeret 10 er fastholdt ved det ønskede niveau. Når ventilen 93 i leveringsledningen 38 lukkes for at afbryde leveringen af damp til kammeret under imprægneringstrinnet, er ventilen 90 i trykluftledningen lukket og afbryder derved forbindelsen mellem trykluftkilden og trykkammeret 66 af genindvindingstanken 54. Af luftningsventilen 106, som aflufter trykkammeret 66 til atmosfæren, er åben, således at trykket falder fra ca. 6,3 bar til ca. 1,4 bar (overatmosfærisk tryk),ved hvilket tidspunkt ventilen 106 lukkes. Ved trykkammerets ventilering sænkes samtidig trykket i kondensatorkammeret 64 i genindvindingstanken til lettelse af dette kammers afluftning.

Før genindvindingen begynder, er luftartblandingen i kondensatorkammeret 64 af tanken 54 i overvejende grad atmosfærisk luft, selv om der kan være en lille mængde af den fordampede køndenserbare forbindelse i blandingen. Denne luftblanding afgives fra systemet under imprægneringstrinnet ved at åbne ventileringsventilen 92 på genindvindingstankens kondensatorkammer 64 indtil en niveaureguleringsenhed 110 .afføler vandets stigning og derpå lukker ventilen 92.

Niveaureguleringsenheden 110 påvirker ventilen 92 i en kort tidsperiode og åbner og lukker den, indtil al luftartblanding er fjernet fra kondenseringskammeret 64. Formålet med denne ventilering er at fjerne al ikke-kondenserbar luft fra kondensatorkammeret. På et forudbestemt tidspunkt spærres vent -leri ngsvent i len 92 og forhindres i at åbne igen. Til samme tid åbnes af luftningsventilen 106 igen indtil trykkammeret 66 af tanken 54 bringes i ligevægt med den ydre atmosfære, hvorefter ventilen 106 lukkes.

Grunden til at lukke ventilen 106 på dette tidspunkt er at genindvinde blandingen af dampe og luft under tryk, hvilket vil formindske volumenet af de ikke-kondenserbare luftarter, efor sr samlet, og derfor vil luftarterne ikke passere under delepladen 62 og undslippe til tankens trykkammer.

Efter imprægneringstrinnet og under trykfaldet i kammeret 10, åbnes først ventilen 86 og derpå ventilen 102 i ledningen 60 på tanken 54’s indløbsside. Når gasblandingen strømmer ud af kammeret 10 og ind i skrubbertanken 44, bliver alle ved den pågældende temperatur kondenserbare fluider, især vand, og alle faste partikler holdt tilbage ved at boble luftartblandingen op fra strålerøret 42 gennem kølevæsken 45 og ved den yderligere køleeffekt af kølestrålen fra det øvre sprøjterør 50. Dampene af den kondenserbare organiske forbindelse og de ikke-kondenserbare luftarter, som bliver afkølet i forhold til temperaturen i kammeret, men dog ikke bringes ned til kondenseringstemperaturen, passerer derefter gennem afgangsåbningen 61 og ledningerne 58 og 60 ind i genindvindingstanken 54 og ledes der ved hjælp af det nedre sprøjterør 68 gennem den til en lavere temperatur afkølede kølevæske 74.

En del af dampene af den kondenserbare organiske forbindelse kondenseres straks i kølevæsken og synker til bunden af tanken. Kølestrålen fra det endnu koldere øvre sprøjterør 70 køler og kondenserer de tilbageblevne dampe, som også bundfældes ved tankens bund.

Medens trykket i kammeret 10 formindskes, åbnes ventilen 84 til dampdyserne, hvorved kammeret 10 evakueres. Ved dette tidspunkt åbnes af luftningsventi len 106 på genindvindingstankens trykkammer selv om endnu ikke alle dampene er kondenseret henholdsvis genindvundet.

Dampdyserne 40 arbejder under hele processen således, at gen-indvindingsapparatet, som er beskrevet ovenfor, virker under hvert trin af ekspansionen, således som beskrevet ovenfor for dekompressionstrinnet i kammeret 10. Genindvindingsapparatet virker indtil dampdyserne ophører med at arbejde. Alle dampe, som forbliver i kondensatorkammeret af genindvindingstanken, genindvindes så i den næste procescyklus under imprægneringstrinnet, når luft ved 6,3 bar (over atmosfærisk luft) frembringes, hvorved dampenes kondensering fremskyndes.

Som det kan ses, tilvejebringer det beskrevne apparat ifølge opfindelsen en kommerciel anvendelig "chargeproces" for forøgelse af fyldekapaciteten af tobak med et nyt imprægneringsmiddelgenindvindingssystem, som kan genindvinde en maksimal mængde af midlet, og som er mindre kostbart end tidligere kendte systemer.

Claims (4)

1. Apparat til lagring og genindvinding af en kondenserbar forbindelse i et processystem til forøgelse af tobaks fyldeka-pacitet, hvori denne benyttes i dampformet tilstand, og til levering af den kondenserbare forbindelse til systemet, hvilket apparat omfatter en lukket tank, der er tilvejebragt til optagelse af den kondenserbare forbindelse i flydende tilstand i dens nedre del og en på den flydende kondenserbare forbindelse svømmende kølevæske med mindre massefylde og som via en leveringsledning er forbundet med systemet for at levere den flydende kondenserbare forbindelse til systemet, og at der findes en til systemet knyttet reguleringsindretning ved hvis hjalp mængden af den flydende kondenserbare forbindelse, der skal leveres til systemet, kan styres, kendetegnet ved, at tankens (54) øvre del ved hjælp af et adskillende organ er opdelt i et kondenseringskammer (64) og et trykkammer (66), og at der til trykkammeret er knyttet en trykreguleringsindretning (72, 73, 90) ved hvis hjælp trykket i trykkammeret til udpresning af den flydende kondenserbare forbindelse (75) fra tanken (54) kan reguleres, medens der til tankens (64) kondensatorkammer (64) er tilknyttet en tilførsels-indretning (58, 60) for den dampformede kondenserbare forbindelse for dennes indføring i kølevæsken (74) i kondensatorkammeret for kondensering af forbindelsen, og at der findes en temperaturreguler i ngsi ndretni ng (76, 78) til regulering af kølevæskens temperatur til en forudgiven værdi.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der som skilleorgan er tilvejebragt en deleplade (62), der gående ud fra den øvre del af tankens (54) indre væg stikker ned i kølevæsken (74).

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at der i kondensatorkammerets (64) øvre del er anbragt en sprøjteindretning (70), og at der er tilvejebragt en cirkulations i ndretn i ng (76-79),ved hvis hjælp der kan tilføres kølevæsken fra tanken (54) til sprøjteindretningen-(7G)„

4. Apparat ifølge et eller flere af kravene 1-3, kendetegnet ved, at der er tilvejebragt en af 1 uftningsind-retning (92, 110) til bortledning af ikke-kondenserbare luftarter fra tankens (54) kondensatorkammer (64).