EP1521536A1 - Verfahren zur verbesserung der füllfähigkeit von tabak - Google Patents

Verfahren zur verbesserung der füllfähigkeit von tabak

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EP1521536A1
EP1521536A1 EP03761563A EP03761563A EP1521536A1 EP 1521536 A1 EP1521536 A1 EP 1521536A1 EP 03761563 A EP03761563 A EP 03761563A EP 03761563 A EP03761563 A EP 03761563A EP 1521536 A1 EP1521536 A1 EP 1521536A1
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EP
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tobacco
filling
pressure
decompression
filling capacity
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Thomas Pienemann
Peter Skupin
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Reemtsma Cigarettenfabriken GmbH
HF and PhF Reemtsma GmbH and Co
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Reemtsma Cigarettenfabriken GmbH
HF and PhF Reemtsma GmbH and Co
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24B—MANUFACTURE OR PREPARATION OF TOBACCO FOR SMOKING OR CHEWING; TOBACCO; SNUFF
    • A24B3/00—Preparing tobacco in the factory
    • A24B3/18—Other treatment of leaves, e.g. puffing, crimpling, cleaning
    • A24B3/182—Puffing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24B—MANUFACTURE OR PREPARATION OF TOBACCO FOR SMOKING OR CHEWING; TOBACCO; SNUFF
    • A24B3/00—Preparing tobacco in the factory
    • A24B3/18—Other treatment of leaves, e.g. puffing, crimpling, cleaning

Definitions

  • the invention relates to a method for improving the filling capacity of pressed tobacco, such as cut tobacco leaves or ribs or tobacco additives, by treating the tobacco material with a treatment gas consisting of nitrogen and / or argon at pressures of 400 to 1,000 bar, followed by continuous decompression and subsequent thermal aftertreatment of the tobacco material discharged.
  • a treatment gas consisting of nitrogen and / or argon at pressures of 400 to 1,000 bar
  • DE 31 19 330 C2 discloses the thermal treatment of the tobacco treated with gas under pressure by steam or saturated steam and refers to the already cited patent DE 29 03 300 C2 with regard to the high pressure treatment.
  • DE 34 14 625 C2 describes a cascade process according to which the most diverse measures, such as cooling the treatment gas before charging the reactor, cooling the autoclave or using a supercooled and liquefied treatment gas, are intended to ensure that the temperature of the tobacco discharged before the heat treatment is below 0 ° C.
  • the examples are based on a filling of the 200-1 autoclave with 30 kg of tobacco, which corresponds to a filling density of 0.15 kg / dm 3 .
  • the patent DE 39 35 774 C2 describes the cooling of the compressed treatment gas in the autoclave via an external heat exchanger, several autoclaves being interconnected to form a so-called train. Ultimately, the process represents a special form of cooling gas and material to be treated.
  • DE 100 06 425 Cl describes the treatment of a tobacco with relatively low moisture up to about 16% at a working temperature greater than 55 ° C.
  • a filling density of the tobacco fill of 0.15 kg / dm 3 is calculated from the used autoclave volume of 2 dm 3 and a tobacco weight of 300 g, which corresponds to the already cited DE 34 14 625 C2.
  • DE 100 06 424 AI discloses decompression with at least one holding stage and heating of the system under residual pressure in order to achieve tobacco discharge temperatures of 10 to 80 ° C.
  • the object of the present invention is the known
  • the cited prior art indeed describes how the basic process can be further optimized with a view to the highest possible filling capacity of the expanded tobacco material.
  • the tobacco filling quantity for a given autoclave volume is an important factor for the economy of the INCOM process. Increasing the filling quantity not only enables a higher throughput, but also leads to a reduction in the specific consumption of treatment gas and compressor energy for a quantity of tobacco to be expanded.
  • pressure time is first defined as the sum of the pressure build-up time until the final pressure is reached for the first time and the optional holding time after the final pressure is reached until the decompression process is initiated.
  • a sufficiently long printing time according to the invention can be achieved by the following variants of the process control:
  • the high pressure treatment was carried out in a laboratory autoclave with a content of 2 dm 3 used .
  • Jacket for the circulation of liquid media served to set the desired working temperatures.
  • the pressure build-up took place from below, the pressure decrease upwards.
  • Several valves made the intended circuit schemes possible.
  • a compressor was used to set the final pressure.
  • the laboratory device for thermal aftertreatment consisted of a permeable wire mesh serving as a conveyor belt, baffles for forming the tobacco fleece in the desired width, a steam nozzle with a slot-like outlet opening and a steam suction device arranged under the belt.
  • the aftertreatment with saturated steam was carried out at a belt speed of 5 cm / s and a steam output of 10 kg / h.
  • the tobacco samples were spread out in flat plastic trays and conditioned in a standard atmosphere at 21 ° C and 62% relative humidity.
  • the filling capacities were determined with the help of a Borgwaldt densimeter, and the specific volume in cm 3 / g was converted to a nominal moisture of 12% by weight and a nominal temperature of 22 ° C. From the data of the untreated comparison or basis and the expanded samples, the relative improvement in fill capacity, also called the degree of swelling, is calculated according to the following
  • Example 2 The tests were carried out analogously to Example 1, but with a tobacco moisture content of 12% and a working temperature of 60 ° C. Table 2 contains the test parameters as well as the relative improvements in filling capacity and degrees of swelling achieved.
  • Example 3 contains the compilation of the test parameters and the relative improvements in filling capacity or degrees of swelling achieved.
  • Example 2 The tests were carried out analogously to Example 2, but with a tobacco weight of 450 g.
  • the tobacco was heated to approx. 50 ° C with the aid of a microwave oven before filling the pressure container and by manual filling
  • Table 4 contains the compilation of the test parameters and the relative improvements in filling capacity or degrees of swelling achieved. Table 4: Relative improvement in filling capacity (filling density 0.225 kg / dm 3 , working temperature 60 ° C, tobacco moisture 12%)
  • Examples 3 and 4 illustrate the influence of the printing time on the gain in filling capacity with filling densities according to the invention of over 0.2 kg / dm 3 .
  • a good expansion effect can only be achieved under these conditions if the printing time exceeds a value of approx. 300 s.
  • the process variant iii. gives the best results.

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Description

Verfahren zur Verbesserung der Füllfähigkeit von Tabak
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Füllfähigkeit von gepresstem Tabak, wie geschnittenen Tabakblättern oder -rippen bzw. Tabakzusatzstoffen, durch Behandlung des Tabakmaterials mit einem aus Stickstoff und/oder Argon bestehenden Behandlungsgas bei Drücken von 400 bis 1.000 bar gefolgt von einer kontinuierlichen Dekompression und anschließender thermischer Nachbehandlung des ausgetragenen Tabakmaterials.
Derartige Verfahren, die auch als INCOM-Blähverfahren bekannt sind, haben sich gegenüber der Druckbehandlung von Tabak mit Kohlendioxid, Ammoniak oder flüchtigen organischen Gasen als vorteilhaft erwiesen. So beschreibt die DE 29 03 300 C2 ein derartiges Blähverfahren mit Arbeitsdrücken zwischen 300 und 800 bar. Die Beispiele zeigen einen großen Einfluss des Enddruckes auf die Füllfähigkeitsverbesserung, aber nur einen unwesentlichen Einfluss der Einwirkzeit im Bereich zwischen 1 und 10 Minuten. Die Schrift enthält keinen Hinweis auf eine mögliche Pressung oder Verdichtung des Tabaks.
DE 31 19 330 C2 offenbart die thermische Behandlung des mit Gas unter Druck behandelten Tabaks durch Wasserdampf bzw. Sattdampf und verweist bezüglich der Hochdruckbehandlung auf das bereits zitierte Patent DE 29 03 300 C2.
Ferner beschreibt die DE 34 14 625 C2 ein Kaskadenverfahren, wonach durch verschiedenartigste Maßnahmen wie Kühlung des Behandlungsgases vor der Beaufschlagung des Reaktors, Kühlung des Autoklaven oder Einsatz eines unterkühlten und verflüssigten Behandlungsgases gewährleistet sein soll, dass die Temperatur des ausgetragenen Tabaks vor der Wärmebehandlung unter 0 °C liegt. Die Bespiele beruhen auf einer Füllung des 200-1-Autoklaven mit 30 kg Tabak, was einer Fülldichte von 0,15 kg/dm3 entspricht.
Das Patent DE 39 35 774 C2 beschreibt die Kühlung des verdichteten Behandlungsgases im Autoklaven über einen externen Wärmeaustauscher, wobei mehrere Autoklaven zu einem sogenannten Train zusammengeschaltet wurden. Das Verfahren stellt letztlich eine besondere Form der Kühlung von Gas und Behandlungsgut dar.
DE 100 06 425 Cl beschreibt die Behandlung eines Tabaks mit relativ geringer Feuchte bis etwa 16% bei einer Arbeitstemperatur größer 55 °C. Aus dem genutzten Autoklavenvolumen von 2 dm3 und einer Tabakeinwaage von 300 g errechnet sich eine Fülldichte der Tabakschüttung von 0,15 kg/dm3, was der bereits zitierten DE 34 14 625 C2 entspricht.
DE 100 06 424 AI offenbart die Dekompression mit mindestens einer Haltestufe und eine Erwärmung des unter Restdruck stehenden Systems um Tabakaustragstemperaturen von 10 bis 80 °C zu erzielen.
Die im Stand der Technik beschriebenen Fülldichten von ca. 0,15 kg/dm3 ergeben sich, wenn der Tabak ohne einen weiteren Pressvorgang in den Druckbehälter eingefüllt wird. Eine
Erhöhung der Fülldichte brachte bei den bekannten Verfahren mit schnellem Druckaufbau hingegen geringere Füllfähigkeiten des expandierten Tabakmaterials.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten
Verfahren dahingehend zu weiter zu entwickeln, dass sie bei vergleichbar hoher Füllfähigkeit wirtschaftlicher als bisher sind. Überraschenderweise zeigt sich nämlich, dass entgegen der Lehre aus der DE 29 03 300 C2 im Bereich hoher Fülldichten die Einwirkzeit des komprimierten Gases einen erheblichen Einfluss auf die resultierende Füllfähigkeit des expandierten Tabakmaterials ausübt.
Der zitierte Stand der Technik beschreibt zwar, wie das grundlegende Verfahren weiter im Hinblick auf eine möglichst hohe Füllfähigkeit des expandierten Tabakmaterials optimiert werden kann. Neben dem Füllfähigkeitsgewinn ist aber auch die Tabakfüllmenge bei gegebenem Autoklavenvolumen ein wichtiger Faktor für die Wirtschaftlichkeit des INCOM-Verfahrens . Eine Erhöhung der Füllmenge ermöglicht nicht nur eine höhere Durchsatzleistung sondern führt außerdem zu einer Absenkung des spezifischen Verbrauchs an Behandlungsgas und Verdichter- Energie für eine zu expandierende Tabakmenge.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand von Beipielen näher erläutert.
Hierzu wird zunächst der Begriff „Druckzeit" definiert als die Summe aus Druckaufbauzeit bis zum erstmaligen Erreichen des Enddruckes und der optionalen Haltezeit nach Erreichen des Enddruckes bis zum Einleiten des Dekompressionsvorgangs.
Eine erfindungsgemäße, ausreichend lange Druckzeit kann durch folgende Varianten der Prozessführung erzielt werden:
i. Langsamer Druckaufbau bis zur direkt nachfolgenden Dekompression ii. Schneller Druckaufbau mit anschließender Haltezeit, d.h. Stehenlassen des Behälters unter Druck ohne Zufuhr oder Abfuhr von Behandlungsgas iii. Schneller Druckaufbau mit anschließender Haltezeit, vor Beginn der Dekompression erfolgt ein Nachspeisen von Behandlungsgas, um erneut den Enddruck zu erreichen.
Da während der Haltezeit aufgrund der Abkühlung der Druck im Behälter absinkt, ermöglicht eine Prozessführung nach Variante iii.. , vor der Dekompression erneut den Enddruck einzustellen. Überraschenderweise führt dieses Vorgehen gegenüber Variante ii. zu einer weiteren, allerdings geringen Füllfähigkeitssteigerung.
Die folgenden Beispiele 1 und 2 beschreiben zunächst den Einfluss verschiedener Druckzeiten und Prozessvarianten bei einer Fülldichte des Tabaks im Druckbehälter von 0,15 kg/dm3 gemäß Stand der Technik:
Beispiel 1
Die Hochdruckbehandlung wurde in einem Laborautoklaven mit einem genutzten Inhalt von 2 dm3 durchgeführt. Eine
Ummantelung zur Zirkulation flüssiger Medien diente zur Einstellung der gewünschten Arbeitstemperaturen. Der Druckaufbau erfolgte von unten, der Druckabbau nach oben. Mehrere Ventile ermöglichten die beabsichtigten SchaltungsSchemata. Ein Kompressor diente zur Einstellung des Enddruckes .
■ Die Laborvorrichtung zur thermischen Nachbehandlung bestand aus einem als Transportband dienenden durchlässigen Drahtgewebe, Leitblechen zur Ausbildung des Tabakvlieses in der gewünschten Breite, einer Dampfdüse mit schlitzartiger Austrittsöffnung und einer unter dem Band angeordneten Dampfabsaugvorrichtung. Die Nachbehandlung mit Sattdampf erfolgte bei einer Bandgeschwindigkeit von 5 cm/s und einer Dampfleistung von 10 kg/h. Die Tabakproben wurden in flachen Plastikschalen ausgebreitet und im Normklima bei 21 °C und 62% relativer Feuchte .konditioniert. Die Füllfähigkeiten wurden mit Hilfe eines Borgwaldt-Densimeters bestimmt, und das spezifische Volumen in cm3/g auf eine Sollfeuchte von 12 Gew.-% und eine Solltemperatur von 22 °C umgerechnet. Aus den Daten des unbehandelten Vergleichs bzw. Basis und den expandierten Mustern errechnet sich die auch als Blähgrad bezeichnete relative Füllfähigkeitsverbesserung nach der folgenden
Formel, in welcher FB die Füllfähigkeit der Basis und FE die Füllfähigkeit des expandierten Tabaks bedeuten:
Δ% = (FE-FB) * 100%/
Die Versuche wurden mit einer Tabakfeuchte von 18 Gew.-% und Tabakeinwaagen von 300g durchgeführt. Die Arbeitstemperatur wurden durch Thermostatisierung auf 40°C eingestellt. Der Enddruck betrug 700 bar, die Dekompression erfolgte in etwa 0,5 min. Alle Versuche basierten auf. einer einheitlichen Mischung aus Virginiatabaken und der beschriebenen Nachbehandlungsmethode mit Sattdampf. Variiert wurden die "Druckaufbauzeit, die Haltezeit nach Erreichen des Enddruckes sowie die Option des Nachspeisens am Ende der Haltezeit. Die Tabelle 1 enthält die Zusammenstellung der Versuchsparameter und die erzielten relativen Füllfähigkeitsverbesserungen bzw. Blähgrade . Tabelle 1: Relative Füllfähigkeitsverbesserung (Fülldichte 0,15 kg/1, Arbeitstemperatur 40°C, Tabakfeuchte 18%)
Beispiel 2
Die Versuche wurden analog Beispiel 1 durchgeführt, jedoch mit einer Tabakfeuchte von 12% und einer Arbeitstemperatur von 60°C. Tabelle 2 enthält die Versuchsparameter sowie die erzielten relativen Füllfähigkeitsverbesserungen bzw. Blähgrade.
Tabelle 2: Relative Füllfähigkeitsverbesserung (Fülldichte 0,15 kg/dm3, Arbeitstemperatur 60°C, Tabakfeuchte 12%)
Die Ergebnisse aus Beispiel 1 und 2 machen deutlich, dass im Bereich konventioneller Stopfdichten die Druckzeit lediglich einen geringen Einfluss auf den Füllfähigkeitsgewinn ausübt. Die folgenden Beispiel 3 und 4 zeigen den Einfluss verschiedener Druckzeiten und Prozessvarianten bei einer erfindungsgemäßen Fülldichte des Tabaks im Druckbehälter von über 0,2 kg/dm3 :
Beispiel 3
Die Versuche wurden analog Beispiel 1 durchgeführt, jedoch mit einer Tabakeinwaage von 500g. Der Tabak wurde während der Befüllung des Druckbehälters durch manuelles Pressen verdichtet. Tabelle 3 enthält die Zusammenstellung der Versuchsparameter und die erzielten relativen Füllfähigkeitsverbesserungen bzw. Blähgrade.
Tabelle 3: Relative Füllfähigkeitsverbesserung (Fülldichte 0,25 kg/dm3, Arbeitstemperatur 40°C, Tabakfeuchte 18%)
Beispiel 4
Die Versuche wurden analog Beispiel 2 durchgeführt, jedoch mit einer Tabakeinwaage von 450g. Der Tabak wurde vor Befüllung des Druckbehälters mit Hilfe eines Mikrowellenofens auf ca. 50°C erwärmt und beim Einfüllen durch manuelles
Pressen verdichtet. Tabelle 4 enthält die Zusammenstellung der Versuchsparameter und die erzielten relativen Füllfähigkeitsverbesserungen bzw. Blähgrade. Tabelle 4: Relative Füllfähigkeitsverbesserung (Fülldichte 0,225 kg/dm3, Arbeitstemperatur 60°C, Tabakfeuchte 12%)
Die Beispiel 3 und 4 verdeutlichen den Einfluss der Druckzeit auf den Füllfähigkeitsgewinn bei erfindungsgemäßen Fülldichten von über 0,2 kg/dm3. Ein guter Expansionseffekt kann unter diesen Bedingungen nur erzielt werden, wenn die Druckzeit einen Wert von ca. 300 s übersteigt. Weiterhin wird deutlich, dass bei vergleichbaren Druckzeiten die Prozessvariante iii. die besten Ergebnisse liefert.

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zur Verbesserung der Füllfähigkeit von Tabak, wie geschnittenen Tabakblättern oder -rippen bzw.
Tabakzusatzstoffen, durch Behandlung des 10-30 % Ausgangsfeuchte aufweisenden Tabakmaterials mit einem aus Stickstoff und/oder Argon bestehenden Behandlungsgas bei Drücken von 400 bis 1.000 bar gefolgt von einer kontinuierlichen Dekompression und anschließende thermische Nachbehandlung des ausgetragenen Tabakmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass die Fülldichte der Tabakschüttung im Autoklaven mehr als 0,2 kg/dm3 beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Druckzeit, also die Zeit zwischen Beginn des Druckaufbaus und Dekompression mindestens 300 s beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tabak vor, während oder nach Befüllung des Druckbehälters mechanisch verdichtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Tabak vor oder bei der Verdichtung erwärmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckzeit von mindestens 300 s nach schnellem Druckaufbau durch Stehenlassen des Behälters unter Druck erreicht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Stehenlassen des Behälters vor der Dekompression eine erneute Drucknachspeisung erfolgt.
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