ES2243436T3 - Procedimiento para mejorar la capacidad de llenado de tabaco. - Google Patents
Procedimiento para mejorar la capacidad de llenado de tabaco.Info
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Abstract
Procedimiento para mejorar la capacidad de llenado del tabaco, tales como hojas de tabaco cortadas o nervios de tabaco y/o aditivos vegetales del tabaco con una estructura celular, mediante el tratamiento del material del tabaco que contiene una humedad de partida comprendida entre un 8 a un 16% en peso, con un gas de tratamiento consistente en nitrógeno y/o argón a una presión comprendida entre 50 y 1.000 bar en un autoclave o, en el caso de una conexión en cascada, en varios autoclaves, seguido de un tratamiento térmico posterior del material de tabaco descargado tras la descompresión, caracterizado porque la descompresión se realiza con por lo menos una fase de parada, cuya presión está comprendida entre un 3 y un 60%, preferentemente un 3 y un 30%, de la presión máxima original, y porque el calentamiento del contenido del autoclave que se enfría debido a la reducción de presión y permanece bajo la presión residual, se realiza de tal manera que la temperatura de descarga del tabaco trasla reducción completa de la presión se encuentra en el intervalo comprendido entre 10 y 80ºC.
Description
Procedimiento para mejorar la capacidad de
llenado de tabaco.
La invención se refiere a un procedimiento para
aumentar la capacidad de llenado de materiales de tabaco, tales
como por ejemplo, hojas de tabaco cortadas, nervios de tabaco o
aditivos vegetales del tabaco con una estructura celular mediante
el tratamiento del material de tabaco que contiene una humedad de
partida comprendida entre un 8 y un 16% en peso, con un gas de
tratamiento consistente en nitrógeno y/o argón a una presión
comprendida entre 50 y 1.000 bar en un autoclave o, en el caso de
una conexión en cascada, en varios autoclaves, seguido de un
tratamiento térmico posterior del material de tabaco descargado
tras la descompresión.
La expansión del tabaco con gases inertes a altas
presiones, conocida también como proceso de expansión INCOM, ha
demostrado sus ventajas frente al tratamiento a presión del tabaco
mediante dióxido de carbono, amoníaco o gases orgánicos volátiles y
ya se conoce, por ejemplo, a partir de la patente US nº 4 289 148,
según la cual se trata el material de tabaco de una humedad
superior a un 20% en peso a temperaturas de trabajo en el autoclave
entre 0 y 50ºC. La reducción de presión se produce en un periodo
comprendido entre 0,5 y 10 minutos y en los ejemplos citados dentro
de 1,3 minutos, tras lo cual se somete el tabaco descargado a un
tratamiento térmico posterior, por ejemplo, con vapor saturado, que
lo expande.
Según el documento DE 31 19 330 A1,
adicionalmente se utiliza un material de tabaco con una humedad
reducida comprendida entre un 10 y un 15% en peso a una temperatura
de trabajo inferior a 50ºC, para conseguir durante la expansión un
mayor enfriamiento del material de trabajo a descargar. El tiempo de
la reducción de la presión está comprendida, en este caso, entre
1,3 y 2 minutos.
Por el documento DE 34 14 625 C2 se conoce un
procedimiento en cascada, según el cual se consigue una baja
temperatura de impregnación del tabaco mediante la refrigeración del
gas de tratamiento antes de su introducción en el reactor, la
refrigeración del autoclave o el uso de un gas de tratamiento
sobreenfriado y licuado. El tiempo de reducción de la presión está
comprendido entre 0,5 y 10, en particular entre 1 y 2, minutos. La
temperatura mínima del tabaco descargado debe ser inferior a
0ºC.
De forma análoga, según el documento DE 39 35 774
C2, en un proceso de expansión en cascada se consiguen las bajas
temperaturas de impregnación requeridas entre 25 y 45ºC, haciendo
circular el gas de tratamiento por un refrigerador.
Aunque mediante dichos procedimientos de
expansión se consiguen buenos resultados en relación al aumento de
capacidad de llenado del tabaco o de su grado de expansión, son
relativamente complicados, debido a la refrigeración necesaria del
(de los) autoclave(s) y a la refrigeración adicional del gas
de tratamiento.
El objetivo de la invención es mejorar los
procesos INCOM utilizados hasta la actualidad y conseguir los
mismos o mejores grados de expansión, prescindiendo de complicadas
medidas de refrigeración.
Dicho objetivo se consigue mediante un
procedimiento según la reivindicación 1.
Sorprendentemente, se ha hallado que, en el caso
de baja humedad del tabaco en un intervalo comprendido entre un 8 y
un 16% en peso, no se obtienen resultados de expansión óptimos
según el estado de la técnica que prevé una baja temperatura de
tratamiento o una baja temperatura de descarga. Más bien, sólo el
calentamiento del sistema bajo la presión residual ha podido dar
valores sorprendentemente buenos en cuanto al efecto de expansión o
a la capacidad de llenado, en cuyo procedimiento o bien se utiliza
de forma ventajosa el calor de compresión o bien no es necesario
eliminarlo, con lo cual puede prescindirse de la refrigeración
adicional del (de los) autoclave(s).
Preferentemente, la reducción de la presión, de
la presión máxima correspondiente a la presión de la fase de
parada, se realiza en un intervalo comprendido entre 20 segundos y
5 minutos, mientras que la reducción de la presión residual se
realiza en un intervalo comprendido entre 3 segundos y 3 minutos.
Además, para alcanzar la temperatura de descarga del tabaco adecuada
según la invención, es ventajoso efectuar el aumento de la
temperatura mediante un periodo de parada, mediante la puesta en
circulación del gas que permanece bajo la presión residual a través
de un intercambiador de calor y/o a través de un derrame de gas
caliente procedente de otro autoclave.
En otra variante preferida del procedimiento, se
realiza el tratamiento a alta presión o la secuencia constituida
por dicho tratamiento y el tratamiento térmico reiteradamente con
el mismo material de tabaco.
Se consiguen resultados particularmente buenos si
la humedad de partida del material de tabaco se encuentra en el
intervalo comprendido entre un 10 y un 14% en peso y,
adicionalmente, si se efectúa el tratamiento térmico posterior del
material de tabaco con vapor saturado.
A continuación se ilustrará el procedimiento
según la invención haciendo referencia a ejemplos.
Para la realización del procedimiento según la
invención, así como para los experimentos comparativos, se efectuó
el tratamiento a alta presión con un gas de tratamiento compuesto
por nitrógeno, en un autoclave de laboratorio con un contenido
utilizado de 2 litros, en el cual se utilizó una camisa para la
circulación de sustancias líquidas para conseguir las temperaturas
de trabajo deseadas. El establecimiento de la presión o la
alimentación de gas en el autoclave se realizó desde abajo y la
reducción de la presión o la evacuación de gas del autoclave hacia
arriba. Para regular la presión final se utilizó un compresor,
mientras que la temperatura del tabaco en el segmento superior o en
la mitad superior de la carga de tabaco se midió con un
termopar.
El dispositivo de laboratorio utilizado para el
tratamiento térmico posterior del tabaco constaba de una cinta
transportadora permeable o tejido de alambre que se movía a una
velocidad de unos 5 cm/s. El velo de tabaco guiado entre chapas de
guía se sometió a un tratamiento posterior por debajo de una tobera
de vapor de unos 160 mm de anchura con una ranura de salida de unos
8 mm, con aproximadamente 10 kg/h de vapor saturado. Por debajo de
la cinta transportadora, en frente de la tobera de vapor, estaba
dispuesto un dispositivo de aspiración de vapor.
Las muestras de tabaco así tratadas se
extendieron en recipientes llanos y se acondicionaron a 21ºC y a una
humedad relativa de un 60%. Las capacidades de llenado se
determinaron con un densímetro Borgwaldt y el volumen específico se
convirtió en ml/g a una humedad nominal de un 12% en peso y una
temperatura nominal de 22ºC. A partir de los datos de la muestra de
control no tratada y de las muestras expandidas, se calcula la
mejora de la capacidad de llenado relativa o el grado de expansión
según la fórmula:
\Delta% =
(F_{E}- F_{B}) * 100% /
F_{B}
(F_{B} = capacidad de llenado en estado no
tratado, F_{E} = capacidad de llenado en estado expandido).
Para introducir el tabaco en el autoclave se
utilizó un tubo de PVC con un fondo perforado añadido. La
alimentación del gas durante el establecimiento de la presión se
efectuó hasta una presión final de 700 bar. El tabaco utilizado era
Virginia Blend (300 g) con una humedad de uso de un 12%. Los
resultados del experimento se muestran en las tablas siguientes,
siendo T_{A} la temperatura de descarga del tabaco tratado a alta
presión. En el experimento 1 se incluyeron durante la reducción de
presión dos fases de parada de 2 min cada una a 400 y a 100 bar y
en los experimentos 2 y 3 sólo una fase de parada de 2 min y 4 min,
respectivamente, a 50 bar. En el experimento comparativo nº 4, la
reducción de la presión se produjo inmediatamente, es decir, sin
fase de parada, durante un tiempo de reducción de presión
de < 1 min.
de < 1 min.
| Temperatura de trabajo ºC | |||||
| 60 | 80 | ||||
| Nº | Operación durante reducción de presión | T_{A} ºC | \Delta% | T_{A} ºC | \Delta% |
| 1 | Fase de parada 2 min a 400 y 100 bar, respectivamente | 16 | 83 | - | - |
| 2 | Fase de parada 2 min a 50 bar | 15 | 93 | 20 | 90 |
| 3 | Fase de parada 4 min a 50 bar | 33 | 93 | 41 | 90 |
| 4 | Ninguna (muestra de control) | -25 | 80 | -3 | 81 |
Los experimentos del nº 1 al 3 citados
anteriormente, a diferentes presiones y periodos de tiempo de la
fase de parada y dos temperaturas de trabajo del autoclave,
demuestran, en comparación con el experimento nº 4 con reducción
directa de la presión, que los tiempos de parada, con una fase de
parada preseleccionada (presión), dieron un claro aumento de la
temperatura de descarga de -25ºC y -3ºC a +33ºC y +41ºC
respectivamente, y, al contrario del sistema del estado de la
técnica, una mejora de la capacidad de llenado a pesar de las altas
temperaturas de descarga.
Se repitió el Ejemplo 1, realizando el
tratamiento a alta presión con 150 g de tabaco a una temperatura de
trabajo del autoclave de 40ºC. Durante la reducción de la presión,
se aplicó en el experimento nº 5 una fase de parada de 2 min a 50
bar y durante la parada se circuló el gas con ayuda de una bomba de
circulación a través de un intercambiador de calor con una
temperatura de 80ºC. La alimentación del gas durante el
establecimiento de la presión y durante la circulación se llevó a
cabo esta vez desde arriba, y la evacuación de gas durante la fase
de parada y la reducción de la presión se realizó hacia abajo. Un
anillo obturador situado entre el límite superior del recipiente de
inserción de tabaco y de la tapa del autoclave aseguró la entrada
directa del gas en el recipiente de inserción de tabaco.
| Temperatura de trabajo 40ºC | |||
| Nº | Operación durante la reducción de presión | T_{A} ºC | \Delta% |
| 5 | Fase de parada 2 min a 50 bar, puesta en circulación mediante | ||
| intercambiador de calor (80ºC) | 10 | 79 | |
| 6 | Ninguna (muestra de control) | -105 | 69 |
Se repitió el Ejemplo 2, pero durante la
reducción de presión se incorporó una fase de parada de 1 min a 50
bar constantemente y se introdujo gas caliente procedente de un
segundo autoclave denominado donante en el recipiente de
tratamiento. El donante tenía, antes del derrame, una presión de
100 bar y una temperatura de trabajo de 80ºC, siendo el contenido 4
l. La alimentación del gas se realizó ahora, durante el
establecimiento de la presión y del derrame, desde abajo, y la
evacuación del gas durante la fase de parada y reducción de la
presión hacia arriba.
| Temperatura de trabajo 40ºC | |||
| Nº | Operación durante la reducción de presión | T_{A} ºC | \Delta% |
| 7 | Fase de parada 1 min a 50 bar, derrame desde el donante, presión | ||
| 100 bar, temperatura de trabajo 60ºC | 16 | 89 |
Al contrario del Ejemplo 1, en el cual el
calentamiento, debido al tiempo de parada con la fase de parada
preseleccionada o la presión preseleccionada, presupone una
temperatura de trabajo más elevada, los Ejemplos 2 y 3 citados
anteriormente demuestran que la circulación según el Ejemplo 2, a
través del intercambiador de calor o la transferencia de gas desde
el donante según el Ejemplo 3, dan lugar a un aumento de la
temperatura de descarga en caso de que la fase de parada sea
constante, o la presión sea constante, incluso cuando la
temperatura del recipiente de tratamiento en el que se introduce el
gas, denominado aceptante, sea de 40ºC. En particular, la variante
en la que se realiza el derrame desde el recipiente donante según el
Ejemplo 3 consigue un aumento considerable de la mejora de la
capacidad de llenado, en comparación con el experimento comparativo
nº 6 del Ejemplo 2.
Para interpretar los resultados sorprendentes, se
puede suponer que el calentamiento del tabaco tratado a alta
presión bajo la presión residual da lugar a una expansión previa en
el autoclave, lo cual provoca mejoras adicionales de la capacidad
de llenado, que no se consiguen con los métodos conocidos. Para
confirmar esta suposición, en el Ejemplo 4 se realizó el
tratamiento a presión sin llevar a cabo el tratamiento térmico
posterior con vapor saturado, con el fin de comprobar el posible
efecto de una expansión previa y para ello se climatizaron las
muestras directamente. Aunque las mejoras de la capacidad de
llenado sin tratamiento térmico posterior son mínimas, en el
ejemplo 4, que sigue a continuación, se demuestra no obstante un
efecto adicional de la capacidad de llenado al calentarlo bajo
presión residual.
Se sometieron 150 g de tabaco a un tratamiento a
alta presión a una temperatura de trabajo del autoclave de 60ºC,
pero el tabaco no se sometió a un tratamiento térmico posterior
tras la reducción completa de la presión. Durante la reducción de
la presión se realizó una fase de parada de 1 min a 50 bar con
derrame de gas caliente desde un segundo autoclave según el Ejemplo
3, presentando el donante antes del derrame una presión de 200 bar
y una temperatura de 80ºC. En el experimento comparativo nº 9, la
reducción de la presión se realizó directamente y sin fase de
parada.
\vskip1.000000\baselineskip
| Temperatura de trabajo 60ºC | |||
| Nº | Operación durante la reducción de presión | T_{A} ºC | \Delta% |
| 8 | Fase de parada 1 min a 50 bar, derrame desde el donante, presión | ||
| 200 bar, temperatura de trabajo 80ºC | 19 | 21 | |
| 9 | Ninguna (muestra de control) | -69 | 8 |
Los resultados presentados en la Tabla 4
confirman la suposición de la existencia de una expansión previa,
aunque sea mínima, antes del tratamiento térmico posterior con
vapor saturado al calentar el tabaco tratado a alta presión que
todavía se encuentra bajo la presión residual.
Los Ejemplos 5 y 6, que siguen a continuación,
muestran otra forma de realización del procedimiento según la
invención, en la que el tratamiento a alta presión o dicho
tratamiento y el tratamiento térmico posterior se realizan
repetidamente con el mismo material de tabaco.
En una primera etapa se sometieron 150 g de
tabaco a un tratamiento a alta presión a una temperatura de trabajo
del autoclave de 60ºC, de forma análoga al Ejemplo 3, por derrame
con gas de tratamiento del donante con una fase de parada a presión
constante. El donante presentaba, antes del derrame, una presión de
300 bar y una temperatura de trabajo de 80ºC; la fase de parada se
ajustó en 1 min a 200 bar.
El material de tabaco expandido y acondicionado
según el experimento nº 10 de la primera etapa se utilizó como
material de partida para otro ciclo de tratamiento compuesto por el
tratamiento a alta presión y el tratamiento térmico posterior. El
tratamiento a alta presión se efectuó con 100 g de tabaco a una
temperatura de trabajo del autoclave de 60ºC y durante la reducción
de la presión se preveía una fase de parada de 1 min a 100 bar. El
recipiente del donante presentaba, antes del derrame, una presión
de 200 bar a una temperatura de trabajo de 80ºC. Los resultados de
este experimento y del experimento nº 10 se muestran en la Tabla
5.
\vskip1.000000\baselineskip
| Temperatura de trabajo 60ºC | |||
| Nº | Operación durante la reducción de presión | T_{A} ºC | \Delta% |
| 10 | Fase de parada 1 min a 200 bar, derrame | 26 | 86 |
| desde el donante, presión 300 bar, | |||
| temperatura de trabajo 80ºC | |||
| 11 | Fase de parada 1 min a 100 bar, derrame | 24 | 116 |
| desde el donante, presión 200 bar, | (tratamiento de tabaco | ||
| temperatura de trabajo 80ºC | expandido del experimento 10) | ||
Se repitió el Ejemplo 5, pero en este caso se
realizaron dos ciclos idénticos de tratamiento a presión
consecutivamente, seguidos de un tratamiento térmico posterior. Los
resultados se presentan a continuación.
| Temperatura de trabajo 60ºC | |||
| Nº | Operación durante la reducción de presión | T_{A} ºC | \Delta % |
| 12 | Fase de parada 1 min a 100 bar, derrame | 30 | 103 |
| desde el donante, presión 200 bar, | (tratamiento a presión doble, | ||
| temperatura de trabajo 80ºC | seguido de tratamiento térmico) |
Mientras el material de tabaco expandido de la
etapa 1 del Ejemplo 5 se utilizó para un nuevo tratamiento en la
etapa 2, en el Ejemplo 6 se realizó el ciclo de tratamiento a
presión dos veces consecutivamente y sólo entonces se realizó el
tratamiento térmico posterior con el material de tabaco tratado a
presión. Ambos procedimientos se basan en el principio de una
expansión múltiple, debido a la repetición de la secuencia
constituida por el tratamiento a alta presión y el tratamiento
térmico posterior, o sólo un tratamiento a alta presión repetido y
un tratamiento térmico posterior final.
El Ejemplo 5 muestra que el efecto de la primera
etapa de expansión puede incrementarse, realizando un tratamiento
repetido en la etapa 2, obteniéndose un material de tabaco con una
capacidad de llenado extremadamente alta. El Ejemplo 6 es más
sencillo, debido a que se prescinde de una etapa de tratamiento
posterior, aunque no alcanza el valor máximo del Ejemplo 5.
Claims (9)
1. Procedimiento para mejorar la capacidad de
llenado del tabaco, tales como hojas de tabaco cortadas o nervios de
tabaco y/o aditivos vegetales del tabaco con una estructura
celular, mediante el tratamiento del material del tabaco que
contiene una humedad de partida comprendida entre un 8 a un 16% en
peso, con un gas de tratamiento consistente en nitrógeno y/o argón
a una presión comprendida entre 50 y 1.000 bar en un autoclave o,
en el caso de una conexión en cascada, en varios autoclaves,
seguido de un tratamiento térmico posterior del material de tabaco
descargado tras la descompresión, caracterizado porque la
descompresión se realiza con por lo menos una fase de parada, cuya
presión está comprendida entre un 3 y un 60%, preferentemente un 3
y un 30%, de la presión máxima original, y porque el calentamiento
del contenido del autoclave que se enfría debido a la reducción de
presión y permanece bajo la presión residual, se realiza de tal
manera que la temperatura de descarga del tabaco tras la reducción
completa de la presión se encuentra en el intervalo comprendido
entre 10 y 80ºC.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la humedad de partida del material de
tabaco se encuentra en el intervalo comprendido entre un 10 y un
14% en peso.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el aumento de temperatura del contenido
del autoclave que permanece bajo la presión residual se efectúa
mediante un tiempo de parada.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque el aumento de temperatura se efectúa
mediante la circulación del gas que permanece bajo la presión
residual a través de un intercambiador de calor.
5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
4, caracterizado porque el aumento de temperatura del sistema
que permanece bajo la presión residual se efectúa mediante el paso
de gas caliente.
6. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
5, caracterizado porque la reducción de la presión, desde la
presión máxima correspondiente hasta la presión de la fase de
parada, se realiza en un intervalo comprendido entre 20 segundos y
5 minutos.
7. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
6, caracterizado porque la reducción de la presión residual
se realiza en un intervalo comprendido entre 3 segundos y 3
minutos.
8. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
7, caracterizado porque el tratamiento a alta presión o la
secuencia constituida por el tratamiento a alta presión y el
tratamiento térmico se realizan repetidamente con el mismo material
de tabaco.
9. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
8, caracterizado porque el tratamiento térmico posterior del
material de tabaco se lleva a cabo mediante vapor saturado.
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