FI67658B

FI67658B - Expansion av raotobak

Info

Publication number: FI67658B
Application number: FI803302A
Authority: FI
Inventors: Francis V Utsch; Henry B Merritt; Larry M Sykes
Original assignee: Philip Morris Inc
Priority date: 1979-11-21
Filing date: 1980-10-21
Publication date: 1985-01-31
Also published as: FI803302L; IE50199B1; IE801936L; EP0029588B1; DE3067036D1; BR8007593A; US4366825A; FI67658C; AU533889B2; JPS5685274A; PH18519A; AR221446A1; EP0029588A1; CA1151966A; JPS5725194B2; AU6268780A

Description

1 67658

Raakatupakan paisuttaminen

Tupakan paisuttaminen sen täyttökyvyn parantamiseksi painoyksikköä kohti, toisin sanoen tilavuuden li-5 säämiseksi grammaa kohti, voidaan tehdä usealla tunnetulla tavalla. Yleisin tapa kuitenkin on kyllästää imeyttämällä raakatupakka, esimerkiksi leikatun täytetupakan muodossa, kyllästysaineella tai -aineilla ja kuumentaa sen jälkeen kyllästetty materiaali nopeasti kyllästysaineen 10 poistamiseksi tai höyrystämiseksi, niin että raakatupakka paisuu. Lämmittäminen voidaan sopivasti suorittaa kuumalla kaasulla, joka virtaa läpi pneumaattisen kuljetus-kolonnin, jota yleisesti kutsutaan "torniksi". Tornissa tapahtuneen lämmityksen jälkeen erotetaan raakatupakka 15 kaasuvirrasta, mikä tuotteen erottelu tähän saakka on suoritettu syklonierottimessa.

US-patentti 3 771 533 esittää täytetupakan kyllästämisen käyttämällä ammoniakkia sekä hiilidioksidia pai-sutusaineina. Kyllästetty raakatupakka lämmitetään no-20 peasti, esimerkiksi kuumalla ilmavirralla tai ilmaan sekoitetulla, tulistetulla höyryllä, jolloin raakatupakka paisuu, kun kyllästysaine muuttuu kaasuksi.

BE-patentti 821 568 sekä US-patentti 4 336 814 esittävät menetelmiä raakatupakan kyllästämiseksi nes-25 temäisellä hiilidioksidilla muuttamalla osa kyllästys-aineesta kiinteään muotoon ja lämmittämällä sitten nopeasti kyllästetty raakatupakka hiilidioksidin haihduttamiseksi ja raakatupakan paisuttamiseksi.

US-patentit 4 258 729 ja 4 235 250 esittävät kum-30 pikin raakatupakan kyllästämisen hiilidioksidikaasulla, jonka jälkeen raakatupakka lämmitetään nopeasti, senjäl-keen kun painetta on alennettu. Kaikissa edellämainituis-sa menetelmissä paisutetaan tupakka tornissa lämmitetyn kaasun avulla, niin että paisutettu raakatupakka erote- 2 67658 taan kaasuvirrasta syklonierottimessa.

Nyt on todettu että kyllästetty raakatupakka voidaan paisuttaa parannetuin tuloksin sekä paisutusasteen että tuotteen laadun suhteen. Keksinnön kohteena on mene-5 telinä tupakan paisuttamiseksi impregnoimalla paisutusai-neella, joka sisältää hiilidioksidia, ja kuljettamalla impregnoitua tupakkaa kuumennetussa kaasuvirrassa lämpötilassa vähintään 274°C 0,2-2 sekunnin ajan ja että tupakka sitten erotetaan kaasuvirrasta. Keksinnölle on tun-10 nusomaista, että erotus suoritetaan tangentiaalisella erottimella. Tämä merkitsee merkittävää eroa aikaisemmista torniprosesseista, joissa käytettiin alhaisempaa kaasuvirtalämpötilaa sekä merkittävästi pitempää raakatupakan kaasuvirrassa oloaikaa. Tangentiaalista erotinta 15 kutsuvat tekniikan tasoon perehtyneet joskus kuorijaksi tai kuorimakammioksi.

Hiukkasten tornissaoloaika on normaalisti 0,2-2 sekuntia lisättynä vain noin 1 sekunnilla tangentiaali-tyyppisessä erottimessa. Syklonityyppisessä erottimessa 20 on raakatupakka paljon pitempään, noin 4-12 sekuntia. Syk-lonierottimeen tuleva lämmitetty kaasu on tornista tullessaan riittävän lämmintä kuivattamaan tuotteen erittäin hyvin, mutta sen virtaus hiukkasiin nähden on liian hidas siirtämään lämpöä parhaan mahdollisen paisumisen ai-25 kaansaamiseksi. Siten kuivaa raakatupakan syklonissaolo-ajan lisäys tupakkaa erittäin tehokkaasti ja tekee sen hauraaksi, niin että se hiertyy ja murtuu helpommin. Tämän keksinnön mahdollistama lyhyempi varastoitumis/kui-vausaika, joka käsittää mm tangentiaalierottimen käytön 30 sallii paisutustornin kaasuvirran lämpötilan olla 55- 110°C korkeamman kuin syklonierotusta käytettäessä, sillä seurauksella että päästään olennaisesti korkeampaan pai-sutusasteeseen. Tämän uskotaan johtuvan olennaisesti suuremmasta alkulämmön siirtymisestä kyllästettyyn raakatu-35 pakkaan siinä vaiheessa, jolloin suurimman osan paisumi- 3 67658 sesta oletetaan tapahtuvan. Tuloksena on, että tuote paisuu erittäin paljon, ilman että. se paahtuisi. Lisäksi on syklonierottimien käsittelyaika paljon pitempi, mikä suurentaa niiden kokoa ja tämä koonlisäysongelma ei samassa 5 määrin koske tangentiaalierottimia.

Keksinnön luonnetta ja päämääriä on helpompi ymmärtää seuraavasta yksityiskohtaisesta selityksestä, joka liittyy oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 on kaavakuva torniyksiköstä, jota käytetään 10 kyllästetyn raakatupakan lämmitykseen sen paisuttamiseksi tämän keksinnön mukaisesti.

Kuviot 2-4 esittävät graafisesti ja vertailevasti parantuneita tupakan paisutustuloksia, jotka saavutetaan tämän keksinnön avulla, jolloin käytetään korkeampaa kaa-15 suvirran lämpötilaa sekä tangentiaalierotusta verrattuna tätä ennen käytettyyn alhaisempaan kaasuvirran lämpötilaan sekä syklonierotukseen.

Seuraavassa selityksessä käytetään piirustusten samoista osista samoja viitenumerolta.

20 Tämä keksintö liittyy raakatupakan paisuttamiseen •menetelmällä, jossa kyllästettyä raakatupakkaa lämmitetään kyllästysaineen poistamiseksi ja raakatupakan paisuttamiseksi ja tarkemmin sanoen menetelmällä, jossa siten paisunut raakatupakka erotetaan lämpimästä kaasuvir-25 rasta. Kuten aikaisemmin mainittiin, tapahtuu paisuneen tupakan erotus kaasuvirrasta, sen paisuessa tornista tangentiaalierotusoperaatiolla, jossa tupakkaa sisältävä kaasuvirta johdetaan tangentiaalierotinyksikköön, päinvastoin kuin tekniikan tasossa, jossa erotusvaiheessa käy-30 tetään syklonityyppistä erotinta.

Viitaten nyt kuvioon 1 piirustuksissa, esitetään siinä laite kyllästetyn raakatupakan lämmittämiseksi, jotta raakatupakka paisuisi. Lämmitetty kaasuvirta, esimerkiksi kuuma ilma tai ilman ja höyryn seos, jonka läjn-35 pötila on vähintään 274°C johdetaan tuloputken 12 kautta 4 67658 torniyksikköön 1Q, jossa on pitkä putkicsa 14. Kyllästetty raakatupakka syötetään tuloventtiilin 16 kautta ja se lämpiää kulkiessaan järjestelmän läpi, niin että kyllästysaine poistuu raakatupakasta, joka tämän vuoksi 5 paisuu. Raakatupakka on järjestelmässä noin 0,2-2,0 sekuntia, minkä jälkeen tupakkaa sisältävä kaasuvirta tulee tangentiaalierotinyksikköön 20, jossa raakatupakka erotetaan lämpimästä kaasuvirrasta, tupakan viipyessä yksikössä 20 noin yhden sekunnin.

10 Tämän keksinnön tärkeä etu on, että johtuen raa katupakan lyhyestä viipymisajasta erottimessa 20, voi kaa-suvirran lämpötila olla olennaisesti korkeampi kuin tähän saakka on ollut mahdollista. Kuuman kaasuvirran lämpötila voi esimerkiksi olla 50-100°C korkeampi kuin tätä en-15 nen on käytetty syklonierotuksessa, jossa raakatupakka viipyy erottimessa noin 4-12 sekuntia. Paisutettaessa hienoksi leikattua täytetupakkaa, joka on kyllästetty pelkästään hiilidioksidilla tai hiilidioksidin ja ammoniakin seoksella, on kuuman kaasuvirran lämpötila tavalli-20 sesti esimerkiksi 275-330°C.

Tangentiaalierottimessa 20 seuraa raakatupakka rataa 21, joka on merkitty katkoviivoilla, kun taas kaasu-virta seuraa reittiä 22, joka on merkitty pistekatkovii-voilla. Raakatupakka poistuu erottimesta poistoventtiilin 25 25 kautta. Erottunut kaasuvirta, toisaalta, seuraa esi tettyä kierteistä reittiä, koska kuten tekniikan tasoon perehtyneet tietävät, tällaiset tangentiaalierottimet on varustettu kierresiivillä kaasuvirran ohjaamiseksi niin että se lopuksi poistuu erottimen akselin suunnassa, toi-30 sin sanoen, kuvion 1 katsomissuunnassa.

Kuten esitetystä laitteesta käy ilmi, muodostaa putkiosa 14 pystysuoraan kulkevan kanavan, jonka tuloja poistopäissä on 90° mutkat. Tällaisten mutkien käyttö on toivottavaa, jotta voitaisiin valvoa pidätysaikaa tor-35 nissa sekä lisätä osas/kaasuseoksen liukunopeutta lämmön- 5 67658 siirron osasiin parantamiseksi. On kuitenkin selvää, että tornin pääkanavan suoran osan ei tarvitse olla pystysuora, ja että voidaan käyttää mutkia, joiden kulma on erilainen, saman vaikutuksen aikaansaamiseksi, toi-5 sin sanoen, tulo- ja poistojohdot, jotka johtavat tornin kanavaan, voidaan sijoittaa samaan tasoon tai suoraan kulmaan toisiinsa nähden tai kumpikin voi olla missä tahansa tarkoituksenmukaisessa kulmassa kanavaan nähden.

Vertailu tornin tangentiaalierottimen ja sykloni-10 erottimen toimintojen välillä osoittaa, että tangentiaalierottimen paisuneen tupakan saanto on tilavuudeltaan merkittävästi suurempi ja sen täyttökyky senvuoksi suurempi, kosteuden ollessa tornista poistuttaessa sama (78 vs. 63 cm^/10 g).

15 Kuviot 2 ja 3 esittävät tasapainotettua OV:tä (uunissa haihtuvat), CV:tä (sylinteritilavuus) sekä tor-ninpoiston OV:tä verrattuna tornin kaasulämpötilaan tan-gentiaali- ja syklonioperaatiossa vastaavasti. Käytännössä voidaan tangentiaalioperaatio suorittaa kaasuvirran 20 lämpötilan ollessa 315°C tai paljon korkeampi, ilman että raakatupakka kuivuu liikaa, verrattu kaasun maksimi-lämpötilaan, joka nykyään käytetyssä syklonioperaatiossa on vain 260-270°C.

On huomattavaa, että poistumiskosteuden verrattuna 25 tornin lämpötilaan ovat korkeampia tangentiaalioperaatios-sa. Tämä johtuu ainakin osittain osasten reitistä tai vii-pymisajasta kummassakin järjestelmässä. Tangentiaaliyk-sikössä tulee raakatupakan osanen erottimeen ylhäältä, hipoo seinään ylhäältä alas 90° käännöstä varten ja pois-3Q tuu kiertyvän ilmalukon kautta. Hyötyero on, että raaka-tupakkaosaset viipyvät paljon pitempään sykloniyksikössä kuin tangentiaaliyksikössä ja että koska kuivaus tangen-tiaaliyksikössä tapahtuu lyhyemmässä ajassa, on mahdollista huomattavasti nostaa kaasuvirran lämpötilaa.

35 Jos verrataan kuvioita 2 ja 3 ulostulo OV:n ollessa 6 67658 2,3 %, on syklonijärjestelmän kaasulämpötila 230°C verrattuna lämpötilaan 315 tangentiaalijärjestelmässä. Tasa- 3 painotetut CV:t, kuitenkin, ovat 65 cm /10 g syklonille 3 verrattuna arvoon 34 cm /10 g tangentiaaliselle. Käyttä-5 mällä tornia kuumempana (korkeampi virtauslämpötila) paranee hiilidioksidilla kyllästetyn täytetupakan paisuminen. Tämä näkyy kuviossa 4, jossa tasapainotetut CV:t ja OV:t esitetään molemmille erotintyypeille verrattuina tornin poisto OVrhen.

10 Tätä keksintöä voidaan kuvata seuraavilla esimer keillä.

Esimerkki 1

Kummassakin järjestelmässä käsiteltiin kaksi 4,5 kg:n erää vaaleata, leikattua täytettä, käyttämänä kah-15 ta kyllästysmenetelmää, jotta olisi voitu verrata järjestelmiä hiilidioksidipaisutuksessa. Vertailukelpoisuuden varmisti se, että lähtöaine oli samasta lähteestä ja että uunissahaihtuvien (OV) määrä oli sama. Molemmissa pai-sutusjärjestelmissä käytettiin tornia, jonka halkaisija 20 oli 10 cm ja pituus 7,3 ra sekä jossa virtasi 42,7 m:n sekuntinopeudella höyryä, joka sisälsi 15 % ilmaa, ja olosuhteita säädettiin siten että tuotteen paisumis-OV oli noin 2,4 %. Yhdessä järjestelmässä käytettiin sykloni-erotinta ja höyryn tulolämpötilaa 218°C ja toisessa käy-25 tettiin tangentiaalierotinta ja höyryn lämpötilaa 316°C. Nestekyllästystä ja kaasukyllästystä verrattiin paineessa 55 bar. Tuotteet palautettiin normaaliolosuhteisiin (22°C 60 % suhteellinen kosteus) ja niiden täyttökykyä ja seulatestiarvoja verrattiin. Taulukon 1 tulokset osoit-30 tavat tangentiaalierottimen ylivoimaisuuden.

67658 7 r-* <r md

• — CSI —- CN

* 3 ·γί •H 0 § s •H *H ! cu &_ o\o _ I c ;3 1 vo r-- — — p Ov lo -p- vo Jj *· £:3 ro m -3- 00 OJ fö

Ιβ ·Η V 4J -H

rH CO +3 -Η Ό

h -H en -H

•H CU M

Ό - -X

•H <L) O

tn tn -h λ: o d -η) H -H Ή

dJ d 'H

•H VO o ΓΟ O M -H

f—i ^ •H I — — — — iti •H > C Hl rd o 1) +> rH tn w tn _j ή ή o d 2 m m M -P g i—i £ λ; d -P i--ή d d tn -d αι ω ή ·η PJ tn d d d (0 £ 01 d :d d o, fg o d ,X =d

Ep H r-1 -H -P

C d \ rrj Φ <U

(1) ^ LO 00 00 — -H <D -P

M S vo cv vo fvj “ i3 m

ϋ . cor^coco -g £ S

>i r> Ti M

:d ^ Ti 5-i rj·

-P ·Η J) H

--1—1 E 00 d

Cl -H -ro d -h O vo CJ ,β m d 1—I -> d ro -h

do! · :d to -P

d -p ^ 0 > w m tn 00 p "ä -HVOdd)

S rsirsifNOsi irdvotn-H

-p oV> , £ , “ H

tn aj H -H fg •H +J O] -P d

P 1 tn 00 β -H

' Q) CL) -p -H

C d -P d d tn d o; o 1 a) tn a, en h 2 oi -h 1 d λ; tn -P to d >1 o X 4J d 1 -P tn ex -P ω d h I Η u Η υ s S g § §

33 ! I g -P E-t U

> Ή I i M d X

I P w ^ X

,* ! 1 * >ijg '

-P -H tn <D :d -P

rHi (U ; ί>ι § ™J —J L2 o

ä G

8 67658

Esimerkki 2

Noin 45 kg:n erät vaaleata tupakkatäytettä kyllästettiin ammoniakkihiilidioksidiseoksella menetelmillä, jotka on selitetty U.S. patentissa 3 771 533, paisutettiin nopeudella 5 90 kg/h halkaisijaltaan 20 cm:n tornissa 85 %:n tulistetulla höyryllä, joka virtasi 38 metrin sekuntinopeudella sekä otettiin talteen tangentiaalierottimessa. Taulukon 2 tulokset osoittavat hyvää sylinterit!lavuutta talteenotossa, ottaen huomioon tuotteen sihteellieen korkea poistumis OV ja tasapainoitettu 10 OV.

Taulukko 2

Vaalean täytteen paisutus NH^/CC^slla 15

Kantokaasun Poistumis OV Palautettuna lämpötila °C % CV, cm^/10 g OV % 274 6,0 78,6 11,9 288 5,1 80,0 11,7

Claims

67658

1. Menetelmä tupakan paisuttamiseksi impregnoimalla 5 paisutusaineella, joka sisältää hiilidioksidia, ja kuljet tamalla impregnoitua tupakkaa kuumennetussa kaasuvirrassn lämpötilassa vähintään 274°C 0,2-2 s ajan ja että tupakka sitten erotetaan kaasuvirrasta, tunnettu siitä, että erotus suoritetaan tangentiaalisella erottimella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u r, - n e t t u siitä, että kuumennettu kaasuvirta on vesihöyv sisältävän ilman kuumennettu virta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u r -n e t t u siitä, että kaasuvirta kuumennetaan noin 316 15 lämpötilaan.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n -n e t t u siitä, että kaasuvirta kuumennetaan lämpötilaa,, joka ylittää 316°C.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n - 20. e t t u siitä, että kaasuvirta kuumennetaan lämpötilan:, 274-343°C.