KR19990082377A - 타바코 팽창방법 - Google Patents

Abstract

처리 챔버내에서 타바코에 70 kPa를 초과하지 않는 감압을 가하고,

70℃ 내지 100℃ 범위의 온도에서 이소펜탄 증기로 타바코의 셀 구조를 함침시키고 최소 400 kPa의 압력에서 타바코를 이소펜탄 증기와 접촉시키며,

처리 챔버에서 과량의 이소펜탄 증기를 제거하며,

함침된 타바코를 증기와 접촉시켜 타바코 셀 구조를 팽창시키며,

처리 챔버내의 압력을 최소 10 kPa/분, 바람직하게는 30 kPa/분의 속도로 감소시킨 다음,

챔버를 대기압으로 환원시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 타바코를 처리하여 팽창시킨다. 본 공정에 따라 처리된 타바코의 최종 충진값은 타바코의 증기 처리에 이은 처리 챔버내의 압력 감소 속도에 직접적으로 비례한다.

Description

타바코 팽창방법

수확 후, 타바코 잎은 경화 공정을 겪게된다. 경화 공정 동안 겪게되는 수분 손실로 인해, 잎은 다양하게 수축된다. 타바코 산업에서는 시가 또는 궐련제조를 위한 경화된 타바코를 처리하여 충진 용량을 증가시킴으로써 수축을 회복하는 것이 통상적인 관례이다. 일반적으로는 이러한 방법으로 타바코를 처리하여 경화된 타바코 잎의 셀 구조를 경화 이전에 잎에서 발견되는 것과 유사한 상태로 팽창시키는 것이 고려되고 있다.

타바코의 충진 용량을 증가시키기 위한 다수의 공정이 존재한다. 이들은 경화 후 산물 회복을 위해 산업계에서 널리 사용되고 있다. 본 발명은 종래에 이용된 팽창 공정에 의해 달성된 것과 유사하고 때때로 이보다 나은 충전제 팽창 수준 및 이로인한 회복이 주의깊게 통제된 공정에서 증기상의 팽창 매질로 이소펜탄을 사용함으로써 달성될 수 있다는 발견에 기초한다.

본 발명은 타바코의 처리방법에 관한 것이다. 좀더, 상세하게는, 본 발명은 충진 용량을 증가시키기 위해 타바코를 팽창시키는 방법에 관한 것이다.

따라서, 본 발명은

(1) 챔버에서 타바코에 70 mbar(7 kPa)를 초과하지 않는 감압을 가하고;

(2) 70℃ 내지 100℃ 범위의 온도에서 이소펜탄 증기를 챔버에 도입하고 최소 4 bar (400 kPa)의 압력에서 이소펜탄 증기와 타바코를 접촉시켜 타바코 구조의 함침을 야기시키며;

(3) 타바코 구조에 손상을 야기시킴이 없이, 챔버의 기압을 내려 과량의 이소펜탄 증기를 제거하며;

(4) 증기와 함침된 타바코를 접촉시켜 타바코를 팽창시키며;

(5) 최소 100 mbar/분(10 kPa/분)의 속도로 챔버내의 압력을 감소시킨 다음;

(6) 챔버를 대기압으로 복귀시키는 일련의 단계를 포함하는 타바코의 처리방법을 제공한다.

본 발명 공정에 따라 처리된 타바코는 전형적으로 전체 경화된 잎의 트레싱, 플레일링 또는 슬라이싱에 의해 수득된 경화된 타바코 잎 조각의 형태를 할 것이다. 타바코는 다르게는 전체 잎에서 절단된 스트립이나 조각난 잎의 형태를 할 수 있다. 처리될 타바코는 전형적으로 공정 챔버내의 바스켓에 배열될 것이다.

본 발명에 따른 경화된 타바코는 챔버내에서 70 mbar(7 kPa)를 초과하지 않는 감압, 즉 70 mbar 이하의 압력을 받는다. 이러한 처리에 의해, 공정 챔버내의 공기 및 타바코 잎 조각 사이의 포켓 또는 셀 구조내에 보유된 공기가 제거되는데 그렇지 않으면 이소펜탄 증기에 의해 차후의 셀 구조 함침을 방해하게 된다. 70 mbar 이상의 압력 적용은 타바코내에 차단된 공기를 충분히 제거하지 못하게 되고, 그 결과, 이소펜탄 증기에 의한 차후 타바코 셀 구조의 함침이 손상된다. 바람직하게는, 챔버내의 압력은 25 mbar(2.5 kPa) 이하, 좀더 바람직하게는 약 10 mbar(1 kPa) 이하로 감소되는데, 이는 본 공정의 차후 단계에서 이소펜탄 증기로 최적 대체할 수 있도록 하기 위해 타바코 구조내부로부터 공기를 제거하기 위함이다. 이 후 이소펜탄 증기는 공정 챔버로 펌핑된다. 본 발명에서 액체 이소펜탄은 공정 챔버로 들어가지 않는 것이 중요하다. 따라서, 공정 챔버 외부에 저장된 액체 이소펜탄은 타바코와 접촉이 가능하기 이전에 70℃ 내지 100℃에서 이소펜탄 증기를 형성하는 증발기를 통해 챔버에 주입된다. 이소펜탄은 휘발성이 크고 인화성 용매이기 때문에, 공정 및 회복 시스템의 공학 설계는 주의깊게 착수되어야 한다. 챔버로 들어가는 이소펜탄 증기의 온도는 챔버에서 타바코와의 접촉시 60℃ 내지 80℃로 감소될 수 있지만 70℃ 내지 100℃ 범위일 것이다. 100℃ 이상의 온도를 지닌 이소펜탄 증기는 챔버로 도입되지 않아야 하는데 이는 차후 증기 팽창 처리를 손상시키고 타바코의 팽창이 충분히 달성될 수 없기 때문이다. 또한, 증발기가 70℃ 이하의 온도에서 이소펜탄 증기를 생성하도록 한다면 액체 이소펜탄 증기가 공정 챔버를 통과해 들어가는 위험이 존재하게 된다. 70℃ 이하의 온도에서 이소펜탄 증기는 챔버에 들어가자마자, 챔버의 내용물에 의해 냉각되어 어느 한도까지 응축된다. 공정 챔버로 이소펜탄의 허용 효과는 공정의 방해이다. 첫째, 챔버에 존재하는 임의의 액체 이소펜탄은 기화시에 시스템 밖으로 에너지를 방출할 것이다. 둘째, 과량의 이소펜탄 회복 과정의 에너지 요구도는 증가될 것이다.

타바코 잎의 셀을 함침시키는 이소펜탄의 양은 공정 챔버에서 생성된 이소펜탄 증기압에 의해 조절된다. 이소펜탄 증기는 최소 4000 mbar(40 kPa), 바람직하게는 5200 mbar(520 kPa) 이하의 내부압력이 달성될 때까지 챔버로 주입된다. 이러한 압력값에 이를 때, 챔버는 봉해지고 이후 내부 압력은 이소펜탄 증기 온도가 계속 증가함에 따라 계속적으로 증가할 수 있다. 이후 타바코는 이소펜탄에 의해 타바코 잎 셀의 완전한 함침이 일어나도록하는 최소 4000 mbar(400 kPa)의 압력 및 전형적으로 60℃ 내지 80℃ 범위인 온도에서 이소펜탄 증기와 접촉된다. 본 출원인은 우수한 타바코 팽창 잎이 타바코를 약 30 분을 초과하는 동안 고압의 이소펜탄 증기와 접촉시킴으로써 달성될 수 있음을 발견했다. 바람직하게는, 타바코는 사용된 압력에서 40 내지 50분 동안 이소펜탄 증기와 접촉된다. 이 기간 동안 증기가 타바코 구조에 함침된다.

이 기간이 경과하자마자 모든 과량의 이소펜탄 증기는 타바코 셀 구조의 실질적인 파괴 또는 손상없이, 가능한한 빨리 챔버내의 압력을 바람직하게는 1000 내지 1500 mbar(100-150 kPa) 범위의 값으로 감소시켜 챔버에서 제거된다. 본 공정의 이 단계에서 셀 구조의 실질적인 파괴 또는 손상은 위험한데 이는 차후의 타바코 팽창이 손상되거나 심지어 방해되기 때문이다. 본 출원인은 이러한 압력 감소가 10 내지 20분, 전형적으로는 약 15분내에 이루어질 수 있다는 것을 발견했다.

앞서 기술된 바와 같이 챔버의 감압에 바로 이어 증기가 챔버에 도입된다. 함침된 타바코의 온도는 증기와 타바코의 접촉에 의해 빠르게 증가된다. 이러한 온도의 증가로 인해, 타바코 셀 구조 내부에 갖힌 이소펜탄은 타바코 셀 구조의 팽창을 야기시키는 용적의 증가를 겪게된다. 증기가 도입될 경우 챔버 내의 압력은 전형적으로 3000 mbar(300 kPa)를 초과하지 않으면서 바람직하게는 2200 내지 3000 mbar(220-300 kPa) 범위 수준으로 증가한다. 효과적인 팽창을 달성하기 위해서는 타바코내의 빠른 온도 증가가 요구된다.

타바코 팽창에 유해한 효과를 지닌 챔버 내부의 금기 난류를 생성하지 못하도록 증기의 도입에 주의를 기울여야 한다. 증기 도입동안, 챔버 압력이 앞서 지적된 수준에 이를 경우 증기 도입을 멈춘다. 팽창 동안 타바코 셀 구조에서 배출된 증기 및 이소펜탄 증기는 챔버에서 플랜트내의 응축기로 보내진다. 이 장치는 냉수가 통과되는 응축기로 구성된다. 증기 및 이소펜탄 증기의 응축 속도에 영향을 미치는 응축기의 효율은 챔버의 압력 감소 속도에 영향을 미친다. 응축기 유닛의 효율은, 예를 들어, 이를 통해 흐르는 물의 온도를 변화시키거나 이를 통해 물의 흐름 속도를 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 따라서, 응축기 유닛에서 증기 및 이소펜탄 증기의 응축 속도를 조절하여 챔버의 압력 변화 속도를 조절할 수 있다. 본 발명은 달성된 셀 구조의 팽창에 의존하는 처리된 타바코의 최종 충진값이 본 공정의 이 단계동안 챔버의 압력 변화 속도의 조절에 의해 조절될 수 있다는 발견에 기초하고 있다. 수득된 처리 타바코의 충진값과 본 공정의 이 단계에서 챔버의 압력 변화 속도의 관계는 조사된 범위를 초과하여 직선으로 나타난다. 본 출원인은 만족스런 충진값을 얻기 위해 압력의 변화 속도가 최소 100 mbar/분(10 kPa/분)이어야 한다는 것을 발견했다. 그러나, 바람직하게는, 본 출원인은 최소 300 mbar/분(30 kpa/분) 및 가장 바람직하게는 높은 충진값에 이르도록 400 mbar/분(40 kpa/분)이상의 압력 변화 속도를 달성하도록 시스템을 조작할 것이다. 본 공정의 이 단계동안 압력은 약 100 내지 300 mbar(10-30 kpa)로 감소되고 이때 챔버는 분리되고 공기는 서서히 재주입되어 대기압으로 환원된다.

이렇게-처리된 타바코는 공정 챔버에서 제거된 후 공기식으로 이동될 수 있고, 필요하다면, 시가 또는 궐련 제조를 위해 요구되는 일반적인 방법으로 혼합될 수 있다. 공기식 이동은 타바코에서 열을 제거하여 달성된 팽창을 고정시킨다. 이러한 이유로 인해, 본 발명 공정의 추가 단계에 의해 처리된 타바코는 공정 챔버에서 나온 후 공기식으로 이동되어 바람직한 양태를 형성한다.

하기 실시예에서 기술된 바와 같이 경화되고 트레싱된 시가 산물의 충진값을 측정하기 위해, 필수적으로 직경 63 ㎜의 피스톤이 활주하는 직경 64 ㎜의 실리더로 구성된 충진값 장치가 사용된다. 피스톤은 측면에 눈금 크기가 표시되어 있다. 압력이 피스톤에 적용되고 타바코의 주어진 중량, 14.18 g의 밀리리터 용적을 측정한다. 실험은 본 장치가 우수한 재생능을 이용해 주어진 양의 트레싱 시가 타바코의 충진값을 정확히 측정할 것임을 보여주고 있다. 모든 실시예에서 피스톤에 의해 적용된 타바코상의 압력은 10분 동안 12.8 kPa이 적용되고 이때 충진값을 읽는다. 타바코의 수분 함량은 본 방법에 의해 측정된 충진값에 영향을 미치고, 따라서 유사한 수분 함량에서 비교 충진값이 얻어진다.

실시예 1

14%의 수분을 함유하고 5 cc/g의 충진값을 지닌 150 ㎏의 경화되고 트레싱된 시가 타바코를 바스켓에 배열하고 처리 챔버에서 본 발명 공정에 따라 처리한다. 처리 챔버의 압력을 약 25 mbar(약 2.5 kPa)의 값으로 감소시킨 다음 70℃ 내지 100℃ 온도를 지닌 이소펜탄 증기를 4.3 bar(430 kPa) 이상의 압력에 이를 때까지 챔버를 펌핑시켜 챔버의 압력을 올린다.

타바코를 추가 30분 동안 이소펜탄 증기와 접촉시킨다. 약 15분에 걸쳐 챔버의 압력을 약 1.4 bar(140 kPa)의 압력으로 감소시킴으로써 모든 과량의 이소펜탄 증기를 챔버에서 제거한다. 증기를 약 3 bar(300 kPa)의 압력에 이를 때까지 챔버로 도입한다. 이러한 압력에 이르는데 걸리는 시간은 약 2분이다. 이 후, 챔버내의 압력은 증기 및 이소펜탄 증기가 챔버에서 제거되고 응축기로 통과할 때 150 mbar(15 kPa/분)의 속도로 감소된다. 압력은 약 200 mbar(20 kPa)로 감소되고 이 시점에서 공기는 챔버로 도입되어 대기압으로 복귀된다. 처리 챔버내에 적용된 압력값은 도 1에서 나타내고 있다.

챔버로부터 처리된 타바코를 제거한 후 최종 충진값은 7.4 cc/g으로 측정되었다.

실시예 2

챔버로 증기를 도입한 후 450 mbar/분(45 kPa/분)의 속도로 챔버의 압력이 감소되는 것을 제외하고는 기타 동일한 비처리 타바코 샘플상에서 실시예 1의 과정을 반복한다. 본 실시예 동안 처리 챔버내에 적용된 압력값은 도 2에서 나타나 있다. 챔버에서 처리된 타바코를 제거한 후 최종 충진값은 8.2 cc/g으로 측정되었다.

실시예 3

본 발명에 따라 처리된 타바코의 최종 충진값과 함침 타바코의 증기 처리 이전에 처리 챔버에서의 압력 감소 속도와의 관계를 조사한다. 본 조사는 실시예 1의 과정을 여러 번 반복하여 수행되지만 각 경우에 있어 타바코의 증기화가 따르는 처리 챔버에서 상이한 압력 감소 속도가 이용된다. 압력 감소 속도는 처리 챔버에서 나온 증기 및 이소펜탄 증기의 혼합물이 사용되는 장치의 응축기 유닛에서 응축되는 속도를 변화시킴으로써 시도들간에 변화된다. 응축기 유닛의 효율을 증가시킴으로써 처리 챔버내의 압력 변화 속도를 증가시킬 수 있다.

시험을 수행함에 있어 응축기 효율의 4가지 수준 중 하나를 적용한다. 4가지 수준은 하기와 같다:

효율 수준(감소) 방법

1(최대) 과량의 이소펜탄 제거 단계의 후반부에서 압력 감소 단계의 후반부까지 응축기를 통해 순환되는 전체 냉수

2 압력 감소 단계를 거쳐 응축기를 통해 순 환되는 냉수

3 처리 챔버의 압력 변화 속도가 267mbar/ 분으로 떨어질 때 응축기를 통해 순환 되는 냉수

4 처리 챔버의 압력 변화 속도가 133 mbar (분)으로 떨어질 때 응축기를 통해 순환 되는 냉수

압력 감소 단계에서 압력의 변화 속도를 모니터된 압력 대 시간 프로필로부터 측정하고 각 경우를 기록한다. 시험 결과는 하기 표에서 나타내고 있다.

시험 번호	효율 수준	압력 변화 속도(mbar/분)	평균(총)충진값
1	1	313	7.77
2	1	633	8.41
3	2	520	7.73
4	2	450	7.38
5	3	317	7.93
6	3	343	7.93
7	1	375	8.05
8	1	303	7.52
9	1	303	7.75
10	2	400	8.54
11	2	400	7.94
12	3	280	7.43
13	3	287	7.73
14	4	202	7.73
15	4	216	7.67
16	4	150	6.92
17	4	134	7.32
18	4	165	6.75
19	4	211	7.89
20	4	156	7.32
21	4	205	7.27
22	4	213	7.49

얻어진 총 평균 충진값을 압력 감소 단계에서 이용된 압력의 변화 속도에 대해 도시하고 이를 통해 최상의 적합 라인을 그린다. 이는 도 3에서 나타내고 있다. 얻어진 결과 및 도 3에서 도시된 최상의 적합 라인에 따르면 처리된 타바코의 충진값(FV)은 하기 표현식에 의한 타바코의 증기 처리에 이은 챔버내의 압력 변화 속도(RCP)와 상관된다.

FV = 2.221 x 10^-3x RCP + 6.997

Claims (5)

1. (1) 챔버내에서 타바코에 70 mbar(7 kPa)를 초과하지 않는 감압을 가하고;

   (2) 70℃ 내지 100℃ 범위의 온도에서 이소펜탄 증기를 챔버로 도입하고 타바코를 함침시키기 위해 최소 4 bar(400 kPa)의 압력에서 타바코를 이소펜탄 증기와 접촉시키며;

   (3) 타바코의 셀 구조를 손상시킴이 없이, 챔버의 압력을 내려 과량의 이소펜탄 증기를 제거하며;

   (4) 함침된 타바코를 증기와 접촉시켜 타바코를 팽창시키며;

   (5) 챔버내의 압력을 최소 100 mbar/분(10 kPa/분)의 속도로 감소시킨 다음;

   (6) 챔버를 대기압으로 배출시키는 일련의 과정을 포함하는 타바코 처리방법.
2. 제 1 항에 있어서, 단계(1)에서 타바코에 25 mbar(2.5 kPa) 이하의 감압을 가하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 단계(2)에서 타바코를 4000 내지 5200 mbar(400-520 kPa) 범위의 압력에서 적어도 30분간 이소펜탄과 접촉시키는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계(4)에서 증기를 챔버로 도입시켜 압력을 2200 내지 3000 mbar(220-300 kPa)의 값으로 올리는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 본 공정 중 단계(5)에서 압력의 변화 속도가 적어도 300 mbar/분(30 kPa/분)인 방법.