KR20050016561A - 담배의 충전 용량을 증강시키는 방법 - Google Patents

Abstract

초기 수분이 10 내지 30%인 담배 물질, 예를 들면, 절단 담배 잎 또는 담배 주맥, 또는 담배 부가 물질을, 400 내지 1,000 바의 압력 하에 질소 및/또는 아르곤으로 이루어진 처리용 가스로 처리한 다음, 지속적으로 감압시킨 후, 배출된 담배 물질을 열 후처리함으로써 상기 담배 물질의 충전 능력을 증강시키는 방법에 관한 것이다. 오토클레이브 내의 담배 장입물의 충전 밀도는 0.2kg/dm³을 초과한다.

Description

담배의 충전 용량을 증강시키는 방법{Method for improving the loading capacity of tobacco}

본 발명은 압착 담배, 예를 들면, 절단 담배 잎 또는 담배 주맥(midrib), 또는 담배 부가 물질의 충전 능력을 증강시키는 방법에 관한 것인데, 이러한 방법은 상기 담배 물질을 400 내지 1,000 바의 압력 하에 질소 및/또는 아르곤으로 이루어진 처리용 가스로 처리한 다음, 지속적으로 감압시킨 후, 배출된 담배 물질을 열 후처리함으로써 수행된다.

INCOM 팽창 방법으로서 공지되기도 하는 상기 유형의 방법은 이산화탄소, 암모니아 또는 휘발성 유기 가스를 사용하여 담배를 압력 처리하는 방법과 비교해서 유리해야만 한다. 따라서, DE 29 03 300 C2에는 300 내지 800 바의 작동 압력을 사용하는 상기 팽창 방법이 기재되어 있다. 상기 특허의 실시예에는 최종 압력이 충전 용량 증강에 대해 상당한 효과를 발휘하지만, 1 내지 10분 범위 내의 노출 시간은 무시할만한 수준의 효과 만을 나타낸다고 제시되어 있다. 상기 문헌에는 담배를 압축 또는 치밀화시킬 가능성에 대해서는 전혀 언급되어 있지 않다.

DE 31 19 330 C2에는 수증기 또는 포화 증기에 의한 가압-가스-처리된 담배의 열 처리 방법이 기재되어 있으며, 앞서 언급된 특허 DE 29 03 300 C2를 참조한 고압 처리 방법에 관해 기재되어 있다.

추가로, DE 34 14 625 C2에는 고도로 다변화된 조치, 예를 들면, 처리용 가스를 반응기 내로 장입시키기 전에 이를 냉각시키는 방안, 오토클레이브를 냉각시키는 방안, 또는 차냉각되거나(subcooled) 액화된 처리용 가스를 사용하는 방안을 통하여, 배출된 담배의 온도가 열 처리 이전에 0℃ 아래라는 것을 사실을 보장해주어야 하는 케스케이드(cascade) 방법이 기재되어 있다. 이의 실시예는 200 리터용 오토클레이브에 30kg의 담배를 충전시키는 것에 근거하는데, 이는 0.15kg/dm³의 충전 밀도에 상응한다.

특허 DE 39 35 774 C2에는 압축된 처리용 가스를 외부 열 교환기를 통하여 오토클레이브 내에서 냉각시키는 방법이 기재되어 있는데, 이러한 경우에는 다수의 오토클레이브가 함께 연결되어 트레인(train)으로 명명된 것을 형성한다. 상기 방법은 궁극적으로, 처리시키고자 하는 제품과 가스를 냉각시키는 특수 유형의 공정을 나타낸다.

DE 100 06 425 C1에는 55℃ 이상의 작동 온도에서 약 16% 이하 정도로 비교적 낮은 수분 함량을 지닌 담배를 처리하는 방법이 기재되어 있다. 사용된 2dm³의 오토클레이브 용적과 300g의 초기 담배 중량으로부터, 담배 장입물의 충전 밀도 0.15kg/dm³가 산정되는데, 이는 앞서 인용된 DE 34 14 625 C2에 상응한다.

DE 100 06 424 A1에는 하나 이상의 유지 단계와, 시스템을 잔류 압력 하에 가열하여 담배 배출 온도가 10 내지 80℃가 되도록 하는 단계를 갖는 감압 방법이 기재되어 있다.

담배를 추가의 압착 작동 없이 압력 용기 내로 장입시키는 경우에, 선행 기술에서 언급된 대략 0.15kg/dm³의 충전 밀도가 수득된다. 신속한 압력 증대를 사용하는 공지된 방법으로 충전 밀도를 증가시키면, 이와는 반대로, 팽창된 담배 물질의 충전 용량이 더 낮아진다.

본 발명의 목적은 지금까지 공지된 방법 보다 더 경제적이면서도 필적하는 고 충전 용량을 나타내는 방법을 추가로 개발하는 것이다.

놀랍게도, DE 29 03 300 C2로부터의 교시와는 대조적으로, 높은 충전 밀도 범위 내에서는 압착 가스의 작용 시간이, 결과적으로 획득되는 팽창된 담배 물질의 충전 용량에 대해 상당한 효과를 발휘한다는 사실이 밝혀졌다.

인용된 선행 기술에는 팽창된 담배 물질의 충전 용량을 가능한 한 높게 하는 것과 관련해서 기본 공정을 추가로 최적화시킬 수 있는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 충전 용량을 증가시키는 것 이외에도, 소정의 오토클레이브 용적에 대한 담배 장입량이 INCOM 방법의 경제적 효율 면에서 중요한 요소이다. 충전 장입량의 증가는 보다 많은 처리량을 가능케 할 뿐만 아니라 팽창시키고자 하는 소정 량의 담배에 대한 압축 에너지와 처리용 가스의 소비율을 감소시킬 수 있게 해준다.

본 발명의 방법은 다음 실시예를 참조로 하여 다음에 보다 상세히 기재되어 있다.

이를 위해, 먼저 용어 "압력 시간"은 최종 압력에 처음 도달하는 시간까지의 압력-증대 시간과, 최종 압력에 도달한 후 감압 작동 개시까지의 최적 유지 시간의 총 합으로서 규정될 것이다.

본 발명에 따르는 충분히 긴 압력 시간은 다음 공정 과정 변수들에 의해 달성될 수 있다:

i. 직접적으로 감압을 수행할 때까지 압력 증대를 서서히 하는 공정;

ii. 후속 유지 시간을 수반한 신속한 압력 증대를 수행하는데, 즉 처리용 가스를 공급하거나 제거하지 않으면서 용기를 압력 하에 정치시켜 둘 수 있는 공정;

iii. 최종 압력에 다시 도달하기 위해 처리용 가스를 추가로 공급하면서 감압을 개시하기 전에, 후속 유지 시간을 수반한 신속한 압력 증대를 수행하는 공정.

용기 내의 압력은 냉각으로 인해 유지 시간 동안 강하되기 때문에, 공정 변수 iii. 하의 공정 과정은 감압 이전에 최종 압력을 재설정할 수 있게 해준다. 놀랍게도, 이러한 과정은 공정 변수 ii.와 비교해서, 적은 수준이긴 하지만 충전 용량을 추가로 증가시켜 준다.

다음 실시예 1 및 2에는 선행 기술에 따르는 0.15kg/dm³의 압력 용기 중의 담배 충전 밀도 하에서의 각종 압력 시간과 공정 변수의 효과가 처음으로 기재되어 있다.

실시예 1

내용물 용량 2dm³을 사용하여 실험실용 오토클레이브 내에서 고압 처리 과정을 수행하였다. 목적하는 작동 온도를 설정하기 위해, 순환성 액상 매질에 대한 재킷화가 제공되었다. 압력 증대는 아래로부터 시작되었고, 압력 강하는 위로부터 사작되었다. 다수의 밸브는 의도한 접속 다이아그램을 가능하게 만들었다. 압축기가 최종 압력 설정을 위해 제공되었다.

열 후처리하기 위한 실험실용 장치는 컨베이어 벨트로서 제공되는 투과성 와이어 메시, 담배 웹을 목적하는 폭으로 형성시키기 위한 유도판, 슬롯 출구 오리피스를 갖는 증기 노즐, 및 상기 벨트 아래에 위치된 증기 추출기로 이루어진다. 포화 증기를 이용한 후처리는 5cm/s의 벨트 속도 및 10kg/h의 증기 출력 하에서 수행하였다.

담배 샘플을 편평한 플라스틱 디쉬 내에 펼쳐 놓고, 21℃의 온도 및 62%의 상대 습도의 표준화 기후 조건 하에 조건화하였다. 보르그발트(Borgwaldt) 밀도계를 사용하여 충전 용량을 결정하고, 비용적(㎤/g)을 12중량%의 공칭 수분 및 22℃의 공칭 온도로 전환시켰다. 처리되지 않은 대조군 또는 기본 샘플과 팽창된 샘플의 데이터로부터, 상대적 충전 용량 증가율(팽창률로 지칭되기도 함)을 다음 반응식으로부터 산정한다:

△% = (F_E-F_B) * 100%/F_B

상기식에서, F_B는 기본 샘플의 충전 용량이고, F_E는 팽창된 담배의 충전 용량이다.

상기 실험은 18중량%의 담배 수분과 300g의 초기 담배 중량으로 수행하였다. 작동 온도는 온도 조절에 의해 40℃로 설정되었다. 최종 압력은 700 바이고, 감압은 약 0.5분에 걸쳐 수행하였다. 모든 실험은 균일한 버지니아산 담배 혼합물과, 포화 증기를 사용하는 언급된 후처리 방법에 근거하여 수행하였다. 압력 증대 시간, 최종 압력에 도달한 후의 유지 시간, 및 유지 시간 말기에 추가의 공급에 대한 선택 사항은 다양하다. 표 1에는 실험 파라미터와, 달성된 충전 용량의 상대적 증가율 또는 팽창률이 편집되어 있다:

충전 용량의 상대적 증가율(충전 밀도 0.15kg/l, 작동 온도 40℃, 담배 수분 18%)

공정 변수	i.	i.	i.	ii.	ii.	iii.	iii.
압력 증대 시간(분)	3	6	12	3	3	3	3
유지 시간(분)	0	0	0	5	10	5	10
압력 시간(분)	3	6	12	8	13	8	13
충전 용량 증가율(△%)	67	68	72	68	68	70	71

실시예 2

본 실험은 담배 수분 12% 및 작동 온도 60℃에서 수행하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 유사한 방식으로 수행하였다. 표 2에는 실험 파라미터와, 달성된 충전 용량의 상대적 증가율 또는 팽창률이 편집되어 있다:

충전 용량의 상대적 증가율(충전 밀도 0.15kg/dm³, 작동 온도 60℃, 담배 수분 12%)

공정 변수	i.	i.	ii.	iii.
압력 증대 시간(분)	3	30	3	3
유지 시간(분)	0	0	5	5
압력 시간(분)	3	30	8	8
충전 용량 증가율(△%)	77	79	75	76

실시예 1 및 2의 결과는 통상적인 충전 밀도의 범위 내에서는 압력 시간이 충전 용량 증가율에 대해 단지 작은 효과 만을 나타낸다는 사실을 명백히 보여준다.

다음 실시예 3 및 4는 0.2kg/dm³ 보다 큰 압력 용기 내에서 본 발명에 따르는 담배 충전 밀도 하에 상이한 압력 시간과 공정 변수의 효과를 나타낸다.

실시예 3

본 실험은 500g의 초기 담배 중량을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 유사한 방식으로 수행하였다. 압력 용기를 충전시키는 동안 수동으로 압착시킴으로써 담배를 압축시켰다. 표 3에는 실험 파라미터와, 달성된 충전 용량의 상대적 증가율 또는 팽창률이 편집되어 있다:

충전 용량의 상대적 증가율(충전 밀도 0.25kg/dm³, 작동 온도 40℃, 담배 수분 18%)

공정 변수	i.	i.	i.	ii.	ii.	iii.	iii.
압력 증대 시간(분)	3	12	20	3	3	3	3
유지 시간(분)	0	0	0	5	10	5	10
압력 시간(분)	3	12	20	8	13	8	13
충전 용량 증가율(△%)	55	65	71	67	68	69	69

실시예 4

본 실험은 450g의 초기 담배 중량을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 2와 유사하게 수행하였다. 초단파 오븐을 사용하여 담배를 대략 50℃로 가열한 후, 압력 용기를 충전시키고, 이러한 충전 동안 수동으로 압착시킴으로써 압축시켰다. 표 4에는 실험 파라미터와, 달성된 충전 용량의 상대적 증가율 또는 팽창률이 편집되어 있다:

충전 용량의 상대적 증가율(충전 밀도 0.225kg/dm³, 작동 온도 60℃, 담배 수분 12%)

공정 변수	i.	i.	ii.	iii.
압력 증대 시간(분)	3	20	3	3
유지 시간(분)	0	0	10	5
압력 시간(분)	3	20	13	8
충전 용량 증가율(△%)	65	76	73	74

실시예 3 및 4는 0.2kg/dm³ 보다 큰 본 발명의 충전 밀도에서 충전 용량 증가율에 대한 압력 시간의 효과를 예시한 것이다. 압력 시간이 대략 300초를 초과하는 경우에는 이들 조건 하에서 우수한 팽창 효과가 달성될 수 있었다. 추가로, 필적하는 압력 시간에서는 공정 변수 iii.이 가장 우수한 결과를 제공해준다는 것은 명백한 일이다.

Claims (6)

1. 오토클레이브 내의 담배 장입물의 충전 밀도가 0.2kg/dm³을 초과하는 것을 특징으로 하는, 초기 수분이 10 내지 30%인 담배 물질, 예를 들면, 절단 담배 잎 또는 담배 주맥, 또는 담배 부가 물질을, 400 내지 1,000 바의 압력 하에 질소 및/또는 아르곤으로 이루어진 처리용 가스로 처리한 다음, 지속적으로 감압시킨 후, 배출된 담배 물질을 열 후처리함으로써 상기 담배 물질의 충전 능력을 증강시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 압력 시간, 즉 압력 증대 개시와 감압 사이의 시간이 300초 이상임을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압력 용기를 충전시키기 전, 동안 또는 후에, 담배를 기계적으로 압축시키는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 압축시키기 전 또는 동안에, 담배를 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 용기를 압력 하에 정치시켜둠으로써 신속한 압력 증대 후에 300초 이상의 압력 시간에 도달하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 용기를 정치시켜 둔 후, 감압시키기 전에, 가압 갱신(renewed pressurisation)을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.