NL8401765A - Werkwijze en inrichting voor het expanderen van tabaksbladmateriaal. - Google Patents

Description

V

c i y · .

X

Werkwijze en inrichting voor het expanderen van tabaksbladma-teriaal.

De uitvinding heeft betrekking op het expanderen van tabaksbladmateriaal,

Talloze voorstellen zijn gedaan voor het expanderen van gefermenteerde tabak teneinde een toename van de 5 vulwaarde van de tabak te bewerkstelligen. Volgens de meerder heid van de eerder voorgestelde werkwijzen voor het expanderen van tabak wordt een vloeibaar of gasvormig expansie-middel aan de tabak toegevoegd. Hierna wordt de tabak onderworpen aan een verwarmingstrap die gewoonlijk contact met een medium zoals bij-10 voorbeeld warme lucht en/of stoom inhoudt teneinde het expansie- middel uit de tabak te verwijderen. In sommige gevallen veroorzaakt het toevoegen aan de tabak van een ejqpansie-middel het opzwellen van de cellen van de tabak, waarbij dit in het bijzonder het geval is bij werkwijzen om te komen tot expansie door middel 15 van vriesdrogen. In andere gevallen vindt de expansie van de tabak plaats wanneer het expansie-middel uit de tabak wordt verwijderd.

Het bij de expansie-werkwijze die beschreven is in het Amerikaanse octrooischrift 2 596 183 gebezigde expansie-20 middel is water, terwijl volgens de beschrijving in het Ameri kaanse octrooischrift 3 524 451 gebruik wordt gemaakt van een vluchtige organische vloeistof. In een expansie-werkwijze volgens het Britse octrooischrift 1 444 309 wordt tabak geïmpregneerd met vloeibaar kooldioxyde en wordt de geïmpregneerde tabak 25 blootgesteld aan omstandigheden zodanig dat de vloeibare kool dioxyde wordt omgezet in vast kooldioxyde. De tabak wordt vervolgens verwarmd teneinde de kooldioxyde te verdampen en te verwijderen.

Voorstellen voor het gebruik van gasvormige 30 expansie-middelen in tabak-expansieprocessen zijn vermeld in

het Amerikaanse octrooischrift 4 250 898 waarbij kooldioxyde het gebezigde gas is, en het Britse octrooischrift 2 042 320A

8401765 V > - 2 - Λ

Ht m waarbij stikstof en argon de voorgestelde gassen zijn.

Een ander tabak-expansieproces waarbij gebruik wordt gemaakt van een gasvormig expansie-middel, wordt beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 1 789 435. Bij het uitvoeren 5 van dit proces wordt samengeperste lucht ingevoerd in een ge sloten kamer die een charge van tabak bevat. Nadat gedurende een geschikte tijd een gekozen luchtdruk, bijvoorbeeld 3 kPa in stand is gehouden, wordt de kamer plotseling afgeblazen naar atmosferische druk, waardoor een volume-toename van de tabak 10 van ongeveer 15 % wordt bewerkstelligd. Een enigszins verge lijkbaar proces, gebruikt voor het expanderen van tabakstelen, wordt beschreven in het Britse octrooischrift 675 292. De stelen worden in een kamer geplaatst die wordt leeggepompt teneinde de tabak van lucht te bevrijden. Vervolgens wordt stoom in de 15 kamer ingevoerd en wordt tenslotte de druk in de kamer plotse ling verminderd door de kamer te verbinden met een tweede kamer waarin de druk zeer laag is, zodat de druk waaraan het tabak-steelmateriaal wordt blootgesteld, in een korte tijd wordt verlaagd tot een lage druk, bij voorkeur binnen een seconde tot een 20 absolute druk onder 0,67 kPa. Indien de werkwijze volgens het

Britse octrooischrift 675 292 zal worden gebruikt voor het expanderen van tabaksblad, zou de bereikbare mate van expansie niet meer dan ongeveer 20 % bedragen.

Een werkwijze en een inrichting voor het ex-25 panderen van tabakstelen zonder de stelen van de tabaksbladen te verwijderen wordt beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 2 344 106. De bladen worden één voor één tussen tegen elkaar gelegen gangen van twee banden zonder eind gevoerd die elementen dragen die in deze gangen samenwerken om kamers tot stand te 30 brengen die de stelen van de bladen opsluiten. Lucht of een ander gasvormig medium wordt onder druk toegevoerd via een klep aan iedere kamer. Wanneer aan het eind van de tegen elkaar gelegen gangen een paar elementen die een kamer bepalen, uiteen worden getrokken, wordt de druk in de kamer die door de elementen 35 wordt bepaald, plotseling afgelaten. Beweerdelijk resulteert 8401765 ί - 3 - dit in een expansie van een steel die in de kamer aanwezig is.

De noodzakelijkheid tussen de elementen die een kamer bepalen drukdichte afdichtingen te voorzien zal resulteren in moeilijke ontwerp- en bedrijfsproblemen. De maximale werkdruk zal 5 gering zijn. Vegrelijkbare problemen en beperkingen kunnen worden verwacht bij een poging tabak te expanderen door middel vein de werkwijzen als beschreven en toegelicht in het Britse octrooischrift 1 408 262.

De uitvinding heeft als doel het voorzien 10 in een bruikbaar alternatief voor de eerder voorgestelde tabaks- expansie-processen en streeft verder het expanderen van tabak na zonder daardoor meer dan een minimale chemische wijziging in de tabak te veroorzaken.

De uitvinding verschaft een werkwijze voor 15 het expanderen van tabaksbladmateriaal, gekenmerkt door het in contact brengen van het tabaksbladmateriaal met een organisch expansie-middel dat een kookpunttemperatuur heeft bij een druk van 100 kPa die tenminste ongeveer 10°C bedraagt, het verwarmen binnen in een gesloten eerste vat van het aldus in contact 20 gebrachte tabaksbladmateriaal zodanig dat de temperatuur van het middel in de vloeibare fase in het tabaksbladmateriaal een waarde boven het kookpunt van het middel bereikt overeenkomend met een vrijlaatdruk die lager is dan de druk in het eerste vat bij die waarde van de temperatuur, en het vervolgens plotseling 25 in gasstroom-verbinding brengen van het inwendige van het vat met het inwendige van een gesloten tweede vat waarbij de druk onmiddellijk voor het tot stand brengen van de verbinding de vrijlaatdruk is, waardoor de vulwaarde van het tabaksbladmateriaal met tenminste 50 % wordt vergroot.

30 Werkwijzen volgens de uitvinding worden bij voorkeur uitgevoerd teneinde in het aan de werkwijzen blootgestelde tabaksbladmateriaal een vulwaardeverbetering tot stand te brengen van tenminste 70 % op basis van een evenwichtsvocht-gehalte.

35 Het organische expansiemiddel is bij voorkeur 8401765 4 w * - 4 - een middel met een atmosferisch kookpunt boven kamertemperatuur, dat wil zeggen 20°C. Een expansiemiddel met een kookpunt dat bijvoorbeeld zo hoog ligt als 80°C, kan worden gebruikt.

Het organische expansie-middel kan worden 5 gekozen uit één van de volgende groepen, bijvoorbeeld alkanen, alkenen, alkoholen, aldehyden, ketonen, ethers en koolstofhalo-geenverbindingen.

Representatief voor de alkanen die toepassing kunnen vinden, zijn isopentaan, n-pentaan, n-hexaan, methyΙ-ΙΟ pentaan en cyclopentaan. Representatief voor de alkenen die toe passing kunnen vinden zijn hexeen en octeen. Representatief voor de alkoholen die kunnen worden gebruikt, zijn methanol, ethanol, propanol-1, propanol-2, butanol-1, butanol-2, pentanol-1, pentanol-2 of pentanol-3. Representatief voor de aldehyden 15 die kunnen worden toegepast, zijn aceetaldehyde, propionaldehyde en butyraldehyde.. Representatief voor de ketonen die kunnen worden toegepast, zijn aceton, butanon en pentanon. Representatief voor de ethers die kunnen worden toegepast, zijn diethylether, n-propylether en isopropylether. Representatief voor de chloor-20 koolstofverbindingen die kunnen worden toegepast, zijn dichloor- methaan, chloroform, tetrachloorkoolstof, chloorpropaan en chloorbutaan. Representatief voor de koolstofhalogeenverbindingen die kunnen worden toegepast, zijn dichloorfluormethaan, trichloor-fluormethaan, tetrachloordifluorethaan, trichloortrifluorethaan, 25 broomdichloormethaan, broomtrichloormethaan en bromoform.

Het kookpunt van al deze organische expansie-middelen ligt boven 20°C, maar het is mogelijk middelen te gébruiken met een lager kookpunt, zoals neopentaan dat een kookpunt van 9,5°C heeft.

30 Het organische expansie-middel kan worden toe gevoegd aan de tabak in combinatie met water. Water alleen moet niet als het expansie-middel worden gebruikt aangezien dit in onvoldoende mate doeltreffend zal zijn.

Het aanvankelijke vochtgehalte van de tabak 35 kan liggen in een traject van 10 % tot 35 %, maar bedraagt bij 8401765 4 - 5 - voorkeur tenminste 18 %.

De tabak kan met het expan siemiddel in aanraking worden gebracht voor of na het in het eerste vat plaatsen van de tabak. Wanneer de tabak met het middel in contact wordt 5 gebracht, kan het middel in de vloeibare fase verkeren. Anders kan het middel in contact worden gebracht met de tabak terwijl het middel zich in de dampfase bevindt. In het laatste geval condenseert damp op de tabak en raakt de tabak geïmpregneerd met het condensaat. Als het middel op de tabak wordt aangewend 10 als een vloeistof, kan het op de tabak worden gesproeid of kan de tabak gedurende zekere tijd in het vloeibare middel worden ondergedompeld. Het middel kan met de tabak in aanraking worden gebracht in een kamer die geheel of gedeeltelijk is leeggepompt waarbij deze kamer op geschikte wijze het eerste vat is. Op welke 15 wijze ook de tabak met het middel in aanraking wordt gebracht, steeds verdient het de voorkeur dat alle overtollige vloeistof wordt verwijderd.

Het is gewenst dat de tabak niet gedurende een langere tijd in het eerste vat wordt verwarmd. Aldus dient 20 het verwarmingsorgaan dat wordt gebruikt, in staat te zijn be trekkelijk snel de temperatuur van de tabak en van het daarin aanwezige organische middel in de vloeistoffase tot de gewenste waarde te verhogen. Voor een snelle verwarming kan gebruik worden gemaakt van een microgolf- of dielektrisch verwarmingsorgaan. 25 De warmtetoevoer die nodig is om ervoor te zorgen dat het ex- pansiemiddel in de tabak op de gewenste temperatuur komt, of een gedeelte van deze toevoer kan worden geleverd door het ex-pansie-middel te verwarmen en het warme middel aan de tabak toe te voegen, bij voorkeur nadat de tabak in het inwendige van het 30 eerste vat is geplaatst en het eerste vat is gesloten.

Aan het eind van de verwarmingsstap bevindt het expansiemiddel in de tabak zich op of nabij zijn kookpunt bij de tot stand gébrachte druk.

Het is van wezenlijk belang dat aan het eind 35 van de verwarmingsstap het middel in vloeibare toestand in de 8401765

V

- 6 - * tabak aanwezig is in een voldoende hoeveelheid om de verlangde mate van expansie van de tabak te verkrijgen bij het plotseling in gasstroomverbinding brengen van het inwendige van het eerste vat met het inwendige van het tweede vat. Indien nodig kan om 5 aan deze voorwaarde te voldoen het middel in de damptoestand bij geschikte temperatuur en druk in het eerste vat worden ingébracht.

De vrijlaatdruk kan de atmosferische druk zijn, maar is op geschikte wijze daaronder gelegen, bij voorkeur 10 15 kPa of minder bedragend.

De plotselinge drukdaling waaraan de tabak wordt blootgesteld wanneer de binnenruimten van het eerste en het tweede vat in gasstroomverbinding worden gebracht, resulteert op geschikte wijze niet alleen in de expansie van de tabak, 15 maar ook in een althans nagenoeg totale verwijdering door verdam ping van het expansiemiddel uit de tabak. Ook water wordt verwijderd en het vochtgehalte van de tabak na de drukverl agings stap is met voordeel het gehalte dat nodig is voor het vervaardigen van sigaretten, dat wil zeggen 12 % tot 15 %, zodat het niet 20 nodig is de geexpandeerde tabak verder te drogen of te conditio neren .

Er kunnen organen aanwezig zijn voor het bijeenhouden van de tabak in het eerste vat wanneer het inwendige daarvan plotseling in gasstroomverbinding wordt gebracht met het 25 inwendige van het tweede vat. In het andere geval zijn dergelijke organen niet aanwezig, waarbij de tabak met een aanzienlijke snelheid in het tweede vat wordt gestuwd.

De tijd waarin de drukdaling plaatsvindt, moet zo kort mogelijk zijn en bij voorkeur niet meer dan 5 secon-30 den bedragen.

De uitvinding verschaft tevens een tabakex-pansieinrichting, gekenmerkt door een eerste afsluitbaar vat, een verwarmingsorgaan dat kan worden bedreven om de temperatuur van het expansie-middel in de vloeibare toestand in het tabaks-35 bladmateriaal dat in het eerste vat is geplaatst, te verhogen, 8401765 •4 * - 7 - een tweede afsluitbaar vat en een kleporgaan dat kan worden bediend teneinde het inwendige van het eerste vat plotseling in gasstroomverbinding te brengen met het inwendige van het tweede vat. Bij voorkeur bevat de inrichting een orgaan voor 5 het tot stand brengen van een gedeeltelijk vacuum in het tweede vat. De inrichting kan verder een derde vat omvatten van waaruit het expansiemiddel in gasvormige toestand aan het eerste vat kan worden toegevoerd.

Opdat de uitvinding duidelijk zal worden be-10 grepen en gemakkelijk tot stand kan worden gebracht, zal nu bij wijze van voorbeeld worden verwezen naar de bijgaande tekening die schematisch een expansie-inrichting laat zien.

De expansie-inrichting omvat een eerste langwerpig en horizontaal geplaatst vat 1 dat aan de einden is 15 voorzien van een inlaatkogelklep 2, respectievelijk een uitlaat- kogelklep 3. Verder omvat de expansie-inrichting een tweede vat 4 dat is uitgevoerd met een afneembaar deksel 5. Het inwendige van het eerste vat kan in verbinding worden gebracht met het inwendige van het tweede vat 4 via de klep 3 en een pijp 6. 20 Teneinde het vat 1 te verwarmen wordt stoom, bijvoorbeeld met een absolute druk van 800 kPa, oververhit in een met gas gestookte oververhitter 7 en de oververhitte stoom wordt vervolgens rondgevoerd door een stoommantel 8 die het vat 1 omgeeft. De stoom verlaat de mantel 8 via een leiding 9.

25 De temperatuur in het inwendige van het vat 1 kan worden gemeten met een thermokoppelinrichting die bij 10 is aangeduid. De druk in het inwendige van het vat 1 kan worden afgelezen van een drukmeter 11. Het verwijzingscijfer 12 geeft een overdruk-aflaatklep aan. Het vat 1 en de bijbehorende klep-30 pen 2,3 kunnen een werkdruk van 1150 kPa weerstaan.

Het inwendige van het tweede vat 4 kan worden leeggepompt met behulp van een vacuumpomp 13 die aan het vat 4 is aangesloten via een leiding 14 waarin een isoleringsklep 15 is gemonteerd. De waarde van het vacuum dat in het inwendige van 35 het vat 4 is getrokken, kan worden afgelezen van een vacuummeter 8401765 - 8 - 16. In een eerste experiment wordt 15 g van een 80 : 20 blad/ steelmengsel met een vochtgehalte van 16 % geplaatst in een langwerpige cilindervormige mand van draadgaas. De mand is met een stippellijn in de tekening aangegeven en wordt aangeduid 5 met het verwijzingscijfer 17. De mand 17 omvat een gesloten eindplaat 18 en is aan het andere eind open. Met de mand 17 in vertikale stand rustend op de eindplaat 18 werd 10 cm3 chloroform op de tabak geschonken en de mand werd onmiddellijk daarna in het vat 1 geschoven via de inlaatklep 2. Het inwendige van het 10 vat was te voren verwarmd tot 110°C door stoom door de stoomman- tel 8 te laten gaan. Met de tabakbevattende mand 17 op zijn plaats in het vat 1 en met de inlaatklep 2 en de uitlaatklep 3 in de gesloten stand werd oververhitte stoom door de mantel 8 gevoerd. Na een verwarmingstijd van 12 minuten bedroeg de tem-15 peratuur in het vat 1 175°C en was de druk 620 kPa.

Intussen werd de vacuumpomp 13 benut voor het verlagen van de druk in het vat 4 tot 15 kPa absoluut. Aldus werd toen na afloop van de 12 minuten durende verwarmingstijd de uitlaatklep 3 snel werd gedraaid naar zijn geheel open stand, 20 de tabak uit de mand 17 in het vat 4 geschoten. De mand 17 kan niet in dezelfde richting worden verplaatst omdat de diameter van de mand groter is dan die van de boring van de uitlaatklep 3.

De tabak die uit het vat 4 werd gehaald, 25 bleek een vochtgehalte van 9,5 % te hebben. Het bleek dat het specifieke deeltjesvolume van de tabak met 80 % was toegenomen in vergelijking met dat van hetzelfde tabaksmengsel dat niet aan de expansiemethode werd onderworpen, genomen op basis van een evenwichtsvochtgehalte. De vulwaarde, eveneens genomen op basis 30 van een evenwichtsvochtgehalte, bleek met 56 % te zijn toege nomen.

In een tweede experiment werd de procedure van het eerste experiment herhaald met gebruikmaking van hetzelfde tabaksmengsel, behalve dat in plaats van chloroform als 35 het expansiemiddel 19 cm3 aceton werd gebruikt. Na een verwar- 8401765 - 9 - «ft mingstijd van 12 minuten bedroeg de temperatuur in het vat 1 190°C en de druk bedroeg 790 kPa. Het vochtgehalte van de tabak die aan het eind van het experiment uit het vat 2 werd gehaald, bedroeg 8,5 %. De toename van het specifieke deeltjesvolume 5 bleek 95 % te zijn en de toename van het vulvolume bleek 71 % te zijn.

In een derde experiment werd de procedure van het eerste experiment herhaald met hetzelfde tabaksmengsel maar met een vochtgehalte van 24 %, waarbij het expansie-middel 10 50 cm3 trichloorfluormethaan was. Na een verwarmingstijd van 8 minuten werd een temperatuur, van 190°C en een druk van 862 kPa in het vat 1 bereikt, waarna het vat 1 snel werd verbonden met het vat 4 waarin de druk tot dan toe 15 kPa bedroeg. De toename van het specifieke deeltjesvolume bleek 89 % te zijn en de toe-15 name van de vulwaarde bleek 70 % te zijn.

De procedure die in een vierde experiment werd gevolgd, was vergelijkbaar met die van het derde experiment, behalve dat 50 cm3 η-pentaan werd gebruikt als het expansie-middel en dat de temperatuur en de druk in het vat 1 185°C, res-20 pectievelijk 772 kPa bedroegen. De toename van het specifieke deeltjesvolume bleek 60 % te zijn en de toename van de vulwaarde bleek 52 % te zijn.

De procedure die in een vijfde experiment werd gevolgd, was vergelijkbaar met die van het derde experiment, 25 behalve dat het vochtgehalte van de tabak 18 % bedroeg en dat het expansie-middel 35 cm3 tetrachloorkoolstof was. Na een verwarmingstijd van 12 minuten werd een temperatuur van 200°C en een druk van 662 kPa in het vat 1 bereikt. De toename van het specifieke deeltjesvolume bleek 77 % te zijn en de toename van 30 de vulwaarde 61 %.

De procedure die in een zesde -experiment werd gevolgd, was vergelijkbaar met die van het vijfde experiment, behalve dat het expansie-middel diethylether was en dat na een verwarmingstijd van 7 minuten een temperatuur van 181°C en 35 een druk van 765 kPa in het vat 1 werden bereikt. De toename van 8401765

J

- 10 - het specifieke deeltjesvolume bleek 86 % te zijn en de toename van de vulwaarde 70 %.

8401765

Claims (16)

1. Werkwijze voor het expanderen van tabaksbladmateriaal , gekenmerkt door het in aanraking brengen van het tabaksbladmateriaal met een organisch expansiemiddel dat 5 een kookpunttemperatuur bij een druk van 1 atmosfeer heeft die tenminste ongeveer 10°C bedraagt, het in het inwendige van een gesloten eerste vat verwarmen van het elders in contact gebrachte tabaksbladmateriaal zodat de temperatuur van het expansiemiddel in de vloeibare fase in het tabaksbladmateriaal een 10 waarde bereikt boven het kookpunt van het expansiemiddel over eenkomend met een vrijlaatdruk die lager is dan de druk in het eerste vat bij die temperatuurwaarde, en het vervolgens plotseling in gasstroomverbinding brengen van het inwendige van het vat met het inwendige van een gesloten tweede vat waarin de druk 15 onmiddellijk voorafgaand aan het tot stand brengen van de verbin ding de vrijlaatdruk is, waardoor de vulwaarde van het tabaksbladmateriaal met tenminste 50 % wordt vergroot.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vulwaarde van het tabaksbladmateriaal met tenminste 20 70 % wordt vergroot.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het aanvankelijke vochtgehalte van het tabaksbladmateriaal ligt in een traject van 10 % tot 35 %.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, 25 met het kenmerk, dat het aanvankelijke vochtgehalte van het tabaksbladmateriaal tenminste 18 % bedraagt.

5. Werkwijze volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het expansiemiddel een alkaan, een alkeen, een alkohol, een aldehyde, een keton, een ether of 30 een halogeenkoolstofverbinding is.

6. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot en met 4, met het kenmerk, dat het expansiemiddel aceton, tetrachloorkoolstof, chloroform, diethylether, n-pentaan of trichlocrfluormethaan is.

7. Werkwijze volgens een van de voorafgaande 8401765 «I - 12 - conclusies, met het kenmerk, dat het expansiemiddel in de vloeibare fase verkeert wanneer het tabaksbladmateriaal daarmee in aanraking wordt gebracht.

8. Werkwijze volgens een van de conclusies 5. tot en met 6, met het kenmerk, dat het expansiemiddel in de dampfase verkeert en op het tabaksbladmateriaal condenseert wanneer het materiaal met het expansiemiddel in aanraking wordt gebracht, waarbij de tabak wordt geimpregneerd met het gecondenseerde middel.

9. Werkwijze volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het tabaksbladmateriaal in aanraking wordt gebracht met het expansiemiddel in een tenminste gedeeltelijk leeggepompte kamer.

10. Werkwijze volgens een van de voorafgaande 15 conclusies, met het kenmerk, dat het expansiemiddel op een hoge temperatuur is wanneer het tabaksbladmateriaal daarmee in aanraking wordt gebracht.

11. Werkwijze volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de vrijlaatdruk een druk beneden 20 de atmosferische druk is.

12. Tabakexpansie-inrichting, gekenmerkt door een eerste afsluitbaar vat, een verwarraingsorgaan dat kan worden bedreven voor het verhogen van de temperatuur van het expansiemiddel in het tabaksbladmateriaal dat in het eerste vat is ge- 25 plaatst en in de vloeibare fase verkeert, een tweede afsluit baar vat en kleporganen die kunnen worden bediend teneinde het inwendige van het eerste vat plotseling in gasstroomverbinding te brengen met het inwendige van het tweede vat.

13. Inrichting volgens conclusie 12, 30 gekenmerkt door een orgaan dat kan worden bedreven om een vacuum in het tweede vat te trekken.

14. Inrichting volgens conclusie 12 of 13, gekenmerkt door een derde vat vanwaaruit het expansiemiddel in gasvormige toestand naar het eerste vat kan worden toegevoerd.

15. Werkwijze volgens een van de conclusies 8401765 « _ V ?· ~ η - 13 - 1 tot en met 11, met het kenmerk, dat het expansiemiddel een kookpunt heeft dat ligt boven 20°C bij een druk van 100 kPa.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat het expansiemiddel een kookpunt heeft dat 5 ligt onder 80°C bij een druk van 100 kPa. 3401765