PL174141B1 - Sposób spęczniania tytoniu - Google Patents

Abstract

1. Sposób speczniania tytoniu dla zwiekszania po- jemnosci wypelniajacej tytoniu, który polega na tym, ze w komorze impregnacyjnej, przystosowanej do wy- trzymywania warunków podwyzszonego cisnienia, umieszcza sie ladunek tytoniu przeznaczonego do spe- cznienia, impregnuje sie ten ladunek tytoniu propa- nem jako czynnikiem speczniajacym w warunkach wystarczajacych do otrzymania impregnowanego ty- toniu, podlegajacego specznieniu przynajmniej okolo 50% po wystawieniu na oddzialywanie warunków speczniajacych, po czym usuwa sie ladunek impreg- nowanego tytoniu z komory impregnacyjnej i poddaje sie go warunkom wystarczajacym do jego specznie- nia, znamienny tym, ze przeznaczony do specznienia tyton sciska sie ze stosunkiem scisniecia wynoszacym przynajmniej 1,5:1, w stosunku do objetosci luznego wypelnienia tytoniem przeznaczonym do specznienia, i wypelnia sie dostepna objetosc komory impregnacyj- nej tym scisnietym tytoniem przeznaczonym do im- pregnacji. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób spęczniania tytoniu dla zwiększania pojemności wypełniającej tytoniu.

W przeciągu ostatnich dwudziestu lat spęcznianie tytoniu stanowiło istotną część procesu wytwarzania papierosów. Spęcznianie tytoniu przeprowadzono dla zwiększania gęstości masowej tytoniu i/lub jego objętości, utraconej podczas konserwowania i magazynowania liścia tytoniowego. Ponadto spęczniony tytoń stanowi ważny składnik wielu papierosów o małej zawartości smoły lub nadzwyczaj małej zawartości smoły.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki Nr 4 531 529 jest znany sposób spęczniania tytoniu dla zwiększania pojemności wypełniającej tytoniu, w którym tytoń impregnuje się czynnikiem spęczniającym o niskiej temperaturze wrzenia i dużej lotności, takim jak

174 141 normalnie gazowy węglowodór lub chlorowcowany węglowodór w warunkach procesowych powyżej lub w pobliżu krytycznego ciśnienia i temperatury czynnika spęczniającego, po czym szybko obniża się ciśnienie do atmosfery tak, że tytoń ulega spęcznieniu bez konieczności prowadzenia etapu ogrzewania dla spęcznienia tytoniu lub utrzymania tytoniu w stanie spęcznionym. Ciśnienie stosowane w tym procesie wynosiło ponad 36 Kg/cm² do 142 Kg/cm² dla uzyskania odpowiedniego spęcznienia tytoniu bez nadmiernego pękania. Gdy okres czasu stosowany dla zwiększenia ciśnienia czynnika spęczniającego do poziomu ciśnienia koniecznego mieścił się w zakresie od 1 do 10 minut, wówczas dla uzyskania skutecznej impergnacji tytoniu potrzebny był tylko niewielki dodatkowy czas przetrzymywania tytoniu pod ciśnieniem.

Z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr-y 3 683 937 i 4 554 932, a także z brytyjskiego opisu patentowego nr 2 193 076 i europejskiego opisu patentowego nr 404 475 jest znany sposób spęczniania tytoniu dla zwiększenia pojemności wypełniającej tytoniu, który polega na tym, że umieszcza się ładunek tytoniu przeznaczonego do spęcznienia w komorze impregnacyjnej, przystosowanej do wytrzymywania warunków podwyższonego ciśnienia, impregnuje się ten ładunek tytoniu propanem jako czynnikiem spęczniającym w warunkach wystarczających do otrzymania impregnowanego tytoniu, podlegającego spęcznieniu przynajmniej około 5θ% po wystawieniu na oddziaływanie warunków spęczniających, po czym usuwa się ładunek impregnowanego tytoniu z komory impregnacyjnej, i wystawia się go na oddziaływanie warunków wystarczających do jego spęcznienia.

Opisane powyżej znane sposoby spęczniania tytoniu muszą być prowadzone w procesie seryjnym lub procesie ciągłym przy stosowanych ciśnieniach impregnowania znacznie powyżej ciśnienia atmosferycznego. Procesy seryjne i ciągłe wymagają stosowania skomplikowanego urządzenia obróbczego i przedłużonych cykli czasowych, ze względu na czas potrzebny do otwierania i zamykania komór impregnacyjnych i do wprowadzania i usuwania czynnika impregnującego z komór impregnacyjnych. Zwiększenie wydajności znanych sposobów spęczniania jest możliwe głównie poprzez zwiększenie objętości poszczególnych układów seryjnych i/lub zwiększenie ich ilości.

Sposób spęczniania tytoniu dla zwiększenia pojemności wypełniającej tytoniu, który polega na tym, że umieszcza się ładunek tytoniu przeznaczony do spęcznienia w komorze impregnacyjnej, przystosowanej do wytrzymywania warunków podwyższonego ciśnienia, impregnuje się ten ładunek tytoniu propanem jako czynnikiem spęczniającym w warunkach wystarczających do otrzymania impregnowanego tytoniu, podlegającego spęcznieniu przynajmniej około 50% po wystawieniu na oddziaływanie warunków spęczniających, po czym usuwa się ładunek impregnowanego tytoniu z komory impregnacyjnej i wystawia się go na oddziaływanie warunków wystarczających do jego spęcznienia, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przeznaczony do spęcznienia tytoń ściska się ze stosunkiem ściśnięcia wynoszącym przynajmniej 1,5:1, w stosunku do objętości luźnego wypełnienia tytoniem przeznaczonym do spęcznienia, i wypełnia się dostępną objętość komory impregnacyjnej tym ściśniętym tytoniem przed etapem impregnacji.

Etap impregnacji tytoniu prowadzi się korzystnie w temperaturze co najmniej na poziomie temperatury nadkrytycznej czynnika spęczniającego, i pod ciśnieniem co najmniej na poziomie ciśnienia nadkrytycznego czynnika spęczniającego.

Etap impregnacji korzystnie prowadzi się w przeciągu okresu czasu krótszego niż jedna minuta, a zwłaszcza krótszego niż około dwadzieścia sekund.

W sposobie według wynalazku korzystnie stosuje się stosunek ściśnięcia wynoszący przynajmniej 2:1 do 3:1.

W etapie impregnacji doprowadza się propan do komory impregnacyjnej korzystnie w postaci płynu mającego temperaturę powyżej temperatury nadkrytycznej tego płynu i pod ciśnieniem powyżej ciśnienia nadkrytycznego tego płynu, a zwłaszcza płynny propan pod ciśnieniem powyżej około 13,74 MPa w temperaturze powyżej około 116°C.

Przed wprowadzeniem do komory impregnacyjnej tytoń ogrzewa się wstępnie do podwyższonej temperatury, zwłaszcza do temperatury przynajmniej 52°C.

174 141

Do komory impregnacyjnej doprowadza się łączną ilość ciepła, pochodzącą ze wstępnie ogrzanego tytoniu i płynu spęczniającego, powodującą ogrzanie jej do temperatury pomiędzy około 116° i 132°C.

W sposobie według wynalazku tytoń jest ściskany w stopniu większym niż 1,25:1, przykładowo 1,5:1, i korzystnie w stopniu przynajmniej 2:1-3:1 lub większym. W ten sposób zostaje znacznie polepszona wydajność dostępnej przestrzeni w komorze impregnacyjnej, np. o 50% do 200% lub więcej. Pomimo ściśnięcia tytoniu podczas etapu impregnowania, można uzyskać znaczące spęcznienie tytoniu, powodujące wzrost pojemności wypełniania rzędu przynajmniej 50% do 100% i więcej. Ponadto, w zalecanych rozwiązaniach sposobu według wynalazku, dla impregnowania ściśniętego tytoniu można stosować cykle czasowe trwające krócej niż 20 sekund.

Sposób według wynalazku pozwala na znaczące zmniejszenie ilości czynnika spęczniającego, wprowadzanego do komory impregnacyjnej. Zwykle objętość czynnika spęczniającego może wynosić około 1/2 lub mniej w stosunku do objętości tytoniu.

Ponadto w sposobie według wynalazku uzyskuje się znaczące skrócenie cyklu czasowego impregnowania tytoniu w warunkach co najmniej nadkrytycznego ciśnienia i temperatury poprzez wstępne ogrzanie tytoniu przed wprowadzeniem go do komory impregnacyjnej. Stwierdzono, że wstępne sprężenie i wstępne ogrzanie czynnika spęczniającego do temperatury i ciśnienia powyżej wartości nadkrytycznych przed wpuszczeniem go do komory impregnacyjnej umożliwia zadowalające impregnowanie tytoniu czynnikiem spęczniającym w przeciągu krótkiego okresu czasu rzędu sekund dla uzyskania impregnowanego tytoniu, podlegającego następnie znacznemu spęcznieniu. Według wynalazku można uzyskać całkowite cykle czasowe, łącznie z czasem wprowadzania płynu nadkrytycznego, czasem impregnacji i czasem zwalniania ciśnienia, wynoszące mniej niż jedną minutę, a korzystniej mniej niż 20 sekund. Ponadto można uzyskać wzrost pojemności wypełniania większy niż 50%, a nawet ponad 100% w cyklach czasowych 10-12 sekund lub krótszych.

W zalecanych rozwiązaniach sposobu według wynalazku jest stosowany płynny propan w temperaturze powyżej jego temperatury krytycznej i powyżej ciśnienia krytycznego. Stwierdzono obecnie, że zastosowanie propanu o ciśnieniu powyżej 13,74 MPa powoduje skrócenie cyklu czasowego. Przez połączenie rozmaitych aspektów sposobu według wynalazku można zwiększyć wydajność tytoniu w wysokociśnieniowej komorze impregnacyjnej o współczynnik przekraczający nawet 3-krotnie wydajność opisaną w stanie techniki. Tak więc, ściskanie tytoniu przed etapem impregnacji pozwala na uzyskanie przepustowości dwu- do trzykrotnej lub większej w porównaniu z normalną znaną przepustowością urządzenia. Przez zastosowanie wstępnie ogrzanego tytoniu i/lub zasadniczo natychmiastowego wprowadzenia wstępnie ogrzanego i wstępnie sprężonego nadkrytycznego płynu do komory spęczniania, podczas każdej minuty pracy urządzenia można ukończyć do pięciu lub więcej cykli impregnowania tytoniu. Tak więc, można zastosować komorę impregnacyjną o danej objętości dla impregnowania objętości tytoniu, przekraczających w stanie luźnym, pięciokrotnie, a korzystnie 10 do 15-krotnie objętość komory impregnacyjnej dla każdej minuty pracy.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny przekrój zalecanego urządzenia do prowadzenia sposobu według wynalazku w rozmaitych odmiennych położeniach roboczych, zaznaczonych przerywanymi liniami, fig. 2 - schematyczny przekrój wzdłuż linii 2-2 z fig. 1, przedstawiający człon ładujący, ściskający tytoń dla wprowadzania ściśniętego tytoniu do komory impregnacyjnej urządzenia przedstawionego na fig. 1, fig. 3 - schemat zalecanego sposobu według wynalazku, a fig. 4 - schemat zalecanego sposobu sterowania pracą urządzenia przedstawionego na fig. 1.

Na fig. 1 przedstawiono urządzenie przeznaczone do prowadzenia sposobu według wynalazku, stanowiące urządzenie znane z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki Nr 4 554 932.

Jak pokazano na fig. 1, urządzenie zawiera naczynie ciśnieniowe 10, posiadające cylindryczną rurową osłonę 12 i wrzeciono 14. Osłona 12 i wrzeciono 14 mogą być wykonane z dowolnych odpowiednich materiałów, takich jak stal nierdzewna, brąz i tym podobne. Szcze174 141 gólna konstrukcja i wielkość osłony i wrzeciona powinna wytrzymywać ciśnienia panujące wewnątrz komory impregnacyjnej.

Wrzeciono 14 zawiera ukształtowane cylindrycznie człony końcowe 16 i 18 i pręt łączący 20. Gdy wrzeciono 14 znajduje się wewnątrz osłony 12, jak przedstawiono na fig. 1 wówczas człony końcowe 16 i 18, pręt łączący 20 i osłona 12 tworzą razem pierścieniową przestrzeń o wstępnie określonej objętości, wyznaczającą uszczelnioną komorę impregnacyjną 22.

Jak przedstawiono na fig. 1, wrzeciono 14 jest umieszczone poziomo i może przesuwać się ruchem posuwisto-zwrotnym pomiędzy położeniem załadowania 24, zaznaczonym przerywaną linią, położeniem wyładowania 26, również zaznaczonym przerywaną linią, i położeniem impregnacji, pokazanym szczegółowo na fig. 1. Poprzez wałek 30, pokazany częściowo na fig. 1, jest przyłączony osiowo tłok hydrauliczny lub podobny człon silnikowy 28 dla przesuwania wrzeciona 14 pomiędzy tymi trzema położeniami.

Tytoń zostaje załadowany na wrzeciono 14 w położeniu 24 za pomocą pary przeciwległych półcylindrycznych członów ładujących 32. Tytoń może być w dowolnej z rozmaitych postaci, łącznie z postacią liścia (obejmującą łodygę i żyłki) pasków (liść z usuniętą łodygą), lub ciętego wypełniacza papierosowego (paski cięte lub strzępione do wyrobu papierosów). Człony ładujące 32 są przyłączone poprzez pręty 34 do posuwisto-zwrotnych członów siłownikowych, nie pokazanych, takich jak tłok hydrauliczny lub tym podobne. Oddzielne ładunki tytoniu 36 są wciskane na wrzeciono 14 dla ściśnięcia tytoniu, jak rozważono szczegółowo poniżej w odniesieniu do fig. 2.

Po załadowaniu wrzeciona 14 w położeniu 24, wrzeciono to jest przesuwane do położenia impregnowania. Każdy z członów końcowych 16 i 18 zawiera nadmuchiwane człony uszczelniające 40 i 42. Człony uszczelniające 40, 42 są utworzone z napełnianych hydraulicznie pierścieni elastomerycznych, które pobierają płyn hydrauliczny poprzez hydrauliczne przewody 44. Płyn hydrauliczny, taki jak olej klasy spożywczej, jest wtłaczany przewodami 44 poprzez hydrauliczny akumulator 45 do członów uszczelniających 40, powodując ich rozszerzenie na zewnątrz i uszczelnienie komory impregnacyjnej 22 przed przeciekami. Człony uszczelniające 40 korzystnie zawierają również nie pokazane integralne pierścienie odpornościowe, które służą do zgarniania cząsteczek tytoniu z wewnętrznej powierzchni osłony 12 i członów ładujących 32, gdy wrzeciono 14 przesuwa się z jednego położenia do drugiego. Płyn hydrauliczny jest wprowadzany do przewodu 44 z jednego końca wrzeciona 14 poprzez otwór w pręcie łączącym 46, pokazanym częściowo na fig. 1, i przyłączonym do przynajmniej jednego końca wrzeciona 14.

Przewody 48 i 49 gazu wysokociśnieniowego komunikują się poprzez osłonę 12 z kanalikami 50 i 51, które są ustawione w jednej linii z pierścieniową przestrzenią 52, utworzoną na członie końcowym 18 pomiędzy członami uszczelniającymi 42. Pierścieniowa przestrzeń 52 jest połączona poprzez liczne promieniowe kanaliki 54 i osiowe kanaliki 56 z rowkami 58, utworzonymi w powierzchni pręta łączącego 20. Kanaliki 50 i 51 umożliwiają tym samym wprowadzanie i wyprowadzanie wysokociśnieniowego płynu do i z komory impregnacyjnej 22, gdy wrzeciono 14 znajduje się w pokazanym położeniu. Pręt łączący 20 otacza jeden lub więcej ekranów 59 dla uchronienia tytoniu przed zatykaniem kanalików 56 i rowków 58.

Dla szybkiego wprowadzania i wyprowadzania płynu do i z komory impregnacyjnej 22 zastosowano parę szybkodziałaniowym zaworów 60 i 62. Zawory te stanowią korzystnie zawory kulowe mające wielkość otworu w zakresie od 12,7 mm do 38,1 mm średnicy lub większą, w zależności od wielkości komory impregnacyjnej 22, dla zasadniczo natychmiastowego doprowadzania i wyprowadzania wysokociśnieniowego płynu do i z komory impregnacyjnej 22. Zawory te są korzystnie otwierane i zamykane automatycznie poprzez nie pokazane, szybko działające hydrauliczne człony uruchamiające.

Po stronie wejściowej, przewód 48 prowadzący wysokociśnieniowy gaz jest podłączony do omówionego szczegółowo poniżej akumulatora 64. Dla ogrzania gazu doprowadzanego do akumulatora 64 zastosowano odparowywacz 66. Akumulator 64 może być również ogrzewany za pomocą innych nie pokazanych środków dla utrzymania płynu zawartego wewnątrz w stanie ogrzanym. Nad odparowywaczem 66 jest zastosowana nie pokazana pompa wysokociśnieniowa

174 141 dla doprowadzania do odparowywacza 66 i akumulatora 64 płynu pod wysokim ciśnieniem, np.

17,17 MPa.

Wysokociśnieniowy przewód 49, stosowany do usuwania wysokociśnieniowego płynu z komory impregnacyjnej 22 jest podłączony do strefy odzyskiwania gazu (nie pokazanej) dla odzyskiwania płynu usuwanego z komory impregnacyjnej 22.

W strefie wyładowania tytoniu jest zastosowane pneumatyczne urządzenie wyładowujące, takie jak bezolejowy kompresor 72, który kieruje płyn pod wysokim ciśnieniem lub azot na tytoń otaczający wrzeciono 14, gdy wrzeciono 14 przesuwa się do i z położenia wyładowania 26. Tytoń wyprowadzany w położeniu wyładowania 26 jest gromadzony w zespole porządkującym 73, zawierającym zazębiające się, oscylujące żebra i następnie jest podawany do zsypu 74, gdzie tytoń może być dodatkowo obrabiany dla suszenia, lub według potrzeby ogrzewany dla spęcznienia.

Na fig. 2 przedstawiono schematycznie człon ładujący 32, stosowany do wciskania tytoniu wokół wrzeciona 14. Jak pokazano, każdy z członów ładujących 32 stanowi półcylindryczny człon, zamontowany ruchomo pomiędzy położeniem cofniętym i położeniem zamkniętym 80, przedstawionym przerywanymi liniami. Tytoń 36 jest podawany zsypami 82 do strefy ładowania tytoniu. Następnie cylindryczne człony ładujące 32 zostają przesunięte do położenia 80 dla wciśnięcia tytoniu 36 na wrzeciono 14, wypełniając w ten sposób pierścieniową przestrzeń pomiędzy członami końcowymi 16 i 18 i otaczając pręt łączący 20. Ilość tytoniu 36 stanowi korzystnie taką ilość, że jego objętość w postaci luźnej przed załadowaniem na wrzeciono 14 jest znacznie większa niż objętość tej pierścieniowej przestrzeni.

Objętość tytoniu przed ściśnięciem lub luźna objętość wypełniająca tytoniu jest określona poprzez pomiar gęstości tytoniu w sześciennym pojemniku o krawędzi wynoszącej 0,3 m. Do tego sześciennego pojemnika zostaje zasypany tytoń i zważony dla określenia masy tytoniu w stanie luźnego wypełnienia. Objętość luźnego wypełnienia ładunku tytoniu przed wciśnięciem na wrzeciono 14 jest następnie określona na podstawie ciężaru tego ładunku i wartości gęstości tytoniu w stanie luźnego wypełnienia. Objętość luźnego wypełnienia ładunku jest podzielona przez objętość ładunku tytoniu w stanie ściśniętym, to jest objętość na wrzecionie, dla określenia stosunku ściśnięcia. Wszystkie wartości określono lub skorygowano w stosunku do rzeczywistej wilgotności ładunku tytoniu, doprowadzanego do komory impregnacyjnej. Tak więc, dla wrzeciona 14 mającego objętość impregnacyjną wynoszącą 410 cm , ściśnięcie tytoniu mającego objętość luźnego wypełnienia wynoszącą 810 cm³ oznacza stosunek ściśnięcia 2:1.

Okazuje się, że dostępna na wrzecionie 14 objętość dla tytoniu jest mniejsza niż całkowita przestrzeń dostępna dla wysokociśnieniowego płynu. Z tego względu, wrzeciono 14 zawiera kanaliki płynowe 54 i 56 i kanały 58, tworzące przestrzeń dostępną dla płynu, jednakże przestrzeń ta nie może być zajęta przez tytoń w wyniku zastosowania ekranu 59. Tak więc, dostępna objętość dla tytoniu, to jest objętość komory impregnacyjnej 22 dostępna dla ciasno upakowanego tytoniu jest zwykle mniejsza niż objętość dostępna dla płynu impregnacyjnego. Zwykle, dostępna objętość dla tytoniu stanowi około 75-80% objętości dostępnej dla płynu impregnacyjnego, przy czym ta ostatnia obejmuje przestrzeń utworzoną przez rozmaite kanały i kanaliki, niedostępne dla tytoniu.

Jak pokazano na fig. 1, podczas pracy dla doprowadzania propanu do strefy płynu wysokociśnieniowego w akumulatorze 64 wysokociśnieniowa pompa jest zastosowana, gdy z akumulatora 64 jest odprowadzany gaz, wówczas spadek ciśnienia jest rejestrowany za pomocą nie pokazanych czujników, a zespół sterowania powoduje uruchomienie pompy, która bezpośrednio rozpoczyna ponowne napełnianie akumulatora płynem wysokociśnieniowym, takim jak propan. Akumulator 64 gazu może być ponownie napełniony w krótkim okresie 5-30 sekund, w trakcie okresu czasu wykorzystywanego według wynalazku do impregnowania tytoniu w komorze impregnacyjnej 22 urządzenia z fig. 1.

Na fig. 3 przedstawiono schematycznie zalecany sposób według wynalazku. Korzystnie sposób pokazany schematycznie na fig. 3 jest prowadzony zgodnie z zaleceniami opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 531 529.

W bloku 150 zastosowano zbiornik gromadzący propan pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze, taki jak akumulator 64 z fig. 3, jednakże zbiornik gromadzący może mieć

174 141 postać inną niż akumulator 64. Przykładowo, dla gromadzenia wysokotemperaturowego i wysokociśnieniowego propanu można zastosować zbiornik wyrównawczy o dużej objętości.

Alternatywnie można zastosować metalowy akumulator mieszkowy.

Ciśnienie propanu jest utrzymywane korzystnie powyżej 13,74 MPa, a najkorzystniej pomiędzy około 17,17 MPa i 20,61 MPa. Według wynalazku stwierdzono nieoczekiwanie, że dla impregnowania tytoniu przy tak wysokich ciśnieniach można zastosować bardzo krótkie czasy impregnacji, wynoszące pomiędzy około 5 i około 15 sekund, przy jednoczesnym bardzo pożądanym wzroście pojemności napełniania tytoniu, wynoszącym przykładowo od ponad 50 do 100% wzrostu pojemności napełniania. Temperatura propanu jest korzystnie utrzymywana powyżej 138°C, a najkorzystniej pomiędzy około 149°C i 204°C, np. około m9°-157°C. Otrzymuje się w ten sposób nadmiar ciepła do ogrzewania tytoniu w komorze impregnacyjnej.

Jak wskazano w bloku 155, tytoń, zwłaszcza w postaci ciętego wypełniacza, jest korzystnie wstępnie podgrzany przed wprowadzeniem do komory impregnacyjnej. Wstępne podgrzanie tytoniu powoduje również dostarczenie ciepła do ustanawiania warunków właściwego, krótkiego cyklu czasowego w komorze impregnacyjnej. Korzystnie, tytoń jest wstępnie podgrzany do temperatury ponad około 52°C, bardziej korzystnie do temperatury około 60°C lub wyższej, np. do temperatury 66-71°C lub wyższej. Do tytoniu można doprowadzić dodatkową wilgoć dla zwiększenia jego podatności. Korzystnie w sposobie według wynalazku stosuje się zawartość wilgoci pomiędzy około 16%o do około 30% lub więcej.

Wstępne ogrzewanie tytoniu może być prowadzone dowolnymi rozmaitymi środkami, obejmującymi zastosowanie ogrzanych bębnów, energii mikrofal i wtryskiwanie ogrzanej pary wodnej. Ogrzewanie parą wodną uważa się za korzystne z tego względu, że ciepło jest bardziej skutecznie przekazywane do tytoniu, przy jednoczesnym zwiększeniu poziomu wilgoci.

Wstępnie ogrzany tytoń zostaje następnie ściśnięty, czy też sprężony, jak wskazano w bloku 160. Jak wspomniano poprzednio, tytoń zostaje ściśnięty ze stosunkiem ściśnięcia wynoszącym przynajmniej około 1,25:1, bardziej korzystnie powyżej 1,5:1. Korzystnie, tytoń jest ściśnięty ze stosunkiem ściśnięcia większym niż 2:1 do 3:1 i więcej. Ściskanie tytoniu powoduje wzrost gęstości tytoniu tak, że gęstość tytoniu doprowadzanego do komory impregnacyjnej jest znacznie większa niż gęstość tytoniu przed ściśnięciem. Fachowcy z tej dziedziny są świadomi, że gęstości luźnego wypełnienia tytoniu mogą ulegać znacznym zmianom w zależności od tego, czy tytoń jest w postaci liścia czy też w postaci ciętego wypełniacza, w zależności od rodzaju tytoniu, od zawartości wilgoci w tytoniu i od innych czynników.

W sposobie według wynalazku stosuje się gęstości upakowania wynoszące 320 kg/m³ w przeliczeniu na zawartość wilgoci wynoszącą 12%. Jakkolwiek zwiększanie gęstości upakowania może w pewnym stopniu zwiększyć cykl czasowy dla uzyskania identycznych wielkości spęcznienia tytoniu, to jednak stwierdzono, że można korzystnie zastosować gęstości upakowania przekraczające 400-480 kg/m³ w przeliczeniu na 12% wilgotności i większe, przy uzyskiwaniu czasów impregnacji poniżej 20 sekund i przy wzroście pojemności napełniania ponad 50-100%.

Następnie ściśnięty tytoń jest impregnowany w komorze impregnacyjnej, jak wskazano w bloku 165. Gdy jako płyn impregnacyjny jest zastosowany propan, wówczas łączna ilość ciepła doprowadzanego do komory impregnacyjnej przechodzącego z ogrzanego propanu i ze wstępnie ogrzanego tytoniu jest korzystnie wystarczająca do uzyskania warunków impregnacyjnych w komorze impregnacyjnej, tzn. temperatury pomiędzy około 116°C i około 132°C, korzystnie około 127°C. Stwierdzono, że impregnacja w warunkach temperatury i ciśnienia rzędu około 127°C i odpowiednio 17,17 MPa może być przeprowadzona w przeciągu około 5 sekund lub nawet krócej, gdy ciepło jest doprowadzane zarówno przez wstępnie ogrzany tytoń jak i przez wstępnie ogrzany propan.

Gdy propan w stanie płynnym jest ogrzany do temperatur wyższych, wówczas tytoń może być ogrzany w mniejszym stopniu dla otrzymania pożądanych warunków temperaturowych w komorze impregnacyjnej. Jednakże uważa się, że istnieje górna granica temperatury propanu, powyżej której tytoń w komorze impregnacyjnej może ulegać uszkodzeniu. Ponadto, ze względu na stosowanie małych objętości płynów impregnacyjnych w zalecanych rozwiązaniach sposobu według wynalazku, masa płynu impregnacyjnego do ogrzewania tytoniu jest stosunkowo mała.

174 141

Masa czynnika spęczniającego jest zwykle prawie taka sama lub mniejsza niż masa tytoniu. Tak więc dodatek ciepła ze źródła takiego jak tytoń jest pożądany.

Warunki temperaturowe w komorze impregnacyjnej można uzyskać innymi środkami, tak jak przez zastosowanie w komorze impregnacyjnej grzejnika. Jednakże dla nadzwyczaj krótkich cykli czasowych, najlepsze rezultaty otrzymuje się przez połączenie ciepła pochodzącego ze wstępnie ogrzanego tytoniu i ze wstępnie ogrzanego wysokociśnieniowego propanu. Korzystnie efekty wstępnego ogrzewania tytoniu nie są w pełni zrozumiałe. Możliwe jest, że wstępnie ogrzany tytoń absorbuje płyn impregnacyjny z większą szybkością niż tytoń w temperaturze otoczenia wskutek występowania okoliczności obejmujących podatność tytoniu.

Ściśnięty i impregnowany tytoń jest utrzymywany w warunkach impregnacji przez krótki okres czasu, w zakresie od 1 -2 sekundy do około 20 sekund. Jak pokazano w bloku 170 na fig. 4, następnie ciśnienie zostaje zwolnione.

Korzystnie, zwolnienie ciśnienia zachodzi zasadniczo natychmiast, to znaczy jest realizowane w przeciągu około 1 sekundy lub krócej. Można tego dokonać przez zastosowanie zaworu szybkodziałaniowego, mającego duży otwór do gwałtownego uwalniania ciśnienia. Następnie ściśnięty tytoń zostaje zasadniczo bezpośrednio usunięty z komory impregnacyjnej co powoduje spęcznienie tytoniu. Korzystnie, tytoń jest obrabiany poprzez kontakt z wtłaczanym suchym powietrzem lub ogrzanym powietrzem dla ustanowienia zawartości wilgoci, na poziomie przykładowo około 10-12%, co dopomaga w stabilizowaniu tytoniu w postaci spęcznionej.

Gdy czynnik spęczniający stanowi propan lub podobny czynnik spęczniający w rodzaju ujawnionym w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 531 529, wówczas nie jest konieczne ogrzewanie tytoniu dla stabilizacji tytoniu w postaci spęcznionej.

Ponadto, nie występuje znacząca strata lotnych substancji posmakowych, cukrów lub tym podobnych, ze względu na niewystępowanie wysokotemperaturowych warunków ogrzewania. Jednakże w sposobie według wynalazku mogą być również stosowane inne czynniki spęczniające, łącznie z takimi, które wymagają zastosowania warunków spęczniania obejmujących ciepło dla uzyskania lub stabilizacji spęcznienia tytoniu.

Na fig. 4 przedstawiony schematycznie sposób sterowania urządzeniem z fig. 1 dla uzyskania znacznego spęcznienia tytoniu w krótkich cyklach czasowych, wynoszących mniej niż 20 sekund. Tego rodzaju układ sterowania, obejmujący czujniki do wyczuwania warunków podczas procesu spęczniania, jest bardzo pożądany dla otrzymania cykli czasowych rzędu 20 sekund lub krótszych. Oprzyrządowanie regulacyjne może być pneumatyczne, elektryczne lub pneumatyczno-elektryczne i może obejmować mikroprocesor, jak wiadomo fachowcom z tej dziedziny.

Jak pokazano na fig. 4, w bloku 200 są zastosowane odpowiednie czujniki dla sprawdzania, czy wrzeciono znajduje się w położeniu załadowania 24 i czy odpowiednio zwymiarowany ładunek tytoniu znajduje się w położeniu gotowym do załadowania. Jeżeli te warunki są spełnione, wówczas regulator przechodzi do bloku 205 i człony ładujące 32 zostają przesunięte dla wtłoczenia tytoniu na wrzeciono 14. Odpowiedni mechanizm czujnikowy, taki jak próbnik zawierający zawór pozycyjny, wyczuwa obecność obydwu członów ładujących 32 w odpowiednim położeniu załadowania, a następnie regulator przechodzi do bloku 210. W bloku 210 tłok hydrauliczny 28 zostaje uruchomiony dla przesunięcia wrzeciona do ciśnieniowej osłony 12. Odpowiedni czujnik, taki jak próbnik z zaworem pozycyjnym lub podobny, wyczuwa położenie wrzeciona 14 we właściwym miejscu w osłonie 12 i następnie sterowanie przechodzi do bloku 215.

W bloku 215 zostaje otworzony zawór dla umożliwienia wypełnienia uszczelek 40 i 42 płynem hydraulicznym z akumulatora hydraulicznego 45. Akumulator hydrauliczny 45 korzystnie przechowuje wystarczającą ilość płynu hydraulicznego dla naprężenia każdej z uszczelek 40 i 42 do ciśnienia 20,61 MPa w trakcie okresu czasowego około 1 sekundy lub krótszego, korzystnie znacznie krócej niż jedną sekundę. Odpowiedni czujnik wyczuwa ciśnienie płynu wewnątrz uszczelek 40 i 42. Gdy ciśnienie to osiągnie pożądaną wartość, przykładowo 20,61 MPa, wówczas regulacja przechodzi do bloku 220.

W bloku 220 zostaje otworzony szybkodziałaniowy zawór napełniający 60 i zostaje uruchomiony dozownik czasu. Umożliwia to wejście do komory impregnacyjnej 22 ogrzanego

174 141 i sprężonego płynu impregnacyjnego, takiego jak propan pod ciśnieniem około 13,74 MPa i w temperaturze około 149°C lub wyższej. W tych warunkach, i w szczególności po wstępnym ogrzaniu tytoniu w komorze impregnacyjnej, impregnacja następuje dość szybko tak, że dozownik czasu może być ustawiony na krótki okres, w przedziale pomiędzy kilkoma sekundami i około 15-20 sekundami. Dozowanie czasu do impregnowania może być regulowane na bazie warunków wilgoci, temperatury i gęstości tytoniu w komorze impregnacyjnej 22. Gdy dozownik czasu doszedł do ustawionego okresu czasu, wówczas regulacja przechodzi do bloku 22, gdzie zostaje zamknięty zawór napełniający. Czujnik sprawdza, czy ten zawór został zamknięty i wówczas regulacja bezpośrednio przechodzi do bloku 230 dla szybkiego otworzenia zaworu odpowietrzającego 62.

Następnie regulacja przechodzi do bloku 235, gdzie czujnik ciśnienia wewnątrz komory impregnacyjnej odczytuje powtarzalnie, czy ciśnienie w komorze impregnacyjnej spadło do wstępnie określonego niskiego ciśnienia, przykładowo 68,7-137,4 kPa. W tym momencie regulacja przechodzi do bloku 240, gdzie zostaje otworzony zawór dla umożliwienia usunięcia płynu hydraulicznego z uszczelek 40 i 42. Odpowiedni czujnik wyczuwa ciśnienie płynu hydraulicznego w uszczelkach 40 i 42, gdy to ciśnienie płynu osiągnie pożądaną niską wartość, wówczas regulacja przechodzi do bloku 245.

W bloku 245 zostaje uruchomiony tłok hydrauliczny 28 dla przesunięcia wrzeciona 14 do położenia wyładowania 26. Jednocześnie zostaje uruchomiony kompresor 72 dla kierowania wysokociśnieniowego powietrza lub azotu na wrzeciono 14 w trakcie jego ruchu do wyłożenia 26. W bloku 250 odpowiedni czujnik wyczuwa położenie wrzeciona 14, gdy dochodzi ono do całkowicie wysuniętego położenia wyładowania 26, a hydrauliczny tłok 28 bezpośrednio zmienia wówczas kierunek ruchu wrzeciona 14 dla powrotu do położenia załadowania 24. Następnie regulacja przechodzi do bloku 255, gdzie czujnik wykrywa położenie wrzeciona 14 w osłonie 12, a następnie zostaje zatrzymane uruchamianie kompresora 72. Następnie zostaje ponownie zapoczątkowana sekwencja regulacji, rozpoczynająca od bloku 200.

Powyżej rozważono szczegółowo rozmaite aspekty procesu spęczniania tytoniu w związku z zastosowaniem propanu jako czynnika impregnacyjnego powodującego spęcznianie i z zastosowaniem warunków temperatury impregnacji bliskich lub powyżej temperatury nadkrytycznej, łącznie z warunkami podwyższonego ciśnienia, zbliżonego lub przekraczającego ciśnienie nadkrytyczne. Sposób spęczniania tytoniu według wynalazku nadaje się również do prowadzenia innych procesów spęczniania tytoniu. Przykładowo, ściskanie tytoniu może znacznie zwiększyć wydajność wielu procesów impregnacji tytoniu, prowadzonych w rozmaitych komorach pod wysokimi ciśnieniami, rzędu np. ponad 687 kPa dla następnego spęcznienia tytoniu. Podobnie, zastosowanie objętości czynników spęczniających, znacznie mniejszych niż objętość tytoniu w stanie luźnego wypełnienia, doprowadzanego do komory impregnacyjnej, może polepszyć ekonomiczność wielu procesów impregnacji i spęczniania tytoniu, łącznie z procesami, w których czynnik spęczniający w komorze impregnowanej występuje podczas impregnacji jako gaz lub płyn lub w obydwu tych postaciach.

Podobnie dla znaczącego skrócenia czasu impregnacji i przed następnym etapem ogrzewania można zastosować zasadniczo natychmiastowe wprowadzanie do komory impregnacyjnej wysokotemperaturowych, wysokociśnieniowych płynów impregnacyjnych, takich jak dwutlenek węgla, bliskich lub powyżej warunków temperatury nadkrytycznej i ciśnienia nadkrytycznego. Podobnie, gdy zastosuje się płyn impregnacyjny do nasycenia tytoniu w warunkach podwyższonej temperatury, wówczas etap wstępnego ogrzewania tytoniu w sposobie według wynalazku może w znaczący sposób skrócić cykl czasowy nasycania.

Pojemności wypełniania tytoniu są mierzone w zwykły sposób za pomocą elektrycznie zautomatyzowanego miernika pojemności napełniania, w którym znajduje się stały tłok o średnicy 92 mm, umieszczony ślizgowo w podobnie zwymiarowanym cylindrze i wywierający ciśnienie 17,8 kPa na próbkę tytoniu umieszczoną w cylindrze. Parametry te sygnalizują warunki upakowania, którym poddawany jest tytoń w urządzeniu do wyrobu papierosów podczas formowania pręcika papierosowego. Do spęcznionego tytoniu zastosowano odmierzone próbki tytoniu o ciężarze 50 g. Do niespęcznionego tytoniu zastosowano próbki mające ciężar 100 g.

174 141

—g cg. H

-/-/ cg. 3

174 141

-FFg-4

174 141

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób spęczniania tytoniu dla zwiększania pojemności wypełniającej tytoniu, który polega na tym, że w komorze impregnacyjnej, przystosowanej do wytrzymywania warunków podwyższonego ciśnienia, umieszcza się ładunek tytoniu przeznaczonego do spęcznienia, impregnuje się ten ładunek tytoniu propanem jako czynnikiem spęczniającym w warunkach wystarczających do otrzymania impregnowanego tytoniu, podlegającego spęcznieniu przynajmniej około 50% po wystawieniu na oddziaływanie warunków spęczniających, po czym usuwa się ładunek impregnowanego tytoniu z komory impregnacyjnej i poddaje się go warunkom wystarczającym do jego spęcznienia, znamienny tym, że przeznaczony do spęcznienia tytoń ściska się ze stosunkiem ściśnięcia wynoszącym przynajmniej 1,5:1, w stosunku do objętości luźnego wypełnienia tytoniem przeznaczonym do spęcznienia, i wypełnia się dostępną objętość komory impregnacyjnej tym ściśniętym tytoniem przeznaczonym do impregnacji.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etap impregnacji tytoniu prowadzi się w temperaturze co najmniej na poziomie temperatury nadkrytycznej czynnika spęczniającego.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etap impregnacji prowadzi się co najmniej na poziomie ciśnienia nadkrytycznego czynnika spęczniającego.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etap impregnacji prowadzi się w przeciągu okresu czasu krótszego niż jedna minuta.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etap impregnacji prowadzi się w trakcie okresu czasu krótszego niż około dwadzieścia sekund.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się stosunek ściśnięcia wynoszący przynajmniej 2:1 do 3:1.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie impregnacji doprowadza się propan do komory impregnacyjnej w postaci płynu mającego temperaturę powyżej temperatury nadkrytycznej tego płynu i pod ciśnieniem powyżej ciśnienia nadkrytycznego tego płynu.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie impregnacji wprowadza się do komory impregnacyjnej płynny propan pod ciśnieniem powyżej około 13,74 MPa w temperaturze powyżej około 116°C.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed wprowadzeniem do komory impregnacyjnej tytoń ogrzewa się wstępnie do podwyższonej temperatury.
10. 10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że tytoń ogrzewa się wstępnie do temperatury przynajmniej 52°C.
11. 11. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że do komory impregnacyjnej doprowadza się łączną ilość ciepła, pochodzącą ze wstępnie ogrzanego tytoniu i płynu spęczniającego, powodującą ogrzanie jej do temperatury pomiędzy około 116° i 132°C.