PL174384B1

PL174384B1 - Sposób obróbki materiału do palenia

Info

Publication number: PL174384B1
Application number: PL94312227A
Authority: PL
Inventors: William Cunningham
Original assignee: Imp Tobacco Ltd; Imperial Tobacco Ltd
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 1998-07-31
Also published as: US5740817A; GB9313431D0; WO1995001108A1; BR9406869A; HU9503970D0; ATE150625T1; DE69402316D1; HUT73339A; CZ396A3; CA2166410A1; AU677343B2; RU2114537C1; EP0706331A1; PL312227A1; DE69402316T2; DK0706331T3; HU214448B; CN1041892C; EP0706331B1; JPH08511947A

Abstract

1 .Sposób obróbki materialu do palenia, w któ- rym wstepnie ogrzewa sie material do palenia, majacy zawartosc wilgoci od 5 do 75% wagowo, do tem- peratury od 70 do 220°C, pod cisnieniem przynajmniej równym cisnieniu atmosferycznemu w obecnosci po- wietrza, po czym obniza sie cisnienie wywierane na wstepnie ogrzany material do palenia z szybkoscia, powodujaca odparowywanie wody zawartej w mate- riale do palenia i jego specznienie, znamienny tym, ze obnizanie cisnienia wywieranego na wstepnie ogrza- ny material do palenia prowadzi sie do poziomu od 0,1 do 50 kPa, przy czym podczas tego obnizania cisnienia powtórnie ogrzewa sie material do palenia dla przyspieszenia odparowania wody. FIG 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki materiału do palenia, zwłaszcza tytoniu i substytutów tytoniu.

W przemyśle tytoniowym jest znane spęcznianie tytoniu dla zwiększenia jego objętości masowej. Zwiększenie objętości masowej tytoniu zwiększa zdolność wypełniania tytoniem, i dodatkowo, wyroby do palenia zawierające w części spęczniony tytoń wytwarzają mniej smoły i zawierają mniej nikotyny, ponieważ jest zredukowany ciężar tytoniu.

Istnieje wiele znanych sposobów obróbki tytoniu prowadzących dojego spęcznienia. Jeden z nich wykorzystuje do spęczniania tytoniu dwutlenek węgla. W sposobie tym tytoń jest nasączany dwutlenkiem węgla pod ciśnieniem, a następnie ciśnienie zostaje obniżone dla zestalenia dwutlenku węgla, po czym tytoń poddaje się oddziaływaniu wysokiej temperatury, która powoduje sublimację dwutlenku węgla. Komórki tytoniu rozszerzają się w wyniku gwałtownego wzrostu ciśnienia we wnętrzu komórek.

W następnym znanym sposobie stosowane są rozpuszczalniki organiczne dla impregnowania tytoniu. Następnie tytoń jest szybko poddawany oddziaływaniu temperatur przekraczających o przynajmniej 30°C temperaturę wrzenia rozpuszczalnika. Szybkie odparowanie rozpuszczalnika powoduje rozszerzanie ścianek komórek tytoniu.

Następny znany sposób obejmuje impregnowanie tytoniu azotem pod wysokim ciśnieniem, wynoszącym ogólnie ponad 10 MPa (100 barów). Następnie tytoń jest odprężany i przepuszczany przez tunel z parą, w którym gwałtownie wzrasta temperatura do poziomu około 90°C, powodując tym samym spęcznianie tytoniu.

174 384

Z opisu patentowego GB 675 292 jest znany sposób spęczniania tytoniu, w którym’ powietrze zawarte w tytoniu jest zastępowane parą wodną lub oparami wodnymi. Obrabiany · tytoń jest ogrzewany parą wodną i następnie obniża się ciśnienie dla spowodowania spęczniania tytoniu. Istotna dla procesu jest obróbka wstępna prowadząca do usunięcia powietrza z tytoniu.

Z brytyjskiego opisu GB-A-2 193 076 jest znany sposób, w którym tytoń jest obrabiany za pomocą płynu pod ciśnieniem, po czym ciśnienie zostaje obniżone i tytoń zostaje przepuszczony do ruchomego strumienia gazu w podwyższonej temperaturze. Spęcznianie tytoniu powoduje płyn wprowadzany do tytoniu pod ciśnieniem, a nie obecna w tytoniu woda. Po obniżeniu ciśnienia, tytońjest przepuszczany do strumienia gazu, który może być pod ciśnieniem równym, wyższym lub niższym niż ciśnienie atmosferyczne. Przeznaczeniem tego strumienia gazu jest osuszenie tytoniu, tak jak w konwencjonalnej suszarce.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 211 243 jest znany sposób obróbki łodyg tytoniowych, w którym wstępnie ogrzewa się te łodygi tytoniowe do temperatury do 260°C pod ciśnieniem przekraczającym ciśnienie atmosferyczne w obecności powietrza, po czym obniża się ciśnienie, wywierane na wstępnie ogrzane łodygi, do poziomu ciśnienia atmosferycznego z szybkością, powodującą odparowywanie wody zawartej w łodygach tytoniowych i ich spęcznienie.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu obróbki materiału do palenia, który pozwoli na znaczące polepszenie stopnia spęcznienia materiału do palenia z zastosowaniem wody jako czynnika spęczniającego.

Sposób obróbki materiału do palenia, w którym wstępnie ogrzewa się materiał do palenia mający zawartość wilgoci od 5 do 75% wagowo do temperatury od 70 do 220°C pod ciśnieniem przynajmniej równym ciśnieniu atmosferycznemu w obecności powietrza, po czym obniża się ciśnienie wywierane na wstępnie ogrzany materiał do palenia z szybkością, powodującą odparowywanie wody zawartej w materiale do palenia i jego spęcznienie, według wynalazku charakteryzuje się tym, że obniżanie ciśnienia wywieranego na wstępnie ogrzany materiał do palenia prowadzi się do poziomu od 0,1 do 50 kPa, przy czym podczas tego obniżania ciśnienia powtórnie ogrzewa się materiał do palenia dla przyspieszenia odparowania wody.

Korzystnie materiał do palenia wstępnie ogrzewa się do temperatury od 102 do 160°C.

Podczas wstępnego ogrzewania poddaje się materiał do palenia oddziaływaniu ciśnienia od 0,1 do 2 MPa.

Korzystnie stosuje się materiał do palenia mający zawartość wilgoci przed wstępnym ogrzaniem, wynoszącą od 20 do 75% wagowo.

Materiał do palenia ogrzewa się wstępnie za pomocą pary wodnej, przez wystawienie na oddziaływanie promieniowania podczerwonego, względnie przez wystawienie na oddziaływanie promieniowania mikrofalowego.

Materiał do palenia ogrzewa się powtórnie podczas obniżenia ciśnienia przez wystawienie na oddziaływanie promieniowania podczerwonego, względnie promieniowania mikrofalowego. .

Stosowane określenie w obecności powietrza oznacza, że w atmosferze obróbki występuje przynajmniej 2% powietrza. Atmosferę, w której jest ogrzewany materiał do palenia, może stanowić w 100% powietrze lub mieszaniny od 2 -100% powietrza z innymi gazami, takimi jak para wodna, dwutlenek węgla lub azot.

Zaleca się, aby obniżanie ciśnienia do warunków próżni było szybkie i zwykle następowało przez około 0,04 sekundy. Uzyskane w tym sposobie spęcznienie masowe tytoniu może być w zakresie 20 do 100%, zaś materiał tytoniu utrzymuje swój stan spęcznienia bez potrzeby stosowania dalszej obróbki takiej jak zamrażanie-suszenie.

Sposób według wynalazku jest prowadzony w praktyce następująco. Materiał do palenia o zawartości wody pomiędzy 5 do 75% wody na bazie wilgotnej umieszcza się w kadzi ogrzewającej. Dla uzyskania zawartości wody w górnej granicy tego zakresu, materiał do palenia może wymagać nawilżenia sposobami znanymi z techniki. Może być pożądane wprowadzenie do wody stosowanej do nawilżania materiału do palenia niektórych dodatków dla polepszenia osiągów spęczniania, sprężystości lub samoistnych własności palnych materiału do palenia. Następnie do materiału do palenia jest doprowadzane ciepło aż zostanie osiągnięta pożądana

174 384 temperatura i ciśnienie. Następnie materiał do palenia poddaje się szybkiemu obniżeniu ciśnienia do warunków próżni, poprzez gwałtowne obniżenie ciśnienia w kadzi lub przez przenoszenie materiału do palenia bezpośrednio do drugiej kadzi pozostającej w warunkach próżni. Gwałtowne obniżenie ciśnienia w połączeniu z ciepłem materiału do palenia powoduje gwałtowne odparowanie wody zawartej wewnątrz struktury komórek tego materiału i powoduje ich rozszerzenie. Materiał do palenia może być poddany jednemu lub więcej etapów ogrzewania, po których następuje gwałtowne obniżenie ciśnienia do poziomu ciśnień częściowej próżni.

Do materiału do palenia może być doprowadzone ciepło pośrednie podczas i/lub po etapie próżniowym (korzystnie podczas etapu próżniowego) dla przyspieszenia odparowania wody. Można to przeprowadzić w rozmaity sposób, na przykład poprzez ciepło pochodzące z promieniowania mikrofalowego lub podczerwonego. Ten etap sposobu według wynalazku można korzystnie przeprowadzać przez ogrzewanie materiału do palenia z zastosowaniem promieniowania mikrofalowego przed obniżeniem ciśnienia i kontynuowanie ogrzewania w tej samej kadzi po obniżeniu ciśnienia. Otrzymany wysuszony, spęczniony produkt ma strukturę bardziej stabilną.

Sposób według wynalazku można stosować do spęczniania tytoniu partiami lub w procesie ciągłym. Ten ostatni powoduje oczywiście zredukowanie wymagań odnośnie obsługi i przechowywania. Spęczniony tytoń może więc, po ogrzaniu w powietrzu, być wytwarzany bez wprowadzania dodatkowych substancji, które są kosztowne i które wymagają stosowania układów odzyskiwania, zwiększających koszty prowadzenia procesu. Spęczniony tytoń jest sprężysty i nie podlega degradacji. Ponadto woda nie powoduje wypłukiwania składników tytoniu.

Stwierdzono, że polepszenie zdolności wypełniania (EPI) jest w zakresie 20 do 100%. Przy EPI wynoszącym 30%, ciężar tytoniu w wyrobie do palenia może być zredukowany nawet o 17%. Przy EPI rzędu 60%, ciężar tytoniu może być zredukowany nawet o 26%.

W wyniku sprężystości spęcznionego tytoniu, wytwarzanego sposobem według wynalazku, nie ma praktycznych ograniczeń odnośnie ilości, która może być stosowana przy wytwarzaniu wyrobu do palenia, niezależnie od tego czy jest to papieros czy cygaro.

Nowy spęczniony tytoń wykazuje wiele zalet jakościowych w porównywaniu ze znanymi spęcznionymi tytoniami.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat pierwszego rozwiązania urządzenia, które może być stosowane do prowadzenia sposobu według wynalazku, a fig. 2 - schemat drugiego rozwiązania urządzenia, które może być stosowane do prowadzenia sposobu według wynalazku.

Jak przedstawiono na fig.1, materiał do palenia (niepokazany) wchodzi do komory ciśnieniowej 10 przez pierwsze uszczelnienie 12, gdzie jest traktowany sprężoną parą doprowadzaną wlotem 14. Tak obrobiony materiał do palenia przechodzi przez drugie uszczelnienie 16, w razie potrzeby wyposażone w blokady powietrza, do komory próżniowej 18 podłączonej wylotem 20 do próżni. Źródło ciepła 22 wytwarza promieniowanie podczerwone dla utrzymania temperatury materiału do palenia na zadanym poziomie podczas przykładania podciśnienia. Otrzymany spęczniony tytoń jest usuwany z komory 18 poprzez trzecie uszczelnienie 24 za pomocą odpowiednich blokad powietrza.

W urządzeniu pokazanym na fig. 2, materiał do palenia 30 stanowiący tytoń, jest umieszczony w szklanym słoju kielichowym 32 na podporze 34. Materiał do palenia 30 jest ogrzewany przez wystawienie na oddziaływanie promieniowania mikrofalowego z generatora mikrofalowego 36 poprzez prowadnicę fal 38 i mieszadło modułowe 40. Po włączeniu pompy próżniowej 42, zawór 46 zostaje otworzony dla obniżenia ciśnienia w kielichowym słoju 32 poprzez przewód łączący 44 dla spęczniania materiału do palenia. Ogrzewanie można kontynuować dla większego obniżenia zawartości wilgoci w spęcznionym tytoniu.

Przykład 1. Tytoń wypełniający cygaro ogrzano w nasyconej parze wodnej pod ciśnieniem 200 kPa (2 bary) w przeciągu okresów czasu wskazanych w tabeli 1 poniżej. Temperatura tytoniu zbliżyła się do 133°C, czyli do temperatury pary wodnej. Po odcięciu doprowadzania pary wodnej, tytoń odprężono przez otworzenie zaworu do przyłączonego źródła próżni pod ciśnieniem 0,8 kPa (8 barów) i umożliwiono spadek temperatury do zadanej temperatury odcięcia. Rezultaty zestawiono w tabeli 1.

174 384

Przykład 2. Przeprowadzono teksty z zastosowaniem pieca mikrofalowego 6 kW wyposażonego w pompę próżniową przystosowaną do uzyskiwania ciśnienia około 2,5 kPa (25 m bar). Urządzenie stosowane do testowania jest takie samo jak pokazano schematycznie na fig. 2. Zasadnicza kolejność procesu była następująca:

1. Umieszczenie małej próbki tytoniu pod szklanym słojem kielichowym.

2. Włączenie pompy próżniowej z zaworem łączącym w położeniu zamkniętym.

3. Włączenie źródła mikrofalowego na pełną moc dla wstępnego ogrzania tytoniu.

4. Przy stałym dopływie mocy mikrofalowej, otworzenie zaworu próżniowego.

5. Umożliwienie zakończenia cyklu mikrofalowego, obniżenie ciśnienia w kielichowym słoju i wyjęcie próbki.

Rezultaty testów, przeprowadzonych na ciętych blaszkach tytoniu do papierosów i wypełniacza do cygar przedstawiono w tabeli 2.

Tabela 1

Początkowa wilgotność (%)	Początkowa wartość wypełnienia (cm³/g)	Czas poddawania oddziaływaniu pary wodnej (minuty)	Temperatura odcięcia (°C)	Końcowa wartość wypełnienia (cm³/g)	Końcowa wilgotność (%)	Całkowite polepszenie wypełnienia FPI (%)
26	5.17	1+1*	50	5.79	31.3	22.9
26	5.17	1	30	5.68	34.3	20.6
26	4.99	1	45	5.62	-	23.8
32	5.11	1	50	5.62	-	23 8
30	5.22	1+1*	50	5.73	38	21.7
30	5.22	1	30	5.96	33.3	26.5
30	5.22	1/1*	50/30	5.79	46	22.9

* +1 wskazuje, że dopływ pary wodnej został zamknięty po początkowym okresie poddawania działaniu pary wodnej i przez dodatkową jedną minutę tytoń podlegał nasączaniu przed doprowadzeniem próżni.

/ wskazuje liczne cykle z okresami poddawania tytoniu oddziaływaniu pary wodnej dla każdego cyklu i temperatury uzyskiwanej przy próżni przed ponownym oddziaływaniem pary wodnej lub zakończeniem testu

174 384

Tabela 2

Czas ogrzewa- nia (sek)	Czas próżni (sek)	Wejścio- wy ciężar próbki (g)	Wyjścio- wy ciężar próbki (g)	Temp. wyjścio- wa (°C)	Wilgot- ność wejścio- wa (%)	Wilgot- ność wyjścio- wa (%)	Wejścio- wa wartość wypełnie- nia (cm³/g)	Wyjścio- wa wartość wypełnie- nia (cm³/g)	Polepsze- Całkowite
nie wypełnie- nia FPI (%)	polepsze- nie wypełnie- nia FPI (%)
(i) Wypełniacz cygar - początkowa wartość wypełnienia 5,11
10	10	50	29.4	36	48.1	12.9	5.70	7.21	26.49	41.10
5	15	50	29.6	38	48.1	13.5	5.70	7.21	27.54	42.27
5	15	50	30.7	38	48.1	14 6	5.70	6.53	14.56	27.79
10	10	50	30.2	41	48.1	13.6	5.70	6.58	15.44	28.77
20	40	75	28.7	56	67.0	9.0	5.70	6.36	11.58	24.46
15	30	75	30.3	46	67.0	14 7	5.70	6.70	17.54	31.12
		(ii) Cięte blaszki papierosowe	- początkowa wartość wypełnienia 3,92
5	15	3x50	śr 33.2	śr 39	50.1	25.6	4.26	4.74	11.27	20.92
10	10	50	36.4	34	50.1	30.7	4.26	4.60	7 98	17.35
10	20	3x50	śr 30.8	śr 47	50 1	17.5	4 26	4.82	13.15	22.96
10	20	100	69.6	41	50.1	24.9	4 26	4.68	9 86	19.39
8	16	2x 50	36.2/35.6	42/46	40.9	16.0	4.31	4.82	11.83	22.96
6	12	100	40.2/41	48/46	29.0	12.6	4.29	4.80	11.89	22.45

174 384

FIG. 2

174 384

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1.Sposób obróbki materiału do palenia, w którym wstępnie ogrzewa się materiał do palenia, mający zawartość wilgoci od 5 do 75% wagowo, do temperatury od 70 do 220°C, pod ciśnieniem przynajmniej równym ciśnieniu atmosferycznemu w obecności powietrza, po czym obniża się ciśnienie wywierane na wstępnie ogrzany materiał do palenia z szybkością, powodującą odparowywanie wody zawartej w materiale do palenia i jego spęcznienie, znamienny tym, że obniżanie ciśnienia wywieranego na wstępnie ogrzany materiał do palenia prowadzi się do poziomu od 0,1 do 50 kPa, przy czym podczas tego obniżania ciśnienia powtórnie ogrzewa się materiał do palenia dla przyspieszenia odparowania wody.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał do palenia wstępnie ogrzewa się do temperatury od 102 do 160°C.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że podczas wstępnego ogrzewania poddaje się materiał do palenia oddziaływaniu ciśnienia od 0,1 do 2 MPa.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się materiał do palenia mający zawartość wilgoci przed wstępnym ogrzaniem, wynoszącą od 20 do 75% wagowo.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze materiał do palenia ogrzewa się wstępnie za pomocą pary wodnej.
6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że materiał do palenia ogrzewa się wstępnie przez wystawienie na oddziaływanie promieniowania podczerwonego.
7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że materiał do palenia ogrzewa się wstępnie przez wystawienie na oddziaływanie promieniowania mikrofalowego.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze materiał do palenia ogrzewa się powtórnie podczas obniżenia ciśnienia przez wystawienie na oddziaływanie promieniowania podczerwonego.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do powtórnego ogrzewania materiału do palenia wykorzystuje się ciepło otrzymywane w wyniku promieniowania mikrofalowego.