Verfahren und Vorrichtung zum Expandieren von Tabak
Nach der DE-OS 29 12 322 (vgl. auch US-PS 4 333 483) wird Tabak mit einem Feuchtegehalt von im allgemeinen etwa 8 bis 22 % mit gasförmigem Kohlendioxid bei einem Druck von etwa 18 bis 56,2 bar über einen genügend langen Zeitraum kontaktiert und mit dem Kohlendioxid unter Bildung eines Kohlendioxid/Tabak-Systems imprägniert, wobei die Temperatur so eingestellt wird, daß im wesentlichen das gesamte Kohlendioxid in gasförmiger Phase vor¬ liegt. Anschließend wird das genannte System bei im wesent¬ lichen konstantem Druck auf eine Temperatur abgekühlt, die nahe an der Sättigungstemperatur des Kohlendioxids liegt, jedoch nicht niedriger als -23 °C ist, um die Enthalpie des Kohlendi¬ oxids auf unterhalb etwa 325 640 000 Joule/kg zu bringen, wobei praktisch das gesamte Kohlendioxid in gasförmiger Phase belas¬ sen wird. Hierauf wird der Druck des Kohlendioxid/Tabak-Systems im wesentlichen auf atmosphärischen Druck vermindert und der Tabak dann in beispielsweise 2 bis 5 min in eine Expansionszone übertragen und dann auf eine Temperatur im Bereich von etwa 100 bis 370 °C erhitzt, um das Kohlendioxid zu entfernen und hier¬ durch den Tabak zu expandieren. Bei diesem bekannten Verfahren gelangen bei der Imprägnierung des Tabaks somit Parameter zur Anwendung (Druck etwa 18 bis 52,6 bar nahe der Sättigungstempe-
ratur des Kohlendioxids, jedoch einer nicht unter -23 °C lie¬ genden Temperatur; Feuchtegehalt des Tabaks 8 bis 22 %), die dafür sorgen, daß das gesamte Kohlendioxid in gasförmiger Phase vorliegt. Ferner geht bei der anschließenden Druckentlastung des mit gasförmigem Kohlendioxid imprägnierten Tabaks und bei der nachfolgenden Übertragung des Tabaks in die Expansionszone auch ein Teil des Kohlendioxids an die Atmosphäre verloren, da keine besonderen Maßnahmen vorgesehen werden, diesen Verlust zu verhindern. Dieses bekannte Verfahren ist insgesamt recht auf¬ wendig, da beispielsweise bereits wegen der erforderlichen hohen Imprägnierungsdrucke teure Vorrichtungen benötigt werden, ganz abgesehen von dem dabei auftretenden Kohlendioxidverlust und der verhältnismäßig langen Verweilzeit.
Ferner ist aus der DE-PS 34 14 625 ein Verfahren zur Verbes¬ serung der Füllfähigkeit von geschnittenen Tabakblättern oder -rippen bekannt, bei dem man mit einem aus Stickstoff und/oder Argon bestehenden Behandlungsgas bei Drucken von 50 bis 1000 bar in einem Autoklaven behandelt, dekomprimiert und an¬ schließend erwärmt, wobei die Beaufschlagung des Reaktors mit Tabak bzw. mit dem Behandlungsgas und/oder die Dekompression derart durchgeführt werden, daß der ausgetragene und der an¬ schließenden Wärmebehandlung zugeführte Tabak für die Wärmebe¬ handlung eine Ausgangstemperatur von weniger als 0 °C hat. Die Beaufschlagung mit dem Behandlungsgas und die Dekompression können dabei kaskadenartig mit mehreren Autoklaven derart durchgeführt werden, daß zum Druckaufbau des Behandlungsgases in einem der Autoklaven stufenweise ein unter höherem Druck stehendes Behandlungsgas als in einem der anderen Autoklaven verwendet wird.
Die GB-OS 2 044 596 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrich¬ tung zum Expandieren von Tabak, bei dem Tabak, der gefrorenes Kohlendioxid enthält, einer Expansionskammer zugeführt wird, in der er durch Heißgas expandiert wird. Das gefrorene Kohlendi¬ oxid wird dabei sublimiert. Gas und expandierter Tabak treten in einen Separator ein, aus dem der Tabak über ein Ventil
(Drehschiebersperranordnung bzw. -dosieranordnun ) abgezogen .wird.
Bei den beschriebenen Verfahren, bei denen Tabak mit Kohlendi¬ oxid in flüssigem oder gasförmigem Zustand imprägniert wird, sind verhältnismäßig lange Imprägnierungszeiten notwendig, was insbesondere auch dann gilt, wenn sich der Tabak in einem Be¬ handlungsgerät in größeren Chargen in stationärem Zustand be¬ findet. Längere Verweilzeiten bedingen jedoch auch relativ teure druckdichte Einrichtungen mit größeren Abmessungen.
Bei bekannten Verfahren, bei denen der Tabak mit Trockeneis im¬ prägniert wird, wird das Kohlendioxid in einem sehr großen und zur Expansion nicht ausgenutzten Überschuß eingesetzt, so daß diese Verfahren nicht sehr wirtschaftlich sind. Außerdem wird die Bruchneigung des Tabaks begünstigt.
Die GB-OS 2 115 677 beschreibt ein Verfahren zum Expandieren von Tabak, bei dem stufenweise Tabak
(a) mit einem Feuchtegehalt von etwa 12 bis 30 Gew.-% (Anspruch 7) bei einer Temperatur oberhalb des Gefrierpunktes mit bei¬ spielsweise Kohlendioxid (Anspruch 2) unter einem Druck von beispielsweise 3,4 bis 13,8 bar (50 bis 200 psig; Anspruch 3) behandelt wird,
(b) der Tabak unterhalb den Gefrierpunkt seiner Feuchte abge¬ kühlt wird,
(c) der Druck abgebaut wird und
(d) der gefrorene Tabak rasch auf eine Temperatur im Bereich von etwa 150 bis 440 °C (200 bis 600 °F; Anspruch 5) erwärmt wird. Da der Tabak also unter den Gefrierpunkt seiner Feuchte abgekühlt werden muß, ist dieses Verfahren mit dem Nachteil eines beträchtlichen Energieverbrauchs behaftet.
Die EP-OS 0 328 676 beschreibt ein Verfahren zum Expandieren von Tabak, bei dem man Tabak befeuchtet (Spalte 5 Zeile 22), bei einer Temperatur im Bereich von -40 bis +15 °C (Spalte 7 Zeile 16) einer Kohlendioxid-Gasatmosphäre (Spalte 3 Zeile 20)
mit einem Überdruck im Bereich von etwa 10 'bis 50 bar (10 bis
50 kg/cm2G; Spalte 7, Zeilen 12 bis 13) aussetzt und aus dem Überdruck-System unter kontrolliertem Druckabbau mit Hilfe von Druckschleusen in ein Wärmebehandlungs-System (Spalte 3 Zeilen
51 bis 52) entleert. Als Druckschleusen werden mit Kammern versehene Rotoren vorgeschlagen. Auch dieser Stand der Technik ist noch verbesserungsfähig.
Aufgabe der Erfindung ist es, den vorstehend geschilderten Stand der Technik zu verbessern.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nun gemäß einer ersten Ausführungsform durch ein Verfahren zum Expandieren von Tabak durch Imprägnieren mit Gas und anschließende Wärmebehand¬ lung gelöst, bei dem man Tabak mit einem Feuchtegehalt im Bereich von 20 bis 40 Gew.-% (bezogen auf das Tabaktrocken¬ gewicht) bei einer Temperatur im Bereich von etwa -10 bis 0 °C einer Kohlendioxid-Gasatmosphäre mit einem Überdruck im Bereich von 3 bis 17 bar aussetzt und aus dem Überdruck-System unter kontrolliertem Druckabbau in ein Wärmebehandlungs-System ent¬ leert.
Erfindungsgemäß ist es gelungen, durch optimale Auswahl der Zusammenhänge bezüglich der Wasserlöslichkeit von gasförmigem Kohlendioxid in Wasser solche Korrelationen zwischen den drei Komponenten: Feuchtigkeitsgehalt, Temperatur und Druck zu finden, daß dadurch die Behandlungsbedingungen wesentlich schonender und wirtschaftlicher gestaltet werden könnten.
Die zum Tabak zugeführte Menge Kohlendioxid kann aus der Löslichkeitskurve Kohlendioxid in Wasser größenordnungsmäßig ermittelt werden, wobei zu berücksichtigen ist, daß Zellsaft - je nach seinem pH-Wert - etwas weniger gasförmiges Kohlendioxi auflöst als reines Wasser.
Ferner wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gemäß einer zweiten Ausführungsform durch ein Verfahren zum Expandie
ren von Tabak durch Imprägnieren mit Gas und anschließende Wär mebehandlung gelöst, bei dem man Tabak mit einem Feuchtegehalt im Bereich von 20 bis 40 Gew.-% (auf Basis des Tabaktrockenge¬ wichts) bei einer Temperatur im Bereich von etwa -10 bis +10 ° einer Kohlendioxid-Gasatmosphäre mit einem Überdruck im Bereic von 3 bis 17 bar aussetzt, den Druck in einer vom Überdruck- System absperrbaren Passage abbaut, wobei man den imprägnierte Tabak während des Druckabbaus erwärmt, und in ein Wärmebehand¬ lungs-System entleert.
Ferner wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gemäß einer dritten Ausführungsform durch ein Verfahren zum Expandie ren von Tabak durch Imprägnieren und anschließende Wärmebehand lung gelöst, bei dem man den Tabak unter Atmosphärenüberdruck mit einem gasförmigen Imprägnierungsmedium wie Luft imprä¬ gniert, den Druck in einer vom Überdruck-System absperrbaren Passage abbaut, wobei man den imprägnierten Tabak während des Druckabbaus erwärmt, und in ein Wärmebehandlungs-System ent¬ leert.
Das Verfahren der ersten und zweiten Ausführungsform kann da¬ durch gekennzeichnet sein, daß man den Tabak bei der Imprägnie¬ rung bis etwa 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 1 Gew.-% Kohlendi¬ oxid (bezogen auf das Tabaktrockengewicht) aufnehmen läßt.
Ferner kann das Verfahren der ersten und zweiten Ausführungs¬ form dadurch gekennzeichnet sein, daß man Tabak mit einem Feuchtegehalt im Bereich von 20 bis 33 Gew.-% und insbesondere 25 bis 33 Ge . -% imprägniert.
Das Verfahren der zweiten Ausführungsform kann insbesondere da¬ durch gekennzeichnet sein, daß man den Tabak bei einer Tempera¬ tur im Bereich von -10 bis +5 °C oder -7 bis +5 °C imprägniert.
Ferner kann das Verfahren der zweiten Ausführungsform insbeson¬ dere dadurch gekennzeichnet sein, daß man den Tabak bei einer
Temperatur im Bereich von etwa -10 bis 0 °C und insbesondere -10 bis -5»°C imprägniert.
Das Verfahren der ersten und zweiten Ausführungsform kann ins¬ besondere dadurch gekennzeichnet sein, daß man den Tabak mit einem Überdruck im Bereich von 3 bis 10 bar imprägniert.
Das Verfahren der zweiten und dritten Ausführungsform kann ins¬ besondere dadurch gekennzeichnet sein, daß man den imprägnier¬ ten Tabak zur Wärmebehandlung beim Druckabbau Mikrowellen, einem elektrischen Wechselfeld, Strahlungswärme und Kontakt¬ wärme aussetzt. Dabei kann man den imprägnierten Tabak beim Druckabbau Heißgas, wie Heißluft oder heißes Kohlendioxid, aus¬ setzen, das Dampf umfassen kann und vorzugsweise eine Tempera¬ tur im Bereich von 60 bis 220 °C, beispielsweise 150 bis 220 °C aufweist. Auch kann man den imprägnierten Tabak beim Druckabbau Dampf aussetzen, der vorzugsweise eine Temperatur im Bereich von 60 bis 220 °C, beispielsweise von 150 bis 220 °C aufweist.
Gemäß einer speziellen Ausführun sform kann man den Druckabbau in einer Stufe oder in mehreren Stufen durchführen, beispiels¬ weise in zwei Stufen. So kann man den Druckabbau in einer Stufe oder in zwei Stufen in einer Zeit im Bereich von 0,1 bis 5 s durchführen. Oder man führt den Druckabbau in mehr als einer Stufe durch und sieht für jede Stufe eine Verweilzeit im Bereich von 0,1 bis 3 s vor. Beispielsweise kann man den Druck in zwei Stufen abbauen und bei der ersten Stufe auf einen Druc im Bereich von 2 bis 4 bar abbauen. Oder man baut in einer ersten Stufe den Druck von etwa 10 bar auf etwa 3,5 bar und in einer zweiten Stufe auf Atmosphärendruck oder Atmosphärenunter- druck ab. Wenn man den Druckabbau in mehreren Stufen durch¬ führt, so kann man bei allen Druckabbaustufen oder nur bei einem Teil derselben eine Wärmebehandlung vorsehen.
Bei der jeweiligen Druckabbaustufe kann man derart zyklisch arbeiten, daß man zuerst den Druck auf denjenigen Wert anhebt, unter dem der in die Druckabbaustufe einzuführende Tabak steht,
danach Tabak einführt und den Druck abbaut, den Tabak aus der Druckabbaustufe ausschleust und mit einem neuen Zyklus beginnt. Das beim Druckabbau aus der Druckabbaustufe entweichende Gas, insbesondere Imprägniergas und/oder Heißgas, kann man im Kreislauf zur Druckabbaustufe zurückführen.
Bei der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens kann man die Wärmebehandlung nach Druckabbau bei Atmosphärendruck oder Atmosphärenunterdruck durchführen. Beispielsweise kann man die Wärmebehandlung nach Druckabbau mit einem Heißgas, wie Heißluft, das Dampf umfassen kann, oder Dampf durchführen. Man kann dazu Heißgas oder Dampf einer Temperatur im Bereich von 60 bis 300 °C, vorzugsweise von 120 bis 300 °C, insbesondere 160 bis 220 °C und beispielsweise 80 bis 220 "C verwenden.
-Als Tabak kann man Rippenschnitt, zerkleinerten Blattabak oder Blattabakschnitt verwenden.
Ferner wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gemäß einer vierten Ausführungsform durch eine Einrichtung zur Her¬ stellung von expandiertem Tabak, insbesondere zur Durchführung der drei vorstehend genannten Ausführungsformen des erfindungs- gemäßen Verfahrens gelöst, die aus einer wärmeisolierten und/oder kühlbaren Imprägnierungsvorrichtung und einer nachge- ordneten Wärmebehandlungsvorrichtung besteht oder diese umfaßt.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann dadurch gekennzeichnet sein, daß die Imprägnierungsvorrichtung einen Autoklaven oder mehrere Autoklaven umfaßt, die parallel oder in Reihe angeord¬ net sein können. So können zwei Autoklaven vorgesehen sein, die im Gegentakt mit zu imprägnierendem Tabak beschickt bzw. von imprägniertem Tabak geleert werden können.
Jeder Autoklav kann mit einem Mischer, beispielsweise mit einem Schaufelmischer, zur Auflockerung des zu imprägnierenden Tabaks versehen sein. So kann jeder Autoklav mit einer mit Schaufeln
versehenen drehbaren Trommel ausgestattet sein, wobei die Trom¬ mel und gegebenenfalls der Autoklav etwa horizontal oder ge¬ neigt angeordnet sein können. Alternativ kann jeder Autoklav als Trommel ausgebildet und etwa horizontal oder geneigt angeordnet sein.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform ist die Imprägnierungs¬ vorrichtung mit der Erwärmungsvorrichtung über eine Druckabbau¬ vorrichtung verbunden. Es ist vorteilhaft, wenn sich die Wärme¬ behandlungsvorrichtung unmittelbar der Druckabbauvorrichtung anschließt. Dabei kann die Druckabbauvorrichtung etwa die Form eines Rohres aufweisen. Ferner kann die Druckabbauvorrichtung etwa vertikal angeordnet sein.
Zum Druckabbau kann die Druckabbauvorrichtung zumindest an ihrem Einlaß und an ihrem Auslaß mit jeweils einer Druck¬ schleuse oder einem Schieber versehen sein. Auch kann die Druckabbauvorrichtung eine Schleuse am Einlaß, eine Schleuse am Auslaß und eine weitere zwischen den beiden Schleusen angeord¬ nete Schleuse aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Druckabbauvor¬ richtung mit einem Generator für Mikrowellen oder für ein elek¬ trisches Wechselfeld oder mit mindestens einem Einlaß für ein erwärmtes gasförmiges Medium versehen sein. Dabei können die Einlasse für das erwärmte gasförmige Medium an der Peripherie der rohrförmigen Druckabbauvorrichtung angeordnet sein.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann durch ein Kreislaufsy¬ stem, umfassend Pumpe, Regler, Wärmeaustauscher und gegebenen¬ falls Speicher, gekennzeichnet sein, mit dessen Hilfe der Druckabbauvorrichtung zugeführtes erwärmtes gasförmiges Medium nach Austritt aus der Druckabbauvorrichtung ihr im Kreislauf erneut zugeführt werden kann.
Gemäß einer weiteren speziellen Ausführungsform ist die erfin¬ dungsgemäße Einrichtung durch einen Pneumakanal als Wärmebe-
handlungsvorrichtung gekennzeichnet. Dieser Pneumakanal kann etwa horizontal angeordnet sein. Ferner kann der Pneumakanal m einem Einlaß für überhitzten Dampf versehen sein.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen soll nun eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert werden. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer vollständigen Vor¬ richtung;
Fig. 2 einen Radialschnitt durch das Vorbehandlungsgerät in Fig. 1,
Fig. 3 einen Axialschnitt durch das Verbindungsrohr zwischen dem Druckbehandlungsgerät und dem Pneumakanal und
Fig. 4 einen Axialschnitt durch ein weiteres Verbindungsrohr.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem Vorbehandlungsgerät A, einem Druckbehandlungsgerät B und einer Entspannungsreinrichtung C, die durch druckdichte Schleusen mi einander hintereinandergeschaltet verbunden sind.
Das Vorbehandlungsgerät A besteht aus einer Trommel 2 von krei förmigem Querschnitt, in welcher ein mit Schaufeln 3 versehene Rotor 4 umläuft. Die Welle 5 des Rotors 4 ist am einen Ende durch die Stirnwand der Trommel 2 geführt und von außen über einen Motor 6 und ein Zwischengetriebe angetrieben. Der Mantel der Trommel 2 ist doppelwandig und kann von einem Kühlmedium durchströmt werden. Von oben erstreckt sich in die Trommel 2 ei Einlaß für das Tabakmaterial, der in Form einer Schleuse 7 aus¬ gebildet ist, in der drehbare Doppelsperrorgane angeordnet sind
In die Trommel 2 erstreckt sich ein Düsenrohr 8, das mit einer Reihe von Auslaßdüsen versehen ist, durch die ein Befeuchtungs-
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medium in die Trommel eingeleitet werden kann. Weiterhin mündet in die Trommel 2 eine Gasdosierleitung 9, in der ein Überdruck¬ ventil 10 angeordnet ist.
Während sich der Einlaß für den Tabak am einen Ende der Trommel 2 oben befindet, ist am entgegengesetzten Ende der Trommel 2 am Boden ein Auslaß angeordnet, der ebenfalls als druckdichte Schleuse 7 mit einem Doppelsperrorgan ausgebildet ist. Dieser Auslaß bildet den Einlaß für das Druckbehandlungsgerät B, das völlig vergleichbar dem Vorbehandlungsgerät A ausgebildet ist, jedoch zusätzlich mit einer weiteren Gaseinlaßeinleitung 13 mit Überdruckventil 12 versehen ist. Den Auslaß dieses Druckbehand¬ lungsgerätes bildet eine druckdichte Schleuse 7a, die mit einem Doppelsperrorgan ausgerüstet ist und die später noch im einzel¬ nen erläutert wird.
Diese Schleuse 7a mündet in einen horizontalen Pneumakanal 16, in den über eine Leitung 14 Dampf einströmt. Der Pneumakanal 16 ist am Ende des horizontalen Abschnitts mit einem vertikalen Ab schnitt verbunden, in den von unten Dampf von einem Dampfzufuhr rohr 14' eingeleitet wird. Der Auslaß des vertikalen Rohrab¬ schnitts ist mit einer Trennschleuse 15 versehen, die der Ab¬ trennung des Tabaks aus den im Pneumakanal 16 strömenden Gasen dient. Der Tabak T wird bei 17 nach unten abgegeben.
In Fig. 2 erkennt man im Radialschnitt den doppelwandigen Mante der Trommel 2 mit dem zentrisch darin angeordneten Rotor 4, der aus einer Welle 5 besteht, die mit sich im wesentlichen radial erstreckenden Schaufeln 3 besetzt sind, die sich in axialer Richtung über die gesamte Länge der Trommel 2 erstrecken.
Fig. 3 zeigt den Auslaß aus dem Druckbehandlungsgerät B, der mi dem Pneumakanal 16 verbunden ist, im Axialschnitt. Der Auslaß 7 umfaßt ein Rohr 21, in welchem eine obere Zellenradschleuse 22a und im Abstand dazu eine untere Zellenradschleuse 22b angeordne sind. Diese Zellenradschleusen sind bekannter Bauart und brau¬ chen daher nicht im einzelnen erläutert zu werden. Es sei nur
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soviel angemerkt, daß deren Tätigkeiten miteinander synchroni¬ siert sind, wie noch beschrieben, wobei zu keinem Zeitpunkt beide Zellenradschleusen gleichzeitig geöffnet sind.
Am unteren Ende des Rohres 21, dicht über der unteren Zellenra schleuse 22b, ist das Rohr 21 mit einer Zuführeinrichtung 23 versehen, die das Rohr 21 konzentrisch umgibt und durch die Ga oder Dampf in das Rohr 21 eingeblasen werden kann, die in dem Rohr 21 im Gegenstrom eine heftige Turbulenz und einen Druck e zeugen.
Am oberen Ende des Rohres 21, dicht unter der oberen Zellenrad schleuse 22a, führt ein Entlastungsrohr nach außen, in welchem sich ein Entlastungsventil 24 befindet. Dieses erzeugt im Zusa menwirken mit dem Gas oder Dampf aus dem Einlaß 23 ein Wirbel¬ bett in dem Rohr 21.
Weiterhin ist das Rohr 21 mit einem Drucksensor P versehen, der die Dampf- oder Gaszufuhr und die Druckentlastung in dem Rohr 2 in Abhängigkeit von der Stellung der Zellenräder der Zellenrad¬ schleusen 22a und 22b mittels einer Steuerungseinrichtung 25 in folgender Weise steuert:
Im ersten Takt ist die Zellenradschleuse 22a offen und Tabak wird in das Rohr 21 eingeleitet. Dabei wird der Druck in dem Rohr 21 des aus Cθ2 und Dampf bestehenden Mediums auf etwa 9 ba mittels Ventilen 26 am Gaseinlaß 23 gesteuert. Im zweiten Takt öffnet das Entlastungsventil 24, bei geschlossenem ersten Zel¬ lenrad 22a fällt der Druck in dem Rohr 21 in einem Zeitraum von etwa 1 bis 3 sec von etwa 9 bar auf etwa 3 bar. Im dritten Takt öffnet die untere Zellenradschleuse 22b und der Tabak fällt in den horizontalen Pneumakanal 16. Nach dem Wiederschließen der unteren Zellenradschleuse 22b und dem Öffnen der oberen Zellen¬ radschleuse 22a wiederholt sich der Zyklus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Druckentlastung des Tabaks aus der Ueberdruckkammer (A) in das horizontale
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Hitzebehandlungs-Transport-System 103 taktweise durch das verti¬ kale Verbindungs-Expansionsrohr 102 erfolgen, das durch die obere Schleuse (101) mit der Imprägnierungs-Ueberdruckkammer (A) und durch die untere Schleuse 104 mit dem Trocknungssteil 103 verbunden ist.
Die obere Schleuse 101 öffnet sich nur, wenn der Gasdruck in dem Verbindungs-Expansionsrohr 102 etwa 10 bar beträgt, bzw. etwa der gleiche Druck, wie in dem Überdruckgerät herrscht. Die un¬ tere Schleuse 104 ist dann geschlossen. Die Öffnungsbedingungen für die untere Schleuse sind: 1 bar Gasdruck und die obere Schleuse geschlossen.
Der imprägnierte Tabak wird durch die obere Schleuse in das Ver¬ bindungs-Expansionsrohr 102 transportiert und fällt durch die untere Schleuse 104 in den Trocknungsbereich 103.
Bei leerem Verbindungs-Expansionsrohr 102 sind beide Schleusen geschlossen und durch Öffnen des Einlaßventils 110 wird das Ver¬ bindungs-Expansionsrohr 102 über die Einlaßöffnung 105 mit dem Speicher 113 verbunden. Dies hat eine Druckerhöhung im Rohr 102 auf bis etwa 10 bar zur Folge. Anschließend wird das Einlaßven¬ til 110 geschlossen und durch kurzfristiges Öffnen der oberen Schleuse 101 fällt der Tabak in das Rohr. Nach Schließen der oberen Schleuse 101 wird das Auslaßventil 108 geöffnet und das Gas kann durch die Auslaßöffnungen 106 zu der Pumpe 11 strömen. Die Pumpe erhöht den Gasdruck und füllt den Speicher 113. Die Druckabnahme in dem Verbindungs-Expansionsrohr 102 erfolgt kon¬ tinuierlich durch Steuerung des Auslaßventils 108.
Kurz bevor der Tabak die unteren Düsen 107 erreicht hat, wird durch die nach oben gerichteten Düsen 107 warmes CO2-Gas - von 120 'C bis etwa 180 aC - in den Tabak geblasen. Durch die er¬ höhte Relativgeschwindigkeit zwischen Heißgas und Tabak wird der Wärmeübergang in den Tabak wesentlich verbessert und seine Ge¬ schwindigkeit abgebremst.
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Die Einblasphasen werden über das Einblasventil 109 gesteuert und sind nur sehr kurzfristig.
Dieser Einblasvorgang wird mehrmals wiederholt.
Das einzublasende CO2 -Gas wird aus den Speichern 113 entnommen und in einem Erhitzer 114 auf die entsprechende Temperatur er¬ wärmt.
Wenn der Gasdruck in dem Verbindungs-Expansionsrohr 102 auf 1 bar abgesunken ist, wird die untere Schleuse 104 geöffnet und der Tabak aus dem Verbindungs-Expansionsrohr abtransportiert. Die Zeit zwischen der letzten Einblasung vom Heißgas und Öffnen der unteren Schleuse ist so gewählt, daß der Tabak in die Schleusekammer gefallen ist.
Um eine kontinuierliche Arbeitsweise in dem horizontalen Hitze- behandlungs-Transport-System zu ermöglichen, kann das Verbin¬ dungs-Expansionsrohr zwischen der Auslaß-Schleuse und dem hori¬ zontalen Hitzebehandlungs-Transport-System mit einer Tabakspei¬ cher-Zone ergänzt werden ( in der Zeichnung nicht aufgeführt ) .
Der Tabak kann in dem Hitzebehandlungs-Transport-System durch den in diesem mit Hilfe von Venturi-Düse einströmenden Dampf kontinuierlich eingespeist, transportiert und getrocknet werden
Durch dieses System erhält der gekühlte Tabak eine Elastizität und kann durch die geregelte Druckentlastung und optimierte gleichzeitige Wärmeübertragung einen erhöhten Expansionseffekt ohne besondere Bruchbildung erreichen.
Abschließend sollen einige Versuchsbeispiele, die mit dieser Vorrichtung ausgeführt wurden, erläutert werden.
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Beispiel 1
Mit eiskaltem Wasser und mit gekühltem gasförmigen Kohlendioxid auf -6 'C gekühlter, geschnittener Virginiatabak wurde in das Vorbehandlungsgerät A der Anlage nach Fi . 1 unter dauernder Mischung durch die rotierende Schaufel 3 auf 35% Feuchtigkeits¬ gehalt bei 2 bar Überdruck während 4 min behandelt bzw. trans¬ portiert. Aus diesem Gerät gelangte der Tabak duch das druck¬ dichte Doppelsperrorgan und Dosierorgan 7 in das Überdruckbe¬ handlungsgerät B, in welchem durch zusätzliche Zufuhr von ge¬ kühltem gasförmigen Kohlendioxid der Überdruck auf 10 bar an¬ stieg. Der Tabak wurde dann durch Abfuhr von Kohlendioxid wäh¬ rend 3 s über das offene Doppelsperrorgan 7a in den durch zwei Sperrorgane gebildeten Zwischenraum gelassen, bis dort ein Über druck von- 4 bar erreicht wurde. Durch das zweite Sperrorgan des Zwischenraums wurde der Tabak in das horizontale Pneumarohr ge¬ leitet, in welchem der Tabak mittels Dampfzufuhr bei 140 'C vom Rohr 14 zuerst horizontal im Rohr 16 und dann mittels Dampfzu¬ fuhr vom Rohr 14' vertikal transportiert und somit zweimal be¬ schleunigt wurde und durch den DampfSeparator 15 von Dampf und Gas befreit und durch die Leitung 17 in expandiertem und trockenem Zustand ausgetragen wurde. Hierdurch ergab sich eine Füllfähigkeitserhöhung, gemessen bei 13% Feuchtigkeitsgehalt mi dem Borgwaldt-Densimeter, für den Tabak von 41% gegenüber dem Ausgangstabak.
Beispiel 2
Eine Mischung aus geschnittenem Burleytabak wurde mit Eiswasser gleichmäßig auf 35% Feuchtigkeit befeuchtet. Die mit einem Dop¬ pelmantel versehene feste Trommel des Vorbehandlungsgerätes A, welche in ihrem Inneren mit drehbaren Schaufeln versehen ist, wurde durch die an der Bodenseite angeordneten Einlaßöffnungen mit auf '-15 *C gekühltem gasförmigen Kohlendioxid mit einer ge¬ ringen Strömungsgeschwindigkeit von 2 m/s solange gefüllt, bis aus dem im oberen Teil des Gerätes angeordneten Hahn keine Luft
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mehr austrat. Der Doppelmantel war mit einer Kühllösung (Sole) gefüllt, welche die mit dem Tabak in Kontakt stehende Mantelwa durch Rezirkulation auf -7 °C abkühlte.
Anschließend wurde bei geschlossener Stellung der zwei Aus¬ trittssperrorgane und bei abwechselnder Öffnung und Schließung der zwei Eintrittssperrorgane 7 der Tabak während der Rotation bewegung der Leitschaufeln in das Druckbehandlungsgerät B do¬ siert. Durch weitere Zufuhr von gekühltem gasförmigem Kohlen¬ dioxid stieg der Überdruck auf 10 bar.
Nach 4 min Imprägnierungszeit wurde das Druckbehandlungsgerät B mittels eines hydraulischen Hebeaggregats automatisch in schräg Stellung gebracht. Durch alternierendes öffnen und Schließen de untereinander in dem vertikalen Verbindungsrohr angeordneten Sperrorgane 7a wurde der imprägnierte Tabak kontinuierlich in den horizontalen Pneumakanal 16 dosiert, wo dieser durch mehrma lige Geschwindigkeitsbeschleunigung mittels eines Dampfes von 140 'C innerhalb weniger als 1 s der Expansion ausgesetzt war.
Durch die vertikal angeschlossene Trocknungsrohrleitung 14' wurde mit höherer Strömungsgeschwindigkeit als bei horizontalem Transport des Tabaks überhitzter Dampf zugeführt, und der Tabak verließ über den DampfSeparator 15 die Einrichtung mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 13%.
Der behandelte Tabak zeigte bei gleichem Feuchtigkeitsgehalt (13%) eine Füllfähigkeitserhöhun , gemessen mit einem Borgwaldt Densimeter, von 30%.
Durch den direkten Übergang des Tabaks von einem Überdruckmilie von 10 bar in den atmosphärischen Bereich entstand mehr Bruch beziehungsweise Abfall, was zur Verringerung der Füllfähigkeits verbesserung führt.
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Beispiel 3
Geschnittener Virginiablattabak wurde mit Eiswasser im Vorbe¬ handlungsgerät A auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 30% gebracht. Im Druckbehandlungsgerät B, in welchem der Tabak gemischt wurde und das mit einem Doppelmantel umgeben war, wurde der Tabak durch eine Kühlsohle auf +6 'C gehalten. In dem Druckbehand¬ lungsgerät B wurde durch Zufuhr von Kohlendioxid ein Überdruck von 3 bar während 5 min aufrechterhalten. Der Tabak wurde dann schlagartig aus dem Druckbehandlungsgerät B in den horizontalen thermischen Pneumatransportkanal 16 entleert, von welchem der Tabak mit Dampf von 140 °C in einen vertikalen Transportkanal geführt wurde. In diesem Kanal wurde der Tabak mit einem Gemisc aus Heißluft und Dampf zwecks Trocknung in einen mit einem Dop¬ pelmantel versehenen Turm transportiert, und er verließ diesen Turm dann mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 12%. Der mit einem Borgwaldt-Densimeter bei 13% Tabakfeuchtigkeit gemessene Füll- f higkeitswert zeigte gegenüber dem unbehandelten Tabak eine Verbesserung von 8%.
Beispiel 4
Es wurde wie im Beispiel 1 beschrieben mit dem einzigen Unter¬ schied vorgegangen, daß in der thermischen Behandlungsphase der Tabak mit einem Gemisch aus Dampf und Kohlendioxidgas von 200 'C behandelt wurde. Der mit einem Berwaldt-Densimeter bei 13% Tabakfeuchigkeit gemessene Füllfähigkeitswert zeigte gegen¬ über dem unbehandelten Tabak eine Verbesserung von 55%.
Beispiel 5
Virginia-Tabak wurde auf 25% Feuchtigkeitsgehalt mit eiskaltem Wasser befeuchtet. Zum Tabak wurde in einem Überdruckgerät von unten bei einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 2 /sec. kal¬ tes Kohlendioxidgas geleitet bis aus einem an dem oberen Teil des Geräts angeordneten Austrittsventil keine Luft sondern nur
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Kohlendioxid auszuströmen begann. Das Gerät, welches mit einem an seinem oberen Teil angeordneten Tabak-Eintritt und unteren Teil angeordneten Austrittsstellen mit je Zu- und Abfuhrkanälen versehen ist, wurde dadurch unter relativ konstantem Überdruck gehalten, daß die weitere Zufuhr von CO2 -Gas bei praktisch abge schlossenen Sperrorganen erfolgte. Diese wurde ermöglicht, daß in den vertikalen Zu- und Abfuhrkanälen je zwei voneinander in Abstand angeordneten Dosier- und Sperrorganen auf synchroni¬ sierte Art eine in geschlossenem die andere in geöffnetem Zu¬ stand alternierend sich befanden. Der Überdruck wurde auf 9 bar eingestellt. Die Tabaktemperatur wurde durch Vorkühlung und durch den das Druckgerät umhüllende Doppelmantel, in welchem eine Kühllösung (Sole) rezirkulierte auf -6 'C gekühlt. Der Ta¬ bak wurde im Druckgerät durch eine Misch- und Transport-Vorrich tung kontinuierlich vorwärts bewegt.
Nach einer Imprägnierungszeit von 4 Min. verließ der Tabak das Druckgerät durch die Austragungs-Sperr- und Dosierorgane derart, daß der Druckabfall in dem vertikalen Austragungskanal durch ei Ventil im Zwischenraum auf 4 bar während 3 sec. erfolgte und an schließend aus diesem Bereich in einem mit den vertikalen Ver¬ bindungskanal luftdicht direkt verbundenen horizontalen Hitzebe¬ handlungskanal fiel, wo dieser durch Dampfström mit einer Tempe¬ ratur von 140 ° C mitgerissen wurde. Laut der Löslichkeitskurve des CO2 -Gases im Wasser wurde dem Tabak unter den obigen Imprä¬ gnierungsbedingungen etwa 0,7 bis 0,8 Gewichtsprozent CO2 -Gas zugeführt. In dem Hitzebehandlungskanal wurde der Tabak pneuma¬ tisch in einem horizontalen Rohr transportiert, welches in ein vertikales Rohr mündete, wo dieser durch Heißgas bei einer Tem¬ peratur von 160 "C auf 15% Feuchtigkeitsgehalt getrocknet wurde.
Die Füllfähigkeitsmessung der behandelten und unbehandelten Ta¬ bake erfolgte bei 13% Feuchtigkeitsgehalt in einem Borgwaldt- Densimeter.
Die Füllfähigkeitsverbesserung zeigte gegenüber der Kontrolle 41%.
ERSATZBLATT
Beispiel 6
Eine Mischung aus Burley- und Virginia- Tabak wurde auf 32% Feuchtigkeitsgehalt befeuchtet. Der Tabak wurde in dem doppel- wändigen Überdruckgerät mit gekühltem Cθ2 -Gas (-lδ'C) durch¬ strömt bis der Überdruck auf 9,5 bar anstieg. In der Doppelwand befand sich eine Kühlsohle, so daß der Tabak während einer Im¬ prägnierungszeit von 4 Min. bei dauernder Durchmischung eine Temperatur von -9"C aufwies. Der Tabak hatte nach der Löslich- keitskurve von Cθ2-Gas im Wasser einen CO2-Gehalt von etwa 0,8 Gewichtsprozent. Anschließend wurde der kalte Tabak innerhalb von 2 sec. durch ein vertikales Verbindungsrohr in einem Über¬ druckbereich von 3 bar dosiert von welchem dann unmittelbar durch Ausschluß der Aussenatmosphäre einer Dampf- und Heißgas- Behandlung unterworfen wurde. Nach der Expandierung und Trock¬ nung in dem pneumatischen Hitzebehandlungssystem bei einer Tem¬ peratur von 200*C wies der Tabak eine Endfeuchtigkeit von 10% auf. Nach der Einstellung der Tabakfeuchigkeit von 13%, wurde die Füllfähigkeit mit dem Borgwaldt-Densi eter bestimmt. Gegen¬ über dem unbehandelten Tabak mit gleichem Feuchtigkeitsgehalt wurde eine Fullfähigkeitsverbesserung von 59% gemessen.
Beispiel 7
Eine Mischung aus Burley- und Virginia-Schnittabak wurde auf 23% Feuchtigkeitsgehalt befeuchtet. Es wurde wie im Beispiel 6 vor¬ gegangen mit dem Unterschied, daß der für die Imprägnierung ver¬ wendete Überdruck anstelle von 9,5 bar nur 7 bar betrug. Die Ta¬ baktemperatur zeigte nach der Kühlung -δ*C. Die Trocknungstempe- ratur war 170*C und die Endfeuchtigkeit des Tabaks betrug 13%.
Die Fullfähigkeitsverbesserung bei 13% Tabakfeuchtigkeitsgehalt zeigte gegenüber der Kontrolle bei gleicher Feuchtigkeit 38%.
ERSATZBLATT
Beispiel 8
Der gleiche Tabak wurde analog wie im Beispiel 7 behandelt. Die Tabakfeuchtigkeit war 25%, der Imprägnierungsdruck 7 bar, die Tabaktemperatur bei der Imprägnierung +5'C. Die Trocknungstempe¬ ratur 160*C, die Endfeuchtigkeit des Tabaks 13%. Die Fullfähig¬ keitsverbesserung bei 13% Feuchtigkeit zeigte gegenüber der Kon¬ trolle bei gleicher Feuchtigkeit 30%.
ERSATZBL ΓT