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Verfahren zur Verbesserung der Füllfähigkeit von Tabak
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Füllfähigkeit
von Tabak, wie geschnittenen Tabakblättern oder -rippen bzw. Tabakzusatzstoffen
durch Behandlung mit einem Stickstoff und/oder Argon enthaltenden Behandlungsgas
bei Drücken bis zu 1000 bar in einem Autoklaven und einer sich nach der Dekompression
anschließenden Wärmebehandlung.
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Derartige Verfahren sind aus der DE-PS 29 03 300 und 31 19 330 bekannt.
Bei diesen Verfahren wird bei der Gashochdruckbehandlung mit Stickstoff in Bereichen
von 150 bis 1000 bar und bei Behandlung mit Argon in Druckbereichen von 50 bis 800
bar gearbeitet.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese bekannten
Verfahren zu verbessern und insbesondere diese wirtschaftlich und kontinuierlich
durchzuführen, und ferner auch eine Verbesserung der Füllfähigkeit bei solchen Tabaksorten
oder Tabakzusatzstoffen zu erzielen, die sich nach bekannten Verfahren weniger gut
blähen lassen. : Der Begriff Tabak umfaßt im folgenden nicht nur geschnittene Tabakblätter
und -rippen, sondern auch gerissene Tabakblätter, wie sie für die Zigarrenherstellung
eingesetzt werden, andere Tabakprodukte und Tabakzusatzstoffe.
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Als Tabakzusatzstoffe, kommen unter anderem die folgenden faserförmigen
Naturprodukte in Frage: Knospen von Cinnamomum Lassia, Samen von Apium graveoleus,
Cellulosefasern, Eugenia caryophyllata, Samen von Cumium cymium, verschiedene Trockenfrüchte
von z.B. Äpfeln, Pflaumen, Feigen, ferner Wurzeln von Glycyrrhiza glabra, sowie
Folium liatris.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird daher ein Verfahren der eingangs gekennzeichneten
Art vorgeschlagen, daß gemäß Kennzeichen des Hauptanspruches durchgeführt wird.
Weitere vorteilhafte Verfahrensweisen sind in den Unteransprüchen erwähnt.
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Überraschenderweise wurde festgestellt, daß es zur Erzielung der Verbesserung
der Füllfähigkeit oder eines hohen Blähgrades wesentlich ist, daß der Tabak nach
der Druckbehandlung, d.h. nach der Dekompression des Autoklaven und nach Austragung
aus diesem mit einer Eingangstemperatur von unter OOC der anschließenden Wärmebehandlung
zugeführt wird. Wird dagegen der Tabak bei einer höheren Temperatur aus dem Autoklaven
ausgetragen oder nimmt der Tabak nach der Austragung beispielsweise auf einem längeren
Transportweg vom Autoklaven bis zur Wärmebehandlungstation Wärme auf, lassen sich
weniger gute Bläheffekte erzielen.
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Die Erkenntnis, daß man die Beaufschlagung des Autoklaven mit Tabak
bzw. mit dem Behandlungsgas und/oder dessen Dekompression derart steuern muß, daß
der ausgetragene und der anschließenden Wärmebehandlung zugeführte Tabak eine Eingangstemperatur
für die Wärmebehandlung von unter O°C hat, ist für die Erzielung eines guten Bläheffektes
insbesondere bei an sich gering blähbarem Gut überraschend.
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Der wesentliche Vorteil der Beibehaltung einer Mindesteingangstemperatur
des Tabaks für die Wärmebehandlung von unter OOC beruht darauf, daß man bessere
Bläheffekte gegenüber einem Tabak erhält, der eine höhere Eingangstemperatur bei
der Wärmebehandlung besitzt und daß man insbesondere bei gering blähbarem Gut bessere
Füllfähigkeiten erzielen kann.
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Um die erfindungsgemäß geforderte niedrige Mindesteingangstemperatur
des Tabaks für die Wärmebehandlung zu erreichen, sind mehrere Möglichkeiten gegeben.
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Einmal kann man erfindungsgemäß die Temperatur des Autoklaven beispielsweise
mittels einer Mantelkühlung soweit herabdrücken, daß ein Teil der Kompressionswärme
abgeführt wird.
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Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, den in den Reaktor beaufschlagten
Tabak bereits vorgekühlt, vorzugsweise bis kurz oberhalb des Gefrierpunktes des
im Tabak enthaltenen Wassers einzubringen.
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Ferner kann bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens das Behandlungsgas gekühlt zugeführt werden, wodurch die sich aufbauende
Kompressionswärme kompensiert und dadurch die Austragetemperatur des Tabaks nach
der Dekompression erheblich abgesenkt wird.
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Das Behandlungsgas kann entweder vor der Beaufschlagung oder bei der
Beaufschlagung gekühlt werden; im letzteren-Falle kann man die Kühlung des im Autoklaven
befindlichen Stickstoffs durch Umwälzung über einen außen liegenden Kühler vornehmen.
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Vorzugsweise kann man das Behandlungsgas in einen innerhalb des Autoklaven
vorgesehenen Ringraum einleiten, der außen von der Autoklaven-Innenwand und innen
von einer Zylinderwand mit Durchtrittsöffnungen begrenzt wird, die in das Innere
des Autoklaven führen. Der Hauptvorteil einer derartigen Einleitung über einen von
einer Zylinderwand mit Durchtrittsöffnungen gebildeten ringraum ist die größere
und gleichmäßigere Verteilung des Behandlungsgases im Autoklaven, wodurch eine Kompaktierung
des Behandlungsutes vermieden wird.
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Eine derartige Kompaktierung läßt sich auch dadurch vermeiden, daß
man den Autklaven von unten oder von der Seite mit dem Behandlungsgas beaufschlagt.
Alternativ kann man zur Vermeidung einer derartigen Kompaktierung den Autoklaven
nach Erreichung des Enddruckes auch mit dem Behandlungsgas beaufschlagen und über
Kopf bzw. nach unten entspannen.
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Bei einer besonders wirtschaftlichen Abwandlung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird so vorgegangen, daß die Kompression und Dekompression kaskadenartig
in mehreren Stufen derart durchgeführt wird, daß ein Autoklav mit einem unter höherem
Druck stehenden Behandlungsgas aus einem anderen Autoklav, der stufenweise entspannt
wird, beschickt wird. Ein derartiges kaskadenartiges Komprimieren und Dekomprimieren
dient nicht nur der besseren Ausnutzung der für die Kompression aufgewandten Energie
in dem Sinne, daß Behandlungsgas unter höherem Druck bei dessen Dekompression zum
Druckaufbau des Behandlungsgases für einen anderen Reaktor verwendet wird, sondern
auch zur Einführung eines kühleren Behandlungsgases für den Reaktor, der von dem
unter höherem Druck stehenden Reaktor mit Behandlungsgas aufgefüllt wird, da die
Entspannungsenthalpie in erster Linie zu einem kälteren Gas und in sehr viel geringerem
Ausmaß zu einer Kühlung der Reaktorwand und des Tabaks führt.
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Wenn der Druckaufbau und der Druckabbau stufenweise erfolgt, ist es
erforderlich, in der letzten Kompressionsstufe Behandlungsgas bis zum gewünschten
Enddruck aufzudrücken.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn das bei kaskadenartigem Druckausgleich
in den Reaktor niedrigeren Drucks eintretende Gas beim Übergang noch zusätzlich
gekühlt wird. Diese Kühlung kann beispielsweise mittels der Entspannungsenthalpie
aus der letzten Dekompressionsstufe eines Reaktors entnommen werden.
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Ferner ist es bei einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zweckmäßig, wenn man das Behandlungsgas oder einen Teil desselben vorzugsweise
in der letzten Kompressionsstufe in unterkühlter oder verflüssigter Form zuführt.
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Alle diese Möglichkeiten der Beaufschlagung mit dem Behandlungsgas
und dessen Dekompression einschließlich der Zufuhr eines vorgekühlten Tabaks können
einzeln oder in Kombination durchgeführt werden, wobei es nur wesentlich ist, daß
die Mindesttemperatur des der Wärmebehandlung zugeführten Tabaks unter O°C liegt,
wobei noch tiefere Eingangstemperaturen des Tabaks oder des Behandlungsgutes den
Bläheffekt verbessern.
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Falls die Austragetemperatur des Tabaks aus dem Autoklaven der Mindesteingangstemperatur
des Tabaks für die Wärmebehandlung entspricht oder etwas niedriger ist, muß dafür
Sorge getragen werden, daß der Tabak unmittelbar der Wärmebehandlung zugeführt wird
und nicht auf dem Wege vom Autoklaven zur Wärmebehandlungsstation Wärme aufnimmt.
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Da bei kontinuierlichen Anlagen mit mehreren Autoklaven die Transportwege
bis zur Wärmebehandlungsstation verhältnismäßig lang sind, ist es nach einem weiteren
Gesichtspunkt der Erfindung erforderlich, den Tabak nach der Dekompression gegen
Wärmeaufnahme isoliert zu halten, damit die Temperatur des Tabaks nach dem Austragen
aus dem Autoklaven nicht über die erfindungsgemäß erforderliche Eingangstemperatur
des Tabaks für die Wärmebehandlung
ansteigt. Dieses läßt sich beispielsweise
durch Lagerung des frisch ausgetragenen Tabaks in abgedeckten Isoliergefäßen ermöglichen
oder dadurch, daß man den frisch ausgetragenen Tabak über einen Kühltunnel der Wärmebehandlung
zuführt, wobei die Energie zur Aufrechterhaltung einer niedrigeren Umgebungstemperatur
im Kühltunnel beispietsweise durch die Dekompressionsenthalpie der letzten Stufe
der Kaskadendekompression erhalten werden kann.
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Die Druckaufbauzeiten sollen so gewählt werden, daß keine zu starke
Erwärmung des Tabaks erfolgt. Die Druckabbauzeiten betragen etwa 0,5 bis 10 und
vorzugsweise 4 Minuten, insbesondere 1 bis 2 Minuten.
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Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen und Beispielen
näher erläutert werden; es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Anlage
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Figur 2 eine schematische Darstellung
einer bevorzugten Ausführungsform des Kaskadenprinzips; Figur 3 eine graphische
Darstellung, aus der sich die Abhängigkeit der Verbesserung der Füllfähigkeit von
der Eingangstemperatur des Tabaks für die Wärmebehandlung ergibt;
Bei
dem in Figur 1 gezeigten Schaubild sind insgesamt zwölf Autoklaven 1, 2 ... bis
12 vorgesehen, die über eine Hauptleitung 20 und Zweigleitungen 21 mit Behandlungsgas
beaufschlagt werden. Das Behandlungsgas gelangt von einem Flüssiggasbehälter 24,
der beispielsweise flüssigen Stickstoff enthält, über einen Verdampfer 26 in einen
Lagerbehälter 28, von wo aus das Behandlungsgas unter einem gewissen Anfangsdruck
von beispielsweise 2 bis 10 bar über eine Leitung 30 einem Kompressor 22 zugeführt
und von diesem in die Hauptleitung 20 gedrückt wird.
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Die Reaktoren sind ferner untereinander über Verbindungsleitungen
23 verbunden, wobei das jeweiligen Öffnen und Schließen der Ventile für die Verbindungsleitungen
elektronisch gesteuert wird.
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Die einzelnen Autoklaven werden, wie mit Pfeil 40 angedeutet, von
oben mit Tabak beschickt, wobei der Tabak eine beliebige Feuchte von 10 bis 30 Ges.%
Wasser und vorzugsweise 12 bis 24 Gew. Wasser haben kann, während bei Tabakzusatzstoffen,
wie Gewürznelken, eine höhere Feuchte von z.B. 50 % zweckmäßig sein kann. Die Eintragetemperatur
des Tabaks kann der Umgebungstemperatur entsprechen; sie kann je nach der Vorbehandlung
des geschnittenen Tabaks auch höher sein und kann bei einer erfindungsgemäßen Variante
des vorliegenden Verfahrens auch kurz oberhalb des Gefrierpunktes des im Tabak vorhandenen
Wassers liegen.
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Nach der Druckbehandlung und nach Dekompression des Behandlungsgases
wird der Tabak über Transportbänder 42 einer Dosier- oder Aufteilvorrichtu 44 zugeführt,
wo er ausgebreitet auf einem Band einer Wärmebehandlungsstation 46 zugeführt wird.
Diese ist voruwcise ein Sattdampfbetz ndlungstunnel, kann aber auch eine Station
mit anderer Wärmezufuhr sein.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es wesentlich, daß bei dieser
Wärmebehandlungsstation 46 die Eingangstemperatur des Tabaks für die Wärmebehandlung
unter OOC liegt.
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Die Aufblähung des Tabaks erfolgt spontan bei Durchgang durch die
Wärmebehandlungsstation. Der Sattdampf kann je nach Temperatur eine Wasserdampfdichte
von 0,5 bis 10 kg/m3 haben. Höhere Sattdampfdichten bzw. ein Sattdampf höherer Temperatur
ist in der Regel aus energiewirtschaftlichen Gesichtspunkten und zur Vermeidung
von Schädigungen des Tabaks zu vermeiden, wenngleich es wesentlich ist, bei dieser
Wärmebehandlung dem Tabak, der sich auf seiner Mindesteingangstemperatur unter OOC
befindet, möglichst schnell Wärmeenergie zuzuführen, damit der Bläheffekt einen
Höchstwert erreicht.
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Anschließend wird der geblähte und durch den Sattdampf überfeuchtete
Tabak durch einen Trockentunnel 48 und eine nachgeschaltete Kühlvorrichtung 50 geführt,
um mit der gewünschten Verarbeitungsfeuchte und Verarbeitungstemperatur zur Weiterverarbeitung
abgeführt zu werden.
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Um eine Erwärmung des Tabaks zu vermeiden, der beispielsweise mit
einer Temperatur von -400C aus dem Autoklaven ausgetragen wird, können die Transportbänder
42 mit einem Kühltunnel 52 umkleidet sein. Anstelle des Kühltunnels 52 kann der
Tabak auch in wärmeisolierte Vorratsbehälter (hier nicht gezeigt) gefördert werden,
um dann absatzweise über die Dosiervorrichtung 44 der Wärmebehandlung 46 zugeführt
zu werden; dieses ermöglicht eine flexiblere Arbeitsweise.
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Bei einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist es möglich,
über eine getrennte Leitung 54 flüssiges Behandlungsgas direkt - und zwar vorzugsweise
in der Endstufe der Kompression dem Leitungssystem 21 zuzuführen.
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Ferner ist es möglich, das Behandlungsgas in Leitung 30 vor dem Kompressor
22 oder in den Leitungen 20 bzw.
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21 zusätzlich durch ein Kühlaggregat (hier nicht gezeigt) zu kühlen.
Gleichermaßen können Kühlaggregate in den Verbindungsleitungen 23 zwischen den einzelnen
Autoklaven vorgesehen sein.
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Bei der in Figur 2 gezeigten beispielsweisen Darstellung des erfindungsgemäß
bevorzugten Kaskadenprinzips wird mit vier Autoklaven gearbeitet, wobei der Druckaufbau
und die Dekompression in jeweils 4 Stufen also insgesamt in 8 Schritten erfolgt.
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In der ersten Stufe befindet. sich der Autoklav 1 bei einem Druck
von 750 bar und wird zur Dekompression über die Verbindungsleitung 23 mit dem Autoklaven
2 verbunden, der unter einem Druck von 220 bar steht und weiter mit Druckgas beaufschlagt
werden soll. Der sich bei' Normaldruck befindende Autoklav Nr. 3, der gerade mit
Tabak beaufschlagt worden ist, wird durch eine weitere Verbindungsleitung mit dem
Autoklaven Nr. 4 verbunden, der ein Behandlungsgas unter einem Druck von 220 bar
enthält und weiter entspannt werden soll.
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Bei der Stufe 2 hat nunmehr ein Druckausgleich zwischen Autoklav 1
und Autoklav 2 stattgefunden, deren Behandlungsgas nunmehr in beiden Fällen einen
Druck von 410 bar aufweist, während die Autoklaven 3 und 4 durch Druckausgleich
einen Druck von 100 bar aufweisen. Die weitere Dekompression des Autoklaven 1 erfolgt
über eine Verbindung mit dem Autoklaven 3 und die weitere Beaufschlagung mit Druckgas
des Autoklaven 2 erfolgt über den Kompressor oder durch Zufuhr von verflüssigtem
Behandlungsgas. Der Autoklav 4 wird entspannt, wobei das Behandlungsgas in den Sammelbehälter
28 abgeführt wird. Hierbei kann die Entspar
nungsenthalpie zur
Kühlung von Behandlungsgas verwendet werden.
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In der Stufe 3 hat ein Druckausgleich zwischen dem Autoklaven 1 und
3 stattgefunden, bei dem das Behandlungsgas in dem Autoklaven 1 von 410 auf 220
bar absenkt und das Behandlungsgas im Autoklaven 3 von 100 auf 220 bar erhöht worden
ist. Der auf den Endbehandlungsdruck von 750 bar gebrachte Autoklav 2 ist nun für
die Dekompression bereit. Der im Autoklav 4 behandelte Tabak wird ausgetragen und
durch neuen gegebenenfalls vorgekühlten Tabak ersetzt. Durch Verbindung des Autoklaven
1 mit dem Autoklaven 4 wird ersterer weiter entspannt und letzterer wieder mit Behandlungsgas
beschickt. Gleichzeitig erfolgt eine weitere Beaufschlagung des Autoklaven 3 durch
die Verbindung mit dem zur Kompression bereiten Autoklaven 2.
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In der Stufe 4 hat sich nunmehr ein Gleichgewicht eingestellt zwischen
dem in der Dekompressionsstufe befindlichen Autoklaven 1, der auf 100 bar heruntergefahren
worden ist, und dem Autoklaven 4 der auf 100 bar heraufgefahren worden ist, während
die Autoklaven 2 und 3 durch entsprechenden Ausgleich auf 410 bar gebracht worden
sind. Der Autoklav 1 wird entspannt, wobei das Behandlungsgas in den Vorratsbehälter
28 geleitet wird, und zwar gegebenenfalls unter Ausnutzung der Entspannungsenthalpie
zur Kühlung eines an anderer Stelle zugeführten Behandlungsgases ausgenutzt wird.
Der Autoklav 3 wird mit weiterem gegebenenfalls vorgekühltem Behandlungsgas bis
zu einem Druck von 750 bar beschickt, sofern nicht nach einer bevorzugten Form des
erfindungsgemäßen Verfahrens Flüssiggas eingespritzt wird. Die weiteren Stufen 5
bis 8 werden analog wie vorher beschrieben durchgeführt.
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Beispiel 1 Es wurden 30 kg einer fertigen Tabakmischung in einem 200
Liter-Autoklaven mit Stickstoff bis zu einem Enddruck von 750 bar behandelt, wobei
so vorgegangen wurde, daß verschiedene Eingangstemperaturen bei der Wärmebehandlung
erhalten wurden. Die von 2 bzw. 4 Ansätzen erhaltenen Mittelwerte der prozentualen
Füllfähigkeitsverbesserung wurden in der graphischen Darstellung gemäß Fig.3 gegen
die auf übliche Weise bestimmten Eingangstemperaturen aufgetragen. Die Kurve zeigt
eindeutig die ausgezeichnete Verbesserung der Füllfähigkeit bei Einhaltung von unter
OOC liegenden Eingangstemperaturen.
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Beispiel 2 Um den Einfluß der Mantelkühlung zur Verbesserung der Füllfähigkeit
zu zeigen, wurden folgende Versuche durchgeführt: In einem 200 l-Autoklaven wurden
30 kg einer Schnitttabakmischung mit Stickstoff bis zu einem Enddruck von 750 bar
bei unterschiedlicher Kühlwassertemperatur der Autoklavenkühlung behandelt. Die
restlichen Prozeßparameter waren bei allen Versuchen identisch. Die Ergebnisse sind
in der folgenden Tabelle aufgeführt.
| Kühlwasser- Tabaktemperatur Füllfähigkeits - |
| temperatur Autoklav verbesserung |
| oc oc |
| + 12 - 40 + 65 |
| + 31 - 10 + 52 |
| + 50 +10 +39 |
Beispiel 3 Um den Einfluß der Kälteisolierung des Tabaks ex Autoklav
auf die Füllfähigkeitsverbesserung zu zeigen, wurden die folgenden Versuche durchgeführt:
In einem 200 l-Autoklaven wurden 30 kg einer Schnitttabakmischung mit Stickstoff
bis zu einem Enddruck von 750 bar bei konstanter Mantelkühlung behandelt und nach
Druckabbau direkt, nach Lagerung von 20 Stunden bei -50°C und nach Lagerung von
20 Stunden bei Raumtemperatur der Wärmebehandlung zugeführt. Die Ergebnisse sind
in der Tabelle zusammengestellt.
| Tabak- FüIliähigkeits - |
| temperatur verbesserung |
| (Oc) (o) |
| Ex Autoklav - 45 + 72 |
| Nach 20 Std. Lagerung |
| bei - 50 °C - 50 + 70 |
| Nach 20 Std. Lagerung + 5 + 35 |
| bei Raumtemperatur |
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