DE3445752C2

DE3445752C2 -

Info

Publication number: DE3445752C2
Application number: DE3445752A
Authority: DE
Inventors: Kevin R. Louisville Ky. Us Korte; Dan T. Singapur Sg Wu
Original assignee: Brown and Williamson Tobacco Corp
Current assignee: Brown and Williamson Holdings Inc
Priority date: 1983-12-16
Filing date: 1984-12-14
Publication date: 1988-09-29
Also published as: GB2151451A; AU550247B2; CH661843A5; IT1179515B; IT8424079A0; GB8431805D0; DE3445752A1; AU3648684A; IT8424079A1; BR8406430A; CA1242947A; GB2151451B; US4528994A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Expandieren von Tabak, der im Oberbegriff von Anspruch 1 erläuterten Art.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 29 12 322 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird der Tabak in der Imprägnierungsstufe mit gasförmigem Kohlendioxid nahe des Sättigungswertes bei einer Temperatur behandelt, die nicht tiefer als -23°C liegen darf. Der Tabak kann wahlweise vor dem Imprägnieren mit 5 bis 50 Gew.-% festem Kohlendioxid vorbehandelt werden. Dadurch soll sowohl eine Vorkühlung des Tabaks erreicht als auch eine weitere Quelle für die Zuführung von Kohlendioxid geschaffen werden. Dabei wird jedoch kein Zweifel daran gelassen, daß die festgestellte Erhöhung der Absorption des Kohlendioxids im Tabak auf die Verminderung der Systementhalpie, d. h. den Vorkühleffekt, zurückzuführen ist. Daraus und aus der Tatsache, daß für vorgekühlten Tabak kein Absorptionswert für Kohlendioxid angegeben wurde, ist zu schließen, daß im vorbekannten Verfahren die Vorkühlung nur deshalb angewandt wurde, um eine bessere Einhaltung der Verfahrensparameter (Sättigungswert, Temperatur) im eigentlichen Imprägnierungszyklus zu erhalten. Für das beschriebene Verfahren (ohne Vorkühlung) wurde eine Erhöhung der Absorptionsrate von 1 auf 3% angegeben.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Expandieren von Tabak aufzuzeigen, mit dem auf apparativ einfache und kostengünstige Weise der Füllwert des Tabaks bei akzeptierbaren Verlusten an Alkaloiden und Gesamtzucker zu erhöhen ist.

Die Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung von festem Kohlendioxid im angegebenen hohen Gewichtsverhältnis zum Tabak wird eine der Behandlung mit flüssigem Kohlendioxid zumindest vergleichbare Füllwerterhöhung erzielt, ohne daß ein erhöhter apparativer Aufbau zum Einhalten genau festgelegter Verfahrensparameter vorgesehen werden muß. Trotzdem ist der Verlust an Kohlendioxid bei vergleichbarer Füllwerterhöhung geringer, da auch die vom Tabak absorbierte Menge Kohlendioxid geringer ist. Diese absorbierte Menge an Kohlendioxid muß im Trocknungsprozeß wieder ausgetrieben werden, so daß auch dadurch die Betriebskosten gesenkt werden können.

Aus der US-PS 41 67 191 ist zwar bereits ein Tabaktrocknungs- Expansionsverfahren beschrieben, das auch beim erfindungs gemäßen Verfahren angewendet werden kann, eine Behandlung mit festem Kohlendioxid im angegebenen Gewichtsverhältnis ist jedoch nicht beschrieben.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen 2 bis 7 zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Die nachstehenden Tabellen 1 bis 3 zeigen experimentelle Parameter (Tabelle 1), physikalische Ergebnisse (Tabelle 2) und chemische Ergebnisse (Tabelle 3) für eine Behandlung von sechs Tabak-Vergleichsproben einer geschnittenen Mischung aus mit Heißgas behandelten (flue-cured) und Burley-Taba ken mit einem Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 20%. Spalte "A" in jeder der drei Tabellen bezieht sich auf eine Tabakprobe, die ohne Vorbehandlung getrocknet wurde. Spalte "B" bezieht sich auf eine Tabakprobe, die mit festem und pulverisiertem Kohlendioxid oder Trockeneis (SCO₂) ge mischt wurde. Spalte "C" bezieht sich auf eine Tabakprobe, die erfindungsgemäß mit festem und pulverisiertem Kohlen dioxid oder Trockeneis gemischt wurde und mit gasförmigem Kohlendioxid (GCO₂) unter Druck imprägniert wurde. Spalten "D" und "E" entsprechen Spalte "C" mit der Ausnahme, daß Helium (He) bzw. Stickstoff (N₂) das gasförmige Kohlen dioxid ersetzen. Spalte "F" bezieht sich auf eine bekannte Imprägnierung einer Tabakprobe mit Kohlendioxid in flüssigem Zustand (LCO₂).

Das feste Kohlendioxid oder Trockeneis wurde unter Verwendung eines Mörsers und Stößels zu Pulver zermahlen, bevor es mit der zu untersuchenden Tabakprobe gemischt wurde. Um eine besonders große Erhöhung des Füllvolumens zu erhalten, wurde erfindungs gemäß ein Gewichtsverhältnis an festem Kohlendioxid zu trockenem Tabak von etwa 125% verwendet. Die Kontaktzeit des gasförmigen Kohlendioxids mit der mit festem Kohlendioxid gemischten Tabakprobe, betrug ungefähr 2 Minuten. Alle Versuche in den Tabellen 1 bis 3, außer denen in den Spalten "A" und "B", wurden in einem Druckkessel bei 48,3 bis 55,2 bar (700 bis 800 psig) Überdruck mit geringen Mengen von 250 bis 300 g, im Hinblick auf die Kapazitätsbegrenzung des Kessels, durchgeführt.

Bei dem Expansions/Trocknungsschritt wurde ein Verfahren verwendet, bei dem der ex pandierte Tabak bei einer Temperatur im Bereich von etwa 121,1°C (250°F) bis etwa 343,3°C (650°F) in Ge genwart einer absoluten Feuchtigkeit über derjenigen, die einen Naß wärmegrad bzw. Naßwärmetemperatur (wet bulb temperature) von wenigstens etwa 65,6°C (150°F) getrocknet wird. In den Versuchen der Tabellen 1 bis 3 betrug die Einlaßtrocknungstemperatur 315,6°C (600°F) bei einem Naßwärmegrad von 98,9°C (210°F). Es wurde eine übliche Trockner- und Tangential separator-Anordnung verwendet, die jedoch nur eine Trocknerkammer statt drei aufwies. Die Produktionsrate lag innerhalb üblicher Werte. Nach dem Trocknen wurden die expandier ten Proben in ein Konditionierungsgehäuse bei 23,9°C (75°F) und 60% relative Feuchtigkeit zur Einstellung einer Gleichgewichtsfeuchte gegeben. Die Menge an absorbiertem Kohlendioxid wurde durch Messen der Tabakprobe sofort nach der Behandlung und Druckverringerung bestimmt und mit dem eine Stunde später ermittelten Gewicht vergleichen.

Die folgenden Tabellen 1 bis 3 zeigen die Ergebnisse. Die Werte stellen einen Mittelwert aus zwei Parallelmessungen für jede Behandlung dar. Alle Proben wurden bei etwa der gleichen Produktionsrate ge trocknet.

Tabelle 1

Versuchsparameter

Tabelle 2

Physikalische Eigenschaften

Tabelle 3

Chemische Eigenschaften

Der in Tabelle 2 angegebene Rüttelverdichtungsfüllwert (Vibrating Compression Fill Value - VCFV) wird durch ein Füllwert-Meßverfahren mit kon stanter Kraft/variablem Volumen gewonnen und in Tabelle 2 auf zweierlei Weise wiedergegeben, nämlich in mg/cm³ und cm³/g.

Die angegebenen Daten sollten vorwiegend als Vergleichs wert dienen und sind deshalb mehr relative als absolute Werte. Weiterhin sollte berücksichtigt wer den, daß die in den Tabellen 1 bis 3 angegebenen Daten auf Versuchen basieren, die mit sehr kleinen Tabakpro ben durchgeführt wurden, und deshalb in einigen Fällen keine sehr starken Vergleichsunterschiede aufzeigen, verglichen mit den in den Tabellen 4 bis 7 angegebenen Versuchen in größerem Maßstab.

Tabelle 2 ist zu entnehmen, daß unter den drei Gasen, die zur Imprägnierung einer mit festem Kohlen dioxid (SCO₂) vorbehandelten Tabakprobe verwendet wurden, nur das gasförmige Kohlendioxid die gleiche Erhöhung des Füllvolumens wie die Behandlung mit flüssigem Kohlendioxid allein (LCO₂) ergab. Dies ist von besonderer Bedeutung, da bei weitgehend gleicher Erhöhung des Füllvolumens weniger Gesamtkohlendioxid verwendet und absorbiert wurde (Tabelle 1), wenn die Tabakprobe zuerst mit festem Kohlendioxid (SCO₂) und dann mit gasförmigem Kohlendioxid (GCO₂) behandelt wurde, als wenn sie mit flüssigem Kohlen dioxid alleine imprägniert wurde. Durch eine solche Verbrauchsoptimierung an Kohlendioxid wurde im Trocknungsschritt weniger Ener gie benötigt als dann, wenn überschüssiges CO₂ aus der Tabakprobe hätte entfernt wer den müssen. Weiterhin wurde ebenfalls weniger Energie zur Trennung der Tabakpartikel einer Tabakprobe benötigt als bei dem LCO₂-Verfahren, bei dem die Probe wegen des festen CO₂ zwischen den Partikeln "steinhart" wird.

Tabelle 2 zeigt ebenfalls, daß der mit festem Kohlendioxid gemischte aber nicht gasimprägnierte Tabak (Spalte "B") gegenüber dem getrockneten Produkt (Spalte "A") keine Erhöhung des Füllvolumens aufwies und daß die Helium- (Spalte "D") und Stickstoffimprägnierung (Spalte "E") auf dem festen Kohlendioxid eine nur leichte Verbesserung des Füllvolumens gegenüber dem ge trockneten Tabakprodukt, aber eine geringere Erhöhung des Füllvolumens als das mit flüssigem Kohlendioxid behandelte Produkt (Spalte "F") aufwies.

Tabelle 3 ist zu entnehmen, daß die Ergebnisse für die chemischen Eigenschaften bei der Behandlung des Tabak produkts mit festem Kohlendioxid/gasförmigem Kohlendioxid (Spalte "C") sich von den Ergebnissen bei der Behandlung des Tabakprodukts mit flüssigem Kohlendioxid (Spalte "F") nicht deutlich unterschieden.

Um die Ergebnisse der Versuche der Tabellen 1 bis 3 nach zuprüfen und eine optimale Zugabe an festem Kohlendioxid bei Verwendung größerer Tabakmengen im erfindungsgemäßen Verfahren zu untersuchen, wurde eine zweite Versuchsreihe durchgeführt. Die folgenden Tabellen 4 bis 7 zeigen die vergleichenden Versuchsparameter (Tabelle 4), Vergleichsergebnisse für die physikalischen Eigenschaften (Tabelle 5), Vergleichsergebnisse für die chemischen Eigenschaften (Tabelle 6) und Vergleichsergebnisse für die Zigaretteneigenschaften (Tabelle 7) bei der Versuchs behandlung von 4 Tabak-Vergleichsproben einer geschnitte nen Mischung aus mit Heißgas behandelten und Burley-Ta baken mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 22%. Drei der vier Proben wurden mit feinzerteiltem, festem Kohlendioxid in verschiedenen Gewichtsverhältnissen gemischt, um die Vergleichsergebnisse bei der Behandlung nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren zu zeigen. Spalte "A" zeigt ein Gewichtsverhältnis von 40% festem Kohlendioxid zu Tabak, Spalte "B" ein Gewichtsverhältnis von 96% und Spalte "C" ein Gewichtsverhältnis von 128%. Spalte "D" zeigt die Er gebnisse bei der Behandlung einer Tabak-Vergleichsprobe nach dem bekannten Verfahren mit flüssigem Kohlendioxid.

Bei den Tabakproben der Spalten "A", "B" und "C" der Tabellen 4 bis 7 wurde das feste Kohlendioxid (SCO₂) in Pulverform unter Verwendung einer Wiley Mill-Mahlanlage gemahlen. Das Mischen des festen Kohlendioxidpulvers mit dem geschnittenen Ta bak in den obenangegebenen Gewichtsverhältnissen von 40%, 96% und 128% wurde in einem Rotationszementmi scher durchgeführt. Alle Behandlungen mit gasförmigem Kohlendioxid in den Spalten "A", "B" und "C" wurden in einem Druckkessel mit Tabakproben in Mengen zwischen 2,27 und 4,54 kg (5 bis 10 Pfund) durchgeführt im Gegensatz zu den Tabakmengen im Bereich von 250 bis 300 g der Tabellen 1 bis 3. Bei den Behandlungen lag der Druck bei etwa 31,0 bar (450 psig) Überdruck, wobei der Gaskon takt über etwa 2 Minuten aufrechterhalten wurde. Die Menge an absorbiertem Kohlen dioxid wurde wiederum durch Messung des Gewichts des imprägnierten Tabaks sofort nach Verringerung des Gasdrucks bestimmt und mit dem eine Stunde später ermittelten Gewicht verglichen.

Der Expansions/Trocknungsschritt wurde wie bereits beschrieben durchgeführt. Die Einlaßtrocknungstemperatur betrug 348,9°C (660°F). Der Naßwärmegrad lag bei 98,9°C (210°F), und die Produktionsrate betrug im Durchschnitt 11,35 kg (knochentrocken) pro Stunde. Es wurde eine kleine Trockner- und Tangential separator- Anordnung mit einer Trocknerkammer verwendet. Nach der Trocknung/Expansion wurde der getrocknete Ta bak in einem Rotationszylinder mit Wasserspray auf einen Endfeuchtigkeitsgehalt von etwa 13 Gew.-% eingestellt.

Die Ergebnisse für den Rüttelverdichtungsfüllwert (VCFV)- Test wurden bereits vorstehend erklärt.

Die Testergebnisse für den Borgwaldt-Füllwert (BFV) wur den durch Verdichten eines definierten Gewichts einer Tabakprobe in einem Zylinder bei einer Belastung von 3 kg (freier Fall) über eine Dauer von 30 Sekunden erhalten.

Das Probengewicht und die Höhe der verdichteten Tabaksäule dienen zur Berechnung des Füllvolumens, ausgedrückt in cm³/g.

Tabelle 7 zeigt die Ergebnisse der Messungen für die Zigaretteneigenschaften.

Die Ergebnisse der in den Tabellen 4 bis 7 aufgeführten Tests waren wie folgt:

Tabelle 4

Versuchsparameter

Tabelle 5

Physikalische Eigenschaften

Tabelle 6

Chemische Eigenschaften

Tabelle 7

Zigaretteneigenschaften

Die Ergebnisse der in den Tabellen 4 bis 7 ange gebenen Versuche bestätigen die Ergebnisse der in geringerem Maßstab durchgeführten Versuche mit dem er findungsgemäßen Verfahren. Das optimale Gewichtsverhältnis an festem Kohlendioxid (SCO₂) zu Tabak wurde in dem Bereich von etwa 125 bis 128% bestimmt. Als optimales Verhältnis wurde dasjenige angesehen, das etwa der Erhöhung des Füllvolumens bei der "LCO₂"-Behandlung entsprach, wobei größere Verhältnis se zu einem größeren CO₂-Verbrauch ohne proportionalen Nutzen führen würden.

Aus der Diagrammdarstellung der Erhöhung des Füll volumens nach Tabelle 5 gegenüber dem Gewichtsverhältnis des festen Kohlendioxids ist ersichtlich, daß mit dem Anstieg des Gewichtsverhältnisses die Erhöhung des Füllvolumens steigt, sowohl bei der Messung des Füll volumens nach dem vorstehend beschriebenen Rüttelver dichtungstest als auch nach dem Borgwaldt-Test. Aus Tabel le 5 ist ebenfalls zu ersehen, daß die Erhöhung des Füll werts bei einem Gewichtsverhältnis von 128% festem Kohlendioxid zu Tabak (Spalte "C") weitgehend der Erhö hung des Füllwerts bei der Behandlung des Tabaks mit flüssigem Kohlendioxid (Spalte "D") entspricht. Analog zu den Tabellen 1 bis 3 wurde ebenfalls weniger Gesamtkohlendioxid verwendet und absorbiert (Tabelle 4), wenn die Tabakprobe zuerst mit festem Kohlendioxid (SCO₂) und dann mit gasförmigem Kohlendioxid (GCO₂) behandelt wurde, als wenn sie allein mit flüssigem Kohlendioxid behandelt wurde, obgleich die Erhöhung des Füllvolumens in beiden Verfahren etwa gleich war.

Aus den Tabellen 6 und 7 ist ebenfalls zu ersehen, daß die chemischen Eigenschaften und die Zigaretteneigen schaften bei einem Gewichtsverhältnis von 128% festem Kohlendioxid zu Tabak (Spalte "C") bei der Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren weitgehend den chemischen Eigenschaften und Zigaretteneigenschaften des Tabaks, der mit flüssigem Kohlendioxid (Spalte "D") behandelt wurde, entsprachen, wobei im erfindungsgemäßen Verfahren weniger CO₂ und weniger Energie benötigt wurden.

Claims

1. Verfahren zum Expandieren von Tabak, wobei der Tabak mit festem, feinzerteiltem Kohlendioxid vorbehandelt, da nach gasförmigem Kohlendioxid bei einem vorgewählten Druck über eine vorgewählte Zeit ausgesetzt, der Gasdruck verringert und der Tabak mit Heißgasen getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vorbehandeln der Tabak mit dem festen Kohlen dioxid in einem Gewichtsverhältnis von Kohlendioxid zu Tabak zwischen 96 und 130% gemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Gewichtsverhältnis an fe stem Kohlendioxid zu Tabak etwa 128% beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Druck des gasförmigen Kohlen dioxids im Bereich von etwa 27,6 bis 55,2 bar (400 bis 800 psig) Überdruck liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Druck des gasförmigen Kohlendioxids bei etwa 31,0 bar (450 psig) liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Imprägnierung mit gasförmi gem Kohlendioxid über eine Zeit von etwa 2 Minuten durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Trocknungsschritt bei einer Temperatur im Bereich von etwa 121,1°C (250°F) bis etwa 348,9°C (660°F) in Gegenwart einer absoluten Feuchtigkeit über derjenigen, die einen Naßwärmegrad bzw. Naßwärme temperatur von mindestens etwa 65,6°C (150°F) lie fert, durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Trocknungsschritt bei einer Temperatur von etwa 348,9°C (660°F) in Ge genwart einer absoluten Feuchtigkeit über derjenigen, die einen Naßwärmegrad bzw. eine Naßwärmetemperatur von etwa 98,9°C (210°F) liefert, durchgeführt wird.