СПОСОБ РАСШИРЕНИЯ ТАБАКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК A24B3/18 

Изобретение относится к способу и устройству для расширения табака, изготовленного путем измельчения табачного листа, порообразователем, таким как двуокись углерода, и нагревания, расширения и сушки табака, пропитанного порообразователем.

В частности, настоящее изобретение относится к способу и устройству, предотвращающих ухудшение аромата табака и вкуса курения в следующих технологических процессах. Табак, пропитанный порообразователем, непрерывно подают в поток горячего газа, содержащего пар, рассеивают его в потоке газа, перемещают вместе с газом и нагревают в процессе перемещения вместе с газом, при этом порообразователь, которым пропитан табак, расширяется, тем самым разрыхляя структуру табака и, поскольку он нагревается, он сушится. Пар или воду снаружи инжектируют в канал, где проходят газ и табак, тем самым регулируют температуру газа для расширения и сушки табака.

Обычно табак расширяют для снижения резкости вкуса курения и снижения стоимости путем уменьшения количества используемого табака.

Табачный материал расширяют путем пропитки структуры табака порообразователем, таким как фреон или двуокись углерода перед нагреванием табака для быстрого испарения порообразователя, которым пропитан табак.

Однако в последнее время в качестве порообразователя используется двуокись углерода для исключения вредного воздействия на окружающую среду. При использовании в качестве порообразователя двуокиси углерода, последняя легко выходит из табака. Поэтому необходимо быстро нагревать табак, пропитанный двуокисью углерода, и быстро испарять двуокись углерода для расширения структуры табака.

Для нагревания табака, пропитанного порообразователем, обычно используют способ сушки табака путем воздействия на него горячим воздухом при транспортировке его на сеточном конвейере. Иногда также используется другой способ, в котором сушка табака осуществляется путем одновременного воздействия на него горячим воздухом и инфракрасными лучами в процессе его транспортировки на сеточном конвейере.

Однако в вышеуказанных способах трудно быстро нагреть табак, и, кроме того, пропитывающая табак двуокись углерода почти теряется перед расширением табака из-за низкой скорости нагревания когда в качестве порообразователя используется двуокись углерода.

Существует еще один способ сушки табака путем подачи его в поток горячего газа. В этом способе табак, вводимый в горячий газ, рассеивается и течет вместе с газом. Поэтому можно быстро нагреть табак горячим газом. В качестве горячего газа используется, например, газ, представляющий смесь воздуха с 50-95 об. перегретого водяного пара. Так как смесь, состоящая из воздуха и перегретого водяного пара, имеет высокую удельную теплоемкость, табак, подаваемый в поток газа, может быть быстро нагрет.

Поэтому при использовании в качестве порообразователя двуокиси углерода способ подачи табака в поток горячего газа является подходящим для нагревания табака, пропитанного двуокисью углерода.

Однако скорость подачи табака в поток горячего газа имеет недостаток, заключающийся в том, что табак, подаваемый в поток горячего газа, обгорает и аромат табака и вкус курения ухудшается из-за передачи табаку большого количества тепла из горячего газа, хотя при этом табак может быстро нагреваться.

При использовании в качестве порообразователя, например, двуокиси углерода необходимо подавать табак в поток газа, содержащего более 50 об. водяного пара и имеющего температуру в пределах 200-350^оС для обеспечения соответствующего вспучивания табака, пропитанного двуокисью углерода. Однако структура табачных листьев подгорает, когда температура табака превышает 140^оС, и аромат табака и вкус курения ухудшается, когда температура табака превышает 180^оС из-за разложения содержащегося в табачных листьях сахара.

Поэтому, при использовании двуокиси углерода, когда табак, пропитанный двуокисью углерода, подают в поток горячего газа для расширения и сушки табака необходимо быстро вводить табак в контакт с горячим газом для его адекватного вспучивания и предотвращения ухудшения аромата табака и вкуса курения. Однако трудно регулировать процесс контактирования табака, подаваемого в поток горячего газа, с горячим газом и осуществлять такое нагревание табака, чтобы удовлетворялись вышеприведенные условия. Для регулирования нагревания табака, подаваемого в поток горячего газа, до настоящего времени были различные способы и устройства.

Например, описаны способ и устройство для подачи табака в поток горячего газа с установкой тангенциального сепаратора в месте ниже по течению от впускного отверстия для табака. В этом случае табак, подаваемый через загрузочное отверстие, входит в контакт с горячим газом и перемещается вместе с ним и отделяется от горячего газа в тангенциальном сепараторе. Поэтому можно надежно регулировать время контактирования табака с горячим газом и состояние нагревания табака путем регулирования расстояния между загрузочным отверстием для табака и тангенциальными сепаратором и скорости потока газа. Также описан способ подачи табака в тангенциальный сепаратор для приведения табака в контакт с горячим газом только на очень короткий промежуток времени перед немедленным его отделением от газа.

В выложенной заявке Японии N S 57-25149 N 7(4)-9(120), 1982 г описана технология подачи табака в трубу, где проходит горячий газ и осуществляется регулирование времени контактирования табака с горячим газом в пределах 0,2-2,0 с.

В вышеуказанных выложенных заявках Японии описаны способы регулирования времени контактирования табака с горячим газом. Однако для обеспечения соответствующего расширения табака и предотвращения ухудшения качества табака должны удовлетворяться противоположные требования. Поэтому, не может быть получен соответствующий эффект только за счет регулирования времени контактирования табака с горячим газом, как описано в вышеуказанных выложенных заявках.

Вопрос о том, каким образом ухудшается аромат сильно нагретого табака и вкус его курения, является сложным и тонким. Например, табак, подаваемый в поток перегретого водяного пара, имеющего температуру 300^оС, сохраняет практически удовлетворительное количество, когда время контактирования табака с горячим водным паром составляет 1,5 с. Однако качество табака становится неудовлетворительным, если это время контактирования составляет 1,6 с. Эти характеристики подтверждаются результатами испытания, проведенного путем установки сепаратора в месте, находящемся внизу по течению от трубы, по которой проходит горячий газ, и изменения места подачи табака в трубу и времени, проходящего до того момента, когда табак отделяется от горячего газа, с момента подачи в поток газа.

Кроме того, расширенный табак, содержащий много воды, должен давать усадку после расширения. Поэтому для предотвращения усадки расширенного табака совершено очевидно, что он должен находиться в почти абсолютно сухих условиях с содержанием воды в пределах 2-3 мас.

Короче говоря, когда в качестве порообразователя используется двуокись углерода, необходимо подавать табак, пропитанный двуокисью углерода, в поток горячего газа и быстро нагревать его. Однако, в этом случае необходимо регулировать процесс контактирования табака с газом, обеспечивать соответствующее расширение табака и предотвращать ухудшение качества табака.

Предлагаемое техническое решение имеет следующие особенности, устраняющие вышеуказанные недостатки известных технических решений в данной области техники.

Основной особенностью является то, что путем инжекции пара или воды в канал, где проходят горячий газ и табак, и регулирования температуры газа, табак, проходящий вместе с газом, получает тепло от газа и температура газа изменяется вследствие инжекции пара или воды в процессе прохождения газа с табаком.

Поэтому количество тепла, получаемое табаком от газа, изменяется в процессе прохождения табака вместе с газом и процесс нагревания табака может точно и надежно регулироваться. Таким образом, табак может быть соответствующим образом расширен, нагрет и высушен без ухудшения аромата табака и вкуса курения.

Устройство для реализации предлагаемого способа имеет сушильную потоком газа трубу, по которой проходит горячий газ, и впускное отверстие для подачи табака, пропитанного порообразователем, в поток горячего газа, проходящего в сушильной трубе. Кроме того, предпочтительно, устройство имеет множество инжекторных сопел, расположенных в определенных местах ниже по течению относительно впускного отверстия. И для регулирования температуры газа в поток горячего газа через сопла инжектируют пар или воду.

Хотя предлагаемый способ и устройство для его реализации пригодны для работы с двуокисью углерода в качестве порообразователя, в этом качестве могут использоваться другие вещества.

Дополнительные цели и преимущества будут очевидны из нижеприведенного описания или могут быть определены путем практической реализации изобретения.

На фиг. 1 схематично показано предлагаемое устройство для расширения табака; на фиг. 2 воплощение предлагаемого сушильного устройства, служащего для нагревания табака, пропитанного пороообразователем, потоком горячего газа; на фиг. 3 диаграмма, иллюстрирующая изменение температуры в сушильной трубе, показанной на фиг. 2.

Все устройство (фиг. 1) для вспучивания табака содержит основную секцию 1 и импрегнатор 2, который состоит из контейнера высокого давления и шнекового питателя, установленного в нем. Внутри импрегнатора 2 поддерживается давление 30 кг/см² при температуре -5^оС и он заполнен двуокисью углерода. Табак подают в загрузочную секцию, например, первый желоб 3, установленный наверху устройства и подают в импрегнатор 2 через первый ротационный питатель 4, второй желоб 5 и второй ротационный питатель 6. Затем табак испытывает действие давления 30 кг/см² при прохождении через ротационные питатели 4 и 6.

При пропускании табака через импрегнатор 2 он пропитывается двуокисью углерода. Затем табак, пропитанный двуокисью углерода, подается к разгрузочному желобу 16 через третий ротационный питатель 11, третий желоб 12, четвертый ротационный питатель 13, четвертый желоб 14 и шаровой затвор 15. Давление на табак снижается до атмосферного давления на второй стадии при прохождении его через ротационные питатели 11 и 13.

Затем табак из разгрузочного желоба подается в сушильную потоком газа трубу 18 через шаровой затвор 17. Из-за того, что по трубе 18 проходит пар, например, имеющий температуру в пределах 200-350^оС, поступивший в трубу 18 табак нагревается за небольшой промежуток времени. Поэтому двуокись углерода, содержащаяся в табаке, расширяется, так как табак не находится под действием повышенного давления и нагрет и структура табачных листьев вспучивается, тем самым обеспечивается его порообразовательная обработка. Пар, входящий в разгрузочный желоб, выходит из него. Поэтому предотвращается обратное попадание пара в устройство порообразовательной обработки.

В загрузочной секции устройства по изобретению, т.е. в первом желобе 3, устанавливается несущая система для транспортировки табака.

Система 20 имеет воздуховод 21, один конец которого установлен в положение подачи табака, а другой конец установлен в загрузочной секции устройства, т.е. в первом желобе 3.

К одному концу воздухопровода 21 подсоединен система питания 22, имеющая загрузочную воронку 23 и воздушный шлюз 24, и табак в загрузочной воронке подают к одному концу воздухопровода 21 через воздушный шлюз 24.

Кроме того, к одному концу воздухопровода 21 подсоединено продувочное устройство 25, обеспечивающее подачу воздуха в воздухопровод 21. Табак, поступающий с системы 22, несется через воздухопровод 21 воздухом, поданным продувочным устройство 25.

К другому концу воздухопровода 21 подсоединено устройство разделения 26, имеющее тангенциальный сепаратор 27 и воздушный шлюз 28, которые обеспечивают отделение табака от несущего его воздуха и подают его к первому желобу 3 через воздушный шлюз 28.

На фиг. 2 показано сушильное устройство для табака, где цифровой 18 обозначена сушильная потоком газа труба, которая наполнена перегретым паром, находящимся при температуре в пределах 200-350^оС, смешанным с 50-95 об. воздуха.

Загрузочное отверстие 34, к которому подают табак, установлено на трубе 18. Табак, пропитанный порообразователем, например, двуокисью углерода с использованием процесса пропитки подают к загрузочному отверстию 34 через желоб 16 и ротационный питатель 17.

Рядом с загрузочным отверстием 34 установлено устройство 37, регулирующее статическое давление. Устройство 37 снабжено датчиком статического давления 38, служащим для определения статического давления в трубе 18 вблизи загрузочного отверстия 34, и регулирующим демпфером статического давления 39, установленным в месте по течению относительно загрузочного отверстия 34.

Демпфер 39 управляется сигналом, поступающим от датчика 38 с целью регулирования падения давления потока пара, проходящего через демпфер 39 с тем, чтобы статическое давление вблизи загрузочного отверстия 34 примерно было равно давлению на загрузочной стороне ротационного питателя 17. Таким образом, можно предотвратить попадание горячего пара в систему пропитывания табака со стороны ротационного питателя 17.

Табак, подаваемый через загрузочное отверстие 34, рассеивается в потоке пара, проходящего мимо этого отверстия, и несется при одновременном нагревании, вспучивании и сушке. Затем расширенный и высушенный табак отделяется от потока пара в тангенциальном сепараторе 41 и отделенный табак подается для дальнейшей обработки через ротационный питатель 42.

Кроме того, табачную пыль, содержащаяся в паре, отделенном от табака в тангенциальном сепараторе 41, удаляют из пара с помощью циклонного сепаратора 43 и пар подают к подогревателю 45 вентилятором рециркуляции 44 и нагревают в этом подогревателе. Нагретый в подогревателе 45 пар возвращают в трубу 18 через клапан управления рециркуляционного потока 48 и затем подвергают циркуляции через систему. Цифрой 49 обозначен датчик скорости потока.

Пар или воду подают в систему рециркуляции до или после подогревателя 45 через питающие клапаны 46 и 47. Между тем небольшое количество пара, циркулирующего в системе, выпускается из нее вытяжным вентилятором 50 через клапан управления выпуском 40, расположенным на входной стороне вентилятора рециркуляции 44. На выходной стороне подогревателя 45 устанавливается датчик содержания кислорода 51, служащий для определения содержания кислорода или содержания воздуха в паре, циркулирующем в системе. Клапан 40 управляется в соответствии с сигналом от датчика 51 и служит для поддержания содержания пара в газовой смеси, состоящей из пара и воздуха, циркулирующего в системе при определенно расходе, в пределах 50-95 об.

Сушильная труба 18 состоит из секции ускорения 32 и секции замедления 33, подсоединенной к выходной стороне секции ускорения 32. Секция ускорения 32 имеет, например, внутренний диаметр 130 мм и длину около 7 м. Секция замедления 33 имеет, например, внутренний диаметр 190 мм, т.е. больше, чем внутренний диаметр секции ускорения 32, и длину около 15 м. Каждый из внутренних диаметров секций 32 и 33 не ограничивается указанным значением. Другими словами, эти внутренние диаметры могут устанавливаться достаточно произвольно. Скорость потока пара в секции ускорения 32 составляет около 50 м/с, в секции замедления 33 около 25 м/с.

На секции замедления 33 установлено множество инжекторных сопел (например, 4 сопла). Первое инжекторное сопло 61а из этих сопел установлено в месте примерно на 2 м ниже по течению от входного конца секции замедления 33. Аналогично, второе инжекторное сопло 61b, третье инжекторное сопло 61с и четвертое инжекторное сопло 61d установлены по порядку вдоль секции замедления 33 через каждые 3 м.

Инжекторные сопла 61a-61d подсоединены к инжекционной трубе 63 через клапаны управления инжекцией 62а-62d соответственно. Пар или воду подают к инжекторным соплам 61a-61d по инжекционной трубе 63 и клапаны 62а-62d от источника питания (не показан). Подаваемый пар или вода инжектируется в пар, циркулирующий через секцию замедления 33, через инжекторные сопла 61а-61d.

Скорость потока пара или воды, инжектируемых через сопла 61а-61d, управляется клапанами 62a-62d и пар или вода может выборочно инжектироваться через некоторые из сопел 61a-61d.

Табак, пропитанный порообразователем, например, двуокисью углерода подают в сушильную трубу 18 через загрузочное отверстие 34. Подаваемый табак рассеивается в потоке пара и ускоряется почти до скорости потока пара в секции ускорения 32. В этом случае, так как существует разница между скоростью перемещения табака и скоростью окружающего пара и пар имеет более высокую удельную теплоемкость, чем воздух, табак быстро нагревается и двуокись углерода, содержащаяся в структуре табака листьев, быстро расширяется, вспучивая эту структуру. Вспучивание листьев практически заканчивается в секции ускорения.

Скорость вспучивающего табака становится почти равной скорости потока пара и табак проходит в секцию замедленная 33 вместе с паром. Так как секция замедления 33 имеет больший внутренний диаметр по сравнению с внутренним диаметром секции ускорения 32, скорость потока пара снижается. Поэтому количество табачных обрезков в секции замедления 33 сводится к минимуму. Для гладкого проноса табака необходимо иметь скорость потока 15 м/с или более. Поэтому скорость потока в секции замедления поддерживается равной 15 м/с или более. И большее количество тепла передается табаку от окружающего водяного пара, в то время как он переносится через секцию замедления 33 и высушивается до почти абсолютно сухого состояния с содержанием воды в пределах 2-3 мас. За счет сушки структура табачных листьев отверждается и поддерживается во вспученном состоянии.

Так как большее количество тепла передается табаку от окружающего пара, когда он проходит через секцию замедления 33, его качество может ухудшиться. Для предотвращения этого предлагается инжектировать пар или воду через инжекторные сопла 16a-16d для снижения температуры пара, проходящего через секцию замедления 33. Поэтому становится возможным сушить табак без ухудшения его аромата и вкуса курения.

Путем инжекции воды или пара через инжекторные сопла 61а-61d температура пара снижается в части, расположенной ниже по течению от места инжекции. Как было указано выше, табак проходит через секцию замедления со скоростью около 25 мс. Поэтому можно точно регулировать температуру табака в течение малого промежутка времени, когда он проходит через секцию замедления 33. Как описано выше, качество табака, подаваемого в горячий пар, может заметно ухудшаться за очень короткий промежуток времени. Однако согласно предлагаемому способу и устройству для его реализации, можно точно и надежно регулировать температуру табака. Поэтому табак может обрабатываться в наиболее оптимальных условиях.

Кроме того, так как табак является сельскохозяйственным продуктом, качество его бывает различным и различные виды табака имеют различные свойства. Поэтому необходимо точно изменять условие обработки в процессе сушки с учетом указанных различий в качестве и свойствах табака. В предлагаемых способе и устройстве можно точно и надежно регулировать условие обработки в зависимости от различий в качестве табака и разницы в видах табака и обрабатывать табак в наиболее оптимальных условиях путем соответствующего выбора скорости потока воды или водяного пара, которые должны инжектироваться через инжекторные сопла 61а-61d и участков инжекции.

Ниже представлены сравнительные данные испытаний с использованием предлагаемого и известного способа, применяя устройство, показанное на фиг. 1. Испытание проводилось при выбранном расходе табака 100 кг/ч, относительном содержании табака в циркулирующем паре около 15 мас. и относительном содержании воздуха в паре в 80 об. В табл. 1 представлен результат экспертной оценки вспучивания табака и аромата табака и вкуса курения обработанного табака для случаев, в которых воду или пар не инжектируют в секцию замедления 33, как делалось всегда раньше, и инжектируют согласно предлагаемому способу.

В табл. 2 даны критерии для оценки аромата табака и вкуса курения. Эта оценка сделана десятью экспертами.

Как видно в табл. 1, оценки показали, что аромат и вкус курения табака, обработанного предлагаемым способом, т.е. когда из инжекторных сопел инжектируют воду, являются подходящими для практического использования. Хотя наполняющая способность немного снижается для предлагаемого способа, она вполне достаточная для практического применения. Вообще вспученный табак пригоден для практического применения, если наполняющая способность составляет около 2600 шт./кг или более.

В табл. 3 представлены результаты такого же испытания, которое было указано выше, за исключением того, что относительно содержание табака в водяном паре повышено до ≈ 20 мас.

Однако при увеличении этого содержания примерно до 30 мас. имеет место неравномерность в наполняющей способности обработанного табака и снижается его качество.

Также в этом случае результат оценки аромата табака и вкуса курения являются вполне удовлетворительным для практического применения обработанного предлагаемым способом табака и можно сделать вывод, что наполняющая способность обработанного предлагаемым способом табака находится на уровне обычного способа.

На фиг. 3 показаны результаты измерения температуры в сушильной трубе 18 для случаев, когда используется известный способ и предлагаемый способ, в котором пар инжектируют через инжекторные сопла, используя воплощение предлагаемого устройства. На фиг. 3 видно, что температура в секции замедления 33 снижается при осуществлении предлагаемого способа.

Изобретение не ограничивается вышеописанным воплощением. Например, вместо воды можно также инжектировать через инжекторы сопла низкотемпературный пар.

Как упоминалось выше, предлагаемый способ обеспечивает возможность точной регулировки температуры табака, подаваемого в поток пара, и обрабатывать табак в наилучших условиях, в результате чего можно получить адекватную его наполняющую способность и высокую оценку его аромата и вкуса курения.

Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает возможность точного регулирования температуры пара и табака, проходящих через конструкцию, состоящую только из сушильной трубы и инжекторных сопел.

Использование: с способах и устройствах для расширения табака. Сущность изобретения: пар или горячий газ, содержащий пар, пропускают через сушильную трубу 18. Табак подают через загрузочное отверстие 34 в поток горячего газа, проходящего по сушильной трубе, в результате чего он нагревается и вспучивается (разрыхляется) в процессе прохождения вместе с газом. В поток горячего газа инжектируют водяной пар или воду через инжекторные сопла (61a, 61b, 61c и 61d), расположенные в местах ниже по течению относительно загрузочного отверстия 34 для изменения температуры газа. Тем самым регулируется количество тепла, передаваемое табаку от горячего газа для предотвращения ухудшения качества табака. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил. 3 табл.

1. Способ расширения табака, включающий его пропитывание парообразователем и нагревание для его сушки и расширения парообразователя и табака путем подачи пропитанного парообразователем табака в поток пара или горячего газа, содержащего пар, и перемещение этой смеси, отличающийся тем, что после подачи пропитанного парообразователем табака в поток газа инжектируют пар или воду, изменяя их температуру для регулирования количества тепла, передаваемого от них табаку. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пар или воду инжектируют на участке, где заканчивается расширение табака, подаваемого в перемещающий его поток газа до завершения процесса сушки. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пар или воду инжектируют в поток газа на нескольких участках. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве парообразователя используют диоксид углерода. 5. Устройство для расширения табака, содержащее средство для пропитывания табака парообразователем и сушильную трубу, по которой перемещается поток пара или горячего газа, содержащего пар, отличающееся тем, что сушильная труба имеет отверстие для загрузки табака, пропитанного парообразователем, в горячий газ, проходящий по сушильной трубе, и инжекторные сопла для ввода пара или воды в горячий газ, проходящий по сушильной трубе, установленные на трубе ниже по течению потока горячего газа относительно отверстия. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что сушильная труба содержит секцию для ускорения потока горячего газа, проходящего по сушильной трубе, расположенную на ее выходе секцию замедления потока газа, а инжекторные сопла установлены в секции замедления. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что инжекторные сопла расположены вдоль направления потока горячего газа, проходящего по сушильной трубе.