СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА РАСШИРЯЮЩЕГО АГЕНТА (ВАРИАНТЫ), УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ (ВАРИАНТЫ), ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС И СИСТЕМА РАСШИРЕНИЯ ТАБАКА И ДРУГИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ (ВАРИАНТЫ) И РАСШИРЕННЫЙ ТАБАЧНЫЙ ИЛИ ИНОЙ ПРОДУКТ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК A24B3/00 A24B3/18 

Изобретение относится к способам и системам расширения сельскохозяйственного продукта, такого как табак, пищевые продукты или другой такой материал, посредством пропитывания продукта расширяющим агентом в условиях повышенного давления и при температуре насыщения расширяющего агента и последующего воздействия на пропитанный продукт условиями, способствующими расширению расширяющего агента. Конкретнее, настоящее изобретение относится к способу и устройству для извлечения дополнительных количеств углекислого газа или другого такого расширяющего агента в таких процессах или системах, которые обеспечивают улучшение формирования гидрата и повышение эффективности извлечения углекислого газа или других таких расширяющих агентов.

Как описано в патенте США № 5143096 (Steinberg), известен ряд способов расширения клеточных материалов, включая табак и другие сельскохозяйственные продукты. В целом эти способы предусматривают введение расширяющего агента, т.е. вещества, способного претерпевать расширение, например при фазовом переходе из жидкости в газ, в клетки материала и вызывание расширения этого агента.

Также известно расширение клеточного материала посредством его пропитывания газообразным расширяющим агентом, таким как сжиженный углекислый газ, сжиженным при повышенном давлении; удаления избыточного расширяющего агента из клеточного материала; снижения давления, при котором содержится клеточный материал, вызывая при этом отверждение расширяющего агента; и нагревания клеточного материала, в частности воздействием на него потока горячего газа, например пара, воздуха и т.д., чтобы вызвать испарение или возгонку отвердевшего расширяющего агента. Отвердевший расширяющий агент испаряется со скоростью, выше скорости, с которой этот агент в виде газа может выходить из клеточного материала. В результате такой обработки материал принудительно вспучивается (“расширяется”).

Использование углекислого газа в качестве расширяющего агента для расширения табака, среди прочих, также описано в патентах США № 4235250 (Utsch); № 4258729 (de la Burde и др.); и № 4336814 (Sykes и др.). Согласно способам, описанным в этих патентах, углекислый газ в газообразной или в жидкой форме вводят в контакт с табаком для его пропитывания, после этого пропитанный табак подвергают быстрому нагреванию для испарения углекислого газа и, следовательно, расширения табака.

В патенте США № 4340073 (de la Burde и др.) описаны способ и устройство для расширения табака посредством пропитывания табака углекислым газом в таких условиях, при которых углекислый газ контактирует с табаком в жидкой форме, удаления избыточного сжиженного углекислого газа из табака, снижения давления, при котором находится пропитанный табак, для отверждения углекислого газа внутри структуры табака и быстрого нагревания табака при атмосферном давлении для испарения углекислого газа и расширения табака.

В описании патента Великобритании № 1484536 (Michals) раскрыт способ расширения такого органического вещества, как табак, с использованием жидкого углекислого газа. Способ содержит операции повышения давления в резервуаре, содержащем вещество, которое требуется расширить, до давления в пределах от около 14,0 до 75,2 кг/см² при помощи углекислого газа, погружения вещества в жидкий углекислый газ при поддержании давления внутри резервуара, для пропитывания таким образом этого вещества жидким углекислым газом, удаления избыточного жидкого углекислого газа из пропиточного резервуара, снижения давления в резервуаре по существу до атмосферного давления, таким образом вызывая отверждение углекислого газа на этом веществе и внутри него, удаления пропитанного вещества из резервуара и нагревания вещества, вызывая расширение вещества по меньшей мере на 10%. Согласно этому способу, углекислый газ, используемый для повышения давления в пропиточном резервуаре подают из парового пространства технологического резервуара, который используется для снабжения жидким углекислым газом пропиточного резервуара. После удаления жидкого углекислого газа из пропиточной камеры остаточный углекислый газ, находящийся в пропиточной камере, выпускают в атмосферу или в систему извлечения углекислого газа (которая в этом патенте не показана).

Из уровня техники известны различные типы систем для извлечения углекислого газа и других расширяющих агентов (например, пропана), используемых в процессе расширения табака, как обсуждается ниже.

Патент США № 4165618 (Tyree, Jr.) описывает способ обработки продуктов, таких как табак, с использованием жидкого криогена, такого как сжиженный углекислый газ. В этом способе резервуар для пропитывания табака продувают и повышают в нем давление посредством перемещения газа из парового пространства резервуара для хранения жидкого криогена в пропиточный резервуар. После повышения давления жидкий криоген перемещают в пропиточный резервуар из резервуара для хранения жидкого криогена. Табаку позволяют пропитаться жидким криогеном в течение заданного периода времени, после чего криоген возвращают в резервуар для его хранения. Газообразный криоген, оставшийся в пропиточном резервуаре после удаления жидкого криогена, затем перемещают через серию накопителей, откуда газ после сжатия наконец, возвращается в основной резервуар для жидкого криогена.

Патент США № 5365950 (Yoshimoto и др.) раскрывает устройство для расширения табака, в котором используют углекислый газ в качестве расширяющего агента и утилизируют углекислый газ с использованием поглотителя с колебанием давления. Поглотитель с колебанием давления используют в качестве устройства для извлечения/отделения для удаления воздуха (примесного газа) из утилизируемого углекислого газа. Углекислый газ затем сжимают до более высокого давления и подают в пропиточный резервуар. Описано несколько альтернативных вариантов, в которых используют один или более компрессоров для повышения давления извлекаемого углекислого газа.

Патент США № 5311885 (Yoshimoto и др.) раскрывает другое устройство для расширения табака, в котором используют углекислый газ в качестве расширяющего агента и углекислый газ извлекают с использованием поглотителя с колебанием давления для извлечения/отделения углекислого газа подобно описанному в патенте США № 5365950.

Патент США № 5711319 (Cumner) описывает способ расширения табака с использованием углекислого газа. Газообразный углекислый газ, выпущенный из пропиточного резервуара во время стадии снижения давления, собирается в баллоне для извлечения углекислого газа. Газ внутри этого баллона вновь сжимают с использованием компрессора и заново сжижают с помощью теплообменника перед его возвращением в технологический резервуар. Резервуар с углекислым газом заряжается газообразным углекислым газом непосредственно от компрессора. В альтернативном варианте углекислый газ, выпущенный из пропиточного резервуара на стадии снижения давления, собирается внутри промежуточного резервуара высокого давления, который сохраняет давление части вентилируемого газа, а остатки выпускаются в утилизационный баллон. Предпочтительно, устройство снабжено компрессором для перемещения газа из утилизационного баллона в промежуточный резервуар высокого давления, а второй компрессор используется для перемещения газа в теплообменник. Сжиженный углекислый газ возвращают из теплообменника в технологический резервуар. Газ для зарядки резервуара углекислым газом поступает непосредственно от второго компрессора.

Патент США № 5819754 (Conrad и др.) раскрывает устройство и способ для расширения табака расширяющим агентом, таким как пропан. После заданного периода пропитывания часть расширяющего агента выпускают из зоны пропитки в накопитель для рециркуляции. (Пропан, возвращенный в накопитель, используют на последующих циклах обработки табака). Обеспечена линия извлечения расширяющего агента для дополнительного удаления пропана, который остается в зоне пропитки и не рециркулирует из-за выравнивания давления в накопителе и камере. Способ также предусматривает периодическое удаление расширяющего агента под высоким давлением из зоны пропитки таким образом, что содержание примесей (например, влаги и т.д.) не возрастает в расширяющем агенте до нежелательных уровней. Линия извлечения расширяющего агента соединена с необязательной зоной извлечения или удаления (не раскрыта в патенте) для извлечения расширяющего агента или для извлечения из него энергии.

Устройства для расширения табака в общем могут классифицироваться как расширяющие устройства периодического действия и расширяющие устройства непрерывного действия. В типичных устройствах для расширения периодического действия в пропиточный резервуар загружают заданное количество табака, в пропиточный резервуар подают углекислый газ под высоким давлением для пропитывания табачного материала углекислым газом, после чего табачный материал удаляют из резервуара, таким образом расширяя табачный материал. В расширяющих устройствах непрерывного действия табачный материал и углекислый газ непрерывно подают в пропиточный резервуар.

Хотя расширяющее устройство периодического действия имеет простую конструкцию, оно имеет низкую производительность и приводит к большим потерям углекислого газа. Последнее расширяющее устройство непрерывного действия, по общему мнению, более производительно и может извлекать и утилизировать углекислый газ, как обсуждалось выше в отношении патентов Yoshimoto и др., то есть патентов США № 5311885 и № 5/365950.

Многие традиционные способы, включая способ расширения табака сухим льдом (DIET) и другие способы расширения углекислым газом не обеспечивают извлечения и извлечения всего доступного расширяющего агента (например, углекислого газа), часть которого удаляется в атмосферу. В дополнение к повышенным выбросам в окружающую среду это ведет к худшим характеристикам способов с точки зрения эффективности и экономичности.

Желательно иметь усовершенствованный способ и систему расширения сельскохозяйственных продуктов, таких как табак, пищевые продукты или другие такие материалы, которые преодолевают недостатки уровня техники.

Также желательно иметь более эффективные и экономичные способ и систему для расширения сельскохозяйственных продуктов, таких как табак, пищевые продукты или другие такие материалы.

Кроме того, желательно иметь усовершенствованные способ и систему расширения сельскохозяйственных продуктов, таких как табак, пищевые продукты или другие такие материалы, в которых в качестве расширяющего агента используют углекислый газ.

Также желательно иметь усовершенствованные способ и систему расширения сельскохозяйственных продуктов, таких как табак, пищевые продукты или другие такие материалы, включая усовершенствованные способ и устройство для извлечения дополнительных количеств углекислого газа или другого такого расширяющего агента в таком способе или системе.

Кроме того, желательно иметь усовершенствованные способ и систему расширения сельскохозяйственных продуктов, таких как табак, пищевые продукты или другие такие материалы, включающую средство улучшения формирования гидрата и обеспечивающую лучшее расширение продукта и более равномерное его расширение.

Настоящее изобретение обеспечивает способ и устройство для извлечения дополнительного расширяющего агента в процессе расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта, такого как пищевые или другие клеточные продукты. Настоящее изобретение включает способ расширения табака или других сельскохозяйственных продуктов, включающий способ извлечения дополнительного расширяющего агента. Настоящее изобретение также включает расширенный табачный продукт или другой продукт, полученный способом по изобретению. Кроме того, настоящее изобретение включает систему расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта, причем эта система включает устройство для извлечения дополнительного расширяющего агента.

Первый объект изобретения касается способа извлечения дополнительного количества расширяющего агента в периодическом процессе расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта, причем этот периодический процесс использует резервуар низкого давления для газа, резервуар высокого давления для газа и многостадийную последовательность снижения давления, включающую, по меньшей мере, первую и вторую стадии снижения давления в пропиточном резервуаре, предусматривающий следующие стадии: отбора по существу всего количества расширяющего агента, содержащегося в пропиточном резервуаре, приблизительно в конце второй стадии снижения давления в многостадийной последовательности снижения давления периодического процесса, и перемещения, по меньшей мере, части указанного количества расширяющего агента в резервуар низкого давления для газа.

Второй объект изобретения касается аналогичного способа извлечения дополнительного расширяющего агента в периодическом процессе расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта, предусматривающего дополнительные стадии: отбора, по меньшей мере, части расширяющего агента из резервуара низкого давления для газа; сжатия расширяющегося агента, отобранного из резервуара низкого давления для газа; перемещения сжатого расширяющего агента в резервуар высокого давления для газа; отбора, по меньшей мере, части сжатого расширяющего агента из резервуара высокого давления для газа; дополнительного сжатия сжатого расширяющего агента, отобранного из резервуара высокого давления для газа; конденсации дополнительно сжатого расширяющего агента; и сохранения конденсированного расширяющего агента в резервуаре для хранения.

Третий объект изобретения касается способа извлечения дополнительного расширяющего агента в периодическом процессе расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта, причем этот периодический процесс обработки использует средство снижения давления в пропиточном резервуаре, предусматривающий стадии: отбора по существу всего количества расширяющего агента, содержащегося в пропиточном резервуаре, в ходе снижения давления в пропиточном резервуаре; перемещения без сбора по существу всего количества расширяющего агента к, по меньшей мере, одному компрессору; и сжатия по существу всего указанного количества расширяющего агента до давления, достаточного для его конденсации.

Вариант этого способа предусматривает стадии конденсации сжатого расширяющего агента и сохранения конденсированного расширяющего агента в резервуаре для хранения.

Другой вариант этого способа дополнительно предусматривает стадию определения оптимального массового расхода потока при снижении давления для максимального формирования гидрата в диапазоне давлений процесса снижения давления от первоначального давления пропитки до давления, при котором расширяющий агент прекращает образовывать водный гидрат. В этом варианте стадия определения оптимального удельного массового расхода при снижении давления может содержать подстадии:

(a) установки массового расхода потока расширяющего агента на выбранном уровне;

(b) определение количества расширяющего агента, присутствующего в пропитанном продукте, приблизительно в конце цикла пропитывания;

(c) коррекции приращением массового расхода потока расширяющего агента, и

(d) повторения подстадий (b) и (d), пока не будет определено присутствие максимального количества расширяющего агента в пропитанном продукте.

Четвертый объект изобретения касается способа извлечения дополнительного количества расширяющего агента в периодическом процессе расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта, подобного вышеописанному третьему объекту, но при этом предусматривающего дополнительную стадию регулирования массового расхода потока указанного количества расширяющего агента, отобранного из пропиточного резервуара, до удельного массового расхода, достаточного для максимальной гидратации количества воды в табаке или другом сельскохозяйственном продукте.

Пятый объект изобретения касается периодического процесса расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта, включающий способ извлечения дополнительного расширяющего агента, причем этот периодический процесс использует резервуар низкого давления для газа, резервуар высокого давления для газа и многостадийную последовательность снижения давления, включающую, по меньшей мере, первую и вторую стадии снижения давления в пропиточном резервуаре, при этом указанный способ извлечения предусматривает стадии: отбора по существу всего количества расширяющего агента, содержащегося в пропиточном резервуаре, приблизительно в конце второй стадии снижения давления в ходе многостадийной последовательности снижения давления периодического процесса, и перемещения, по меньшей мере, части указанного количества расширяющего агента в резервуар низкого давления для газа.

Шестой объект изобретения касается периодического процесса расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта, включающий способ извлечения дополнительного расширяющего агента, причем этот периодический процесс использует средство снижения давления в пропиточном резервуаре, при этом способ извлечения предусматривает стадии: отбора по существу всего количества расширяющего агента, содержащегося в пропиточном резервуаре, в ходе снижения давления в пропиточном резервуаре; перемещения без сбора по существу всего указанного указанного расширяющего агента к, по меньшей мере, одному компрессору; и сжатия по существу всего указанного количества расширяющего агента до давления, достаточного для его конденсации.

Седьмой объект изобретения касается устройства для извлечения дополнительного расширяющего агента в периодическом процессе расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта, использующего резервуар низкого давления для газа, резервуар высокого давления для газа и многостадийную последовательность снижения давления, включающую, по меньшей мере, первую и вторую стадии снижения давления в пропиточном резервуаре, и содержащего: средство отбора по существу всего количества расширяющего агента, содержащегося в пропиточном резервуаре, приблизительно в конце второй стадии снижения давления в ходе многостадийной последовательности снижения давления периодического процесса, и средство перемещения, по меньшей мере, части указанного количества расширяющего агента в резервуар низкого давления для газа.

Вариант этого устройства по седьмому объекту может дополнительно содержать средство отбора, по меньшей мере, части расширяющего агента из резервуара низкого давления для газа; средство сжатия расширяющего агента, отобранного из резервуара низкого давления для газа; средство перемещения сжатого расширяющего агента в резервуар высокого давления для газа; средство отбора, по меньшей мере, части сжатого расширяющего агента из резервуара высокого давления для газа; средство дополнительного сжатия сжатого расширяющего агента, отобранного из резервуара высокого давления для газа; средство конденсации дополнительно сжатого расширяющего агента; и средство сохранения конденсированного расширяющего агента в резервуаре для хранения.

Восьмой объект изобретения касается устройства для извлечения дополнительного расширяющего агента в периодическом процессе расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта, использующего средство снижения давления в пропиточном резервуаре, содержащего: средство отбора по существу всего количества расширяющего агента, содержащегося в пропиточном резервуаре, в ходе снижения давления в пропиточном резервуаре; средство сжатия по существу всего указанного количества расширяющего агента до давления, достаточного для его конденсации, и средство перемещения без сбора по существу всего указанного количества расширяющего агента из пропиточного резервуара к средству сжатия.

Вариант устройства по восьмому объекту изобретения может дополнительно содержать средство конденсации сжатого расширяющего агента и средство сохранения конденсированного расширяющего агента в резервуаре для хранения.

В другом варианте это устройство может дополнительно содержать средство регулирования массового расхода потока указанного количества расширяющего агента, отобранного из пропиточного резервуара, до удельного массового расхода, достаточного для максимальной гидратации количества воды в табаке или другом сельскохозяйственном продукте. В этом варианте средство для регулирования может содержать клапан регулирования потока, сообщающийся с каналом, приспособленным для перемещения потока указанного количества расширяющего агента, отобранного из пропиточного резервуара, к средству сжатия; дифференциальное средство измерения расхода, сообщающееся с клапаном управления потоком и со средством сжатия; и контроллер установленного значения, сообщающийся с клапаном управления потоком и дифференциальным средством измерения расхода.

В еще одном варианте выполнения устройство по восьмому объекту может дополнительно содержать средство определения оптимального массового расхода при снижении давления для максимального формирования гидрата в диапазоне давлений процесса снижения давления от первоначального давления пропитки до давления, при котором расширяющий агент прекращает образовывать водный гидрат.

Девятый объект изобретения касается системы расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта, содержащей устройство по седьмому объекту изобретения.

Десятый объект изобретения касается системы расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта, содержащей устройство по восьмому объекту изобретения.

Одиннадцатый объект изобретения касается расширенного табачного или иного продукта, полученного способом по первому объекту изобретения.

И, наконец, двенадцатый объект изобретения касается расширенного табачного или иного продукта, полученного способом по третьему объекту изобретения.

В любом из вариантов вышеописанных объектов изобретения расширяющим агентом может быть углекислый газ (CO₂). Однако могут использоваться и другие расширяющие агенты, перечисленные в не ограничивающем изобретение списке расширяющих агентов, приведенном в описании и в прилагаемой формуле изобретения.

Для лучшего понимания настоящего изобретения даются ссылки на сопровождающие чертежи, где представлено несколько предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления изобретения. Однако следует понимать, что изобретение не ограничивается конструкциями и средствами, показанными на чертежах.

На фиг.1 дано схематическое представление процессов традиционного способа извлечения углекислого газа, используемого при производстве расширенного табака;

на фиг.2 - схематическое представление процессов способа извлечения углекислого газа по одному варианту настоящего изобретения, используемого при производстве расширенного табака;

на фиг.3 - схематическое представление процессов способа извлечения углекислого газа по другому варианту изобретения, используемого при производстве расширенного табака.

Здесь обсуждается несколько вариантов выполнения настоящего изобретения в отношении процессов производства расширенного табака с использованием углекислого газа (СО₂) в качестве расширяющего агента. Однако изобретение не ограничивается расширенным табаком и может быть приспособлено к другим процессам и системам производства других расширенных клеточных и/или сельскохозяйственных продуктов, включая пищевые продукты (но не ограничиваясь ими). Кроме того, согласно настоящему изобретению вместо углекислого газа могут использоваться другие расширяющие агенты, включая (но не ограничиваясь ими) следующие: этилен (С₂Н₂), пропилен (С₃Н₆), циклопропан (С₃Н₃), пропан (С₃Н₈), изобутан (С₄Н₁₀), хлор (Cl₂), сероводород (H₂S), азот (N₂), кислород (О₂), метан (СН₄), ацетилен (С₂Н₂), этан (C₂H₆), метилиодид (СН₃I), аргон (А), арсин (H₃As), бром (Br₂), хлорид брома (BrCl), двуокись хлора (СlO₂), селенид водорода (Н₂Sе), криптон (Kr), метилгидросульфид (СН₃НS), закись азота (N₂O), фосфин (РН₃), диоксид серы (SO₂), гексафторид серы (SF₆), суль-фурилхлорид (SO₂Cl₂), стибин (SbН₃) и ксенон (Хе).

Кроме того, согласно настоящему изобретению в качестве расширяющего агента могли бы использоваться хладагенты, включая (но не ограничиваясь ими) следующие: F-11 (ССl₃F), F-12 (CCl₂F₂), F-12B1 (CClF₂Br), F-13B1 (СВrF₃), F-20 (СНСl₃), F-21 (CHCl₂F), F-22 (CHClF₂), F-30 (СH₂Сl₂), F-31 (CH₂ClF), F-32 (CH₂F₂), F-40 (СН₃Сl), F-40B1 (СН₃Вr), F-142b (CH₃CClF₂), F-152a (СН₃СНF₂), F-12B2 (CF₂Br₂), F-22B1 (CHBrF₂), F-41 (CH₃F), F-150a (СН₃СНСl₂), F-160 (С₂Н₅Сl), F-160B1 (C₂H₅Br), F-161 (C₂H₅F) и F-1140 (CH₂=CHCl).

В процессе расширения табака углекислым газом углекислый газ используют в качестве расширяющего или пропитывающего вещества. Пропитывающее вещество при его введении в контакт с табаком при соответствующих условиях температуры и давления формирует расширяющий агент (например, гидрат СO₂) в табаке. (Следует отметить, что "гидрат СО₂" назван "расширяющимся агентом", тогда как СО₂ является "расширяющим агентом" иногда называемым "пропитывающим агентом"). Когда пропитанный табак подвергают быстрому нагреву, расширяющийся агент разлагается, выделяя существенные количества расширяющихся газов, вспучивающих клетки табака.

На фиг.1 показаны известный способ извлечения углекислого газа и устройство 10 для осуществления способа расширения с использованием углекислого газа. Благодаря физическим свойствам углекислого газа введение в контакт табака и жидкого углекислого газа должно осуществляться в пропиточном резервуаре 12 в условиях высокого давления. После достаточного периода контакта жидкий углекислый газ, содержащийся в пропиточном резервуаре, сливают, и в пропиточном резервуаре снижают давление.

Процесс снижения давления обычно осуществляют в три стадии (хотя возможен двухстадийный процесс, но может использоваться и более трех стадий). Как показано на фиг.1, многостадийная последовательность снижения давления включает первую стадию снижения давления, когда газообразный углекислый газ расширяется и выходит в резервуар 14 высокого давления для газа, после чего следует вторая стадия снижения давления, и газ выходит в резервуар 16 низкого давления для газа. В ходе третьей стадии снижения давления углекислый газ, содержащийся в пропиточном резервуаре 12, вентилируют в атмосферу через клапан 18. В результате третьей стадии снижения давления весь оставшийся доступный углекислый газ, присутствующий в пропиточном резервуаре после завершения второй стадии снижения давления, теряется.

Для извлечения углекислого газа, присутствующего в резервуаре 14 высокого давления для газа и в резервуаре 16 низкого давления для газа после двух стадий снижения давления, газообразный углекислый газ сжимают до давления, достаточного для его конденсации и хранят до последующего повторного использования в резервуаре (не показан) высокого давления для жидкого газа. Для сжатия газообразного углекислого газа до давления конденсации используют компрессор 22 низкого давления для перекачивания газа низкого давления из резервуара 16 низкого давления для газа в резервуар 14 высокого давления для газа через клапаны 15 и 17. Компрессор 24 высокого давления используют для перекачки газа высокого давления через клапан 19 из резервуара 14 высокого давления в конденсатор (не показан) через клапан 21. После конденсации получают извлеченный жидкий газ для хранения в резервуаре высокого давления для жидкого газа.

Благодаря модификации способа снижения давления уровня техники и оборудования согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения, как показано на фиг.2, углекислый газ, обычно вентилируемый в атмосферу (согласно известному способу, показанному на фиг.1) в ходе третьей стадии снижения давления, может вместо этого извлекаться для повторного использования. Извлечение этого дополнительного количества углекислого газа ведет к меньшим производственным затратам и уменьшению выбросов в окружающую среду.

Способ 30 извлечения углекислого газа, показанный на фиг.2, предусматривает использование газового компрессора 22 низкого давления для уменьшения давления в пропиточном резервуаре 12 от давления в конце второй стадии снижения давления до атмосферного давления посредством перекачки оставшегося доступного углекислого газа непосредственно из пропиточного резервуара в резервуар 16 низкого давления для газа. Это достигается посредством установки клапана 23 и линии 29, которая соединяет пропиточный резервуар 12 непосредственно со всасывающей стороной газового компрессора 22 низкого давления. Газовый компрессор 22 низкого давления перекачивает углекислый газ из пропиточного резервуара 12 в резервуар 16 низкого давления для газа через клапан 25 по линии 31. Когда давление в пропиточном резервуаре достигает атмосферного, резервуар открывают, извлекают продукт, и процесс производства расширенного табака продолжается. Дополнительный извлеченный углекислый газ, теперь присутствующий в резервуаре 16 низкого давления для газа, сжимают и извлекают в обычной последовательности, описанной выше (для способа уровня техники, показанного на фиг.1). Этот усовершенствованный способ 30 снижения давления и извлечения углекислого газа, показанный на фиг.2, может осуществляться на любом предприятии, производящем расширенный табак.

В пропиточном резервуаре 12 табак погружают в жидкий углекислый газ под давлением от 29 до 32 бар, который насыщает клетки табака. Избыточный углекислый газ затем сливают из пропиточного резервуара, в котором остается только жидкий углекислый газ, поглощенный табаком и окруженный равновесно насыщенным газом. Для формирования в табаке расширяющегося агента, т.е. гидрата СО₂, необходимо, чтобы молекулы углекислого газа и молекулы воды (в табаке) были соответственно охлаждены. (Как отмечалось ранее, "гидрат СО₂" назван "расширяющимся агентом", тогда как СО₂ является "расширяющим агентом", иногда называемым "пропитывающим агентом").

Химическая формула для гидрата СО₂ представляет собой СО₂·6Н₂О, и химическое уравнение

← + нагрев

СО₂+6Н₂О=СО₂·6Н₂О

- нагрев →

показывает обратимую реакцию формирования гидрата. Согласно известному способу расширения с применением углекислого газа требуемое охлаждение для образования гидрата осуществляется посредством испарения части жидкого углекислого газа, поглощенного табаком, при снижении давления в пропиточном резервуаре 12 с перекачкой газа в резервуар 14 высокого давления для газа и в резервуар 16 низкого давления для газа в две стадии, заканчиваясь на давлении, существенно ниже тройной точки (4,17 бар выше атмосферного давления) для углекислого газа. Если в табаке достаточно воды (обычно около 20% влаги от веса сырого табака), гидрат может формироваться в ходе снижения давления непрерывно от первоначального давления пропитывания до тройной точки углекислого газа, если скорость испарения жидкого углекислого газа достаточна для извлечения тепла гидратации из комплекса табак/вода/СО₂. Гидрат формирует температуру, которая несколько выше (3-7°С) температуры замерзания воды при такой солености. Реакция формирования гидрата является экзотермической, и тепло гидратации (131,5 кал./град гидратированной воды) требует гораздо большего охлаждения для осуществления реакции, чем потребовало бы замораживание воды (80 кал./град замороженной воды). Если скорость охлаждения вследствие испарения углекислого газа падает ниже тепла гидратации, то часть воды замерзнет и станет недоступной для гидратации.

При снижении давления в две стадии в ходе расширения с использованием углекислого газа, когда открывается клапан 26 между пропиточным резервуаром 12 и резервуаром 14 высокого давления для газа (см. фиг.1), скорость испарения жидкого углекислого газа очень высока, поскольку перепад давления между пропиточным резервуаром 12 и резервуаром 14 высокого давления для газа очень высок, что производит достаточное охлаждение для осуществления хорошей гидратации. Поскольку давление в пропиточном резервуаре понижается, и давление в резервуаре высокого давления для газа повышается благодаря потоку с тенденцией к уравновешиванию давления между двумя резервуарами, перепад давления достигает точки, в которой скорость испарения углекислого газа слишком низка для образования гидрата, но все же достаточно высока для замораживания воды до состояния льда. Когда достигнуто равновесие давления между двумя резервуарами, начинается вторая стадия снижения давления. Таким же образом гидратация происходит, когда пропиточный резервуар 12 вентилируют в резервуар 16 низкого давления для газа, при этом испарение замедляется, из воды образуется лед, и оставшийся углекислый газ превращается в сухой лед в тройной точке углекислого газа. Оставшийся в пропиточном резервуаре газ может извлекаться или вентилироваться в атмосферу через клапан 18.

При использовании табака с влажностью 20% в пропиточном резервуаре 12, теоретическое максимальное формирование гидрата могло бы достигать 8,7% СО₂ в виде гидрата от веса сырого табака, если вся доступная вода была гидратизирована. Типичные значения для формирования гидрата в представленном варианте способа находятся в пределах от 2 до 3% СО₂ как гидрата. Расширение табака очень мало, если СО₂ в виде гидрата меньше 2,0%, и предприятия, работающие с уровнем около 3%, обеспечивают лучшее общее качество продукта.

Второй предпочтительный вариант осуществления изобретения показан на фиг.3. Этот вариант применим как для существующих обрабатывающих предприятий, так и для новых или будущих обрабатывающих предприятий, и представляется, что он является способом, обеспечивающим наиболее эффективное извлечение углекислого газа при снижении давления в пропиточном резервуаре 12.

На фиг.3 можно видеть, что в этом варианте 40 используется компрессорная система, содержащая многостадийный или двухстадийный компрессор 42, непосредственно соединенный с пропиточным резервуаром 12. (Специалисту в данной области техники будет понятно, что вместо многостадийного компрессора могла бы использоваться комбинация последовательных одностадийных компрессоров, а также другие комбинации компрессорного оборудования). Компрессорная система способна сжимать углекислый газ от давления в одну атмосферу до давления в резервуаре для хранения (не показан), равного давлению, достаточному для конденсации расширяющего агента. (Для углекислого газа это давление составляет около 35,5 бар). Данное устройство устраняет необходимость как в резервуаре 14 высокого давления для газа, так и в резервуаре 16 низкого давления для газа. Соединение компрессора непосредственно с пропиточным резервуаром не препятствует установке сепараторного резервуара ("газосепаратора") (не показан) между пропиточным резервуаром и компрессором. Этот сепараторный резервуар, если требуется, мог бы удалять из потока газа захваченную газом табачную пыль.

Другое важное преимущество использования многостадийного или двухстадийного компрессора 42 для снижения давления в пропиточном резервуаре 12, как показано на фиг.3, состоит в том, что массовый расход газа, исходящего из пропиточного резервуара, может регулироваться до того уровня, который достаточен для максимальной гидратации воды, содержащейся в табаке. Это требует установки обычного клапана 44 управления потоком в линии 28, выходящей из пропиточного резервуара, и обычного дифференциального средства 46 измерения расхода, установленного между регулировочным клапаном 44 и всасывающей линией двухстадийного компрессора 42. Клапан управления потоком и дифференциальное средство измерения расхода соединены между собой в контур регулирования с использованием обычного контроллера 48 заданного значения. Специалисту в данной области техники будет понятно, что возможны альтернативные конфигурации, в которых дифференциальное средство 46 измерения расхода может устанавливаться, по ходу потока, до регулирующего клапана 44. Специалисту в данной области также будет понятно, что достаточно просто определить оптимальный удельный массовый расход при снижении давления для максимального формирования гидрата во всем диапазоне давлений при снижении от первоначального давления пропитывания до давления, при котором расширяющий агент прекращает формировать водный гидрат (которое является тройной точкой углекислого газа в случае, когда расширяющим агентом является углекислый газ).

Оптимальный удельный массовый расход определяют с использованием итерационного процесса, при котором удельный массовый расход расширяющего агента устанавливают на выбранном уровне, а количество расширяющего агента, присутствующего в пропитанном продукте, определяют лабораторным анализом в конце цикла пропитывания. После выполнения этого определения массовый расход расширяющего агента регулируют количественными приращениями, и процесс повторяют. Последующие корректировки массового расхода расширяющего агента выполняют до тех пор, пока не будет определено максимальное количество расширяющего агента, присутствующего в пропитанном продукте.

Исключение резервуаров высокого давления и низкого давления (14, 16) для газа в этом варианте 40 изобретения уменьшает затраты на стационарное производственное оборудование всей системы. Один многостадийный или двухстадийный компрессор может предназначаться для обслуживания до трех пропиточных резервуаров, при этом компрессор мог бы использоваться в течение максимум приблизительно 300 секунд сверх суммарного времени цикла, составляющего приблизительно 1000 секунд.

Хотя выше были описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения, понятно, что в эти варианты могут быть внесены изменения и модификации без отхода от существа и объема изобретения, определяемых прилагаемой формулой изобретения.

Без дальнейших разработок полностью описанное и проиллюстрированное настоящее изобретение может быть осуществлено другими при использовании нынешних и/или будущих знаний, легко приспосабливая изобретение для использования в различных условиях.

Описаны устройство и способ для извлечения дополнительного расширяющего агента в процессе расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта. Одним из вариантов изобретения является способ извлечения дополнительного расширяющего агента в процессе расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта, причем в ходе этого процесса используют многостадийную последовательность снижения давления, включающую, по меньшей мере, первую и вторую стадии снижения давления в пропиточном резервуаре, который включает стадии: отбора по существу всего количества расширяющего агента, содержащегося в пропиточном резервуаре, приблизительно в конце второй стадии снижения давления в ходе многостадийной последовательности снижения давления; перемещения, по меньшей мере, части указанного количества расширяющего агента в резервуар низкого давления для газа. В варианте выполнения изобретения расширяющим агентом является углекислый газ. Технический результат - усовершенствование способа и повышение эффективности и экономичности. 12 с. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ извлечения дополнительного количества расширяющего агента в периодическом процессе расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта, причем этот периодический процесс использует резервуар низкого давления для газа, резервуар высокого давления для газа и многостадийную последовательность снижения давления, включающую по меньшей мере первую и вторую стадии снижения давления в пропиточном резервуаре, предусматривающий следующие стадии: отбор по существу, всего количества расширяющего агента, содержащегося в пропиточном резервуаре, приблизительно в конце второй стадии снижения давления в многостадийной последовательности снижения давления периодического процесса, и перемещение по меньшей мере части указанного количества расширяющего агента в резервуар низкого давления для газа.2. Способ по п.1, в котором расширяющий агент выбирают из группы, состоящей из углекислого газа (CO₂), этилена (С₂Н₂), пропилена (С₃Н₆), циклопропана (С₃Н₃), пропана (С₃Н₈), изобутана (C₄H₁₀), хлора (Сl₂), сероводорода (H₂S), азота (N₂), кислорода (О₂), метана (СН₄), ацетилена (С₂Н₂), этана (С₂Н₆), метилиодида (СН₃I), аргона (А), арсина (Н₃Аs), брома (Вr₂), хлорида брома (BrCl), двуокиси хлора (СlO₂), селенида водорода (H₂Se), криптона (Kr), метилгидросульфида (СН₃НS), закиси азота (N₂O), фосфина (РН₃), диоксида серы (SO₂), гексафторида серы (SF₆), сульфурилхлорида (SО₂Сl₂), стибина (SbН₃), ксенона (Хе), F-11 (ССl₃F), F-12 (CCl₂F₂), F-12B1 (CClF₂Br), F-13B1 (СВrF₃), F-20 (СНСl₃), F-21 (CHCl₂F), F-22 (CHClF₂), F-30 (СН₂Сl₂), F-31 (CH₂ClF), F-32 (CH₂F₂), F-40 (СН₃Сl), F-40B1 (СН₃Вr), F-142b (СН₃ССlF₂), F-152a (CH₃CHF₂), F-12B2 (CF₂Br₂), F-22B1 (CHBrF₂), F-41 (СН₃ F), F-150a (СН₃СНСl₂), F-160 (C₂H₅Cl), F-160B1 (С₂Н₅Вr), F-161 (C₂H₅F) и F-1140 (CH₂=CHCl).3. Способ извлечения дополнительного количества расширяющего агента в периодическом процессе расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта, причем периодический процесс использует резервуар низкого давления для газа, резервуар высокого давления для газа и многостадийную последовательность снижения давления, включающую по меньшей мере первую и вторую стадии снижения давления в пропиточном резервуаре, предусматривающий следующие стадии: отбор по существу, всего количества расширяющего агента, содержащегося в пропиточном резервуаре, приблизительно в конце второй стадии снижения давления в многостадийной последовательности снижения давления периодического процесса; перемещение по меньшей мере части указанного количества расширяющего агента в резервуар низкого давления для газа; отбор по меньшей мере части расширяющего агента из резервуара низкого давления для газа; сжатие расширяющегося агента, отобранного из резервуара низкого давления для газа; перемещение сжатого расширяющего агента в резервуар высокого давления для газа; отбор по меньшей мере части сжатого расширяющего агента из резервуара высокого давления для газа; дополнительное сжатие сжатого расширяющего агента, отобранного из резервуара высокого давления для газа; конденсация дополнительно сжатого расширяющего агента; и сохранение конденсированного расширяющего агента в резервуаре для хранения.4. Способ извлечения дополнительного количества расширяющего агента в периодическом процессе расширения табака или другого сельскохозяйственного продукта, причем этот периодический процесс обработки использует средство снижения давления в пропиточном резервуаре, предусматривающий стадии отбора, по существу, всего количества расширяющегося агента, содержащегося в пропиточном резервуаре, в ходе снижения давления в пропиточном резервуаре; перемещения без сбора, по существу, всего количества расширяющего агента к по меньшей мере одному компрессору; и сжатия, по существу, всего указанного количества расширяющего агента до давления, достаточного для его конденсации.5. Способ по п.4, дополнительно предусматривающий стадии конденсации сжатого расширяющего агента; и сохранения конденсированного расширяющего агента в резервуаре для хранения.6. Способ по п.4, дополнительно предусматривающий стадию определения оптимального массового расхода потока при снижении давления для максимального формирования гидрата в диапазоне давлений процесса снижения давления от первоначального давления пропитки до давления, при котором расширяющий агент прекращает образовывать водный гидрат.7. Способ по п.6, в котором стадия определения оптимального удельного массового расхода при снижении давления содержит под-стадии

(a) установки массового расхода потока расширяющего агента на выбранном уровне, (b) определения количества расширяющего агента, присутствующего в пропитанном продукте, приблизительно в конце цикла пропитывания; (c) коррекции приращением массового расхода потока расширяющего агента, и (а) повторения под-стадий (b) и (d), пока не будет определено присутствие максимального количества расширяющего агента в пропитанном продукте.