BG62029B1 - Метод и апаратура за импрегниране и раздуване натютюна - Google Patents

Abstract

По метода тютюнът се подава към цилиндър, задвижван от въртяща се маса, която последователно премества цилиндъра към четири технологични станции. Въввтората станция тютюнът се уплътнява чрез бутало,а при третата партидата тютюн се прехвърля в съд под налягане и се охлажда чрез пропускане на газообразен въглероден двуокис. След това изходният отвор се затваря и налягането се повишава, за да се навлажни партидата. Първоначално при охлаждането в тютюна се кондензира контролирано количество въглероден двуокис. След това налягането се освобождава и навлажненият тютюн се охлажда вследствие на разширяването на газообразния въглероден двуокис и на изпаряването на течния въглероден двуокис. В четвъртата станция обемът на тютюна се увеличава чрез нагряване.

Description

Област на техниката

Изобретението се отнаася до метод и апаратура за раздуване на тютюн. По-специално, изобретението се отнася до раздуване на тютюн при използване на въглероден диоксид.

В технологиите за обработка на тютюн отдавна е известно, че увеличаването на неговия обем е благоприятно. Има различни основания за раздуването, като една от целите е да се намалят загубите в теглото, причинени от процеса на сушенето, а другата е подобряването на пушателните характеристики на някои тютюневи компоненти, например дръжките на тютюневите листа. Освен това се подобрява пълнежната способност на тютюна, с което се намалява количеството на тютюна за получаването на тютюневото изделие - цигара, която има същата здравина и същевременно съдържа по-малко катрани и никотин в сравнение със съответното тютюнево изделие, получено от нераздут тютюн, което има по-плътен тютюнев пълнеж.

Предшестващо състояние на техниката

Известни са различни методи за раздуване на тютюн, включително импрегнирането му с газ пол налягане и последващо отстраняване на налягането, при което газът предизвиква раздуване на тютюневите клетки, с което се увеличава обемът на обработения тютюн. Други използвани и предлагани методи включват обработването на тютюна с различни течности като вода или относително летливи органични или неорганични течности за импрегнирането му, след което течностите се отстраняват, за да се увеличи неговият обем. Известни са и допълнителни методи, включващи обработването на тютюна с твърди вещества, които при нагряване се разлагат и се получават газове, служещи за раздуването. Други методи включват обработване на тютюна със съдържащи газ течности като вода, съдържаща въглероден диоксид, който се по дава пода налягане, за да се инкорпорира газът в тютюна, и при нагряване на импрегнирания тютюн, или като се намали налягането на околната среда, той се раздува. Разработени са и допълнителни методи за раздуване на тютюна, включващи обработването му с газове, които взаимодействат, като образуват твърди химически продукти в него, които след това могат да се разложат при нагряване, за да произведат газове, които при освобождаването си предизвикват раздуването му.

В US 1 789 435 са описани метод и апаратура за раздуване на тютюн с цел компенсиране на загубите от сушенето на тютюневите листа. За целта изсушеният и кондициониран тютюн се поставя в контакт с газ, който може да е въздух, въглероден диоксид или пара под налягане. След това налягането се отстранява и тютюнът започва да се раздува. Съгласно метода в този патент, тютюнът може да увеличи обема си с около 5 до 15%.

В US 3 771 533 се предвижда обработването на тютюна с въглероден диоксид и амоняк, при което тютюнът се насища с тези газове и на място се образува амониев карбамат. След това амониевият карбамат се разлага чрез нагряване и газовете от клетките на тютюна се освобождават, при което се получава раздуване.

BUS4 258729 e описан метод за раздуване на тютюн, при който той се импрегнира с газообразен въглероден диоксид при такива условия, че въглеродният диоксид практически да остане в газообразно състояние. За да се избегне или ограничи кондензирането на въглеродния диоксид, тютюнът се охлажда предварително преди етапа на импрегниране или слоят тютюн се охлажда с външни средства през време на импрегнирането.

В US 4 235 250 методът за раздуване на тютюн включва импрегниране на тютюн с газообразен въглероден диоксид при условия, при които диоксидът практически остава в газообразно състояние. При премахване на налягането част от въглеродният диоксид в тютюна частично се кондензира. Съгласно този патент енталпията на въглеродния диоксид може да се регулира по такъв начин, че да се сведе до минимум кондензацията на въглеродния диоксид.

B US RE.32 013 са описани метод и апаратура за раздуване на тютюн, като тютюнът се импрегнира с течен въглероден диоксид, при което на място течният въглероден се превръща в твърд въглероден диоксид. След това се предизвиква изпаряване на твърдия въглероден диоксид и тютюнът се раздува.

В сродна нерешена заявка US 07/717 064, и в съответния BG 60139 се описва метод за импрегниране на тютюн с въглероден диоксид, след което той се раздува. Методът включва етапите на контактуване на тютюна с газообразен въглероден диоксид и способи за регулиране условията на процеса, за да се осигури определено количество въглероден диоксид да кондензира в тютюна.

Намерено е, че при импрегниране с газообразен въглероден диоксид тютюнът трябва да постигне достатъчно ниска температура в края на процеса (след отстраняването на въглеродния диоксид и максималното налягане) с оглед успешно да се импрегнира. При отстраняването излизащият въглероден диоксид понижава температурата на тютюневия слой.

В известните методи за импрегниране на тютюн, използващи газообразен въглероден диоксид без контролирано кондензиране, не може да се осигури достатъчно охлаждане при слой тютюн с висока обемна маса в насипно състояние (насипна плътност), поради това, че охлаждането се осигурява само от разширяването на газа. С увеличаване на обемната маса в насипно състояние на тютюневия слой масата на тютюна, който трябва да се охлади, се увеличава и обемът или празните пространства, оставащи в тютюневия слой, и достъпният газ за охлаждане се намаляват. Без специфично охлаждане не може да се постигне приемливо стабилно предварително раздуване на импрегнирания тютюн.

Обикновено рехаво натрупан тютюнев слой има градиент в плътността в насипно състояние, която плътност в насипно състояние е по-голяма към дъното, дължащо се на компримиращия ефект на теглото на слоя тютюн. При метод за раздуване на тютюна, използващ въглероден диоксид и рехаво насипан тютюнев слой със сравнително ниска обемна плътност в насипно състояние, може да се получи нееднородно охлаждане на тютюна и поради това нееднородни стабилност и раздуване.

Обемната маса на дъното на висок тютюнев слой може да бъде ограничаващ фактор при метод, използващ само газ. тъй като тютюнът на дъното на слоя може да има много висока насипна плътност, за да може ефективно да се охлади от разширяването на газа. В резултата на това, методите за раздуване на тютюн, използващи газообразен въглероден диоксид, са ограничени до относително малки или с незначителна дебелина тютюневи слоеве. Въпреки, че такива малки слоеве могат да се използват за изследователски проучвания, те нямат практическо търговско приложение.

Сега е установено, че докато високата насипна плътност прави невъзможно успешното използване на известните методи за раздуване с използването на газообразен въглероден диоксид, то методът, описан в BG 60139, при който се използва контролирано кондензиране на газообразния въглероден диоксид, може да се използва при висока насипна плътност, по-специално при тютюн, който първоначално е бил уплътнен. Предимството на този метод е, че е с повишена производителност.

Уплътняването може да се извърши чрез директно уплътняване (притискане» на партида тютюн или чрез други технологични процеси, например нарязване.

Техническа същност на изобретението

Съгласно метода от изобретението първоначално тютюнът се уплътнява до обемна маса в насипано състояние, по-голяма от 160.2 kg/m³. Предпочита се тази обемна маса в насипно състояние да не надвишава 320.4 kg/m³. Желаната насипна плътност е от 192,2 до 256,3 kg/m³, по-добре от 208.2 до 240.3 kg/m³. Уплътненият тютюн се охлажда преди импрегниране с въглероден диоксид при налягане. Това охлаждане може да се извърши чрез пропускане на газ въглероден диоксид през тютюна. В етапа на импрегниране въглеродният диоксид е във или близко до наситено състояние и когато контактува с тютюна достатъч но количество от него кондензира в тютюна, което осигурява при премахването на налягането, разширяване на газа въглероден диоксид и изпаряване на кондензирания въглероден диоксид, с което се понижава температурата на импрегнирания тютюн до нива от -37,4° до -6,7°С.

След това импрегнираният тютюна се раздува по обичайния начин, например чрез нагряване при атмосферно налягане.

Тютюн, импрегниран съгласно изобретението, може да се раздуе като се използва по-малко енергия, например може да се използва газов поток със значително по-ниска температура, като времето на престояване е от същия порядък, както е при метода, използващ течен въглероден диоксид.

В допълнение методът подобрява възможността за контролиране на химическите и ароматизиращите компоненти, например намаляването на захарите и алкалоидите в крайния тютюнев продукт, като се позволява раздуването да се извърши в по-голям температурен интервал от този при използваните до сега методи.

Освен това импрегнирането и раздуването на тютюна съгласно изобретението може да доведе до по-голяма производителност на процеса от методите, които използват газообразен въглероден диоксид при условия, които не довеждат до кондензиране на диоксида преди вентилиране. Съгласно изобретението изпаряването на кондензирания въглероден диоксид осигурява достатъчно охлаждане, така че тютюн с практически висока насипна плътност може ефективно да се импрегнира и раздуе. Това охлаждане чрез изправяне се предпочита при тютюневи слоеве с висока насипна плътност, за да се постигне достатъчно ниска температура след вентилирането и да се осигури стабилност на импрегнирания тютюн.

Съгласно метода температурата след вентилацията на тютюна практически е независима от насипната плътност на тютюна. Изобретението е приложимо при работа както с малки, така и с големи партиди тютюн.

Притискането или уплътняването на тютюна преди импрегниране дава не само желана висока насипна плътност, но също така оси гурява по-равномерна насипна плътност в целия слой. При това в допълнение към осигуреното равномерно импрегниране с въглероден диоксид, може да се повиши и производителността на процеса.

Производителността на процеса може да се увеличи и чрез зареждане на импрегнатора с тютюн с по-висока насипна плътност, което е в съответствие с едно от предпочитаните изпълнения на настоящото изобретение. Също така по-малко вероятно е уплътненият тютюнев слой в сравнение с рехавия да се слегне поради гравитация или газовия поток, които в другия случай могат да създадат нежелани празни пространства в импрегнатора. В допълнение се образува по-малко топлина от уплътняването, тъй като се компримира помалък обем от газ за единица тютюн. Кондензираният въглероден диоксид върху тютюна в последните етапи на налягане избягва локализирането на топлината от компресията. Тъй като се постига достатъчно ниска температура след вентилирането, с метода се осигуряват приемливо задържане на въглероден диоксид и стабилност след импрегнирането дори при висока насипна плътност на тютюна.

Повишената производителност на метода, дължаща се на увеличената тютюнева маса, води до икономии на разходите за производство или позволява икономии на капитални вложения чрез намаляване размера на инсталацията. Освен това, при малки партиди краткотрайният производствен цикъл работи практически като непрекъснат процес в предпочитаната апаратура, описана по-долу.

Намаленото количество на газа въглероден диоксид, необходим при повишената насипна плътност, е също предимство по отношение на околната среда, тъй като за 1 t тютюн се изхвърля по-малко газ в атмосферата.

Описание на приложените фигури

Посочените и други предимства на метода съгласно изобретението се поясняват със следващото описание и примерите за изпълнението му, разгледани във връзка с приложените фигури.

Фигура 1 представлява диаграма тем пература - ентропия за въглероден диоксид.

Фигура 2 е опростена блок-диаграма на метод за раздуване на тютюн съгласно BG 60139.

Фигура 2А е вариант на фиг. 2, показваща метода за уплътняване, импрегниране и раздуване на тютюн съгласно едно от изпълненията му.

Фигура 3 е диаграма на тегловни проценти въглероден диоксид, отделен от тютюн, импрегниран при 1723,5 kPa при -18°С по отношение на времето след импрегнирането със съдържание на летливи вещества от около 12%, 14%, 16,2% и 20%.

Фигура 4 е диаграма на тегловни проценти въглероден диоксид, задържан в тютюна по отношение на времето след импрегниране на тютюни с три вида различно съдържание на летливи вещества.

Фигура 5 представлява диаграма на равновесен цилиндров обем (CV) за раздут тютюн по отношение времето на задържане преди раздуването на тютюна със съдържание на летливи вещества около 12% и около 21%.

Фигура 6 е диаграма на специфичен обем раздут тютюн по отношение времето на задържане преди раздуването на тютюна с летливи вещества около 12% и около 21%.

Фигура 7 е диаграма на равновесния цилиндров обем (CV) на раздут тютюн по отношение на изходните стойности на летливи вещества на изхода на кулата за раздуване.

Фигура 8 е диаграма на процентното намаляване на тютюневите редуциращи захари по отношение съдържанието на летливи вещества на изхода на кулата за раздуване.

Фигура 9 е диаграма на процентното намаляване на тютюневите алкалоиди по отношение съдържанието на летливи вещества на изхода на кулата за раздуване.

Фигура 10 е схематичен разрез на съда за импрегниране, показващ температурата на тютюна в различни точки в тютюневия слой след вентилиране.

Фигура 11 е диаграма на специфичния обем на раздутия тютюн по отношение времето на зъдържане след импрегнирането преди раздуването.

Фигура 12 е диаграма на равновесния цилиндров обем на раздутия тютюн във функция от времето на задържане след импрегниране преди раздуване.

Фигура 13 е диаграма на температурата на тютюна във функция от съдържанието на летливи вещества в него, показваща степента на предварителното охлаждане, необходимо за постигане на адекватна стабилност (например задържане около 1 час след вентилиране преди раздуване), за тютюн, импрегниран при 5515 kPa.

Фигура 14 е схематичен план отгоре на едно изпълнение на апаратура за осъществяване на кратък импрегниращ процес при тютюн с висока насипна плътност съгласно изобретението.

Фигура 15 е схематичен напречен разрез на апарата от фиг. 14.

Фигура 16 представлява увеличен напречен разрез през съда под налягане от фиг. 15, погледнат практически от същата посока, както е на фигура 15.

Фигура 17 е поглед отгоре, подобен на този от фиг. 14, но на друго изпълнение на апарата съгласно изобретението.

Фигура 18 е поглед, подобен на този от фиг. 15, но за апарата от фиг. 17.

Фигура 19 е поглед, подобен на този от фиг. 16, но за апарата от фиг. 18.

Подробно описание на изобретението

Изобретението се отнася до метод за раздуване на тютюн, при който се използва леснодостъпно, сравнително по-евтино, негоримо и нетоксично средство за раздуване. Поспециално, изобретението се отнася до производството на раздут тютюнев продукт практически с намалена насипна плътност и увеличена способност за запълване от импрегниран тютюн под налягане с наситен газообразен въглероден диоксид и контролирано количество от кондензиран течен въглероден диоксид, бързо освобождаване на налягането и след това предизвиква раздуването на тютюна. Раздуването може да се извърши чрез подлагане на импрегнирания тютюн на топлина, радиационна енергия или подобни генериращи енергия условия, при което те ще предизвикват импрегниращото средство въглероден диоксид бързо да се разшири.

За осъществяването на метода съгласно изобретението може да се третират или целите изсушени тютюневи листа, тютюн в нарязана или накълцана форма, или подбрани части от тютюневия лист като тютюневи дръжки, или дори възстановен тютюн. В надробена форма тютюнът, който ще се импрегнира, има за предпочитане размери на частичките от около 6 меша до около 100 меша, като е по-добре размерите да не са по-малки от около 30 меша. Както се използва в описанието, меш се отнася до стандарта на САЩ и тези стойности се отнасят до възможността на повече от 95% от частичките на дадения размер да преминат през сито с посочения меш.

Освен това влагосъдържанието в проценти може да се счита за равностойно на летливите вещества (OV), определени в пещ, тъй като не повече от около 0,9% от теглото на тютюна са летливи вещества, различни от вода. Определянето на тези вещества е просто измерване на загубите в теглото на тютюна след излагането му в продължение на 3 h в сушилня с циркулиращ въздух при 100°С. Загубата в теглото се изчислява като процентна загуба по отношение на първоначалното тегло и представлява съдържанието на летливи вещества. Най-общо тютюнът, който ще се обработва, има съдържание на летливи вещества най-малко 12^с _: и по-малко от 21%. За предпочитане съдържанието на летливи вещества да е от 13 до 16%. Под 12% летливи вещества тютюнът се натрошава много лесно, поради което се получава голямо количество тютюнев прах. При над 21 % летливи вещества е необходимо допълнително предварително охлаждане, за да се постигне приемлива стабилност, и се изисква много ниска следвентилационна температура, в резултат на което се получава крехък тютюн, който лесно се натрошава.

Съгласно изобретението, за да се постигне желаната висока насипна плътност или по-рдвномерна плътност в слоя, или както висока насипна плътност, така и по-равномерен тютюнев слой, тютюнът се уплътнява преди импрегнирането му с въглероден диоксид. Той може да се уплътни преди поставянето му в съда под налягане, в съда под налягане или и в двата случая, така че получената насипна плътност в съда под налягане практически е равномерна и значително по-висока от насипната плътност на свободно насипания тютюн.

За партиден импрегниращ процес съдържащият тютюн съд под налягане се продухва с газообразен въглероден диоксид, което обикновено отнема от 1 до 4 min. При предпочитаното изпълнение, включващо тютюнев слой с висока насипна плътност, изискванията за продухване могат да се намалят, тъй като празните пространства са сведени до минимум, и поради това, че съдът може да е по-малък за единица тютюн. При описаният по-долу пример съгласно фиг. от 14 до 16, се работи с етап на продухване, продължаващ само 5 s, който може да се премахне, при това без да се влошат качествата на крайния продукт. Предимството на продухването е отстраняването на газове, които могат да взаимодействат с въглеродния диоксид, и отстраняването на чужди газове, които могат да пречат на цялостното проникване на въглеродния диоксид.

Въглеродният диоксид, използван в метода, се получава от захранващ резервоар, където се поддържа в наситено течно състояние при налягане от 2758 до 7239 кРа. Захранващият резервоар може да се захранва с оборотен газообразен въглероден диоксид, отделена от съда под налягане. Допълнително количество въглероден диоксид може да се получи от съда за съхранение, където се поддържа в течна форма, обикновено при налягане от 1482 до 2103 кРа и температура от 28,9°С до -17,8°С. Този въглероден диоксид може да се смеси с оборотния газообразен въглероден диоксид и да се съхранява в доставящия резервоар. Алтернативно, течният въглероден диоксид може да се нагрее предварително, например чрез подходящи нагряващи спирали около захранващата линия, до температура от -17,8° до 29°С и налягане от 2068 до 6894 кРа, преди да се въведе в съда под налягане. След като въглеродният диоксид се въведе в съда под налягане, вътрешността на съда, включваща и тютюнът, който ще се обработва, ще има най-общо тем пература от -6.7° до 26,7°С и достатъчно налягане, за да поддържа газообразния въглероден диоксид в наситено състояние.

Стабилността на тютюна, т.е. продължителността от вре\(е, в което импрегнираният тютюн може да се съхранява след премахване на налягането преди крайния етап и все още да е с удовлетворително увеличен обем, ще зависи от първоначалното съдържание на летливи вещества в тютюна, т.е. от тяхното съдържание преди импрегниране, и от температурата на тютюна след вентилиране на съда пода налягане. Тютюн с по-високо съдържание на летливи вещества изисква по-ниска температура след вентилирането от тютюн с пониско начално съдържание на летливи вещества, за да се постигне една и съща степен на стабилност.

Ефектът на съдържанието на летливи вещества върху стабилността на тютюн, импрегниран с газообразен въглероден диоксид при 1723,5 kPa и -18°С, се определя чрез поставяне на претеглена проба от светъл тютюн, обикновено около 69-70 g в съд под налягане с вместимост 300 cm³. След това съдът се потапя в баня с контролирана температура -18°С. След като той постигне топлинно равновесие с банята, се продухва с газ въглероден диоксид и се поставя под налягане 1723,5 kPa. Импрегнирането с газовата фаза се осигурява чрез поддържане налягането на въглеродния диоксид най-малко от 1379 до 2068 kPa, под налягането на насищане на въглероден диоксид при -18°С. След като се остави тютюнът да се пропие под налягане за около 15 до 60 min, налягането в съда чрез свързване с атмосферата бързо се понижава до атмосферното за около 3-4 s. Веднага след това се затваря изпускателният вентил и тютюнът остава в съда под налягане, който е потопен в баня с контролирана температура -18°С в продължение на 1 h. След около 1 h температурата в съда се повишава до 25^СС и така престоява около два часа, за да се отдели останалият в тютюна въглероден диоксид. Налягането в съда и температурата се проследяват непрекъснато с помощта на IBM - съвместим компютър с програмно осигуряване LABTECH version 4 data acquisition software на фирмата Laboratories

Technologies Corp. Количеството въглероден диоксид, отделено от тютюна за определено време при постоянна температура, може да се изчисли на базата на налягането в съда за дадено време. На фиг. 3 е сравнена стабилността при около 12%, 14%. 16.2% и 20% летливи вещества за светъл тютюн, импрегниран с въглероден диоксид при 1'23,5 kPa и -18°С, както е посочено. Тютюн с около 20% летливи вещества губи около 71 °₀ от поетото количество въглероден диоксид след 15 min при 18°С, докато тютюн с около 12% летливи вещества губи само около 25% от поетия въглероден диоксид след 60 min. Общото количество въглероден диоксид, отделено след повишаване на температурата в съда до 25°С, е указание за общото количество поет въглероден диоксид. Тези данни показват, че при импрегниране при сравнимо налягане и температура с увеличаване съдържанието на летливи вещества, стабилността на тютюна намалява.

За да се постигне достатъчна стабилност на тютюна, се предпочита неговата температура да е приблизително от -17,8 до -12,2®С след вентилирането на съда под налягане, когато тютюнът, който ще се раздува има първоначално съдържание на летливи вещества около 15%. Тютюн с начално съдържание на летливи вещества, повече от 15%, би трябвало да има температура след вентилирането, по-ниска от -17,8° до -12.2 С, и тютюн с начално съдържание на летливи вещества под 15% може да ес поддържа при температура, по-висока от -17,8° до -12,2С с цел постигане на сравнителна степен на стабилност. Например фиг. 4 илюстрира ефекта от влиянието на температурата на тютюна след вентилиране върху стабилността му при различно съдържание на летливи вещества. Тютюн с по-високо съдържание на летливи вещества, около 21%, изисква по-ниска следвентилационна температура, около -37,4°С. за да се постигне подобно ниво на задържане на въглероден диоксид за определено време, в сравнение с тютюн, съдържащ по-малко летливи вещества, около 12%, при температура след вентилиране от -17,8 до 12,2°С. Фиг. 5 и 6 съответно, показват ефекта на съдържанието на летливи вещества и на температурата след вентилиране върху равновесния цилиндров обем (CV) и на специфичния обем (SV) на раздутия тютюн, след като е престоял при тази посочена следвентилационна температура за определено време.

Фиг. 4, 5 и 6 се базират на данните от партиди 49, 54 и 65. При всяка от тези партиди светъл тютюн се поставя в съда под налягане с общ обем 0,096 т³, като 0,068 т³ от него се заема от тютюна. При партиди 54 и 65 приблизително 9,97 kg тютюн с 20% съдържание на летливи вещества се поставят в съда под налягане. Този тютюн се охлажда предварително чрез пропускане през съда на поток от въглероден диоксид газ при около 2902 kPa около 1055 kPa за партидите 54, съответно 65, в продължение на 4 до 5 min, преди да се включи налягането от около 5515 kPa газ въглероден диоксид.

Налягането за импрегниране, тегловното съотношение на въглероден диоксид към тютюна и то плоем костта на тютюна могат да се управляват по такъв начин, че при определени обстоятелства, степента на охлаждане, изисквана от изпаряването на кондензирания въглероден диоксид, е относително малко в сравнение с охлаждането, което се получава при раз ширяването на въглероден диоксид газ при премахване на налягането. При все това, тъй като съотношението на масите на въглеродният диоксид към тютюна се намалява, т.е. тютюневата насипна плътност се увеличава, изискващото се охлаждане от изпаряването на кондензирания въглероден диоксид се увеличава. За да се увеличи производителността на процеса и по-равномерно да се раздува тютюнът чрез предварителното му уплътняване, от съществено значение е да може да се контролира кондензирането и изпаряването на кондензирания въглероден диоксид.

При всяка от партидите 49, 54 и 65 след достигане на налягането за импрегниране приблизително от 5515 kPa налягането на системата се поддържа при тази стойност за около 5 min, преди налягането в съда бързо да се премахне и да се изравни с атмосферното за около 90 s. Количеството въглероден диоксид за партидите 54 и 65 се изчислява и е дадено по-долу. Импрегнираният тютюн е държан при температурата му след вентилиране в суха атмосфера, докато се раздуе, в кула с диаметър 76,2 mm при контактуване с пара, регулирана на посочената температура, и при скорост 44,1 m/s в продължение на по-малко от 5 s.

Таблица 1

Партида №

Летливи вещества в началото, %20,5

Тютюн, kg

Поток СО₂, налягане при охлаждане при импрегниране

Температура на предварително охлаждане, °C

Температура след вентилиране, °C

Кула за раздуване температура на газа, °C равновесен цилиндров обем (CV), cm³/g

SV (специфичен обем) (cm³/g)

Изчислен СО₂ кондензиран (kg/kg тютюн)

54	65
20,4
10,2	9,63
2901 kPa	1055 kPa
5515 kPa	5322 kPa
12,2°С	-29,9°С
12,2°С до -6,7°С	-37,4°С
302°С	ЗО2°С
8,5	10,0
1,8	2,5
0,19	0,58

Цилиндров обем (CV)

Терминът “цилиндров обем” е измервателна единица за степента на раздуване на тютюна. Както се използва в описанието, стойностите, свързани с този термин, се определят както следва: Тютюнева проба с тегло 20 g, ако не е раздут, или 10 g, ако е раздут, се поставя в денсиметърен цилиндър с диаметър 6 cm, модел No DD-60, (Heinr. Borgwaldt Company, Heinr. Borgwaldt GmbH, Schnackenburgallee No 15, Postfack 54 07 02, 2000 Hamburg 54, Germany). Бутало c тегло 2 kg и диаметър 5,6 cm се поставя върху тютюна в цилиндъра в продължение на 30 s. Полученият обем на уплътнения тютюн се отчита и се разделя на теглото на тютюневата проба, за да се получи цилиндровият обем като cm³/g. Опитът определя видимия обем на дадено тегло от тютюнев пълнеж. Полученият обем се нарича цилиндров обем. Този тест се извършва при стандартни условия на околната среда -24°С и 60% относителна влажност. Обикновено, освен ако не е посочено друго, пробата се оставя при тези условия на околната среда за 24 до 48 h, за да се кондиционира преди изпитанието.

Специфичен обем (SV)

Терминът “специфичен обем” е измервателна единица за обема и действителната плътност на твърди предмети, например тютюн, като се използва основното правило на закона за идеалния газ. Специфичният обем се определя чрез взимане на реципрочната стойност на плътността и се изразява като “cm³/g”. Претеглена проба тютюн или такава каквато е, изсушена при 100°С в продължение на 3 h, или уравновесена, се поставя в клетка на Quantachrome Penta-Pycnometer. Клетката след това се продухва и се поставя под налягане с хелий. Обемът хелий, изместен от тютюна, се сравнява с обема на хелия, необходим за запълване на празната клетка, и обемът на тютюна се определя на базата на принципа на Архимед. Както се използва в настоящото описание, освен ако е казано друго, специфичният обем се определя, като се използ ва същата тютюнева проба, използвана и за определяне на летливите вещества, т.е. тютюн, сушен след излагане в продължение на 3 h в сушилня с циркулиращ въздух, с температура 100°С.

Степента на необходимата стабилност на тютюна, а оттук и желаната температура след неговото вентилиране, зависи от много фактори, включително от продължителността от време след премахване на налягането и преди раздуването на тютюна. Поради това, подборът на желаната следвентилационна температура трябва да се направи с оглед на степента на желаната стабилност . Съгласно друг аспект на метода импрегнираният тютюн се обработва между етапите на импрегниране и раздуване така, че да се поддържа задържането на въглеродния диоксид в тютюна. Например тютюнът трябва да бъде прехвърлен чрез изолиран и охлаждан транспортьор и да се изолира от всякакъв съдържащ влага въздух.

Желаната следвентилационна температура на тютюна може да се постигне чрез различни подходящи средства, включително предварителното му охлаждане преди неговото въвеждане в съда под налягане, охлаждане на място на тютюна в този съд чрез продухване със студен въглероден диоксид или други подходящи средства или охлаждане на място чрез вакуум, увеличено чрез пропускане на газообразен въглероден диоксид. Вакуумното охлаждане има предимството да намалява съдържанието на летливи вещества в тютюна без термичното му разграждане и да отстранява некондензиралите газове от съда, като при това позволява да се елиминира етапът на продухване. Такова охлаждане може да се използва практично и ефективно за намаляване температурата на тютюна до -1°С. Предпочита се тютюнът да се охлажда на място в съда под налягане.

Степента на предварително охлаждане или охлаждане на място, необходима за достигане на желаната следвентилационна температура на тютюна, зависи от степента на охлаждане, осигурено от разширяването на газообразния въглероден диоксид при премахване на налягането. Тази степен е функция на съотношението на масата на въглеродния диоксид към масата на тютюна, топлинния капацитет на тютюна, крайното импрегниращо налягане и температурата на системата. Поради това за дадено импрегниране, когато захранващият тютюн и налягането в системата и температурата и обемът са фиксирани, контролът върху крайната следвентилационна температура на тютюна може да се осъществи чрез контролиране количеството въглероден диоксид, което се допуска да се кондензира върху тютюна. Степента на охлаждане на тютюна в резултат на изпаряването на кондензирания въглероден диоксид от тютюна е функция от съотношението на масата на кондензирания диоксид към масата на тютюна, на топлинния му капацитет и от температурата или налягането в системата.

При наличието на кондензиран въглероден диоксид промени в насипната плътност не повлияват значително на температурите след вентилирането. Когато тютюнът се уплътни преди импрегниране с въглероден диоксид, се получава по-голяма насипна плътност и поголяма маса тютюна може да се запълни в даден съд за импрегниране. Увеличаването на насипната плътност на тютюна може да увеличи производителността на метода. Въпреки че при предпочитания вариант за изпълнение на метода се описва изпълнението на етапа на уплътняване за постигане на по-голяма насипна плътност чрез механично уплътняване с бутало, то могат да се използват и всякакви алтернативни или немеханични методи или апарати за уплътняването на тютюна.

Необходимата тютюнева стабилност се определя чрез използваната специфична схема на импрегниране и раздуване на тютюна. Фигура 13 илюстрира следвентилационната температура на тютюна, необходима, за да се постигне желаната му стабилност като функция от съдържанието на летливи вещества за дадена технологична схема. Долната защрихована зона 200 илюстрира степента на охлаждане в резултат от разширяването на въглеродния диоксид газ, а горната защрихована зона 250 показва степента на допълнително охлаждане, необходимо за изпаряване на течния въглероден диоксид като функция от съдържанието на летливи вещества в тютюна, за да се осигури необходимата стабилност. В този пример, адекватна тютюнева стабилност се постига, когато температурата на тютюна е равна или по-ниска от температурата, показана с линията на “стабилност”. Променливите параметри на процеса, които определят температурата на тютюна след вентилиране, включват разгледаните по-горе параметри, както и следните променливи параметри, които включват, но не се ограничават само до тях, температурата, масата, обема и конфигурацията на съда, геометрията на потока, ориентацията на съоръженията, скоростта на топлопренасянето към стените на съда и технологично определеното време на задържане между етапа на импрегниране и раздуване.

При метода с налягане 5515 kPa, илюстриран на фиг. 13, с време на задържане след вентилирането от около 1 h, не е необходимо предварително охлаждане на тютюн, съдържащ 12% летливи вещества, за да се постигне изискващата се стабилност, докато тютюн с 21 % съдържание на летливи вещества изисква достатъчно предварително охлаждане, за да се постигне следвентилационна температура от -37,4°С.

Желаната температура на тютюна след вентилиране от -37,4 до -6,7°С е значително по-висока от температурата след вентилиране от -79°С, когато за импрегниране се използва течен въглероден диоксид. Тази повисока температура на тютюна след вентилация и по-ниското съдържание на летливи вещества в него позволява етапът на раздуване да се осъществи при значително по-ниска температура, в резултат на което раздутият тютюна се получава при по-малко прегряване и по-малка загуба на аромат. В резултат е необходима по-малко енергия за раздуването на тютюна. Нещо повече, поради това, че много малко, ако въобще, се образува твърд въглероден диоксид, то работата с импрегнирания тютюн се опростява. За разлика от тютюн, импрегниран само с течен въглероден диоксид, тютюнът, импрегниран съгласно изобретението, не проявява тенденция да образува бучки, които трябва механично да се раздробяват. Така се получава по-голям добив от използваем тютюн поради това, че при разд робяването на бучките се получава тютюнев прах, който е много фин за използване в цигари и трябва да се елиминира. Освен това, тютюнът с около 21 % летливи вещества при 37,4°С до тютюн с около 12% летливи вещес- $ тва при -6,7°С за разлика от всякакъв тютюн при около -79°С, не е трошлив и поради нова се обработва при минимално разрушаване. Това свойство дава по-висок добив на ползваем тютюн поради това, че по-малко количество от него се натрошава механично при нормалното манипулиране, например при зареждане на съда под налягане или пренасянето му от съда под налягане до зоната за раздуване.

Химическите промени при раздуването на импрегнирания тютюн, например загуба на редуциращи захари и алкалоиди при нагряване, могат да се намалят чрез увеличаване съдържанието на летливи вещества в излизащия 20 тютюн, т.е. съдържанието на летливи вещества в тютюна веднага след раздуването да е около 6% или по-високо. Това може да се пос па на раздуване. Нормално увеличаването на летливите вещества в излизащия тютюн е свързано с намаляване на постигнатото раздуване, което зависи много от съдържанието на летливи вещества в началния захранваш тютюн. При намаляване на това съдържание приблизително до 13% се наблюдава минимално намаляване в степента на раздуване, дори ако съдържанието на влага в тютюна на изхода на устройството за раздуване е около 6% или повече. Поради това, ако се намалят съдържането на летливи вещества в захранващия тютюн и температурата на раздуване, може да се получи изненадващо добро раздуване при минимални химически промени, (показано на фигури 7, 8 и 9).

Фигури 7, 8 и 9 се базират на данни от партиди от 2241 до 2242 и от 2244 до 2254. Данните са посочени в таблица 2. При всяка от тези партиди измерено количество от светъл тютюн се поставя в съд под налягане, подобен на съда, описан в пример 1.

тигне чрез намаляване на температурата в ета25

Таблица 2

Партида №	2241	2242	2244-46-3	2245-2
Тютюн тегло (kg)	45,36	45,36	137	137 j
Кондензиран СО2,	неприло-	неприло-
изчислен kg/kg тютюн	жимо	жимо	0,36	0,36 |
Температура в
кулата (°C)	329,4	357,2	260.0	287,8
Захранващ тютюн
летливи в-ва
начална стойност	18,8	18,9	17,0	17,2
летливи в-ва
при равновесие	12,2	12,1	12,2	12,1
равновесен CV (cm3/g)	4,5	4,6	4,8	4,9
SV (cm}/g)	0,8	0,9	0,8	0,8
Тютюн в кулата
летливи в-ва
начална стойност	2,5	2,2	4,6	3,3
летливи в-ва
при равновесие	11,5	11,2	11,9	1,8
равновесен CV (cm3/g)	9,5	10,8	7,1	8,2
Партида №	2241	2242	2244-46-3	2245-2
SV (cm3/g)	3,0	3,1	1,8	2,3
Захранващ тютюн
алкалоиди*	2,71	2,71	2,71	2,71
редуциращи захари*	13,6	13,6	13,6	13,6

Тютюн на изход от кулата

алкалоиди*	2,12	1,94	2,47	2.42
намаление в %	21,8	28,4	8,9	10,7
редицуращи захари*	11,9	10,6	13.3	13,3
намаление в %	12,5	22,0	2,2	2.2

♦тегловни %, отнесени към теглото в сухо състояние.

Таблица 2 (продължение)

Партида №	2246 (1) (1)	2247-48	2248 (2) (1)	2249-50
Тютюн тегло (kg)	137	108,9	108,9	108,9
Кондензиран СО2
изчислен kg/kg тютюн	0,36	0,29	0,29	0,29
Температура в
кулата (°C)	315,5	204,4	232,2	260,0
Захранващ тютюн
летливи в-ва
начална стойност	17	14,10	14,2	15,2
летливи в-ва
при равновесие	12,0	11,6	11,8	11,8
равновесен CV (cm3/g)	4,9	5,2	5,3	5.3
SV (cm3/g)	0,8	0,8	0,8	0.8
Тютюн в кулата
летливи в-ва
начална стойност	3,1	6,1	4,6	4.4
летливи в-ва
при равновесие	11,6	12,0	11,6	11,5
равновесен CV (cm3/g)	9,5	7,4	8,7	9.4
SV (cm3/g)	2,8	2,2	2,6	2.9
Захранващ тютюн
Партида №	2246 (1)	2247-48	2248 (2)	2249-50
	(1)		(1)
алкалоиди*	2,71	2,71	2,71	2.71
редуциращи захари*	13,6	13,6	13,6	13,6
Тютюн на изход от кулата
алкалоиди*	2,12	2,61	2,49	2.36
намаление в %	21,8	3,7	8,1	12.9
редуциращи захари*	11,2	13,6	13,6	•13,2
намаление в %	17,6	0	0	2.9

•тегловни %, отнесени към теглото в сухо състояние.

Таблица 2 (продължение)

Партида №	2250 (2)	2251-52 (1)	2252 (2)
Тютюн тегло (kg)	109,0	95,25	92,25
Кондензиран СО2,
изчислен kg/kg тютюн	0,29	0,29	0,25
Температура в
кулата (°C)	287,8	190,5	218,3

Захранващ тютюн

летливи в-ва
начална стойност	15,0	12,9	13,0
летливи в-ва
при равновесие	11,9	12,0	11,6
равновесен CV (cmJ/g)	5,3	5,4	5,4
SV (cm3/g)	0,8	0,8	0,8
Тютюн в кулата
летливи в-ва
начална стойност	2,8	6,5	5,0
летливи в-ва
при равновесие	11,4	12,2	12,1
равновесен CV (cm3/g)	9,4	8,6	8,9
SV (cm3/g)	3,0	2,6	2,8
Захранващ тютюн
алкалоиди*	2,71	2,71	2,71
редуциращи захари*	13,6	13,6	13,6
Партида №	2250 (2)	2251-51 (1)	2252 (2)
Тютюн на изход от кулата
алкалоиди*	2,26	2,54	2,45
намаление в %	16,6	6,3	9,6
редуциращи захари*	13,2	13,6	13,5
намаление в %	2,9	0,0	0,7

•тегловни %, отнесени към теглото в сухо състояние.

Таблица 2 (продължение)

Партида №	2253-54 (1)	2254 (2)
Тютюн тегло (kg)	95,25	95,25
Кондензиран СО2,
изчислен kg/kg тютюн	0,25	0,25
Температура в
кулата (°C)	246,1	273,9
Захранващ тютюн
летливи в-ва
начална стойност	12,8	12,9
летливи в-ва
при равновесие	11,8	12,0
равновесен CV (cm3/g)	5,3	5,4
SV (cm3/g)	0,8	0,8
Тютюн в кулата
летливи в-ва
начална стойност	3,60	2,9
летливи в-ва
при равновесие	11,8	11,7
равновесен CV (cm3/g)	8,9	9,1
SV (cm3/g)	3,1	3,2
Захранващ тютюн
алкалоиди*	2,71	2,71
редуциращи захари*	13,6	13,6

Тютюн на изход от кулата

алкалоиди*	2,39	2,28
намаление в %	11,8	15,9
Партида №	2253-54 (1)	2254 (2)
редуциращи захари*	13,1	12,9
намаление в %	3,7	5.1

‘тегловни %, отнесени към теглото в сухо състояние.

При партиди с № 2241 и № 2242 е използван течен въглероден диоксид за импрегниране на тютюна с налягане 2964 kPa. Тютюнът се оставя за пропиване в течния въглероден диоксид за около 60 s, преди да се отдели излишната течност. Следа това в съда бързо се премахва налягането и се изравнява с атмосферното, при което на място се образува твърд въглероден диоксид. Импрегнираният тютюна се изважда от съда и образуваните бучки се разтрошават, след което тютюнът се раздува в кула за раздуване с диаметър 203 mm чрез контактуване със 75% смес от пара/въздух при посочената температура и скорост 25,9 m/s за по-малко от 4 s.

Съдържанието на никотинови алкалоиди и редуциращи захари в тютюна преди и след раздуването му се измерват, като се използва система за анализ в непрекъснат поток на Bran Luebbe (преди Technicom). За извличане на никотиновите алкалоиди и редуциращите захари от тютюна се използва воден разтвор на оцетна киселина. Екстрактът се подлага първоначално на диализа, чрез която се отстраняват главните пречещи вещества и при двете определения. Редуциращите захари се определят чрез реакцията им с хидразид на р-хидроксибензоената киселина в алкална среда при 85°С, до получаване на оцветяване. Никотиновите алкалоиди се определят чрез реакцията им с хлорциан в присъствието на ароматен амин. Намаляването на съдържанието на алкалоиди или редуциращи захари в тютюна е признак за загуба или промяна в химическите и вкусовите компоненти в тютюна.

Партидите 2244 и 2254 са импрегнирани с газообразен въглероден диоксид при налягане 5515 kPa съгласно метода, описан в пример 1 (по-долу). С оглед да се изследва влиянието на температурата на раздуване тютю10 ните от едно и също импрегниране са раздути при различни температури. Например 147 kg тютюн се импрегнира и от него се взимат три проби в продължение на 1 h, които се изпит15 ват и раздуват при 260°С, 288°С и 315,5°С, представляващи партидите 2244, 2245 и съответно 2246. С цел да се изучи ефектът на съдържанието на летливите вещества, партиди тютюн със съдържание на летливи вещества от около 13%, 15%, 17% и 19% се импрегнират. Означаването с (1), (2) или (3) след номера на партидата показва реда, по който тютюнът се раздува от конкретното импрегниране. Импрегнираният тютюн се раздува в кула за раздуване с диаметър 203 mm чрез контактуване със 75%-на смес от пара/ въздух при посочената температура и скорост на потока 25,9 m/s за по-малко от 4 s. съдържанието на алкалоиди и редуциращи захари в тютюна се измерва по посочения начин.

Съгласно фиг. 2 тютюнът, който ще се обработва, се въвежда в сушилня 10, където се суши от 19% до 28% тегл.влага, за да се получат от 12% до 21% тегл.влага, за предпочитане от 13% до 16% тегл.влага. Сушенето може да се извърши по всякакъв подходящ начин. Този изсушен тютюн се съхранява в насипно състояние в силоз за последващо импрегниране и раздуване или, ако е необходимо, след подходящо темпериране и уплътняване, веднага да се използва за захранване на съда под налягане 30.

Евентуално претеглено количество от изсушен тютюна се премерва чрез лентова везна и се поставя чрез конвейерна лента в охладител 20, за да се обработи, преди да се импрегнира. Тютюнът се охлажда в охладител 20 по всеки общоприет начин, включително замразяване, до температура, по-ниска от -6,7°С, за предпочитане, по-ниска от 20

17,8°С, преди да се постави в съда под налягане 30.

Блокдиаграмата от фиг. 2А е подобна на тази от фиг. 2, но допълнително показва устройство за уплътняване на тютюна преди импрегнирането му с въглероден диоксид, съгласно подобрено изпълнение на метода от изобретението. Тютюнът може да се уплътни на място в съда под налягане или в отделно уплътняващо устройство или и на двете места. Така устройството за уплътняване 80 може да бъде независимо или свързано със съда под налягане 30 и включва подходящи съоръжения за уплътняване и транспорт.

При съдържание на 15% летливи вещества в тютюна устройството за уплътняване 80 компримира или уплътнява тютюна от първоначалната рехава насипна плътност до компактна насипна плътност от 192,2 kg/m³ на 256,3 kg/m³, за предпочитане от 208,2 kg/m³ на 240,3 kg/m³. Наблюдава се, че тютюн с 15% летливи вещества, уплътнен до повече от 240,3 или 258,4 kg/m³, проявява склонност към сбиване след отстраняване от съда за импрегниране.

В малки импрегнатори (например с размери 0,028 т³) насипната плътност на уплътнения тютюн е значително еднородна за целия тютюнев слой, подложен на механично уплътнение. При големи импрегнатори механичното уплътняване осигурява по-равномерна насипна плътност, отколкото би се постигнала само чрез гравитация. Например, когато цилиндър с височина 1752,6 mm и диаметър 609,6 mm се запълни чрез свободно насипване със светъл тютюн с 25% съдържание на летливи вещества, измерената насипна плътност е в границите от 377,6 до 413,1 kg/m³, като практически е еднаква в точките на измерване 0 и на височина 508 mm от слоя, като намалява на 340 kg/m³ на височина 800 mm и след това намалява линейно от 340,2 на 243,9 kg/ m³ при височина на слоя 800 mm до горната повърхност на слоя. Ако тютюневият слой се уплътни поне до граничната насипна плътност, гравитационният уплътняващ ефект ще е за пренебрегване и насипната плътност ще бъде по същество еднаква за целия слой.

Използва се следната методика за из мерване на насипната плътност в различни дълбочини от тютюневия слой. Предварително премерено количество тютюн, например партиди от по 18,16 kg, се поставят една върху друга в цилиндър, като се поставя маркер в цилиндъра след всяка от тях. След запълването на цилиндъра с тютюн с маркери, показващи последващите количества от 18,16 kg тютюн, цилиндърът се отстранява внимателно така, че колоната на маркера и тютюна да остане изправена. Измерва се височината на всеки от маркерите, като тази височина се използва, за да се изчисли обемът насипна плътност на съответното количество от 18,16 kg тютюн.

Охладеният и уплътнен тютюн захранва съда под налягане 30 през входа за тютюн 31. Предпочита се съдът да е цилиндър с вертикално ориентирана надлъжна ос, като отворът за доставяне на въглероден диоксид 33 е на или близо до дъното на съда 30, а изходният отвор за въглеродния диоксид 32 е на или до горната част на съда 30. Възможно е също така вентилирането да се постигне във всяко удобно направление, например вертикално, хоризонтално, радиално и т.н., тъй като при метода съгласно изобретението се постигат практически еднакви температури през целия тютюнев слой, което се дължи на равномерно контролираното кондензиране на въглеродния диоксид. Нещо повече, слоят е хомогенен и еднороден и дава възможност равномерен поток от газ да преминава през всички посоки.

Съдът под налягане 30 се продухва след това с газообразен въглероден диоксид, за да се отстранят въздухът и другите некондензиращи газове от него. Алтернативно, съдът под налягане може да се евакуира, като се използва вакуумна помпа, за да се отстранят въздухът и другите газове, преди да се пропусне въглероден диоксид в него. Желателно е продухването да се провепе така, че да не повиши значително температурата на тютюна в съда 30. Предпочита се. отпадъчните продукти от този етап на продухване да се обработят по подходящ начин, за да се регенерира въглеродният диоксид за повторно използване или да се изхвърли в атмосферата през линията 34.

След етапа на продухване в съда под налягане 30 се въвежда въглероден диоксид газ от захранващия резервоар 50, където той се съхранява под налягане от около 2758 до около 7239 kPa. Когато вътрешното налягане на съда 30 достигне от около 2068 до 3447 kPa, изходният отвор 32 за въглероден диоксид се отваря и се оставя диоксидът да протича през тютюневия слой и при това да охлажда тютюна до равномерна температура, като през това време налягането в съда 30 е от 2068 до 3447 kPa. След постигане на изравнена температура в тютюна изходният отвор 32 се затваря и налягането в съда 30 се увеличава от около 4826 до около 6894 kPa, за предпочитане 5515 kPa, чрез прибавянето на въглероден диоксид газ. След това входът за въглероден диоксид 33 се затваря. В този момент температурата в тютюневия слой е приблизително равна на температурата на насищане на въглеродния диоксид. Докато налягането от порядъка на 7239 kPa може да е икономически изгодно, също така може да е приемливо и налягане, равно на критичното за въглеродния диоксид - 7287 kPa, то не е известна горна граница за налягането при импрегниране, освен тази, налагана от възможностите на наличното оборудване и от ефектите на свръхкритичния въглероден диоксид върху тютюна. При компримирането в съда под налягане се следва термодинамична крива, позволяваща в тютюна да кондензира контролирано количество от наситения въглероден диоксид газ. Фиг. 1 илюстрира стандартна диаграма на температура (°C > - ентропия за въглероден диоксид като линията I-V е начертана, за да илюстрира една термодинамична крива съгласно метода от изобретението. Например тютюн с температура 18,3°С се поставя в съда под налягане (при I) и налягането се увеличава до 2068 kPa (както е показано с линия Ι-Π). След това съдът се охлажда до -17,8°С чрез пропускане на поток от охлаждащ въглероден диоксид при 2068 kPa (както е показано с линия П-Ш). Въвежда се допълнително количество газ в съда, като налягането се повишава до 5515 kPa, а температура до 19,4°С. Тъй като температурата на тютюна е под температурата на насищане на въглеродния диоксид газ, върху тютюна равномерно ще кондензира контролирано количество въглероден диоксид газ (както е показано с линия 111-IV>. След като системата се държи при 5515 сРа за желан период от време, съдът бързо се освобождава от налягането, като изравнява с атмосферното, в резултат на което се получава температура след вентилиране от -20,6 до 23.3-С (както е показано на линия IV-V).

Охлаждането на тютюна на място до -12,2°С преди прилагане на налягане най-общо ще позволи кондензирането на количество от наситения въглероден диоксид. Кондензирането ще се извърши чрез практически равномерно отлагане на течен въглероден диоксид в тютюневия слой. Изпаряването на този течен въглероден диоксид при етапа на вентилиране ще спомогне за равномерното охлаждане на тютюна. Равномерната (уеднаквена) температура на тютюна след импрегнирането води до по-равномерно раздуване на тютюна. Равномерното кондензиране на въглеродния диоксид върху тютюна и в резултат на това - равномерното охлаждане на тютюна, се дължат на предварителното уплътняване на тютюна с по същество еднаква насипна плътност. Тази уеднаквена температура на тютюна е илюстрирана на фиг. 10. която представлява схематична диаграма на съда за импрегниране 100, използван при партида 28, като е показано разпределението на температурата в °C на различни места в тютюневия слой след вентилирането. Така например, температурата в тютюневия слой при напречно сечение 120 на разстояние 914 от горната част на съда 100 е -11,7°С, -14 С, -14°С и 16°С. Около 815 kg светъл тютюн със съдържание на летливи вещества около 15 % се поставя в съда под налягане с размери 1524 mm (вътрешен диаметър) и височина 2591 mm. След това съдът се продухва с въглероден диоксид газ за около 30 s, преди да се увеличи налягането до около 2413 kPa. След това тютюнът се охлажда до -12,2°С чрез пропускане на поток при 2413 kPa за около 12,5 min. Налягането в съда се повишава на 5515 kPa и се поддържа така 60 s преди бързо да се понижи за около 4,5 min. Температурата на тютюневия слой се измерва в няколко точки и е намерено, че е практически еднаква, както е показано на фиг. 10. Изчислено е, че за 1 kg тютюн кондензира около 0,26 kg въглероден диоксид.

На фиг. 2 в съда под налягане тютюнът се поддържа под налягане от въглероден диоксид при 5515 kPa за около 1 до около 300 s, за предпочитане около 60 s. намерено е, че времето за контактуване на тютюна с въглеродния диоксид газ, т.е. продължителността от време, през което той трябва да се поддържа в контакт с въглеродния диоксид газ, за да абсорбира желаното количество от него, се повлиява силно от съдържанието на летливи вещества в тютюна и от използваното налягане при импрегнирането. Тютюн с по-високо първоначално съдържание на летливи вещества изисква по-малко време за контакт при дадено налягане, отколкото тютюна с по-ниско пър5 воначално съдържание на летливи вещества, с цел да се постигне сравнима степен на импрегниране особено при по-ниско налягане. При по-високо налягане на импрегниране, ефектът на съдържанието на летливи вещества в тю¹⁰ .

тюна върху времето на контактуване с въглеродния диоксид е намален, това е показано в таблица 3.

Таблица 3

Влиянието на налягането при импрегниране и съдържанието на летливи вещества в тютюна върху времето на контактуване с СО₂

Партида №	20	14	21	59	49
Летливи в-ва в началото (%)	12,2	11,7	11,8	12,3	12,6
Налягане при
импрегниране (kPa)	3247	3185	3206	55295515
Време на контакт при
импрегниране (min)	5	15	60	1	5
Тютюн на изход от кулата:
равновесен CV (cm3/g)	7,5	8,7	10,1	9,8	10,4
SV (cm3/g)	1,8	2,1	2,8	3,1	3,1
Контрола*
равновесен CV (cm3/g)	5,3	5,4	5,2	5,6	5,7
SV (cm3/g)	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8

*CV и SV на захранващия (необработен) тютюн

Таблица 3 - продължение

Партида №	33	32	35	30	27
Летливи в-ва в началото (%)	16,7	16,4	16,9	16,5	16,0
Налягане при
импрегниране (kPa)	2965	2965	2965	31713102
Време на контакт при
импрегниране (min)	0,25	5	10	15	20
Тютюн на изход от кулата:
равновесен CV (cm3/g)	8,5	9,3	10,5	H,1	10.5
SV (cm3/g)	2,1	2,6	3,4	3,1	2.9
Контрола*
равновесен CV (cm3/g)	5,5	5,5	5,7	5,5	5.5
SV (cm3/g)	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8

*CV и SV на захранващия (необработен) тютюн

След като тютюнът се напои достатъчно, съдът пол налягане 30 бързо се освобождава от налягането и то се изравнява с атмосферното за време от 1 до 300 s в зависимост от размерите на съда. Това се извършва чрез вентилиране на въглеродния диоксид първоначално към съоръжението за възстановяване (регенериране) на въглеродния диоксид 40 и след това през линията 34 към атмосферата. Въглеродният диоксид. който е кондензиран върху тютюна, се изпарява при този етап на вентилиране, като охлажда тютюна, в резултата на което той има температура след вентилирането от -37,4 до -6,7°С.

Количеството въглероден диоксид, кондензирало върху тютюна, е за предпочитане в диапазона от 0,045 до 0,4086 kg въглероден диоксид за 1 kg тютюн. Оптималният диапазон е 0.045 до 0,1362 kg въглероден диоксид за 1 kg тютюн, н? количества от 0,0227 до 0,272 kg СО₂ за 1 kg тютюн са подходящи при някои обстоятелства.

Импрегнираният тютюн от съда под налягане 30 може веднага да се раздуе чрез различни подходящи начини, например чрез прехвърлянето му в кулата за раздуване 70. Алтернативно. импрегнираният тютюн може да се държи за 1 h при температурата на вентилирането в преходния бункер 60 в суха атмосфера, т.е. в атмосфера с точка на оросяване под температурата след вентилиране, за да се подложи след това на раздуване. След етапа на раздуване, по желание тютюнът може да бъде преподрелен, следа което да се използва за производство на тютюневи изделия, включително на цигари.

Примери, илюстриращи изобретението

Пример 1. Проба от 109 kg светъл тютюн с 15% летливи вещества се охлажда до 6.7°С и се поставя в съда под налягане с размери 610 mm диаметър и 2240 mm височина. С помощта на въглероден диоксид газ в съда се създава налягане от 2068 кРа. Тютюнът се охлажда до -17,8°С, като се поддържа налягане от 2068 кРа чрез продухване с газ въглероден диоксид в състояние, близко до наситено за около 5 min. преди да се повиши налягането до

5515 кРа с газообразен въглероден диоксид. Налягането в съда се поддържа при 5515 кРа за около 60 s. Налягането в съда се намалява до атмосферно чрез вентилиране за около 300 s, след което температурата на тютюна е -17,8°С. На базата на температурата на тютюна, налягането в системата, температурата и обема и температурата на тютюна след вентилирането, се изчислява, че приблизително се кондензира 0,29 kg въглероден диоксид за 1 kg тютюн.

Импрегнираната проба е повишила теглото си с около 2%, което се дължи на импрегнирането с въглероден диоксид. След това импрегнираният тютюна се подлага за период от 1 h на нагряване в кула за раздуване с диаметър 203 mm с помощта на 75% смес от пара/въздух при 288°С и скорост на потока 25,9 m/s за по-малко от 2 s.

Продуктът, напускащ кулата за раздуване, има съдържание на летливи вещества 2,8%. Продуктът се довежда до стандартни условия при 24°С и 60% относителна влажност в продължение на 24 h. Пълнежната способност на стандартизирания продукт се измерва чрез теста на стандартизирания цилиндров обем (CV). Получава се CV стойност от 9,4 cm³/g при равновесно съдържание на влага 11,4%. Нераздутата контролна проба има цилиндров обем от 5,3 cm³/g при равновесно влагосъдържание 12,2%. Поради това пробата след обработване е увеличила напълващата си способност с 77%, измерено по CV метода.

Влиянието на времето на задържане след импрегниране преди раздуване се проучва при проби 2132-1 до 2135-2, като се проследява SV и равновесен CV. От всяка от тези партиди 2132-1, 2132-2, 2134-1, 2134-2, 2135-1 и 2135-2 се взима по 102,15 kg светъл тютюн с 15% съдържание на летливи вещества и се поставят в същия съда под налягане, както е описано в пример 1. налягането в съда се повишава от 1723 кРа до 2068 кРа с въглероден диоксид газ. След това тютюнът се охлажда, като при това налагането в съда се поддържа от 1723 кРа до 2068 кРа, по начина описан в пример 1. С въглероден диоксид газ налягането в съда се повишава на 5515 кРа. Това налягане се поддържа за около 60 s, преди съда да се вентилира до атмосферно налягане за около 300 s. Импрегнираният тютюн се държи в среда в точка на оросяване, под температурата на тютюна след вентилирането преди раздуването. Фиг. 11 илюстрира влиянието на времето на задържане след импрегниране върху специфичния обем на раздутия тютюн. Фигура 13 илюстрира ефекта от задържането след импрегниране върху равновесния CV на раздутия тютюн.

Пример 2. Проба от 8,62 kg светъл тютюн с 15% съдържание на летливи вещества се поставя в съд под налягане с обем 0,096 т³. След това налягането в съда се повишава до 1276 kPa с въглероден диоксид газ. Тютюнът се охлажда, като при това налягането в съда се поддържа 1276 kPa до -31,7°С чрез пропускане на въглероден диоксид газ при условия, близки до наситените в продължение на 5 min, преди налягането да се повиши с въглероден диоксид на 2965 kPa. При това налягане съдът се поддържа 5 min. След това налягането се изпуска до атмосферното чрез вентилиране за 50 s, след което температурата на тютюна е 33,9°С. На базата на температурата на тютюна, налягането в системата, температурата и обема се изчислява, че приблизително 0,23 kg въглероден диоксид кондензират на 1 kg тютюн.

Импрегнираната проба е повишила теглото си с около 2%, което се дължи на импрегнирането с въглероден диоксид. След това импрегнираният тютюна се подлага за период от 1 h на нагряване в кула за раздуване с диаметър 76,2 mm с помощта на 100% пара при 274°С и скорост на потока 41 m/s за по-малко от 2 s. Продуктът, напускащ кулата за раздуване, има съдържание на летливи вещества 3,8%. Продуктът се довежда до стандартни условия при 24°С и 60% относителна влажност в продължение на 24 h. Пълнежната способност на стандартизирания продукт се измерват чрез теста за стандартизирания цилиндров обем (CV). Получава се CV стойност от 10,1 cm³/g при равновесно съдържание на влага 11,0%. Нераздута контролна проба има цилиндров обем от 5,8 cm³/g при равновесно влагосъдържание 11,6%. Поради това пробата след обработване е увеличила пълнежната си спо собност 74%, измерено по CV метода.

Както вече беше описано, методът съгласно изобретението може успешно да се адаптира за къс цикъл на импрегниране на сравнително малки партиди тютюн, така че процесът да стане по същество непрекъснат. Подолу се описва предпочитан вариант на такъв метод, проведен в апарата съгласно изобретението, показан на фиг. от 14 до 19. Изпълнението е пример на процес с малки партиди и скъсен цикъл на импрегниране и апарат за импрегниране на тютюна с около 15% съдържание на летливи вещества, при производителност приблизително 227 kg/h и насипна плътност около 224,28 kg/rn^

На фиг. 14 е показан схематичен поглед отгоре на апаратура за изпълнение на апредпочитан вариант на метода. Неподвижна маса 2’, (фиг. 15) е монтирана на рама 1 и неподвижна въртяща маса 2 е монтирана на първата маса 2. Масата 2 се върти по посока, обратна на часовниковата стрелка, около вертикалната ос А (посоката е означена със стрелката R). На рамата 1' е монтиран съд под налягане 30.

Подвижната маса 2 се завърта на отделни стъпки на 90° чрез задвижващо устройство, например пневматичен цилиндър двигател или предавателен механизъм, който може да се блокира или чрез стъпков двигател, който не е показан. Схемата обаче е достатъчно ясна за специалистите от областта. Върху въртящата се маса 2, са монтирани четири еднакви цилиндрични контейнера, като контейнер 4 е показан в положение на подаване на материал, а контейнер 5 в положение на уплътняване, контейнер 6 в етап на импрегниране и контейнер 7 е в положение на изпразване на материала. Задвижващото устройство завърта подвижната маса 2 на 90°С, като всеки от контейнерите 4, 5, 6 и 7 се завърта за около 4 s към съответния следващ процес и се задържа там за около 96 s. както е описано по-долу.

На фиг. 15 е показан разрез на апаратурата от фиг. 14. Въртящата се маса 2 е поставена директно над неподвижната маса 2', която се поддържа от рамата 1. Могат да се използват лагери от конвенционален типа за зак репване на въртящата се маса 2, които да осигурят възможност за относително ротационно движение. Контейнерите 4, 5. 6 и 7 са монтирани в съответни отвори във въртящата се маса 2, така че всеки от тях да остава отворен отгоре и отдолу през подвижната маса 2. Към дъното на всеки от контейнерите може да се монтира механизъм 8 за почистване на масата 2', за да се предпази от натрупване на тютюна пространство между двете маси 2 и 2'.

Захранващ транспортьор 9 доставя свободно насипан тютюн (например тютюн с 15% съдържание на летливи вещества), като практически непрекъсната поток (стрелката F) в пулсиращ улей към пулсираща тръба 11. Тютюнът може да бъде предварително обработен в сушилня 10 и охладител 20 съгласно фиг. 2, преди да се достави от захранващия транспортьор 9. Тютюнът пада през пулсиращата тръба 11 и през отворения плъзгащ шибър 12 в контейнера 4 в позиция за захранване. Скоростта на захранване с тютюн се контролира така, че контейнерът 4 се запълва практически догоре по времето на един цикъл на станцията от 96 s. Подвижната маса 2 след това се завърта за 4 s, за да се придвижи контейнерът 4 към етапа на пресоване, зает от контейнера 5 в схемата на фиг. 15, най-общо съответстваща на устройството за уплътняване 80 от фиг. 2а.

Докато подвижната маса 2 се завърта между последователните позиции за спиране, описани по-горе, шибърът 12 се затваря и прекратява потока от насипен тютюн, който след това се връща или се натрупва в пулсиращата тръба 11, докато следващият контейнер (например контейнерът 7) се позиционира под шибъра 12, при което последният се отваря.

Всеки от контейнерите е с дължина 60,96 mm, с вътрешен диаметър 35,56 mm и с подходящо подбрана дебелина, за да устои на механичните усилия на уплътняването на тютюна. Когато запълнен контейнер е в позиция за пресоване (5), се задейства уплътняващо устройство 13, което представлява бутален механизъм, съответстващ на уплътняващото устройство 80 от фиг. 2а, и може например да бъде хидравлично задвижвано бутало и цилиндър. Уплътняващото устройство 13 уплътнява или притиска тютюна до около половината от първоначалния му обем при свободното насипване и до около два пъти повишава насипната му плътност в сравнение с тази при свободно насипване, т.е. насипната му плътност се повишава до около 208.26 kg

След уплътняването на тютюна устройството 13 се изтегля, преди да изтече цикълът от 96 s за обработване, в една станция. След това контейнерът, съдържаш уплътнения тютюн, се завърта за около 4 s в позицията за импрегниране на мястото на тръбата 6, като се подравнява към отвора 61 на масата 2'. Буталният механизъм към съда 14 се премества от позицията, показана с пунктирна линия под въртящата се маса 2. през отвора 61 и през тръбата 6, и изважда предварително уплътнения тютюна от тръбата 6 и го премества в съда под налягане 30. След това механизмът 14 допълнително уплътнява тютюна до насипана плътност 224.28 kg/m³. Накрая блокиращият щифт 15 застопорява буталото 14 на място и уплътненията тютюн се импрегнира с въглероден диоксид в съда под налягане 30, както е посочено г.о-нататък.

След това блокиращият щифт 15 се премества в деблокирано положение, буталният механизъм 14 се изтегля от съда под налягане 30 и едновременно с това надолу се спуска изтласкващо бутало 16, за да се подсигури пълното изпразване на импрегнирания слой тютюн от съда под налягане. След като буталният механизъм 14 се освободи от дъното на тръбата 6 и буталото 16 се е върнало обратно в изходното си положение, контейнерът 6 може да се завърти, за да пренесе импрегнирания тютюн към станцията за разтоварване до контейнера 7 на фиг. 15.

Разтоварващият механизъм 3, представляващ бутало, се движи надолу в контейнера 7, за да се осигури пълното разтоварване на тютюна от него, и след това се прибира. Тютюнът изпада през отвора 71 на масата 2' в разтоварващо бункерно устройство 1, което е изолирано и се охлажда с охладен. сух въздух (при температура под следвентилационната температура на тютюна), за да се съхрани импрегнирането от въглероден диоксид върху тютюна. Бункерното устройство 17 включва пулсиращ бункер 18 и множество механизми за освобождаване или отворени ролкови механизми 19. В бункерната група се изравняват отделните партиди импрегниран тютюн (в този случай всяка от по 6,356 kg) в непрекъснат поток D от тютюн, като се променя конфигурацията му, за да се предотврати неравномерното подаване към апаратурата за раздуване. Тютюнът изчаква известно време в бункерното устройство 17, наречено време за насипване. Продължителността на времето за насипване зависи от честотата, с която бункерното устройство 17 получава тютюн от импрегнатора. При по-къс цикъл на импрегниране се получава по-малко време за насипване за всяка партида тютюн и се намаляват изискванията за стабилност за задържане на въглеродния диоксид в тютюна. Тъй като тази стабилност на задържане е обратнопропорционално на следвентилационната изходна температура на тютюна, по-краткият цикъл осигурява не само ефективна работа при намалена стабилност, но може също да повиши следвентилационна изходна температура повече, отколкото по-дългият цикъл.

Фиг. 16 е поглед в увеличен мащаб на съда под налягане 30 от фиг. 15, след като буталният механизъм 14 е избутал предварително уплътнения тютюнев слой (не е показан) в съда под налягане, допълнително е уплътнил тютюна и е застопорен на място чрез щифта 15. Съдът под налягане 30 включва цилиндър 34, който може да се постави от Autoclave Engineering Inc. or Pressure Products, Inc. и има вътрешен диаметър 35,56 mm. Предпочита се цилиндърът 34 да е с термоизолационна втулка 35, с дебелина на стената около 0,3175 mm. Изтласкващото бутало 16 се монтира така, че да се движи по посока на стрелката 16' през отвор, снабден с херметичен затвор 37, в горната част 36 на цилиндъра 34. Валът 38 на буталото 16 носи горна плоча за разпределение на въглеродния диоксид 39а, горна газова разпределителна камера 41а и горен екран 42а.

Екранът 42а, плочата 41а и плочата 39а образуват горния възел за разпределение на газа 58а, който е така оразмерен, че да пасва плътно, но все пак да може да се движи в тер моизолационната втулка 35, с почистващ механизъм 43а, монтиран по околната повърхност на екрана 42а. В противоположния край на съда под налягане 30 буталният механизъм 14 включва подобни съоръжения като долен екран 426 с почистващ механизъм 436 и долна плоча за разпределение на газа 396. Съоръженията 426, 416 и 396 оформят долния възел за разпределение на газа 586, така оразмерен, че плътно да пасва към вътрешния диаметър на цилиндъра 34, като все пак може да се движи, например диаметър трябва да е по-малък от 35,56 mm.

По този начин се оформя празно пространство, съдържащо тютюн, радиално ограничено от вътрешните стени на термоизолационната втулка 35, в горната част от екрана 42а и на дъното на екрана 426. Херметичен уплътнител 37 е монтиран около вала на изтласкващото бутало 16, около горната част на буталото 14 има херметичен уплътнител 44'. И двата уплътнителя са за високо налягане и осигуряват налягането на въглеродния диоксид за импрегниране. Уплътнение за ниско налягане 45а е монтирано между разпределителната плоча за газа 39а и горната част на цилиндъра 34, а уплътнение за ниско налягане 456 е монтирано между околната повърхност на долното разпределително устройство на газа 58 и вътрешната стена на цилиндъра 34. Тези уплътнения за ниско налягане 45а и 456 могат да бъдат под формата на 0-пръстенни уплътнители, като от тях се изисква само да устояват на ниската разлика в налягането между съответните разпределителни плочи на газа, плочите към газовите камери, екраните и тютюневия слой. Тези уплътнения 45а и 456 осигуряват правилното разпределение на газа през устройствата за въглероден диоксид и след това - през тютюневия слой, като не допускат газът да преминава покрай стените на съда под налягане.

За да се импрегнира уплътненията тютюн с въглероден диоксид, се отваря регулиращ вентил (не е показан) по такъв начин, че да се въведе въглеродният диоксид газ (по посока на стрелката 33') през входящите отвори 33 и след това през газовата камера с повишено налягане 46б, плочите 39б и 416 и екрана

426, за да проникне в тютюневия слой и да излети навън пред съответните горни елементи 42а, 41а, 39а, 46а и 32.

При преминаването на въглеродния диоксид въздухът се изтласква от тютюневия слой и излиза през екрана 42а и плочите 41а и 39а и след това през газовата камера с повишено налягане 46а през изходите на газ 32 до регулиращ вентила (не е показан), чрез който газът може да се изхвърли в атмосферата или да се регенерира в устройство за регенериране 40 (фигура 2). За предпочитане е входящите отвори 33 да са поставени на или близо до дъното на камерата 466, за да може кондензатът да се отведе. Изходящите отвори 32 са поставени на или близко до горната част на газовата камера 46а, за да може топлината от компресията да се отвежда вместо да образува горещи точки.

Алтернативно въздух или други газове могат да се продухват от съда под налягане чрез прилагане на вакуум към него. Вакуумното изгонване е особено приложимо при съда под налягане съгласно изпълнението на метода поради това, че съдържа сравнително малък обем газ и може да се постигне достатъчен вакуум за около 5 s.

Първоначално се отваря напълно горният регулиращ вентил, за да може въздухът да се изгони за около 5 s. След това горният регулиращ вентила се затваря, за да се получи налягане 1723,5 kPa, и съдът под налягане се поддържа при тези условия за 2 s, като при това горният регулиращ вентил започва да изпуска много малки количества газ. За да се охлади тютюнът съгласно изобретението, през тютюневия слой се оставя да преминава наситен въглероден диоксид газ при 1723,5 kPa в продължение на 56 s. Слоят тютюн се охлажда равномерно до насищане на въглеродния диоксид при 1723,5 kPa (виж например фиг. 1).

Следа като горният регулиращ вентил се затваря до налягане 5515 kPa, като въглеродният диоксид газ преминава през тютюневия слой, за да поддържа налягането от 5515 kPa за 6 s, докато започне отделянето на много малки количества газ през горния регулиращ вентил. При нарастване на налягането (равномерно през целия тютюнев слой) температурата на насищане на газа също се повишава равномерно в слоя тютюн, така че въглеродният диоксид се кондензира равномерно в целия студен тютюнев слой. Тъй като кондензацията затопля тютюна, неговата температура изоставя след повишаващата се температура на насищане на газообразния въглероден диоксид. Така може да продължи образуването на кондензат, докато налягането достигне 5515 kPa.

С цел да се постигне достатъчно импрегниране е намерено, че при селективно налягане от 5170,5 kPa и по-високо и 15%-но съдържание на летливи вещества в тютюна, не е необходимо допълнително време на “накисване” при избраното високо налягане. Поради това, когато се постигне налягане 5515 kPa, и двата - горният и долният регулиращ вентил се отварят, за да се позволи вентилирането на въглеродния диоксид през входящите отвори 33 и през изходящите отвори 32 (горни и долни стрелки 32') за около 15 s, докато налягането спадне до атмосферното. Необходимото за вентилиране време може да се намали чрез вентилиране на слоя както отгоре, така и отдолу. Този процес със съкратен цикъл дава възможност за производителност от около 227 kg/h импрегнирана тютюн с насипна плътност 224,28 kg/m³. Данните са посочени на таблица 4. Този скъсен цикъл на импрегниране съгласно изобретението може да се реализира за около 100 s, понеже етапите на продухване, уплътняване и вентилиране се извършват много бързо и поради това, че могат да се елиминират етапите на “накисването” при високо налягане, както и допълнителните етапи за преодоляване на топлината от компресията.

Приблизително време (s)

2 56

0

4

Всичко

При вентилирането се получава известно охлаждане поради разширяването на газа, но главното охлаждане се осигурява от изпаряването на кондензирания въглероден диоксид. В този случай охлаждането довежда до равномерна температура в тютюневия слой от -17,8°С. Температурата след вентилирането може да се контролира чрез контролиране на предварителното охлаждане на тютюна и параметрите на цикъла на налягането, такива като налягането на протичащия поток и максималното налягане, с цел да се контролира постигнатото количество кондензат. Поради това може да се постигнат равномерно охлаждане, импрегниране и стабилно следвентилиране, независимо от насипната плътност на тютюневия слой.

Друго предимство на краткия цикъл на процеса на импрегниране съгласно изобретението е, че се постига практически постоянна производителност от порядъка на 227-236 kg/ h при работа по описания начин, при общо времетраене за една партида от 100 s и тегло на партидата от 6,356 до 6,81 kg (около 15% първоначално съдържание на летливи вещес30

Таблица 4

Последователност на операциите

Операция

Преместване на буталото към съда под налягане и изтласкващото бутало до зареждане на тютюна Блокиране на застопоряващия щифт

Подаване на СО₂ за продухване на въздуха Повишаване на налягането до 1723,5 kPa Продухване на СО₂ при 1723,5 kPa Повишаване налягането до 5515 kPa

Продухване за време за “накисване” при налягане 5515 kPa

Вентилиране

Деблокиране на застопоряващия щифт

Спускане на буталото на съда под налягане и на изтласкващото бутало, за да се изпразни тютюнът от съда за импрегниране Завъртане на масата на 90°

100 Приблизително време на цикъла за една партида тва в тютюна, уплътнен до 224,28 kg/m³). Това примерно изпълнение е предвидено да се достигне производителност, малко над 227 kg/h. Други стойности на производителност могат да се постигнат чрез преоразмеряване на апаратурата и промени в параметрите на технологичния процес.

На фиг. 17 е показан изглед отгоре на друг вариант на посочената апаратура. Тя е подобна на описаната и функционира принципно по същия начин, като комбинира в едно позицията за пълнене с тази за уплътняване.

При това изпълнение са показани три еднакви цилиндрични контейнера - контейнер 4 в захранваща позиция или позиция на пълнене, контейнер 6, показан в позиция на импрегниране, и контейнер 7 - в позиция на разтоварване. Когато задвижващото устройство завърти въртящата се маса 2 на 120° стъпки на въртене всяка от тръбите 4, 6 и 7 се завърта за около 4 s до следващата позиция на технологичния процес и се задържа там около 102 s, както е описано по-нататък.

На фиг. 18 е представен напречен разрез на апаратура от фиг. 17. Даденото за фиг. 15 описание по принцип се отнася и до фиг. 18, като само три контейнера 4, 6 и 7 са монтирани в съответните отвори на въртящата се маса 2. Към контейнера 4 има горен контейнер 4а, който се върти с въртящата се маса 2, и долен контейнер 46, който е монтиран към неподвижната маса 2'. Когато се завърти въртящата се маса 2 до следващата позиция за спиране, контейнерите 4а, 6 и 7 се подравняват последователно над долния контейнер 46. Във всеки от трите контейнера 4а, 6 и 7 е монтирана по една уплътняваща втулка 4', 6' и 7'. При този вариант всяка от втулките 4’, 6' и 7' е дълга 33,02 mm, вътрешният им диаметър е 34,29 mm, а дебелината на стените 2,79 mm. Втулките пасват плътно, но са в състояние да се движат в съответните контейнери 4а, 6 и 7. Всяка втулка за предпочитане е направена от термоизолационен материал и за предпочитане е перфорирана с няколко отвора, за изравняване на налягане, както е описано по-долу.

Скоростта на запълване с тютюн се регулира като желаното количество се запълва в контейнера 4Ь и втулка 4' за около 90 s. След това се затваря плъзгаща се плоча 12 и се премества уплътняващата плоча 48 (по посока на стрелката 48') в положение на горната част на тръбата 4а за около 2 s. Алтернативно елементите 12 и 48 могат да се обединят в един възел. След това уплътняващото устройство 13 уплътнява тютюна за 10 s. Изходната позиция на уплътняващото устройство 13 може да се настройва според желаното количество тютюн за една партида. Въртящата се маса 2 се завърта след това за около 4 s, за да придвижи контейнера 4а и втулка 4', напълнена с уплътнен тютюн, към позиция за импрегниране на контейнера 6.

Буталният механизъм 14 на съда под налягане се премества от позицията, показана с пуктирни линии под масата 2', през отвора 61 и през контейнера 6. Буталният механизъм 14 премества уплътняващата втулка 6' и предварително уплътнения тютюн, съдържащ се във втулката извън контейнера 6, в съда под налягане 30. Следа това застопоряващият щифт 15 блокира буталния механизъм 14 на място и уплътненият тютюн се импрегнира с въглероден диоксид в съда под налягане 30, принципно както е описано.

Застопоряващият щифт 15 се премества в деблокирано положение, буталният механизъм 14 се изтегля от съда под налягане 30 и едновременно изтласкващото бутало 16 се спуска надолу, за да се гарантира, че уплътнителната втулка 6' и импрегнираният слой тютюн са напълно изпразнени от съда под налягане. След като буталният механизъм 14 е изтеглен от дъното на контейнера 6, буталото 16 се прибира назад към изходното си положение, и контейнерът 6 може да се завърти, за да пренесе втулката 6', съдържаща импрегнирания тютюн, към станцията за разтоварване на контейнера 7 на фиг. 18.

Фиг. 19 представлява напречен разрез в увеличен мащаб на съда под налягане 30 от фиг. 18, след като буталният механизъм 14 от съда под налягане е изтласкал уплътнителната втулка 6', съдържаща предварително уплътнения тютюнев слой (не е показан) в съда под налягане и е застопорен в това положение чрез застопоряващ щифт 15. Цилиндърът 34 при това изпълнение не е облицован с термоизолационна втулка 35, а вместо това в него може да влиза изолиращата втулка 6', която е от термоизолационен материал.

По този начин се оформя кухина, съдържаща тютюн, която радиално е ограничена от вътрешните стени на втулката 6', в горната си част е ограничена от екрана 42а, а отдолу - от екрана 426. Монтирано е уплътнение за ниско налягане 45а между горната част на разпределителното устройство 58а и горната част на цилиндъра 34. Към възела 58а между него и горния ръб на втулката 6' е монтирано и второ уплътнение за ниско налягане 52а. Уплътненията за ниски налягания 45а и 52а, монтирани към възела 58а, и уплътненията 456 и 526, които са монтирани към възела 586, могат да бъдат 0-пръстенни уплътнители, от които се изисква само да издържат на ниската разлика в налягането между съответните газразпределителни плочи, плочите към газовите камери, екраните и слоя тютюн. Тези уплътнения гарантират правилното разпределение на газа през екраните, за да не преминава газа по продължение на стените на съда под налягане. Втулката 6' може да бъде пер форирана с отвори 6, за да няма разлика в налягането между стените на втулката.

При това изпълнение изходните отвори 32 са в горната част на цилиндъра 34, за да вентилират нагоре (стрелките 32'). Газовата камера 46а е формирана като кухина в горната част на разпределителния механизъм 58а.

Импрегниращият процес е подобен на описания по-горе и данните са дадени в таблица 4. При все това, в това изпълнение налягането от 1723,5 kPa се достига за 2 s, продухването с потока въглероден диоксид при 1723,5 kPa се достига за 61 s и налягането до 5515 се достига за 7 s. Така общото времетраене на цикъла за импрегниране изисква 102 s.

При друг пример контейнера, в който уплътненият тютюн се импрегнира, има вътрешен диаметър 120 mm и височина 305 mm, с обем 3,45 т³. Смес от светъл и бърлей тютюни, в съотношение приблизително 4 към 1, се нарязва като има различно начално съдържание на летливи вещества, както е показано на таблица 5. Обработеният тютюн в контейнера за импрегниране има различни насипани плътности, както е показано на таблица 5. Въвежда се въглероден диоксид газ на дъното на съда и налягането се увеличава от 1586 до 1723,5 kPa. При това налягане въглеродният диоксид газ преминава през тютюна, докато температурата на горната част на тютюневия слой достигне -18,88°С. След това се затваря изходният отвор на горната част на съда и налягането се увеличава до 4826-5515 kPa. До една минута след достигане на максималното налягане съдът се освобождава от налягането, като се пропуска газ от горната и от долната му част. На таблица 5 са дадени резултатите от няколко опита при различна първоначална насипна плътност и съдържание на летливи вещества. В графата “съотношение на протичащия поток” е дадено съотношението на теглото СО₂, използван за охлаждане на определено количество тютюн. “Крайна температура на протичане” е тази, при която съдът се затваря, средна температура след вентилиране” е температурата след вентилиране на тютюна следа освобождаване на налягането и “средно задържане на СО₂” е количеството задържан в тютюна след вентилиране СО₂, изразено като процент от общото тегло.

Таблица 5

Опит №	Насипна плътност kg/m3	Летливи вещества 7 /о	со2/ тютюн kg/kg	Крайна температура на протичане °C	Средна температура след вентилиране °C	Средно задържане на СО2 %
5	288,4	21	7	-18,78	-19,92	1,53
6	320,4	21	7	-19,20	-19,09	1,02
13	160,2	21	13	-19,0	-20,44	0,89
14	256,3	12,6	7	-18,76	-20,59	1,32
7	160,2	12,6	15	-18,87	-19,87	1,65
8	192,2	12,6	9	-19,98	-21,81	1,59
9	224,5	12,6	7	-18,87	-20,65	1,35
10	256,3	12,6	9	-18,55	-18,76	1,50
11	288,4	12,6	7	-19,27	-19,70	1,65
12	3204	12,4	9	-18,98	-19,48	1,92
15	160,2	15	12	♦♦♦	-23,25	1,94
16	256,3	15	9	-18,94	-19,76	1,56

*** няма данни

Когато методът съгласно изобретението се прилага върху малки партиди и при къс цикъл на импрегниране, апаратурата по същество работи непрекъснато, както е описано, и съдът под налягане може да се охлажда допълнително. При такъв режим на работа може да настъпи кондензиране или замръзване. Ако заскрежаването създава проблеми при желаните условия на работа, могат да се монтират нагреватели 35а и 356 или да се предвиди термична изолация към газовата камера, както е показано на фиг. 16 и 19. Термоизолационното покритие 35 от фиг. 16 и втулката 6' от фиг. 19 служат за същата цел, като изолират металния цилиндър 34 от студения тютюнев слой и от газа. Нагревателите могат да се регулират, например да се задействат между циклите за импрегниране с оглед да се предпазят металните повърхности от постоянно охлаждане и в резултата на това заскрежаване. Алтернативно, между два цикъла на импрегниране може да се отправи към съда под налягане горещ газ, като нагрят въздух до около 21,11-65,55°С.

Въпреки че при предпочитаното изпълнение на изобретението е описано използването на въртяща се маса, отделните технологични станции на устройството могат да се подредят линейно или по друг начин, както е известно на специалистите от съответната област на техниката.

Изобретението е описано с оглед на конкретни предпочитани изпълнения, но специалистите от областта знаят, че могат да се направят различни промени във формата и детайлите, без да се излиза от обхвата и замисъла на изобретението. Например размерите на оборудването, използвано за импрегниране на тютюна, може да варира, а с това и времето за постигане на желаното налягане при условията за вентилиране, или за охлаждане на тютюневия слой.

Навсякъде в описанието и фигурите данните за налягане са преобразувани от фунт/ инч² в кРа, като трябва да се има предвид, че се касае за манометрично налягане.

Claims (46)

1. Патентни претенции

   1. Метод за раздуване на тютюн, включващ етапите: а) охлаждане на тютюна; б) съз даване на контакт между тютюна и въглероден диоксида газ при налягане от 2900 до 5600 кРа и при температура, при която въглеродният диоксид газ е в или близко до наситено състояние; в) осигуряване на достатъчно време за контакт между тютюна и въглеродния диоксид за импрегниране на тютюна с въглероден диоксид: г) освобождаване на налягането и д) подлагане на тютюна на въздействието на условия, при които той се раздува, при което в етап а) тютюнът се охлажда до температура, при която регулирано количество въглероден диоксид кондензира върху тютюна преди етап г), и такава, че при освобождаване на налягането в етап г), тютюнът се охлажда до температура от -37® до -7°С, характеризиращ се с това, че тютюнът се уплътнява до насипана плътност, най-малко 160 kg/m³ и с това, че най-малко една част от уплътняването се осъществява в отделен съд, след което тютюнът се въвежда в съда под налягане за импрегниране в етап в).
2. 2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че тютюнът се уплътнява до насипна плътност от 160 до 320 kg/m³.
3. 3. Метод съгласно претенция 2, характеризиращ се с това, че тютюнът се уплътнява до насипна плътност от 192 до 256 kg/m³.
4. 4. Метод съгласно претенция 3, характеризиращ се с това, че тютюнът се уплътнява до насипна плътност от 208 до 240 kg/m³.
5. 5. Метод съгласно претенции от 1 до 4, характеризиращ се с това, че тютюнът има съдържание на летливи вещества от 13 до 16 % преди етапа на контактуване.
6. 6. Метода съгласно всяка една от претенциите от 1 до 5, характеризиращ се с това, че охлаждането на тютюна се извършва чрез пропускане на газообразен въглероден диоксид през него.
7. 7. Метод съгласно претенция 6, характеризиращ се с това, че налягането през време на охлаждането с газообразен въглероден диоксид е под 3450 кРа.
8. 8. Метод съгласно претенция 7, характеризиращ се с това, че налягането през време на охлаждането е от 1000 до 3000 кРа.
9. 9. Метод съгласно една от претенциите 6, 7 или 8, характеризиращ се с това, че следа охлаждането налягането на газообразния въглероден диоксид се повишава, за да предизвика кондензация на въглероден диоксид газ върху тютюна.
10. 10. Метод съгласно претенция 9, характеризиращ се с това, че увеличеното налягане е от 5170 до 5600 kPa.
11. 11. Метод съгласно претенция 6, характеризиращ се с това, че налягането при охлаждането с газообразен въглероден диоксид е под 1280 kPa и след това налягането се повишава над 2760 kPa, за да предизвика кондензация на газообразния въглероден диоксид върху тютюна.
12. 12. Метод съгласно всяка една от претенциите от 6 до 11, характеризиращ се с това, че охлаждането на тютюна включва предварително охлаждане преди той да влезе в контакт с газообразния въглероден диоксид.
13. 13. Метода съгласно претенция 12, характеризиращ се с това, че предварителното охлаждане се извършва чрез подлагане на тютюна на частичен вакуум.
14. 14. Метод съгласно всяка една от претенциите от 1 до 11, характеризиращ се с това, че тютюнът има начално съдържание на летливи вещества от 15 до 19%, но преди контактуване с газообразен въглероден диоксид се подлага на частичен вакуум, за да се намали тяхното съдържание и тютюнът да се охлади.
15. 15. Метод съгласно всяка от предишните претенции, характеризиращ се с това, че охлаждането на тютюна е до температура 12°С или до по-ниска температура.
16. 16. Метод съгласно всяка от предишните претенции, характеризиращ се с това, че количеството кондензиран въглероден диоксид върху тютюна е 0,1-0,6 kg за 1 kg тютюн.
17. 17. Метод съгласно претенция 16, характеризиращ се с това, че количеството кондензиран въглероден диоксид върху тютюна е от 0,1-0,3 kg за 1 kg тютюн.
18. 18. Метод съгласно всяка от предишните претенции, характеризиращ се с това, че етапът на контактуване се осъществява за 1 до 300 s.
19. 19. Метод съгласно всяка от предишните претенции, характеризиращ се с това, че освобождаването от налягане след етапа на кон тактуване се провежда за време от 1 до 300 S.
20. 20. Метод съгласно всяка от предишните претенции, характеризиращ се с това, че импрегнираният тютюн след освобождаване от налягането и преди раздуването се държи в атмосфера с точка на оросяване, не по-висока от температурата на тютюна след премахване на налягането.
21. 21. Метод съгласно всяка от предишните претенции, характеризиращ се с това, че тютюнът се раздува чрез нагряване в среда, в която се поддържа температура от 180 до 370°Д за време от 0,1 до около 5 s.
22. 22. Метод съгласно всяка от претенциите от 1 до 20, характеризиращ се с това, че тютюнът се раздува чрез контактуване с пара и/или въздух при 180-290°С за по-малко от 4 s.
23. 23. Метод съгласно всяка от предишните претенции, характеризиращ се с това, че температурата на тютюна след освобождаване на налягането е по-ниска от -12°С.
24. 24. Метод съгласно претенция 9, при който в етап а) тютюнът се охлажда до температура -12°С или по-ниска с газообразен въглероден диоксид и при етап б) налягането се осъществява с наситен газообразен въглероден диоксид до налягане от 2900 до 5600 kPa.
25. 25. Метод съгласно претенция 24, характеризиращ се с това, че охлаждането се осъществява чрез пропускане на газообразен въглероден диоксид през системата и налягането на газа след това се повишава, за да предизвика кондензиране и импрегниране.
26. 26. Метод съгласно всяка от предишните претенции, характеризиращ се с това, че след освобождаване на налягането импрегнираният тютюна задържа от 1 до 4% тегл., въглероден диоксид.
27. 27. Метод съгласно всяка от предишните претенции, характеризиращ се с това, че тютюнът се уплътнява допълнително в съд под налягане.
28. 28. Метода съгласно претенция 26 или 27, характеризиращ се с това, че партиди от тютюн за обработване се съхраняват в контейнери, които са преминали през поредица от технологични станции, включително станция за пълнене, в която тютюнът се внася в контейнера, станция за импрегниране, при която партидата тютюн се прехвърля в съд под налягане, охлажда се, импрегнира се и се връща в контейнера, и станция за разтоварване, в която импрегнираният тютюн се изважда от контейнера.
29. 29. Метод съгласно претенция 28, характеризиращ се с това, че партидата тютюн се уплътнява в уплътнител в уплътняваща втулка вътре в контейнер и партидата тютюна се пренася в съда пода налягане заедно с уплътняващата втулка и след импрегнирането отново се връща в контейнера с уплътняващата втулка.
30. 30. Метода съгласно претенция 28 или 29, характеризиращ се с това, че уплътняването на тютюна се извършва в станцията за пълнене.
31. 31. Метод съгласно всяка от предишните претенции, характеризиращ се с това, че обемът на съда под налягане, в който се извършва импрегнирането, е по-малък от 0,07 т³, за предпочитане е по-малко от 0,042 ш³.
32. 32. Метод съгласно всяка от предишните претенции, характеризиращ се с това, че докато една партида тютюн е в съда за импрегниране, преминаваща през етапа а), друга партида се уплътнява.
33. 33. Метод съгласно всяка от предишните претенции, характеризиращ се с това, че етапите б), в) и г) се осъществяват за общо време, по-малко от 300 s, за предпочитане помалко от 100 s.
34. 34. Апаратура за раздуване на тютюн, характеризираща се с това, че съдържа уплътняващо устройство (80), съд под налягане (30) с входящ (33) и изходящ (32) отвор за пропускане на въглероден диоксид под налягане, транспортиращо устройство и кула (70) за раздуване на импрегнирания тютюн.
35. 35. Апаратура съгласно претенция 34, характеризираща се с това, че посредством транспортиращото устройство за придвижване на разположени в него контейнери е осъществена последователна връзка с различен брой технологични станции, а именно: станция за напълване на контейнера (4), станция за импрегниране, с поместен в нея съд под налягане (30) и разтоварваща станция за разтоварване на импрегнирания тютюн от контейнера (7).
36. 36. Апаратура съгласно претенция 35, характеризираща се с това, че уплътняващо устройство (13) е разположено в станцията за пълнене.
37. 37. Апаратура съгласно претенция 35, характеризираща се с това, че уплътняващо устройство (13) е разположено в станцията за импрегниране.
38. 38. Апаратура съгласно всяка от претенциите от 34 до 37, характеризираща се с това, че съдържа уплътняваща втулка (4'), в която партидата тютюн се уплътнява и транспортиращото съоръжение пренася тютюна заедно с уплътняващата втулка (4') към съда под налягане (30).
39. 39. Апаратура съгласно всяка една от претенциите от 34 до 38, характеризираща се с това, че в съда под налягане (30) има нагреватели (35а) и (35Ь).
40. 40. Апаратура съгласно всяка една от претенциите от 34 до 39, характеризираща се с това, че съдът под налягане (30) има горна (39а) и долна (39Ь) плоча за разпределяне на газа.
41. 41. Апаратура съгласно всяка една от претенциите от 34 до 40, характеризираща се с това, че в съда под налягане (30) има горна (46а) и долна (46Ь) камера.
42. 42. Апаратура съгласно всяка една от претенциите от 34 до 41, характеризираща се с това, че съдът под налягане (30) има подвижен бутален механизъм (14) за зареждането му.
43. 43. Апаратура съгласно всяка една от претенциите от 34 до 42, характеризираща се с това, че съдът под налягане (30) има изтласкващо бутало (16) за разтоварването му.
44. 44. Апаратура съгласно всяка една от претенциите от 34 до 43, характеризираща се с това, че съдът под налягане (30) има термоизолиращо покритие (35).
45. 45. Апаратура съгласно всяка една от претенциите от 34 до 44, характеризираща се с това, че съдържа допълнително и изолираща втулка (6), която може да се премества в съда под налягане (30).
46. 46. Апаратура съгласно всяка една от претенциите от 34 до 45, характеризираща се с това, че съдът под налягане (30) има горен (42а) и долен (42Ь) екран.