Способ увеличения объема табака

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ №№№№И . РЕСПУБЛИК

Ц5П A 24 В 3Д8

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ №№№ .

«№-:№

К flATEHTV (21) 2780855/28-13 (22) 01.06.79 (31) 912029 (32) 02.06.78 (33) США (46) 15.04.83. Вюл Р 14 (72 ) Эндрю Т. Леидвэй и Билли М.

Спэнн (США) (71) Филип Моррис Инкорпорейтед (QOA) (53) 663.97(088.8) (56) 1. Патент США 9 1789435, кл. 131-140, опублик. 1931.

2. Патент США В 3771533, кл. 131-140, опублик.. 1973 ° (54){57) 1. СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ОБЬЕИА

ТАБАКА, предусматриваищий проведение .операций обработки табака гидроокисью аммония, двуокисью углерода, нагрева и выдержки, о т л.и ч а юшийся тем, что, с целью ускорения процесса, обработку табака осуществляют сначала гидроокисью аммония в виде его концентрированного раствора в течение по меньшей мере одной, SU„„1012 - 4 А минуты, а затем двуокисью углерода путем смешивания табака с частицами твердой углекислоты.

2. Способ по п., 1, о т л и ч а юшийся тем, что количество твердой углекислоты, необходимое для смешивания с табаком, вдвое больше количества используемой для обработкитабака гидроокиси аммония.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что обработку табака гидроокисью аммония проводят до со держания в табаке аммиака в количестве 2,5-10Ф к весу табака.

4. Способ по пп. 1 и 3, о т л и— ч а ю шийся тем, что при обработ- @ ке гидроокисью аммония табак размещают на вибрационном конвейере.

5. Способ по а. 1, Ь,т л и ч а ю- %УФ шийся тем, что нагревание прова-. дят воздействием лучистой энергии.

6. Способ по ï. 1,. о т л и ч а ю

Ь№ шийся тем, что нагревание осуществляют под действием микроврлно- Фиай вой энергии. ()

Миб

1012784

Изобретение относится к табачной промышленности, а именно к способу увеличения объема табака.

Известно, что желательно увеличивать массу или объем табака. Среди разнообразных причин такого увели- 5 чения массы или объема является компенсация потери веса, которая вызывается процессом изготовления табачных иэделий. Повышение способности к наполнению позволяет испольэовать меньшие количества табака при произ водстве плотных сигаретных брусков и т. п. и приводит в результате к уменьшенному выделению смолы и никотина по сравнению с аналогичным продуктом, изготовленным иэ табака неувеличенного объема.

Известен способ увеличения объема табака, осуществляемый путем воздействия на табак газа, находящегося под давлением, в результате чего газ проникает в вещества, составляющие табак. ПОсле этого давление мгновенно сбрасывают, в результате чего газ захватывается расширенным объемом табака. Среди газов, которые могут использоваться в таком способе, следует отметить воздух, двуокись углерода и пар. С целью облегчения процесса гаэ можно нагревать $1 ).

Недостатками этого способа являют-З0 ся недосгаточное увеличение объема табака, а также использование дорогостоящего оборудования или введения в табак посторонних примесей.

Известен способ увеличения объема 35 табака, предусматривающий проведение операций обработки табака гидроокисью аммония, двуокисью углерода, нагрева и выдержки 2 1.

Однако этот способ не обеспечивавт40 непрерывность процесса пропитки и увеличения объема табака, чтО оказывается на его продолжительности.

Цель изобретения — ускорение процесса увеличения объема табака. 45

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу увеличения объема табака, предусматривающему проведение операций обработки табака гидроокисью аммония, двуокисью углерода, нагрева и выдержки, обработку табака осуществляют сначала гидроокисью аммония в виде его концентрированного раствора в течение по меньшей мере одной минуты, а затем двуокисью углерода путем смешивания табака с частицами твердой углекислоты.

Кроме того, количество твердой углекислоты, необходимой для смешивания с табаком, вдвое больше количества используемой для обработки табака 60 гидроокиси аммония.

Предпочтительно обработку табака гидроокисью аммония проводить до содержания s нем аммиака в количестве

2,5-10% к весу табака.

При обработке гидроокисью аммония табак может быть размещен на вибрационном конвейере.

Нагревание при этом проводят путем воздействия лучистой или микроволновой энергии.

Сущность изобретения состоит в том, что табак приводят в контакт с водным раствором гидроокиси аммония и затем твердой двуокисью углерода, которая находится предпочтительно в размолотом состоянии. Затем табак подают в зону увеличения объема, в которой импрегнированный табак может увеличивать свой объем в результате циркуляции и раздувания табака, например, циклонным способом, в атмосфере нагретого воздуха или пара с помощью источника тепла или микроволновой энергии. После выхода из зоны увеличения объема, табак уравновешивают при 24 С и относительной влажности 60%, после чего наблюдавтся значительное увеличение объема табака.

Предлагаемый способ может использоваться для обработки сортированного табака, выбранных частей табака, таких как табачные стебли, табак в нарезанном или раскрошенном видв, а также целые табачные листья. В том случае, когда применяют сортированный табак, его используют, предпочтительно, в измельченном виде.

Этот способ представляет собой непрерывный метод импрегнирования увеличения объема, который может применяться беэ разрыва производстввенной линии технологического процесса. Табак можно непрерывно подавать на открытый конвейер, например на вибрационный конвейер,и/или в ротационный барабан, где его опрыскивают или каким-либо другим образом приводят в контакт с гидроокисью аммония. Предпочтительными являются растворы с концентрацией аммиака 3060%. Если желательно, растворы гидроокиси аммония могут охлаждаться перед контактированием с табаком, что делается с целью понижения давления пара, а также для того, чтобы отвести тепло реакции, выделяющееся в результате добавления гидроокиси аммония и двуокиси углерода к табаку.

Как правило, следует испольэовать такое количество гидроокиси аммония для .того, чтобы в табак проникло, по крайней мере, 1 вес.% аммиака. Предпочтительно, чтобы табак контактировал с раствором гидроокиси аммония в течение времени, достаточного для импрегнирования табака 2,5-10% аммиака в расчете на вес табака. Табак должен оставаться в контакте с гидроакисью аммония в течение времени,достаточного для того, чтобы гидроокись аммония проникла в табак. Хотя аммиак

1012784

3 4 легко проникает в табак, обработанный бом в результате реакции жидкого гидроокисью аммония, табак предпочти- безводного аммония и твердой двуотельно смешивают или осторожно пере- кисн углерода или жидкой двуокиси мешивают, что способствует зффектив- углерода. ной и однородной абсорбции. В резуль- Применение смачивающего агента тате галтования или вибрационной об- 5 при распрыскивании импрегната споработки табака в течение, по крайней, собствует импрегированию. Кроме мере, одной минуты и, как правило, не зтого, табак может быть частично более 10 мин происходит достаточная высушен до содержания влаги 5-9 весФи однородная абсорбция. перед импрегнированием с целью уменьПосле абсорбции гидроокиси аммония1О шения количества воды, содержащейся табак приводят в контакт с твердой в импрегнированной .загрузке, в редвуокисью углерода, предпочтительно, зультате чего улучшается способность в измельченном состоянии. Используе- табака легко абсорбировать гидро мое количество двуокиси углерода окись аммония. Процент влаги может

- должно быть достаточным для компенса- 5 считаться эквивалентным количеству ции тепла реакции двуокиси углерода, веществ, улетучивающихся при нагреаммиака и влаги и должно быть таким, ванин в печи (ОУ), поскольку помимо чтобы выделялось достаточное количест- воды иэ табака улетучивается не бово двуокиси углерода .для проведенця лее 0,9% его веса. Количество вевто юй стадии импрегнирования. Пыле- ществ, улетучивающихся при нагрева- видная твердая двуокись углерода в нии, может быть определено цростьм количестве, вдвое превосходящем коли- измерением потери веса при выдержке чество используемой гидроокисй амко- табака в воздушной печи в течение ния, обычно адекватно применяется 3 ч при 100 С. для- обеспечения достаточного количес- Использование комбинации иэ гидротва двуокиси углерода для абсорбции . окиси аммония и твердой двуокиси угI в табак 2-8 вес.% двуокиси углерода: лерода или водного раствора карбамаи поддержания относительно низкой та аммония позволяет решить проблеьаа, температуры в системе. Предпочтитель- . связанные с выделением тепла реакции но табак смешивают с измельченной растворения аммиака в воде, что иметвердой двуокисью углерода таким ЗО ет место в том случае, когда сухой способом, который обеспечивает одно- нли газообразный аммиак и двуокись родное распределение а табачной массе, углерода применяются в качестве ими в течение времени, которое позволя- прегнантов для влажного табака. Таким ет завершить реакцию двуокиси углеро- -образом, при любом видоизменении неда с гидроокисью юеюния. Таким обра-35 прерывного предлагаемого способа зом, как и в случае с гидроокисью нет необходимости в использовании аммония, табак, предпочтительно, сме- отдельного охлаждающего устройства шивают с двуокисью углерода при ис- и не требуется применять устройства пользовании вибрационных или ротацион- для создания вакуума или давления. ных устройств, в течение, по крайней 4П Кроме того что удается избежать мере, одной и не более 10 мин. После возникновения проблем, связанных с смешивания импрегнированный табак по- выделение тепла, и в результате дают в зону увеличения объема, в кото- этого упростить существующиепериодирой происходит увеличение объема, и ческие процессы, предлагаемый .способ после этого табаку ахают воэможность 4 удобно применять как непрерывный подостичь равновесного содержания влаги. точный процесс в связи с относительГидроокись аммония и твердая двуо- но непродолжительными периодами кись углерода могут быть заменены на времени, требуемыми для предваритель-; концентрированные водНые. растворы кар- ной обработки табака перед увеличенибамата аммония. Предпочтительными яв- ем объема. Время, требуемое для имляются растворы карбамата амчония, прегнирования аммиаком и двуокисью содержащне 40-60% соли. В тех случаях, углерода, обычно составляет не более когда применяется водный раствор кар- 30 мин и оно может быть значительно бамата аммония, импрегнированный та- уменьшено. На практике хорошее увелибак может непосредственно подаваться чение объема достигаетсяпри време

s зону увеличения объема после сме- з5 нах импрегнирования 20 мин и менеЬ шивания с карбаматом. Это можно де- перед ввеДением в зону увеличения лать благодаря тому, что смешивание объема. Предлагаемый способ более с твердой двуокисью углерода не явля- прост и быстр, чем любой периодичесется необходимой операцией, IloclcoJIb» .кий процесс и в результате приводит ку карбамат аммония дает оба импрег-.60 к экономии места, оборудования и нирующих агента, т. е. амкиак и га- человекоэатрат. Таким образом, прозообраэную двуокись углерода, что : цесс увеличения объема табака, согне сопровождается значительным выде-, ласно изобретению, представляет солением тепла. Карбамат аьвюния мо- бой удобный непрерывный поточный жет быть получеН экономичнъм спОсо 5 метод.

1012784

Кроме этого, при использовании предлагаемого способа уменьшается или полностью исключается образование трудноудалимых осадков солей аммония на оборудовании и/или больших кусков табака, образующихся в 5 результате получения соли аммония в табачной массе, так как аммиак и двуокись углерода реагируют внутри табака при использовании предлагаемого способа. A отличие от этого, в периодических способах, нЕкОторая часть газообразного аммиака и двуокиси углерода могут частично реагировать во внешних пространствах. (т, е. вне табачной массы), в резуль- тате чего количество реагентов в самом табаке уменьшается. Поскольку минимизируется образование соли, этот способ может непрерывно использоваться с относительно редкой очисткой оборудования. Кроме этого, поскольку в массе измельченного табака содержится лишь минимальное количество кусков, такой табак может подаваться непосредственно в устройство для увеличения объема из зоны импрегниронания. Потеря материала значительно снижается в результате устранения образования солей. Таким образом, предлагаемый способ может эффективно использоваться как непре- З0 рывный поточный технологический процесс,но он также более экономичен,чем большинство периодических процессов.

После импрегнирования табака создают условия для увеличения его объе-35 ма, воздействуя на табак теплом или эквивалентным образом, с тем, чтобы удалить аммиак и двуокись углерода из табака. Условия увеличения объема могут включать применение горячих 40 поверхностей или потока горячего воздуха, смеси газов и пара, или воздействие других источников энергии, таких как микронолновые энергетические источники и источники ИК-излуче- 45 ния. Установлено, что использование газовой композиции, содержащей по крайней мере 50 вес.Ъ пара и, предпочтительно, более 80 вес.В пара, дает особенно удовлетворительные результаты. Традиционные способы увеличения объема импрегнированного табака заключаются в помещении его н поток нагретого газа, такого как. перегретый пар, или в помещении табака н турбулентный поток воздуха, например, при температуре 150-260оС ,. (100-370ОС) на время от 1 с до

10 мин. Импрегнированный табак может быть также нагрет в результате нанесения тонким слоем на движущуюся 60 ленту и воздействия на него источника ИК-излучения, выдерживания в сушителе циклонного типа, контактирования в колонке с перегретым паром или смесью пара и воздуха и т. и. На лю- 65 бой из таких стадий контактиронания температура атмосферы, с которой контактирует табак, не должна превышать

370ОC и должна, предпочтительно, ле- жать в интервале 100-ЗОООC более предпочтительно, 150-260 С при проведении процесса при атмосферном давлении.

Как известно в процессах обработки любого органического вещества, перегрев может вызывать ухудшение н первую очередь цвета, например нежелательное почернение и, наконец, обугливание. Необходимая и достаточная температура и время выдержки для увеличения объема, которое не сопровождается укаэанным ухудшением, есть функция двух указанных переменных, а также размера частиц табака. Так, например, с тем, чтобы избежать нежелательного ухудшения на стадии наг ревания, импрегнированный табак не следует подвергать действию повышенных температур, например 370оС, в течение времени большего, чем 1-2 с.

После -импрегнирования и увеличения объема табаку дают уравновешиваться, обычно при 24 С и относительной влажности 60%. После .такого уравновешивания получают табачный наполнитель, обладающий улучшенной компасиметрической наполнительной сйособностью и не проявляющий признаков ухудшения качества. Такой табак с увеличенным объемом весьма похож по химическим и физическим свойствам на традиционный табак увеличенного объема.

Увеличение наполнительной способности табака, согласно изобретению, по крайней мере, не хуже, чем в используемых в настоящее нремя табаках с увеличенным объемом и может лежать в интервале 30-160% при содержании летучих компонентов порядка 12%.

Увеличение до цилиндрических объемов порядка 70 см /10 г или выше достигается при использовании непрерывного способа импрегнирования — увеличения объема. Исследование под микроскопом показало хорошее клеточное увеличение объема и увеличение размеров полосок на 100Ъ по сраннению с табаком неувеличенного объема.

Пример 1. Светлый табак (3,9 кг) смачивали 475 мл 12,5% раствора гидроокиси аммония. Опрыскивание табака таким раствором проводили во вращающемся барабане в течение 40 с.

После вращения в течение дополнительных 60-с добавляли измельченную твердую двуокись углерода и загрузку перемешивали еще в течение двух минут.

Импрегнированный таким образом табак подвергают воздействию пара нагретого до 260 С н экспериментальной башне. Имнрегнированный табак оставался в экспериментальной башне в течение

1 с для обработки нагретым паром и

1012784

Тираж 324 Подписное

ВНИИПИ Заказ 2796/71

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 затем его пересыпали в циклонный сепаратор еще на 4 с. Полученный табак уравновешивали при 24 С и относительной влажности 60% с целью удержания в табаке 12% летучих компонентов. После уравновешивания определяли измерением объема в цилиндре наполнительную способность, которая повысилась на 73% при содержании летучих компонентов 11,5%.

П р и м е .р 2. 4,536 кг табачных полосок опрыскивали во вращающемся барабане в течение 1/2 мин. 400 мл концентрированной гидроокиси аммония и перемешивали в течение 60 с. После опрыскивания жидкостью 900 r твердой 15 двуокиси углерода смешивали с оцрысканным табаком во вращающемся барабане в течение 2 мин. Затем на табачную смесь воздействовали паром прн

288 С в экспериментальной башне в 2О течение 1 с и после этого обрабатывали в циклонном сепараторе в течение, приблизительно, 4 с. Затем табак уравновешивали аналогично примеру 1.

После уравновешивания, как было ус- 75 тановлено согласно методике примера

1, наполнительная способность повышалась на 120% при общем содержании летучих компонентов 11„5%, Hp и м е р 3. 30,8 .кг измельчен- 3О ного светлого табака, имеющего содержание влаги 12,5%, помещали в закрытый резервуар, представляющий собой конический вращающийся вакуумный барабан, и импрегнировали опрыскива- 35 нием 5,45 кг 40% водного раствора гидроокиси аммония через форсунку тонкого распыления при вращении табака. Пропитка табака гидроокисью .аммония продолжалась в течение 20мин.

Затем вращение-прекращали и добавляли 4,75 кг порсшкообразной твердой двуокиси углерода. Табак вращали еще в течение 10 мин, в течение которых проходила реакция между гидроокисью аммония и двуокисью углерода. 45

Импрегнированный табак содержал

6,3 вес. % аммиака и 6,8 sec. % двуокиси углерода.

Затем резервуар опорожняли и проводили увеличение объема импрегииро- 50 ванного табака путем подачи его c постоянной скоростью равной 0,453 г в минуту в поток пара, имеющего температуру 218 С. Скорость подачи пара составляла 4,6 м/с. После уравновеши-55 ванин при относительной влажности 64% и 24 С, валовый объем табака увеличенного объема был на 133% выае, чем перед импрегнированием и увеличени м объема.

Пример 4. 15 4 кг измельченного светлого табака, име)ощего содержание влаги 12,0% помещали в закрытый резервуар и импрегнировали опрыскиванием 2,8 кг 40 вес.% водного раствора гидроокиси аммония, который подавали через форсунку тонкого распыления, при вращении табака. Пропитка табака гидроокисью аммония протекла в течение 30 мин. Вращение прекращали и добавлялн 2,4 кг порошкообраэной твердой двуокиси углерода. Резервуар вращали в течение 10 мин для проведения реакции между гидроокисью аммония и двуокисью углерода. Импрегнированный табак содержал 5,7 вес. % аммиака и

6,6 вес.% двуокиси углерода. Резервуар разгружали и проводили увеличение объема табака путем подачи его тонким слоем на непрерывно движущийся конвейер, проходящий под ИК-нагревателем высокой интенсивности. После уравновешивания при относительной влажности 60% и 24 С, валовой объем табака увеличенного объема был на

85% выше, чем перед импрегнированием и увеличением объема.

Пример 5. Измельченный табак, имеющий содержание влаги. 12%, вводили со скоростью 108,7 кг/ч с помощью измерительного конвейера на закрытый вибрационный конвейер. В ходе этой операции водный раствор гидроокиси аммония,.имеющий концентрацию

50 вес.%, распрыскивали со скоростью

0,49 кг/мин на движущийся слой табака с помощью форсунки тонкого измельчения.Импрегнированйый табак псщавали с вибрационного конвейера на закрытый движущийся конвейер, проходящий через вращающийся барабан,в котором в течение 10 мин осуществляли нолную пропитку табака раствором гидроокиси аммония. Затем проводили увеличение объема импрегнированного табака в результате его подачи непрерывным потоком в высокоскоростной турбулентный поток пара при 260 С. Валовый объем обработанного таким образом табака увеличивался на 150% по сравнению с необработанньи табаком.

Таким образом, предложенный способ позволит ускорить процесс увеличения объема табака с получением более высоких результатов.