(86) Data 1 numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/GB97/00304

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (86) Data 1 numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/GB97/00304 (87) Data 1 numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , W097/28706, PCT Gazette nr 35/97 (13) B1 (51) IntCl7 A42B 3/18 (54)Sposób obróbki tytoniu w komorze dla uzyskania spęcznionego tytoniu (30) Pierwszeństwo: , GB, (73) Uprawniony z patentu: IMPERIAL TOBACCO LIMITED, Bristol, GB (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 05/99 (72) Twórcy wynalazku: Robert Nevett, Bristol, GB Clifford H. Henneveld, Bristol, GB Keith A. Matthews, Bristol, GB Brian C. Chard, Bristol, GB (45) o udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/02 (74) Pełnomocnik: Sierpińska Urszula, PATPOL Spółka z o.o. PL B1 (57) 1. Sposób obróbki tytoniu w komorze dla uzyskania spęcznionego tytoniu, polegający na impregnowaniu tytoniu rozpuszczalnikiem organicznym wprowadzonym do komory, kontaktowaniu impregnowanego tytoniu z parą wodną dla spęcznienia tytoniu i wentylacji komory do ciśnienia atmosferycznego, znamienny tym, że przed impregnowaniem tytoń poddaje się w komorze oddziaływaniu zredukowanego ciśnienia nie większego niż 7 kpa, zaś impregnowanie przeprowadza się przez wprowadzanie do komory pary izopentanu w temperaturze w zakresie od 70 C do 100 C i utrzymywanie tytoniu w kontakcie z parą izopentanu pod ciśnieniem przynajmniej 400 kpa, po czym usuwa się nadmiar pary izopentanu przez obniżanie ciśnienia w komorze, bez powodowania uszkodzenia struktury komórkowej tytoniu, przy czym ogrzewanie tytoniu dla jego spęcznienia przeprowadza się przez kontaktowanie tytoniu z parą wodną, a następnie redukuje się ciśnienie w komorze z szybkością przynajmniej 10 kpa/minutę. FIG 1

2 Sposób obróbki tytoniu w komorze dla uzyskania spęcznionego tytoniu Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób obróbki tytoniu w komorze dla uzyskania spęcznionego tytoniu, polegający na impregnowaniu tytoniu rozpuszczalnikiem organicznym wprowadzonym do komory, kontaktowaniu impregnowanego tytoniu z parą wodną dla spęcznienia tytoniu i wentylacji komory do ciśnienia atmosferycznego, znamienny tym, że przed impregnowaniem tytoń poddaje się w komorze oddziaływaniu zredukowanego ciśnienia nie większego niż 7 kpa, zaś impregnowanie przeprowadza się przez wprowadzanie do komory pary izopentanu w temperaturze w zakresie od 70 C do 100 C i utrzymywanie tytoniu w kontakcie z parą izopentanu pod ciśnieniem przynajmniej 400 kpa, po czym usuwa się nadmiar pary izopentanu przez obniżanie ciśnienia w komorze, bez powodowania uszkodzenia struktury komórkowej tytoniu, przy czym ogrzewanie tytoniu dla jego spęcznienia przeprowadza się przez kontaktowanie tytoniu z parą wodną, a następnie redukuje się ciśnienie w komorze z szybkością przynajmniej 10 kpa/minutę. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że tytoń poddaje się oddziaływaniu zredukowanego ciśnienia, wynoszącego poniżej 2,5 kpa. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że tytoń utrzymuje się w kontakcie z parą izopentanu pod ciśnieniem w zakresie kpa przez przynajmniej 30 minut. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że parę wodną wprowadza się do komory dla zwiększenia ciśnienia do wartości od 220 do 300 kpa. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że stosuje się szybkość redukcji ciśnienia, wynoszącą przynajmniej 30 kpa/minutę. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki tytoniu, w szczególności powodującej jego spęcznianie dla zwiększenia pojemności napełniania. Liście tytoniu po zbiorach są poddawane procesowi konserwowania. W wyniku utraty wody następującej podczas procesu konserwowania, liście podlegają rozmaitemu skurczowi. W przemyśle tytoniowym konwencjonalną praktykę stanowi obróbka konserwowanego tytoniu przeznaczonego do wytwarzania cygar lub papierosów, prowadząca do odbudowywania struktury komórkowej konserwowanego liścia tytoniowego do stanu podobnego do stwierdzanego w liściu przed konserwowaniem, dla zwiększania pojemności napełniania. Dla zwiększania pojemności napełniania tytoniu stosuje się rozmaite procesy Są one szeroko stosowane w przemyśle tytoniowym dla uzyskania produktu odbudowanego po konserwowaniu. Z opisu patentowego St. Zjedn. Ameryki nr jest znany sposób spęczniania tytoniu rozpuszczalnikiem organicznym, polegający na stosowaniu etapu częściowego suszenia pomiędzy etapem impregnowania oparami a etapem oddziaływania parą wodną. Po etapie wyrównoważenia, impregnowany tytoń jest poddawany obróbce obejmującej szybkie przepuszczanie suchego powietrza lub innego obojętnego chemicznie gazu w temperaturze C przez złoże tytoniu dla usunięcia, jako oparów, wilgoci i impregnującego związku. Gaz osuszający jest przepuszczany przez tytoń korzystnie przez 5-30 minut dla częściowego osuszenia tytoniu, a następnie tytoń zostaje szybko ogrzany dla odparowania impregnatu w celu spęcznienia tytoniu. Ten znany sposób opiera się głównie o skraplanie impregnującego związku na tytoniu. Sposób obróbki tytoniu w komorze dla uzyskania spęcznionego tytoniu, polegający na impregnowaniu tytoniu rozpuszczalnikiem organicznym wprowadzonym do komory, kontaktowaniu impregnowanego tytoniu z parą wodną dla spęcznienia tytoniu i wentylacji komory do ciśnienia atmosferycznego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przed impregnowaniem

3 tytoń poddaje się w komorze oddziaływaniu zredukowanego ciśnienia nie większego niż 7 kpa, zaś impregnowanie przeprowadza się przez wprowadzanie do komory pary izopentanu w temperaturze w zakresie od 70 C do 100 C i utrzymywanie tytoniu w kontakcie z parą izopentanu pod ciśnieniem przynajmniej 400 kpa, po czym usuwa się nadmiar pary izopentanu przez obniżanie ciśnienia w komorze, bez powodowania uszkodzenia struktury komórkowej tytoniu, przy czym ogrzewanie tytoniu dla jego spęcznienia przeprowadza się przez kontaktowanie tytoniu z parą wodną, a następnie redukuje się ciśnienie w komorze z szybkością przynajmniej 10 kpa/minutę. Tytoń poddaje się oddziaływaniu zredukowanego ciśnienia, wynoszącego poniżej 2,5 kpa. Tytoń utrzymuje się w kontakcie z parą izopentanu pod ciśnieniem w zakresie kpa przez przynajmniej 30 minut. Parę wodną wprowadza się do komory dla zwiększenia ciśnienia do wartości od 220 do 300 kpa. Stosuje się szybkość redukcji ciśnienia, wynoszącą przynajmniej 30 kpa/minutę. Sposób według wynalazku umożliwia kontrolowanie uzyskiwanego stopnia spęcznienia tytoniu. Ostateczna wartość wypełnienia tytoniu poddanego obróbce, która zależy od uzyskanego spęcznienia struktury komórkowej, może być kontrolowana przez kontrolowanie szybkości zmiany ciśnienia w komorze podczas etapu redukowania ciśnienia w komorze. Żaden ze znanych sposobów nie umożliwia kontrolowania poziomu spęcznienia. Tytoń obrabiany sposobem według wynalazku jest zwykle w postaci kawałków konserwowanego liścia tytoniowego otrzymywanego przez młócenie, przełamywania lub przecinanie całych konserwowanych liści. Tytoń może alternatywnie być w postaci pasków ciętych z całego liścia lub może stanowić liść z łodygą. Tytoń przeznaczony do obróbki może zwykle być umieszczony w koszykach w komorze obróbczej. Konserwowany tytoń jest według wynalazku poddawany oddziaływaniu zredukowanego ciśnienia nie większego niż 7 kpa panującego w komorze. Poprzez tę obróbkę, usuwa się powietrze w komorze obróbczej i powietrze zatrzymane w kieszeniach pomiędzy kawałkami liści tytoniowych lub w obrębie struktury komórkowej, które to powietrze mogłoby zakłócać następne impregnowanie struktury komórkowej poprzez parę izopentanu. Zastosowanie ciśnienia powyżej 7 kpa niewystarczająco usuwa zatrzymane powietrze w tytoniu i w rezultacie zostaje zakłócona następująca później impregnacja komórkowej struktury tytoniu poprzez parę izopentanu. Korzystnie, ciśnienie w komorze jest zredukowane do poziomu poniżej 2,5 kpa, a korzystnie do około 1 kpa dla usunięcia powietrza z obrębu struktury tytoniu dla umożliwienia optymalnej wymiany poprzez parę izopentanu w następnym etapie procesu. Para izopentanu jest następnie pompowana do komory obróbczej. W sposobie według wynalazku ważne jest, aby nie umożliwić wejścia żadnego ciekłego izopentanu do komory obróbczej. Z tego względu, ciekły izopentan zgromadzony na zewnątrz komory obróbczej jest wtryskiwany do komory przez odparowywacz, który wytwarza parę izopentanu w temperaturze pomiędzy 70 i 100 C, zanim będzie ona miała możliwość wejścia w kontakt z tytoniem. Ponieważ izopentan stanowi rozpuszczalnik wysoce lotny i palny, zatem należy dokładnie zaprojektować warunki procesu i układu odzyskiwania. Temperatura pary izopentanu wchodzącej do komory powinna być w zakresie od 70 C do 100 C, jakkolwiek przy kontaktowaniu tytoniu w komorze temperatura może być zredukowana do od 60 do 80 C. Para izopentanu mająca temperaturę większą niż 100 C nie powinna być wprowadzana do komory ponieważ zakłóca ona następną obróbkę spęczniania parą wodną i nie umożliwia otrzymania wystarczającego spęcznienia tytoniu. Ponadto, jeżeli odparowywacz jest ustawiony na wytwarzanie pary izopentanu w temperaturze mniejszej niż 70 C, wówczas istnieje niebezpieczeństwo, że ciekły izopentan może przedostać się do komory obróbczej. Para izopentanu w temperaturze niższej niż 70 C może po wejściu do komory być ochłodzona przez zawartość komory do takiego poziomu, że ulega skropleniu. Skutkiem umożliwienia wejścia ciekłego izopentanu do komory obróbczej jest przerwanie procesu. Po pierwsze, jakikolwiek ciekły izopentan obecny w komorze będzie pobierał energię z układu ponieważ ulega odparowaniu. Po drugie, ulegają zwiększeniu warunki energetyczne odzyskiwania nadmiaru izopentanu.

4 Ilość izopentanu impregnującego komórki w liściu tytoniowym jest kontrolowana przez ciśnienie pary izopentanu wytwarzane w komorze obróbczej. Para izopentanu jest wtryskiwana do komory aż zostanie uzyskane wewnętrzne ciśnienie przynajmniej 400 kpa, korzystnie do 520 kpa. Gdy zostanie osiągnięta ta wartość ciśnienia, wówczas komora zostaje uszczelniona po czym ciśnienie wewnętrzne może kontynuować wzrost gdy temperatura pary izopentanu stale wzrasta. Następnie tytoń jest utrzymywany w kontakcie z parą izopentanu pod ciśnieniem przynajmniej 400 kpa i w temperaturze zwykle w zakresie od 60 C do 80 C dla umożliwienia całkowitej penetracji komórek liścia tytoniowego przez izopentan. Stwierdzono, że można osiągnąć dobre poziomy spęcznienia tytoniu przez utrzymywanie tytoniu w kontakcie z wysokociśnieniową parą izopentanu przez okres czasu przekraczający około 30 minut. Korzystnie, przy stosowanym ciśnieniu tytoń jest utrzymywany w kontakcie z parą izopentanu przez okres od minut. Okres ten powoduje impregnowanie pary izopentanu w strukturę tytoniu. Gdy tylko upłynie ten okres czasu, z komory usuwa się cały nadmiar pary izopentanu przez redukowanie ciśnienia w komorze możliwie szybko, korzystnie do wartości w zakresie od 1000 do kpa, bez powodowania jakiegokolwiek znaczącego przerwania lub przełamania struktury komórkowej tytoniu. Znaczące przerwanie lub przełamanie struktury komórkowej w tym etapie procesu miałoby katastrofalne znaczenie, ponieważ byłoby zakłócone następne spęcznienie tytoniu lub nawet zahamowane. Stwierdzono, że tę redukcję ciśnienia można uzyskać w minut, zwykle około 15 minut. Bezpośrednio po odprężeniu komory jak opisano powyżej, do komory wprowadza się parę wodną. Temperatura impregnowanego tytoniu szybko wzrasta przez kontaktowanie tytoniu z parą wodną. W konsekwencji tego wzrostu temperatury, izopentan związany wewnątrz struktury komórek tytoniu podlega wzrostowi objętości, powodując spęcznienie struktury komórkowej tytoniu. Gdy jest wprowadzana para wodna, to ciśnienie w komorze wzrasta do poziomu zwykle nie większego niż 300 kpa, korzystnie w obrębie zakresu kpa. Wymagany jest gwałtowny wzrost temperatury tytoniu dla uzyskania skutecznego spęcznienia. Należy zachować ostrożność przy wprowadzaniu pary wodnej tak, aby nie spowodować turbulencji wewnątrz komory, która mogła by mieć szkodliwy wpływ na spęcznienie tytoniu. Gdy ciśnienie w komorze podczas wprowadzania pary wodnej osiągnie poziom wskazany powyżej, wprowadzanie pary wodnej ulega przerwaniu. Para wodna i para izopentanu, który jest uwolniony ze struktury komórkowej tytoniu podczas jego spęczniania, są odciągane z komory do wyposażenia skraplającego w obrębie urządzenia. Wyposażenie to składa się ze skraplacza przez który jest przepuszczana zimna woda. Wydajność skraplacza, która ma wpływ na szybkość skraplania pary wodnej i pary izopentanu, oddziaływuje na szybkość redukcji ciśnienia w komorze. Wydajność skraplacza może przykładowo być zmieniana przez zmianę temperatury wody przepływającej przez skraplacz lub przez zmianę szybkości przepływu wody przepływającej przez ten skraplacz. Jest zatem możliwe kontrolowanie szybkości zmiany ciśnienia w komorze przez kontrolowanie szybkości skraplania pary wodnej i pary izopentanu w skraplaczu. Sposób według wynalazku bazuje na odkryciu, że można kontrolować końcową wartość napełniania obrobionego tytoniu, która zależy od spęcznienia uzyskiwanej struktury komórkowej, przez kontrolowanie szybkości zmiany ciśnienia w komorze podczas tego etapu procesu. Relacja pomiędzy wartością napełniania otrzymanego obrobionego tytoniu a szybkością zmiany ciśnienia w komorze w tym etapie procesu wydaje się być liniowa w badanym zakresie. Stwierdzono, że dla otrzymania zadowalającej wartości napełniania, szybkość zmiany ciśnienia powinna wynosić przynajmniej 10 kpa/minutę. Jednakże korzystnie układ powinien pracować z szybkością zmiany ciśnienia wynoszącą przynajmniej 30 kpa/minutę, a najkorzystniej większą niż 40 kpa/minutę dla uzyskania wysokiej wartości napełniania. Podczas tego etapu procesu, ciśnienie jest redukowane do około kpa, w którym to czasie komora jest izolowana, a powietrze ma możliwość ponownego i powolnego wejścia dla sprowadzenia ciśnienia z powrotem do wartości ciśnienia atmosferycznego. Obrobiony w ten sposób tytoń po wyjęciu z komory obróbczej może następnie być wprowadzony pneumatycznie, i w razie potrzeby mieszany w zwykły sposób dla wytwarzania cygar

5 lub papierosów. Pneumatyczne przenoszenie usuwa ciepło z tytoniu, tym samym utrwalając uzyskane spęcznienie. Z tego względu, zalecanym rozwiązaniem jest stosowanie dodatkowego etapu w procesie według wynalazku, w którym obrobiony tytoń jest przenoszony pneumatycznie po opuszczeniu komory obróbczej. Dla pomiaru wartości napełniania konserwowanego, młóconego tytoniu do cygar, jak opisano w poniższych przykładach, zastosowano urządzenie do pomiaru wartości napełniania, które składa się zasadniczo z cylindra o średnicy 64 mm, w którym ślizga się tłok o średnicy 63 mm. Tłok posiada z boku wycechowaną skalę. Do tłoka jest przykładane ciśnienie i określa się objętość w mililitrach danej wagi tytoniu, 14,18 g. Badania pokazały, że urządzenie to umożliwia dokładne określenie wartości napełniania danej ilości młóconego tytoniu na cygara z dobrą powtarzalnością. Ciśnienie oddziaływania na tytoń przykładane przez tłok we wszystkich przykładach wynosiło 12,8 kpa, przykładane przez 10 minut, w którym to czasie dokonywano odczytów wartości napełniania. Zawartość wilgoci w tytoniu oddziaływuje na wartości napełniania określane poprzez ten sposób, i z tego względu porównywalne wartości napełniania otrzymywano przy podobnych zawartościach wilgoci. Przykład 1 Umieszczono w koszykach 150 kg konserwowanego, młóconego tytoniu na cygara, zawierającego 14% wilgoci i mającego wartość napełniania 5 cm3/g i poddano obróbce sposobem według wynalazku w komorze obróbczej. Ciśnienie w komorze obróbczej zostało zredukowane do wartości około 2,5 kpa i następnie do komory wpompowano parę izopentanu mającego temperaturę pomiędzy 70 i 100 C, podwyższając ciśnienie w komorze, aż osiągnięto ciśnienie powyżej 430 kpa. Tytoń utrzymywano w kontakcie z parą izopentanu przez następne 30 minut. Następnie usunięto cały nadmiar pary izopentanu z komory przez zredukowanie ciśnienia w komorze przez okres czasu około 15 minut do ciśnienia około 140 kpa. Następnie do komory wprowadzono parę wodną aż osiągnięto ciśnienie około 300 kpa. Czas potrzebny dla uzyskania tego ciśnienia wynosił około 2 minuty. Następnie, zredukowano ciśnienie w komorze z szybkością 15 kpa/min., ponieważ para wodna i para izopentanu zostały usunięte z komory i przepuszczone do skraplacza. Ciśnienie zostało zredukowane do około 20 kpa, w którym to momencie do komory wpuszczono powietrze dla sprowadzenia ciśnienia z powrotem do ciśnienia atmosferycznego. Wartości ciśnienia stosowanego wewnątrz komory obróbczej pokazano na fig. 1. Po usunięciu obrobionego tytoniu z komory, zmierzono jego końcową wartość napełniania, która wyniosła 7,4 cm3/g. Przykład 2 Powtórzono procedurę według przykładu 1 na następnej próbce tego samego nieobrobionego tytoniu, z tym wyjątkiem, że po wprowadzeniu pary wodnej do komory, ciśnienie w komorze zostało zredukowane z szybkością 45 kpa/minutę. Na fig. 2 pokazano wartości ciśnienia zastosowanego wewnątrz komory obróbczej podczas tego przykładu. Po usunięciu obrobionego tytoniu z komory, zmierzono jego końcową wartość napełniania, która wyniosła 8,2 cm3/g. Przykład 3 Zbadano relację pomiędzy końcową wartością wypełniania tytoniu obrobionego według wynalazku i szybkością z którą jest redukowane ciśnienie w komorze obróbczej w następstwie obróbki parą wodną impregnowanego tytoniu. Badanie przeprowadzono przez powtórzenie procedury według przykładu 1 kilkakrotnie, jednakże w każdym przypadku stosowano odmienną szybkość redukcji ciśnienia w komorze obróbczej w wyniku poddawania tytoniu oddziaływaniu pary wodnej. Szybkość redukcji ciśnienia ulegała zmianie w kolejnych próbach przez zmianę szybkości z jaką skraplała się mieszanina pary wodnej i pary izopentanu, odciąganych z komory obróbczej, w skraplaczu. Przez zwiększanie wydajności skraplacza można zwiększyć szybkość zmiany ciśnienia w komorze obróbczej. Podczas prowadzenia prób stosowano jeden z czterech poziomów wydajności skraplacza. Te cztery poziomy stanowiły:

6 Poziom wydajności (malejący) Sposób 1 (max) całkowicie ochłodzona woda jest poddawana krążeniu przez skraplacz od końca etapu usuwania nadmiaru izopentanu do końca etapu redukcji ciśnienia 2 ochłodzona woda jest poddawana krążeniu przez etap redukcji ciśnienia 3 ochłodzona woda jest poddawana redukcji ciśnienia przez skraplacz gdy szybkość zmiany ciśnienia w komorze obróbczej spadnie do 26,7 kpa/minutę 4 ochłodzona woda jest poddawana krążeniu przez skraplacz gdy szybkość zmiany ciśnienia w komorze obróbczej spadnie do 13,3 kpa/minutę. W każdym przypadku zarejestrowano szybkość zmiany ciśnienia w etapie redukcji ciśnienia, określoną z monitorowanego ciśnienia w funkcji profilu czasowego. Rezultaty prób zestawiono w następującej tabeli. Próba nr Poziom Tabela Próbka nr Poziom , , , , , / , , , , , , , , , , , , , , , , 49 Otrzymane całkowite średnie wartości napełniania odniesiono do szybkości zmiany ciśnienia stosowanego w etapie redukcji ciśnienia i przeciągnięto przez nie odpowiednią linię wspólną, co pokazano na fig. 3. Odpowiednio do otrzymanych rezultatów i w odpowiedniej linii wspólnej pokazanej na fig. 3, wartość napełnienia (FV) obrobionego tytoniu jest odniesiona do szybkości zmiany ciśnienia w komorze w następstwie obróbki parą wodną tytoniu (RCP) poprzez następującą zależność: FV = 2,221 x 10-3 x RCP + 6,997

7 FIG. 2 FIG. 3

8 FIG. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.