close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4443

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4443
(13)
C1
(51)
(12)
7
A 24B 3/04
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ
В ОРГАНИЧЕСКОМ МАТЕРИАЛЕ
(21) Номер заявки: 893
(22) 1993.10.29
(31) 969,035, 969,109
(32) 1992.10.30, 1992.10.30
(33) US
(46) 2002.06.30
(71) Заявитель: ФИЛИП МОРРИС ПРОДАКТС ИНК.
(US)
(72) Авторы: Уоррен Д. УИНТЕРСАН, Джон К.
КРАМП III, Юджин Б. ФИШЕР (US)
(73) Патентообладатель: ФИЛИП
МОРРИС
ПРОДАКТС ИНК. (US)
(57)
1. Способ увеличения влагосодержания в органическом материале путем его контактирования с потоком
влажного воздуха, отличающийся тем, что формируют слой органического материала путем размещения его
на конвейере со спиральным накопителем, имеющем множество ярусов, осуществляют контакт органического
материала в слое с потоком воздуха, имеющим относительную влажность, близкую к условиям равновесия для
данного материала, при прохождении потока воздуха от яруса к ярусу в направлении, по существу, противоположном направлению движения слоя органического материала, и повышают относительную влажность потока
воздуха, контактирующего с органическим материалом, по мере увеличения влагосодержания в органическом
материале таким образом, что относительная влажность потока воздуха поддерживается на близком к условиям
равновесия для данного органического материала уровне, в результате чего поток воздуха постепенно обезвоживается, а органический материал постепенно увлажняется до достижения желаемого влагосодержания в органическом материале.
Фиг. 1
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что органический материал до контакта его с потоком воздуха
имеет температуру не выше приблизительно 38 °С.
BY 4443 C1
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что органический материал до контакта с потоком воздуха
имеет начальное влагосодержание приблизительно 1,5-13,0 %.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что органический материал до контакта с потоком воздуха имеет
начальное влагосодержание приблизительно 1,5-6,0 %.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поток воздуха, контактирующий с органическим материалом,
имеет относительную влажность приблизительно 30,0-64,0 % и температуру приблизительно 21-49 °С.
6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что выбирают такую температуру потока воздуха,
которая обеспечивает желаемую тепловую обработку органического материала, и такую относительную
влажность этого потока, которая обеспечивает кондиционирование.
7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что органическим материалом является табак.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что органическим материалом является резаный табак.
9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что органическим материалом является вспученный табак.
10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что табак выбирают из группы, включающей вспученный или
невспученный табак, целые листья табака, резаный или крошеный табак, стебли табака, восстановленный табак или любые их комбинации.
11. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что контакт органического материала осуществляют с потоком воздуха, имеющим скорость приблизительно 0,23-1,22 м/с.
12. Способ по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что контакт органического материала с потоком
воздуха осуществляют направлением потока воздуха вниз или вверх через слой органического материала
или направлением потока воздуха как вниз, так и вверх через слой органического материала.
13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что органическим материалом является гигроскопичный органический материал.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что органический материал выбирают из группы, включающей
фрукты, овощи, крупы, кофе, чай, фармацевтические препараты и любые их комбинации.
15. Способ по любому из пп. 1-14, отличающийся тем, что конвейер со спиральным накопителем имеет
множество ярусов, и поток воздуха по существу направляют через накопитель таким образом, что он последовательно проходит ярусы, следующие один за другим.
16. Способ снижения влагосодержания в органическом материале путем его контактирования с потоком
влажного воздуха, отличающийся тем, что формируют слой органического материала путем размещения
его на конвейере со спиральным накопителем, имеющем множество ярусов, осуществляют контакт органического материала в слое с потоком воздуха, имеющим относительную влажность, близкую к условиям равновесия для данного материала или более низкую, при прохождении потока воздуха от яруса к ярусу в направлении, по существу, противоположном направлению движения слоя органического материала, и
понижают относительную влажность потока воздуха, контактирующего с органическим материалом, по мере
понижения влагосодержания в органическом материале таким образом, что относительная влажность потока
воздуха поддерживается на близком к условиям равновесия или более низком для данного органического
материала уровне, в результате чего поток воздуха постепенно увлажняется, а органический материал постепенно обезвоживается до достижения желаемого влагосодержания в органическом материале.
17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что органический материал до контакта его с потоком воздуха
имеет температуру не выше приблизительно 38 °С.
18. Способ по п. 16 или 17, отличающийся тем, что органический материал до контакта с потоком воздуха имеет начальное влагосодержание приблизительно 1,5-13,0 %.
19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что органический материал до контакта с потоком воздуха имеет начальное влагосодержание приблизительно 1,5-6,0 %.
20. Способ по п. 16, отличающийся тем, что влагосодержание в органическом материале после контакта
его с потоком воздуха составляет приблизительно 11,0-13,0 %.
21. Способ по любому из пп. 16-20, отличающийся тем, что выбирают такую температуру потока воздуха, которая обеспечивает желаемую тепловую обработку органического материала, и такую относительную
влажность этого потока, которая обеспечивает кондиционирование.
22. Способ по любому из пп. 16-21, отличающийся тем, что органическим материалом является табак.
23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что органическим материалом является резаный табак.
24. Способ по п. 22, отличающийся тем, что органическим материалом является вспученный табак.
25. Способ по п. 22, отличающийся тем, что табак выбирают из группы, включающей вспученный или
невспученный табак, целые листья табака, резаный или крошеный табак, стебли табака, восстановленный табак или любые их комбинации.
26. Способ по п. 16, отличающийся тем, что дополнительно включает стадию предварительного нагрева
органического материала от приблизительно 38 °С до приблизительно 121 °С.
27. Способ п. 16 или 26, отличающийся тем, что органический материал до контакта его с потоком воздуха имеет температуру не выше приблизительно 121 °С.
2
BY 4443 C1
28. Способ по п. 27, отличающийся тем, что органический материал до контакта его с потоком воздуха
имеет температуру ниже приблизительно 38 °С.
29. Способ по любому из пп. 16, 26 или 28, отличающийся тем, что органический материал до контакта
его с потоком воздуха имеет начальное влагосодержание приблизительно 11,0-40,0 %.
30. Способ по любому из пп. 16, 26 или 29, отличающийся тем, что поток воздуха, контактирующий с
органическим материалом, имеет относительную влажность приблизительно 20,0-60,0 % и температуру приблизительно 21-49 °С.
31. Способ по любому из пп. 16, 26 или 30, отличающийся тем, что температуру потока воздуха выбирают таким образом, чтобы обеспечить желаемую тепловую обработку.
32. Способ по любому из пп. 16, 26 или 31, отличающийся тем, что температуру воздушного потока выбирают таким образом, чтобы исключить тепловую обработку.
33. Способ по любому из пп. 16, 26 или 32, отличающийся тем, что поток воздуха имеет температуру
приблизительно 24-121 °С.
34. Способ по любому из пп. 16-33, отличающийся тем, что контакт органического материала осуществляют с потоком воздуха, имеющим скорость приблизительно 0,23-1,22 м/с.
35. Способ по любому из пп. 16-34, отличающийся тем, что контакт органического материала с потоком
воздуха осуществляют направлением потока воздуха вниз или вверх через слой органического материала
или направлением потока воздуха как вниз, так и вверх через слой органического материала.
36. Способ по п. 16, отличающийся тем, что органическим материалом является гигроскопичный органический материал.
37. Способ по п. 36, отличающийся тем, что органический материал выбирают из группы, включающей
фрукты, овощи, крупы, кофе, чай, фармацевтические препараты и любые их комбинации.
38. Способ по любому из пп. 16-37, отличающийся тем, что конвейер со спиральным накопителем имеет
множество ярусов, и поток воздуха по существу направляют через накопитель таким образом, что он последовательно проходит ярусы, следующие один за другим.
(56)
US 4241515 A, 1980.
US 4178946 A, 1979.
US 4202357 A, 1980.
GB 1257444 A, 1971.
Изобретение относится к процессам увлажнения, т.е. увеличения содержания влаги, и сушки табака или других гигроскопических материалов, таких, как фармацевтические и сельскохозяйственные продукты, включая,
но, не ограничиваясь фруктами, овощами, хлебными злаками, кофе и чаем. Более конкретно, изобретение касается использования воздуха с регулируемой влажностью для того, чтобы увлажнить или подсушить эти материалы.
Из опыта давно известна желательность контроля содержания влаги в различных органических материалах,
включая табак. Например, влажность табака при его переработке в конечный продукт изменяется множество
раз. Каждая ступень процесса, например удаление стебля, резка, смешивание компонентов, внесение ароматических добавок, вспучивание и набивка в сигареты требуют определенных оптимальных уровней влажности,
которые должны быть тщательно проконтролированы, чтобы обеспечить наивысшее качество табака и другой
продукции из гигроскопичных органических материалов. Более того, способ, которым изменяется влажность
табака, может оказывать последующее влияние на физические, химические и субъективные характеристики конечного продукта. В соответствии с этим важны и методы, используемые для осуществления изменений содержания влаги в табаке и других органических материалах.
Увлажнение табака после вспучивания - особенно требовательный процесс. Обычно табак после процесса
вспучивания имеет влажность ниже 6 %, а часто и меньше 3 %. При таком низком содержании влаги табак
очень подвержен излому. К тому же структура вспученного табака подвержена сжатию при увлажнении, т.е.
полному или частичному возврату табака к его невспученному состоянию. Результатом этого сжатия является потеря набивной способности и, таким образом, уменьшение пользы от процесса вспучивания.
Для увлажнения вспученного табачного листа используют различные способы. Самый общий метод подвергнуть табак обработке водяной пылью. При этом его обычно помещают во вращающуюся цилиндрическую камеру. Недостаток этого способа состоит в том, что он приводит к ломке хрупкого вспученного табака.
Другой метод основан на использовании насыщенного пара в качестве увлажняющей среды. Увлажнение
паром также приводит к сжатию структуры вспученного табака. Хотя это может быть частично приписано
высокой температуре окружающего пара, выдержка вспученного табака в среде любого газа, такого, как пар
или воздух высокой влажности, в которой имеет место конденсация воды, приводит к сжатию. Один из ме3
BY 4443 C1
тодов, который используется, чтобы избежать этих трудностей, заключается в том, что сухой вспученный
табак помещают в камеру, содержащую воздух требуемого уровня влажности, и дают возможность табаку
придти в равновесное состояние за время от 24-х до 48 часов. Скорость движения воздуха через камеру поддерживают очень низкой, обычно не более чем 25 футов в минуту. Эта процедура приводит или к незначительному сжатию или к отсутствию сжатия структуры вспученного табака. Однако требуемое длительное
время - от 24 до 48 часов - ограничивает такое применение лабораторными целями.
Сделаны попытки снизить требуемое время протекания таких равновесных процессов путем увеличения
скорости воздуха. Такие методы безуспешны вследствие невозможности произвести поддержание набивной
способности, наблюдаемое при медленном лабораторном уравновешивании, из-за размеров конвейеров, требуемых для перемещения табака в течение необходимого длительного времени, неоднородности содержания
влаги в табачном продукте, выходящем из таких конвейеров, и возможности воспламенений в таких агрегатах, как описано в патенте США 4,202,357.
Применение сушки как средства регулирования содержания влаги во время обработки табака является
настолько же важным, как и использование увлажнения. Когда табак сушат, могут произойти как физические, так и химические изменения, которые влияют на физическое субъективное качество продукта. Поэтому
метод сушки табака чрезвычайно важен.
Существует два типа оборудования для сушки, обычно используемые в табачной промышленности: барабанные сушилки и ленточные или фартучные сушилки. Иногда используются пневматические сушилки. Ленточные или фартучные сушилки обычно используются, например, для табака в виде полосок, в то время как
барабанные сушилки используются для резаного табака. Как барабанные, так и ленточные сушилки используются для сушки стеблей.
В ленточной сушилке табак расстилают на перфорированную ленту, направляют воздушный поток сверху или снизу через ленту и слой табака. При этом часто имеет место неоднородность сушки табака вследствие того, что образуются каналы, позволяющие осушающему воздуху локально обтекать табак.
Большинство барабанных сушилок, используемых в табачной промышленности, соединены с кольцевым
паропроводом и могут работать как сушилки прямого или обратного тепла в зависимости от того, употребляется тепло вовне или внутри сушильной камеры, содержащей табак. Более того, они могут быть управляемы или сопоточно, т.е., где табак и воздушный поток движутся в одном направлении, и противопоточно, т.е.,
где табак и поток воздуха движутся в противоположных направлениях. Барабанная сушилка должна тщательно контролироваться, чтобы избежать пересушивания, которое вызывает как химические изменения, так
и излишнюю ломку при вращательном движении. Вдобавок, если сушка происходит слишком быстро, на
внешней поверхности табака может образовываться непроницаемый слой, создающий трудности для диффундирования влаги изнутри табака к поверхности. Образование такого слоя снижает производительность
сушки и приводит к неоднородности сушки.
Использование барабанных или ленточных сушилок для сушки табака может привести к термической обработке, которая может иметь результатом химические и физические изменения табака. Хотя и не всегда желательные, эти изменения вызваны стремлением удалить воду из табака. При производстве типичных табачных продуктов необходимость высушить много табака за ограниченное количество времени диктует лишь
термическую обработку на стадии сушки, при этом учитываются только температурные ограничения, и процесс сушки, как правило, не оптимизирован.
Ближайшим аналогом заявляемого способа является способ повышения содержания влаги в органическом материале, заключающийся в продувании воздуха с высокой влажностью через движущийся на конвейере слой органического материала, при этом продуваемый воздух имеет относительную влажность, близкую
к равновесным условиям органического материала (патент США 4,178,946).
Задачей настоящего изобретения является разработка способа, пригодного как для увлажнения, так и для
сушки органических материалов, в результате которого практически исключаются повреждения продукта.
В соответствии с поставленной задачей заявлены способы регулирования влагосодержания в органических материалах. Способ увеличения влагосодержания в органическом материале заключается в том, что
формируют слой органического материала путем размещения его на конвейере со спиральным накопителем,
имеющем множество ярусов, осуществляют контакт органического материала в слое с потоком воздуха,
имеющим относительную влажность, близкую к условиям равновесия для данного материала, при прохождении потока воздуха от яруса к ярусу в направлении, по существу, противоположном направлению движения слоя органического материала, и повышают относительную влажность потока, контактирующего с органическим материалом, по мере увеличения влагосодержания в органическом материале таким образом, что
относительная влажность потока воздуха поддерживается на близком к условиям равновесия для данного
органического материала уровне, в результате чего поток воздуха постепенно обезвоживается, а органический материал постепенно увлажняется до достижения желаемого влагосодержания. Способ снижения влагосодержания в органическом материале заключается в том, что формируют слой органического материала
путем его размещения на конвейере со спиральным накопителем, имеющем множество ярусов, осуществляют контакт органического материала в слое с потоком воздуха, имеющим относительную влажность, близ4
BY 4443 C1
кую к условиям равновесия для данного органического материала или более низкую, при прохождении потока воздуха от яруса к ярусу в направлении, по существу, противоположном направлению движения слоя
органического материала, и понижают относительную влажность потока воздуха, контактирующего с органическим материалом, по мере понижения влагосодержания в органическом материале таким образом, что
относительная влажность потока воздуха поддерживается на близком к условиям равновесия или более низком для данного органического материала уровне, в результате чего поток воздуха постепенно увлажняется,
а органический материал постепенно обезвоживается до достижения желаемого результата.
Относительная влажность воздуха непрерывно увеличивается или уменьшается соответствующим образом во время обработки, чтобы поддерживать контролируемую разницу между относительной влажностью
воздуха и равновесной относительной влажностью органического материала, с которым воздух контактирует. Тщательный непрерывный контроль этой разницы позволяет контролировать перенос влаги между органическим материалом и окружающей его средой так, что структурные изменения табака минимальны. Процесс может быть проведен без вращающихся барабанов и без происходящей при их использовании ломки
листьев табака.
Изобретение имеет преимущество в том, что табак или другие пригодные для этого гигроскопичные
сельскохозяйственные продукты, включая, но, не ограничиваясь фруктами, овощами, хлебными злаками,
кофе и чаем, могут быть увлажнены или подсушены без изломов или с незначительными изломами, включая
даже хрупкий табачный лист, получающийся в процессе вспучивания. Оно далее имеет преимущество при
увлажнении вспученного табака без ущерба или с незначительным ущербом для его структуры и обеспечивает сушку табака и других пригодных гигроскопичных органических материалов при приблизительно атмосферном давлении, например, без использования вакуума и подобранной температуры там, где сопутствующая тепловая обработка может регулироваться во время процесса в степени, не достигаемой в обычных
процессах сушки табака.
Примеры процессов, использующих изобретение, и предпочтительные его воплощения описаны ниже со
ссылками на следующие фигуры: графических изображений.
Фиг. 1 - график относительной влажности воздуха (RH) в процентах в зависимости от содержания влаги в
табаке или OV.
Фиг. 2 - принципиальная схема лабораторной установки для увлажнения органических материалов в соответствии с этим изобретением путем изменения по линейному закону RH воздуха по времени.
Фиг. 3 -вид в разрезе на типовую установку непрерывного действия для воплощения этого изобретения.
Фиг. 3а - вид в поперечном разрезе на часть блока спирального конвейера, показанного на фиг. 3, который иллюстрирует прохождение воздушного потока относительно хода гигроскопичного органического материала.
Фиг. 4 - принципиальная схема другой установки, пригодной для осуществления этого изобретения в непрерывном режиме.
Фиг. 5 - блок-схема, иллюстрирующая использование настоящего изобретения в процессе увлажнения.
Фиг. 6 - представляет собой типичную RH- кривую воздуха, примыкающего к табаку, в зависимости от
времени, полученную при увлажнении на установке, изображенной на фиг. 3.
Настоящее изобретение касается процессов регулирования содержания влаги в табаке или других пригодных для этого органических гигроскопических материалах, таких, как фармацевтические и сельскохозяйственные продукты, включая, но, не ограничиваясь фруктами, овощами, злаками, кофе и чаем при минимизации ломкости, изменений физической структуры или изменений в химическом составе табака при его
тепловой обработке. Более конкретно, настоящее изобретение касается использования воздуха контролируемой влажности для целей или увлажнения или сушки табака или других пригодных гигроскопических органических материалов. Содержание влаги в табаке или других пригодных органических материалах или увеличивается или уменьшается, как это целесообразно относительно влажности воздуха, контактирующего с
табаком или другими гигроскопическими органическими материалами. Таким образом, контролируется перенос влаги, позволяя оптимизировать отдельно другие переменные величины процесса, такие, как температура, скорость воздуха и давление воздуха.
Двумя обычно используемыми характеристиками структуры табака являются цилиндрический объем
(CV) и специфический объем (SV). Измерения этих величин являются особенно важными при оценке преимуществ процесса увлажнения табака.
Цилиндрический объем (CV).
Табачный наполнитель, весящий 20 г, если табак не вспучен, или 10 г, если табак вспучен, помещают в
цилиндр денсиметра диаметром 6 см, Model No DD-60. Borgwaldt Company, Heinr. Borgwaldt GmbH. Поршень весом 2 кг, диаметром 5, 6 см давит на табак в цилиндре в течение 30 с. Определяется конечный объем
сжатого табака и делится на вес табачной пробы для получения цилиндрического объема в единицах см3/г.
Этот тест определяет предполагаемый объем данного веса табачного наполнителя. О результирующем объеме наполнителя говорится как о цилиндрическом объеме. Тест выполняется при стандартных условиях ок-
5
BY 4443 C1
ружающей среды при 75°F и 60 % RH. Обычно, если не устанавливается иначе, проба предварительно выдерживается в этих условиях окружающей среды 24-48 ч.
Специфический объем (SV).
Термин "специфический объем" - это единица измерения объема, занимаемого твердыми веществами,
например табаком, использующая Архимедов принцип вытеснения жидкости. Специфический объем определяется как величина, обратная его плотности. Специфический объем выражается в см3/грамм. Как ртутная
пористометрия, так и гелиевая пикнометрия подходят для проведения этих измерений, и найденные результаты хорошо коррелируют. Если используется гелиевый пикнометр, то взвешенная проба табака или в исходном состоянии "как есть", подсушенного при 100 °С в течение 3 ч, или уравновешенный помещается в
камеру Квантахром пентапикнометра, модель 2042-1, изготовленного корпорацией Квантахром (5 Aerial
Way, Syosset, New York). Камера затем продувается и сдавливается гелием. Объем гелия, замещенный табаком, сравнивается с объемом гелия, требуемого, чтобы заполнить камеру с пустой пробой. Объем табака определяется, основываясь на фундаментальных положениях закона идеального газа. При применении такого
определения повсюду, если не оговорено обратное, специфический объем определяют, используя тот же самый образец табака, что был использован при определении OV, т.е. табак, высушенный после выдержки в
течение 3 ч в циркулирующем воздухе печи, поддерживаемом при 100 °С.
Используемое здесь понятие содержания влаги может рассматриваться эквивалентным содержанию испарившегося в печи (OV), так как кроме воды испаряется не более 0,9 % веса табака. Определение испарившегося в сушилке просто является измерением потерь веса табака после выдержки его в течение 3 ч в сушилке с воздухом, циркулирующем при контролируемой температуре 100 °С. Потеря веса в процентах от
начального веса и представляет собой содержание испарившегося в печи (OV).
"Гранулометрический анализ" связывают с методом измерения распределения кусочков по длине в образце резаного начиночного табака. Этот анализ обычно используют как индикатор деградации кусочков во
время обработки. Начиночный табак весом 150 ± 20 г, если он не вспучен, или 100 ± 10 г, если вспучен, помещают в вибрационную установку. Эта вибрационная установка имеет ряд круглых сетчатых поддонов
диаметром 12 дюймов (производство W.S. Tyler, Inc., a subsidiary of Combustion Engineering Inc. Screening
Division, Mentor, Ohio, 44060), что соответствует стандартам ASTM (Amercan Society of Testing Materials).
Обычные типы сит для ситчатых поддонов - 6 меш, 12 меш, 20 меш, 35 меш. Эта установка имеет амплитуду встряхивания (вибрации) около 1-1,5 дюйма и скорость встряхивания (вибрации) 350 ± 5 колебаний в
минуту. Вибратор встряхивает табак в течение 5 мин для того, чтобы разделить образец на группы частиц
различных размеров. Каждую группу взвешивают, получая, таким образом, распределение частиц в образце
по размерам.
Лабораторные эксперименты показали, что попытки увлажнить табак быстро, подвергая его воздействию
воздуха с высокой влажностью, приводят к потерям в CV. Было также показано, что потери CV происходят,
когда конденсация или переувлажнение имеют место внутри слоя вспученного табака. Конденсация происходит, когда влажный воздух контактирует с табаком, который имеет температуру точки росы влажного воздуха. Переувлажнение может иметь место, когда изменения влажности происходят в слое табака из-за неравномерного воздействия влажного воздуха. Поэтому система увлажнения влажным воздухом должна
работать успешно при относительно медленной скорости с хорошим контролем относительной влажности
воздуха, температуры воздуха, воздушного потока и давления на слой табака. Это лучше достигается постепенным повышением содержания влаги в воздухе, проходящем через табак таким образом, что табак подвергается воздействию потока воздуха, который близок к равновесию с ним.
На фиг. 1 линия АВС является изотермой при 75°F для типичного вспученного Брайт табака. Эта изотерма устанавливает связь между OV табака и RH окружающего его воздуха при равновесии для данной температуры. Так, точка В указывает, что при 75°F и 60 % RH этот образец вспученного табака будет иметь OV
около 11.7 % после уравновешивания. Линия DEF на фиг. 1 представляет собой типичный RH-контур для табака, который увлажнен согласно настоящему изобретению. Линия GEF на фиг. 1 представляет альтернативный RH контур, который также найден удовлетворительным. Линия HF на фиг. 1 представляет путь, типичный для предшествующего уровня технологии, такого, как лабораторное увлажнение в равновесной камере
при очень низких скоростях воздуха. Линия IJ на фиг. 1 отражает применение настоящего изобретения для
сушки табака.
Фиг. 1 показывает, что увлажнение табака от OV приблизительно 6,5 %, где он будет в равновесии с воздухом, имеющим RH около 30 %, до OV приблизительно 11.7 %, где табак будет в равновесии с воздухом,
имеющим RH около 60 %, может быть выполнено воздействием на него предпочтительно воздухом, влажность которого линейно изменяется от около 40 % небольшими приращениями в течение периода времени
пока он не достигнет 60 % RH, а не непосредственно воздухом 60 % RH. Когда процесс выполняют в этих
медленно меняющихся условиях, перенос массы между потоком воздуха и табаком относительно медленный, так как мала движущая сила, и структура вспученного табака сохраняется. Увлажнение вспученного табака без потери в CV может быть также достигнуто воздействием на табак воздуха, содержание влаги в котором повышается от приблизительно 40 % RH малыми приращениями за период времени от около 40 до 60
6
BY 4443 C1
минут, пока RH его не достигнет 60 %. Это уменьшает общее время, необходимое, чтобы закончить процесс
увлажнения по существу без изменений структуры вспученного табака. Таким образом, каждая из линий
DEF и GEF на фиг. 1 представляет эффективное воплощение настоящего изобретения для увлажнения табака.
На фиг. 1 условия, близкие к равновесию между потоком воздуха и табаком, иллюстрируются отрезком
линии EF и линией АВС. Следует отметить, что при OV табака ниже 7 % разница между относительной
влажностью воздуха, находящегося в равновесии с табаком, и относительной влажностью потока влажного
воздуха, используемого для увлажнения, может быть довольно большой без неблагоприятного воздействия
на набивную способность табака. Следует также принять во внимание, что при OV табака от приблизительно
7,5 % до приблизительно 11,5 % относительная влажность потока влажного воздуха, используемого для увлажнения, может быть на приблизительно от 2 % до приблизительно 8 % выше относительной влажности
воздуха в равновесии с табаком, с большим отклонением от равновесия, соответствующего более низкому
OV табака без неблагоприятного влияния на набивную способность табака.
Когда настоящее изобретение было использовано для сушки табака, существенных потерь в CV табака не
наблюдалось. Найдено, что это имеет место даже, когда относительная влажность осушающего потока воздуха значительно ниже относительной влажности воздуха в равновесии с табаком, то есть относительная
влажность потока осушающего воздуха ниже таковой для табака в равновесном состоянии. Следовательно,
следует принять во внимание, что линия IJ на фиг. 1 иллюстрирует только один из многих возможных путей,
которые могут быть использованы, когда сушат табак согласно настоящему изобретению.
Настоящее изобретение может быть осуществлено как для отдельной партии, так и в непрерывном процессе.
Когда осуществляют процесс увлажнения разовой партии, относительная влажность воздушного потока,
контактирующего с табаком, увеличивается во времени для того, чтобы обеспечить непрерывное повышение
содержания влаги в табаке. Это может быть выполнено в камере искусственного климата, такой, как камера,
изображенная на фиг. 2. Табак, предназначенный для увлажнения, укладывают слоем толщиной приблизительно 2 дюйма на лотки, имеющие ситчатое днище, внутри камеры с искусственным климатом так, что поток воздуха с контролируемой влажностью может проходить через табак вниз. В ряде исследований использовались
различные по размеру камеры от приблизительно 20 кубических футов до приблизительно 80 кубических футов
(производства Parameter Generation and Control, Inc., 1104 Old US 70 West, Black Mountain, N.C. 28711). Камеры
с искусственным климатом оборудованы микропроцессорами, которые позволяют контролировать линейные
изменения состояний влажного воздуха в камере. Были проведены исследования, в которых сухой вспученный
табак увлажняли от начального уровня OV приблизительно 2 % до конечного уровня OV приблизительно
11,5 % малым приращением RH от такого малого начального уровня как приблизительно 30 % и такого высокого как приблизительно 52 % RH за период времени, колеблющийся от приблизительно 30 мин до приблизительно 90 мин конечного уровня RH между приблизительно 59 % и приблизительно 65 %. Использовались скорости воздуха в диапазоне от приблизительно 50 футов/мин до приблизительно 200 футов/мин. Измерения RH и
температуры проводились прибором (производство Thunder scientific Corp., 623 Wyoming, S.E., Albuquerque,
New Mexico 87123). Скорость воздуха измеряли с помощью Alnor Thermo Anemometer model 8525 (производство Alnor Instrument Co., 7555 N. Linder Ave Skokie, Illinois 60066). Тесты, в которых относительная влажность
изменялась от такого начального высокого значения как приблизительно 52 % до такого высокого конечного
значения как приблизительно 62 % за такое короткое время как 40 мин, дают в результате увлажненный табак с
полным сохранением CV, что сравнимо с подобным табаком, увлажненным в помещении с контролируемым
климатом, с воздухом, поддерживаемым при 60 % RH и 75°F и пропускаемым через табак с низкой скоростью в
течение от 24 до 48 ч. Линейное изменение влажности в этом способе было успешным с такой высокой скоростью влажного воздуха как приблизительно 200 футов/мин и температуре от приблизительно 75°F до приблизительно 90°F. Вспученный табак, увлажненный таким способом, показал минимальную, если она вообще была,
потерю CV, сравнимую с увлажненным вспученным табаком в помещении с контролируемым климатом.
Настоящее изобретение может быть осуществлено как непрерывный процесс более эффективно в самоотвальных спиральных конвейерных машинах Frigiscandia, таких, как машина, показанная на фиг. 3. Этот
аппарат является специально модифицированной моделью GCP 42 спирального морозильника, поставляемого фирмой Frigoscandis Food Process Systems AB of Helsingborg, Sweden. Сухой табак для увлажнения поступает в блок 10 на конвейере 13, перемещается, как показано, через 10 по спирали от дна к верхней части
спирального накопителя и выходит после увлажнения через выход для табака 11. Увлажненный воздух продувают вниз через табак из впускного отверстия для влажного воздуха 15 к дну спирального накопителя 14,
где он выходит через выход для влажного воздуха 16, протекая главным образом в направлении, противоположном направлению потока табака, т.е. большая часть потока влажного воздуха течет из верхней части отсека вниз через ярусы слоев табака, в то время как табак движется вверх, следуя спиральному направлению
конвейера. Небольшая часть влажного воздуха следует спиральному направлению конвейерного накопителя
сверху ко дну в противоположном направлении. Эти типы воздушных потоков показаны на фиг. 3а. Это устройство, как было найдено, фактически удваивает изменение RH, полученное в аппарате с фиг. 2.
7
BY 4443 C1
На фиг. 3а, которая представляет поперечный разрез части накопителя спирального конвейера 14, показанного на фиг. 3, изображено направление потока воздуха 20 и 22 относительно движения слоя табака 21.
Как показано на фиг. 3а, поток воздуха 20 и 22 течет сверху накопителя вниз. Направление движения табака
от дна кверху блока изображено как движение справа к левой стороне фигуры 3а так, как его продвигает накопитель спирального конвейера 14. Большая часть потока воздуха 20, которая противоточна пути движения
табака, направлена через ряд слоя табака 21 и контактирует со слоем табака на уровне непосредственно ниже, в то время как небольшая часть воздушного потока 22 течет над слоем табака 21 в направлении, противоположном направлению пути слоя табака 21. Эта часть потока воздуха 22 затем проходит через слой табака 21.
Успешное осуществление этого изобретения, когда дело идет об увлажнении, обеспечивается посредством постоянного увеличения относительной влажности воздуха в контакте с табаком, OV табака возрастает.
Фригоскандия, самоотвальный спиральный конвейер, благодаря своей самоотвальной конструкции пропускает большую часть воздуха вниз через множество ярусов конвейера (конвейерного накопителя), которые
несут табак. При подаче табака ко дну такого конвейерного накопителя, а увлажненного воздуха к верхней
части отсека, общий поток воздуха и направление движения табака по существу противопоточны. Этот по
существу противоточный поток обеспечивает естественный непрерывный градиент RH в контактирующем с
табаком воздухе, вследствие чего воздух постепенно дегидратируется по мере его движения вниз через ряды
табака, подвергающегося процессу увлажнения. При правильном выборе скорости ленты конвейера, скоростей потоков воздуха и табака и контроле температуры и RH входящего воздуха условия, подобные использованным для отдельной партии табака при лабораторных экспериментах с изменяющимся увлажнением,
могут быть приближены к процессу на непрерывной основе. Найдено, что для обеспечения полного увлажнения без значительной потери CV или ощутимого увеличения ломкости табака при использовании модифицированной спиральной установки Frigoscandia GCP 42 для увлажнения приблизительно 150 фунтов/ч вспученного табака с 3 % OV требуется такая скорость ленты конвейера, которая обеспечивает время
пребывания в установке от приблизительно 40 мин до приблизительно 80 мин, температуру воздуха от приблизительно 75°F до приблизительно 90°F с исходной относительной влажностью от приблизительно 61 %
до приблизительно 64 % при потоках воздуха приблизительно от 1000 до 250000 куб. футов в мин.
В процессе увлажнения табака в установке Фригоскандия для регистрации линейных изменений влажности во времени работал регистратор температуры и относительной влажности модели 29-03 (производство
Rustrik Instruments Со. of E. Greenwich, RI). Эти устройства показали постоянное увеличение относительной
влажности по мере того как это устройство продвигалось по спиральному накопителю с регистрацией начальной RH от приблизительно 35 % до приблизительно 45 % на дне накопителя, где табак самый сухой, до
приблизительно 62 % вверху отсека, где табак наиболее полно увлажнен.
Фиг. 6 представляет типичную кривую зависимости RH от времени, полученную с помощью прибора
Растрак. На фиг. 6 показан процент влажности воздуха, прилегающего к слою табака, в зависимости от времени. Табак с исходной OV приблизительно 3 % входил в спиральную увлажняющую установку и контактировал с воздухом, имеющим RH приблизительно 43 % (точка А на фиг. 6). Фиг. 6 показывает, что по мере
прохождения табака через спиральную увлажняющую установку RH воздуха, соприкасающегося с табаком,
увеличивался от приблизительно 43 % до приблизительно 62 % на выходе установки (точка В на фиг. 6). Табак имел OV около 11 % при выходе из спиральной увлажняющей установки, RH воздуха, входящего в спиральную установку, контролировалась, чтобы получить увлажняющий табак с незначительной потерей CV.
Другие средства, обеспечивающие линейное изменение RH воздуха, такие, как установка, показанная на
фиг. 4, могут также быть использованы для осуществления этого изобретения в непрерывном режиме. На
фиг. 4 показано, что табак входит в установку через вход табака 40 на конвейере 43 и выходит через выход
для табака 41. Чтобы воспроизвести такой же результат линейного изменения, как в аппарате, изображенном
на фиг. 2, через слой табака 42 в множестве зон 44 продувается восходящий или нисходящий поток воздуха с
постоянно увеличивающейся влажностью. Этот эффект линейного изменения может быть получен при движении воздуха от единственного (отдельного) источника змееобразно справа налево на фиг. 4, обеспечивая
по существу противопоток воздуха к направлению движения табака. Таким образом, выходящий из данной
зоны воздух становится входящим в соседней зоне слева от данной.
При осуществлении способа по настоящему изобретению можно обрабатывать целый свернутый табачный лист, табак в резаном или крошеном виде, вспученный или невспученный табак или отдельные части
табака, такие, как стебли или восстановленный табак. Этот способ может быть применен к любому или всем
вышеуказанным видам табака как с ароматическими добавками, так и без них. Для специфического случая
сушки табака было найдено, что невспученный резаный наполнитель может быть осушен непрерывно практически при температуре окружающей среды методом противотока в модифицированном спиральном самоотвальном конвейере фирмы Фригоскандия от содержания влаги в табаке приблизительно 21 % OV до приблизительно 15 % OV примерно за один час. В этом случае воздух входил в верхнюю часть установки при
приблизительно 85°F и приблизительно 58 % RH и выходил при приблизительном 77°F и 68 % RH. Сушка
была выполнена с незначительной тепловой обработкой табака или без нее.
8
BY 4443 C1
С другой стороны, способ, согласно настоящему изобретению, может быть использован для сушки табака, имеющего температуру значительно выше температуры окружающей среды, например табака при температуре от приблизительно 200°F до приблизительно 250°F, когда табак осушается в этом температурном
диапазоне, RH и температура осушающего воздуха регулируются, чтобы обеспечить соответствующие условия для осуществления процесса по настоящему изобретению.
Аналогично увлажнению табака было найдено, что сушка лучше всего осуществляется в минимальный
промежуток времени установкой конечного содержания влаги в воздухе ниже того, которое требуется, чтобы довести табак до желаемого конечного уровня влажности, при этом происходит увеличение градиента
влажности системы воздух - табак и, соответственно, движущей силы для осуществления сушки. В отличие
от процесса увлажнения, конечное содержание влаги воздушного потока может поддерживаться на уровне
намного меньшем, чем тот, который был бы в равновесии с табаком при желаемом уровне OV после сушки.
Пример 1.
Чтобы продемонстрировать преимущества увлажнения сухого вспученного табака поступлением воды к нему медленно по сравнению с увлажнением при помощи барабана с водяной пылью, образец табачного наполнителя весом 20 г был помещен в герметичный эксикатор. Этот образец был пропитан жидкой двуокисью углерода и вспучен в колонне для вспучивания при 550°F, OV этого вспученного табачного наполнителя был 3,4 %.
Было рассчитано, что для того, чтобы увеличить содержание OV этого образца до 11,5 %, потребуется приблизительно 1,89 г воды. Это количество воды было помещено в маленькую стеклянную бутылочку с резиновой
пробкой, имеющей проходящую через нее стеклянную трубку с внутренним диаметром 1/8 дюйма. Эта бутылочка также была герметизирована в эксикаторе. Через девять дней вся вода была поглощена табаком. Табак
затем проанализировали и нашли, что он имеет OV " как есть" около 11,5 %. Используемое здесь "как есть" относится к табаку перед тем, как он уравновешен в камере с искусственным климатом с воздухом, поддерживаемым при RH 60 % и температуре 75°F и проходящим через нее с малой скоростью за период времени от 24 до
48 ч. Этот способ уравновешивания обычно используют как средство для доведения табака до стандартного состояния перед тем, как будут сделаны измерения CV и SV и ситовый анализ. После этого стандартного уравновешивания увлажненный в эксикаторе табак имел CV около 9,5 см3/ г и SV около 2,9 см3/ г и при OV около
11,6 %. Для сравнения, когда второй образец того же табака поместили прямо внутрь равновесной камеры и увлажняли уравновешиванием при стандартных условиях, равновесное OV было около 11,3 % и значения CV и
SV были около 9,4 см3/г и около 2,7 см3/г соответственно. Третий образец вспученного табачного наполнителя
был увлажнен в барабане с водяной пылью до OV "как есть" приблизительно 11,5 %. После уравновешивания
этот образец имел CV около 8,5 см3/г и SV около 1,9 см3/г при равновесном OV около 11,6 %.
Как видно из данных в табл. 1, образец табака, который увлажнялся в эксикаторе при медленном поступлении
воды, показал значительное улучшение равновесных CV и SV в сравнении с образцом, который был увлажнен водяной пылью. Этот образец показал также слабое улучшение CV, SV в сравнении с образцом, уравновешенным
непосредственно в камере для уравновешивания.
Другая группа экспериментов была выполнена с использованием камеры с искусственным климатом для
того, чтобы увлажнить вспученный табачный наполнитель. Для этой цели была использована камера Parameter Generation and Control (PGC). Эта камера оборудована микропроцессором Микро-Про 2000, поставленным Paramener Generation and Control Inc., который позволяет контролировать изменения условий внутри
камеры.
Таблица 1
Образец
на выходе из колонны
барабан с водяной пылью
эксикатор
"Как есть"
OV(%) SV (см3/г)
3,4
3,0
11,5
1,8
11,5
2,7
OV(%)
11,3
11,6
11,6
Уравновешенный
CV(см3/г)
SV(см3/г)
9,4
2,7
8,5
1,9
9,5
2,9
Пример 2.
Приблизительно 3 фунта Брайт табака, пропитанного жидкой двуокисью углерода и вспученного при условиях, подобных описанным в примере № 1, были помещены слоем толщиной около 2 дюймов в поддон, который имел сплошные стенки и ситчатое дно, был помещен внутрь камеры с искусственным климатом. Затем образец увлажняли в течение одного часа при использовании воздуха с температурой 75°F и исходной RH
приблизительно 36 %, изменяющейся до конечной RH приблизительно 60 %. Движение воздуха было в направлении сверху вниз через слой табака при скорости около 45 футов в мин. Этот эксперимент был затем повторен
на протяжении 3 ч, 6 ч и 12 ч. Результаты, представленные в табл. 2, показывают, что при периодах изменения
влажности вплоть до 6 ч скорость увлажнения оказывает влияние на CV и SV табака при таких экспериментальных условиях. Более высокие CV и SV табака наблюдались при более низких скоростях увлажнения. Более
того, увлажнение в соответствии с настоящим изобретением дает в результате CV по крайней мере приблизительно на 1 см3/г больше и SV по крайней мере приблизительно на 0,2 см3/г больше, чем эти показатели, на9
BY 4443 C1
блюдаемые для табака, увлажненного в барабане с водяной пылью. Найдено, однако, что основная часть этой
выгоды достигается изменением влажности уже в течение одного часа.
Таблица 2
"Как есть"
На выходе из колонны
Барабан с водяной пылью
При изменении влажности в теч. 1 ч
При изменении влажности в теч. 3 ч
При изменении влажности в теч. 6 ч
При изменении влажности в теч. 12 ч
OV (%)
3,10
11,51
10,83
11,44
11,45
11,41
SV (см3/г)
3,06
1,61
1,85
1,88
1,90
1,97
Уравновешен в камере с искусственным климатом
CV(%)
SV (см3/г)
11,33
9,71
11,37
8,61
11,38
9,72
11.36
9,81
11.30
9,88
11.27
9,89
Пример 3.
Проведено лабораторное изучение влияния на CV и SV табака как скорости увлажнения, так и температуры. Выполнено семь серий опытов с использованием табака, пропитанного двуокисью углерода и вспученного в колонне для вспучивания при приблизительно 550°F. Этот вспученный табак был увлажнен следующими методами:
(1) Уравновешиванием в течение 24 ч в камере с искусственным климатом при 60 % RH и 75°F со скоростью движения воздуха через табак приблизительно 25 футов в мин;
(2) Распылением воды с тем, чтобы увеличить OV до приблизительно 7,5 %, затем уравновешиванием
при 60 % RH и 75°F в течение 24 ч как в методе (1);
(3) Распылением воды, чтобы увеличить OV до приблизительно 7,5 %, затем окончательным увлажнением в барабане с водяной пылью;
(4) Распылением воды до 7,5 % OV, затем использованием влажного воздуха при изменении RH от начальной приблизительно 46 % до конечной приблизительно 60 % и
(5) Изменением с помощью влажного воздуха с RH от приблизительно 46 % до приблизительно 60 %.
Увлажнение влажным воздухом выполнялось в PGC камере искусственного климата, оснащенной микропроцессором, чтобы контролировать изменение влажности на протяжении выбранных временных интервалов. Были выбраны следующие условия:
(1) Время изменения: 30, 60 и 90 мин;
(2) Температура воздуха: 75°F и 95°F;
(3) Скорость воздуха: вверх через слой табака приблизительно 45 футов/мин и вниз через слой табака
приблизительно 175 футов/мин, и
(4) Толщина слоя табака: 2 дюйма.
Табак, используемый для всех видов увлажнения, кроме увлажнения в барабане с водяной пылью, брали на выходе из колонны после вспучивания и до увлажнения герметично упаковывали в двойные пластиковые мешки. В результате табак охлаждали от приблизительно 200°F, т.е. от температуры табака на выходе из колонны для вспучивания до температуры окружающей среды перед увлажнением. При увлажнении с линейным изменением влажности
при температуре приблизительно 95°F, чтобы избежать конденсации при контакте с влажным воздухом, табак, находившийся еще в герметичных мешках, был предварительно достаточно нагрет. Данные этих опытов представлены в
табл. 3а-3е.
Таблица 3а
"Как есть"
Образец
Х На выходе из колонны
S Только распылители
С Распылители и барабан
F Распылители и изменение за 90 мин (от 46 % RH до 60 %
RH, 75°F)
Н Распылители и изменение за 90 мин (от 46 % RH до
60 % RH, 75°F)
I Образец Н выдержан 15 мин при 60 % RH, 75°F
J Распылители и изменение за 60 мин (от 46 % RH до 62 %
RH, 95°F)
К Образец J выдержан 15 мин при 62 % RH, 95°F
10
Уравновешенный
3
OV(%)
3,43
8,06
11,53
CV (см /г)
3,02
2,14
1,81
OV(%)
11,31
11,36
11,59
CV(см3/г)
9,04
8,66
8,59
11,27
1,87
11,51
9,01
10,96
11,54
1,98
1,95
11,36
11,56
9,48
9,40
10,37
11,17
2,38
2,26
11,28
11,22
9,85
9,88
BY 4443 C1
Таблица 3b
Образец
X На выходе из колонны
Только распылители
С Распылители и барабан
F распылители и изменение за 60 мин (от 46 % RH до 60 %
RH, 75°F)
G образец выдержан 15 мин. при 60 % RH, 75°F
Н Распылители и изменение за 30 мин (от 46 % RH до
60 % RH, 75°F)
I Образец Н выдержан 15 мин при 60 % RH, 75°F
"Как есть"
OV(%)
CV (см3/г)
3,01
2,58
7,51
2,13
11,86
1,59
Уравновешенный
OV(%)
CV(см3/г)
11,34
9,23
11,39
8,87
11,64
8,07
10,55
11,56
1,64
1,64
11,45
11,42
8,86
8,61
10,28
11,73
1,97
1,82
11,27
11,25
8,99
8,61
Таблица 3с
Образец
А На выходе из колонны
В изменение за 60 мин (от 46 % RH до 60 % RH, 95°F)
С изменение за 60 мин (от 46 % RH до 60 % RH, 75°F)
D изменение за 90 мин (от 46 % RH до 60 % RH, 95°F)
Е Распылители
F Распылители и выдержка за 30 мин при 60 % RH, 95°F
G Распылители и изменение за 60 мин (от 46 % RH до 60 % RH,
95°F)
Н Распылители и изменение за 90 мин (от 46 % RH до 60 % RH,
95°F)
I Распылители и изменение за 60 мин (от 46 % RH до 60 % RH,
75°F)
J Распылители и изменение за 90 мин (от 46 % RH до 60 % RH,
75°F)
К Распылители и выдержка за 30 мин при 60 % RH, 75°F
L Распылители и барабан
"Как есть"
OV(%)
SV (см3/г)
1,81
2,78
10,91
1,86
10,53
2,02
10,84
1,99
5,39
2,37
10,80
1,87
Уравновешенный
OV(%)
CV(см3/г)
11,37
9,23
11,47
8,65
11,28
9,20
11,45
8,90
11,25
8,71
11,27
8,39
10,66
1,85
11,23
8,65
10,76
1,82
11,24
8,62
10,65
1,90
11,23
8,75
10,57
10,73
10,96
1,87
1,87
1,60
11,38
11,22
11,39
8,74
8,64
8,28
Таблица 3d
Образец
Т1 На выходе из колонны
Т2 Выдержка при 60 % RH, 75°F 30 мин.
Т3 Изменение за 90 мин (от 46 % RH до 60 % RH, 75°F)
Т4 Изменение за 90 мин (от 30 % RH до 60 % RH, 75°F)
S1 Распылители
S2 Распылители и выдержка при 60 % RH, 75°F, 30 мин
S3 Распылители и изменение за 90 мин (от 46 % RH до 60 % RH,
75°F)
S4 Распылители и изменение за 60 мин (от 46 % RH до 60 % RH,
75°F)
S5 Распылители и изменение за 30 мин (от 46 % RH до 60 % RH,
75°F)
С Распылители и барабан
11
"Как есть"
OV(%) SV (см3/г)
2,83
3,01
11,24
2,27
11,08
2,24
9,77
2,39
4,78
2,82
11,10
2,19
Уравновешенный
OV(%)
CV(см3/г)
11,92
9,46
11,77
9,08
11,83
9,29
11,85
9,43
11,66
8,98
11,64
8,89
10,54
2,25
11,27
9,05
10,56
2,22
11,73
9,03
9,74
10,48
2,29
1,95
11,67
11,81
9,19
8,80
BY 4443 C1
Таблица 3е
Условия линейного изменения влажности
Средняя
Начальный скорость Время Темпера- Диапазон
воздуха
(мин) тура(°F) RH (%)
OV(%)
(фут.мин)
Подаваемый в
колонну
На выходе из
колонны
На выходе после
распыления
На выходе из
барабана
А
В
С
D
Е
F
G
Н
I
J
К
L
М
N
O
P
15,40
3,9
5,6
3,9
5,6
3,9
5,6
3,9
5,6
3,9
3,9
3,9
3,9
3,9
5,6
3,9
3,9
235
175
190
190
190
175
180
175
200
180
180
180
180
180
240
240
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
75
75
75
75
75
75
75
75
75
75
75
90
90
90
90
90
0,79
30-58
30-58
45-58
45-58
47-62
47-62
30-62
30-62
47-62
47-67
35-64
35-60
45-60
45-60
47-64
47-64
"Как есть"
Уравновешенный
OV(%)SV(см3/г)
OV(%)CV(см3/г)
11,86
5,05
3,94
2,82
11,72
9,49
5,64
2,72
11,82
9,48
10,36
6,67
8,44
7,63
8,44
11,10
10,10
8,13
9,41
10,21
10,18
9,07
8,65
10,11
10,08
10,88
11,30
2,04
2,39
2,45
2,25
2,39
2,33
2,41
2,20
2,41
2,16
2,13
2,23
2,17
2,39
2,39
2,31
2,33
11,66
11,65
11,82
11,65
11,79
11,74
11,59
11,89
11,79
11,76
11,94
11,90
12,09
11,92
11,93
11,96
11,95
9,28
9,76
9,91
9,57
9,66
10,02
10,08
9,63
10,11
8,98
9,03
9,51
8,59
10,02
10,02
9,51
9,30
Данные, представленные в таблицах 3а-3е, показывают, что увеличение от приблизительно 0,5 см3/г до
приблизительно 1 см3/г в CV и от приблизительно 0,3 см3/г до приблизительно 0,4 см3/г в SV может быть
достигнуто увлажнением с линейным изменением RH охлажденного табака, т.е. табака при температуре от
приблизительно 75°F вплоть до приблизительно 95°F в сравнении с увлажнением в цилиндре с водяной пылью горячего табака, выходящего из колонны для вспучивания. Найдено, что при увлажнении с линейным
изменением влажности непосредственно после выхода из колонны для вспучивания предпочтительным является сначала сбрызгивание табака, чтобы повысить содержание OV до приблизительно 7 %, за которым
следует увлажнение с изменением влажности по линейному закону. Видна незначительная разница между
OV и SV табака, увлажненного путем линейного изменения влажности с использованием влажного воздуха с
начальной RH около 46 % в сравнении с табаком, увлажненным таким же способом с начальной RH около
30 %, или табаком, увлажненным путем изменения влажности за время либо 60 мин либо 90 мин. Замечено
также, что табак может быть увлажнен при движении воздухом как вниз через слой табака со скоростью от
приблизительно 175 футов/мин до приблизительно 235 футов/мин, так и вверх через слой табака со скоростью до приблизительно 45 футов/мин с незначительной разницей в CV и SV. Дополнительно наблюдалось,
что увлажнение с линейным изменением влажности дает в результате эквивалентные или лучшие показатели CV и
SV в сравнении с табаком, увлажненным в камере с искусственным климатом при 60 % RH и 75°F после выхода из
колонны для вспучивания. Наконец, замечено, что сбрызгивание водой для того, чтобы повысить OV до приблизительно 7,5 % с последующим изменением влажности с помощью влажного воздуха, дало в результате лучшие показатели CV и SV в сравнении с последующим окончательным увлажнением в барабане с водяной пылью.
Пример 4.
Проведены испытания, чтобы определить влияние потока воздуха и скорости воздуха на увлечение, образование каналов и уплотнение табака. Эти тесты были выполнены с использованием двух РGС камер с искусственным
климатом. В обеих камерах действительное движение воздуха приблизительно равнялось 500 куб. футам в минуту.
Движение воздуха было направлено вверх через слой табака в одной РGС камере и вниз через слой табака - в другой камере. Образцы табака толщиной 2 дюйма были помещены внутри открытых лотков 5"Х 3/4" с ситчатым
дном и со сплошными стенками высотой 4 дюйма. Эти лотки были помещены на полки внутри камер с искусственным климатом. Воздух продавливался через образцы благодаря покрытию свободного пространства незанятых
12
BY 4443 C1
полок картоном и герметизации любых трещин лентой. Скорость воздуха варьировали, изменяя количество конвейеров с образцами, через которые проходил воздух. Табак, используемый в этих тестах, был пропитан двуокисью углерода и вспучен при приблизительно 550°F. На первой стадии табак увлажняли сбрызгиванием водой до
OV приблизительно 8 % немедленно после вспучивания. Условия внутри камер во время исследований контролировали, поддерживая около 75°F и приблизительно 60 % RH. Для измерения скорости воздуха использовали как
крыльчатый анемометр (Airflow Instrumentation, Model LGA 6000, Frederick, Maryland), так и термоанемометр (Alnor Instrument Company, Skokie, Illinois, Thermometer Model 8525). Эти приборы были помещены выше и ниже образцов при движении воздуха сверху и снизу соответственно.
При движении воздуха вверх наблюдалось некоторое слабое поднятие табака уже при средней скорости воздуха приблизительно 26 футов/мин. Затем образовались небольшие воздушные каналы и табак осел. Найдено, что в
результате появления этих каналов поток воздуха стал очень неоднороден в слое табака (от около 25 футов/мин до
приблизительно 45 футов/мин при среднем потоке около 26 футов/мин). С возрастанием среднего потока воздуха
более явным становилось образование каналов и при скорости выше 45 футов/мин наблюдалось значительное увеличение и "взрыв" табака с последующим существенным образованием каналов в слое.
При движении воздуха вниз наблюдалось некоторое уплотнение и соответствующее понижение скорости
воздуха в слоях при всех изученных скоростях. Это показано в табл. 4. При начальной скорости около 192
футов/мин толщина слоя табака уплотнилась примерно на 28 % и, как результат, скорость воздуха при прохождении через слой табака понизилась до приблизительно 141 футов/мин. При начальной скорости воздуха
около 141 футов/мин или менее уплотнение слоя табака составило половину того, что наблюдалось при приблизительно 192 футах/мин и поток воздуха при прохождении через табак понижался намного меньше.
Таблица 4
Влияние уплотнения слоя на скорость прохождения воздуха через слой
Скорость воздуха (фут/мин)
Начало
Конец
% изменения
192
141
27
161
144
11
141
133
6
104
98
6
43
41
5
Начало
2
2
2
2
2
Толщина слоя
Конец
% изменения
1,45
20
1,65
18
1,70
15
1,80
10
1,90
5
Основываясь на описанных выше экспериментах, установлено, что вспученный табак может быть увлажнен предпочтительно линейным изменением влажности при следующих условиях:
А) Время: от приблизительно 60 мин до приблизительно 90 мин;
В) RH: от начальной RH от приблизительно 45 % до конечной RH от приблизительно 60 % до приблизительно 64 %;
С) Температура: от приблизительно 75°F до приблизительно 95°F;
D) Поток воздуха: скорость при движении вверх до приблизительно 45 футов/мин и скорость при движении вниз до приблизительно 235 футов/мин.
Пример 5.
Приблизительно 150 фунтов/ч смеси табака типа Брайт и Берлей, который был пропитан двуокисью углерода
в соответствии со способом, описанным в совместной заявке Чу и др. No 07/717,067/, и вспучен, как
описано в примерах выше, проходило через охлаждающий конвейер, чтобы понизить температуру табака от приблизительно 200°F до приблизительно 85°F перед подачей его в усовершенствованную Модель GCP 42 самоотвальной спиральной установки Фригоскандиа. Поток табака проходил через спиральную установку от дна к верхней части. Поток воздуха подавался из верхней части ко дну установки, обеспечивая по существу противоток
табака и воздуха. Это устройство обеспечивает увлажнение табака с линейным изменением влажности в результате
непрерывной дегидратации воздуха табаком. В начале процесса табак имел OV приблизительно 3 % и приблизительно 11 % OV на выходе. Равновесный CV поступающего материала был приблизительно 10,53 см3/г, в то время
как равновесный CV увлажненного материала был около 10,46 см3/г, показывал незначительную потерю в набивной
способности табака за время процесса увлажнения, т.е. без статистически значимой потери набивной способности,
определяемой стандартным анализом методом дисперсии. Кроме того, во время процесса увлажнения отсутствовало измеримое уменьшение размера частиц табака, определяемое ситовым анализом.
Пример 6.
Проведена серия опытов, в которых табак увлажнялся согласно настоящему изобретению с использованием различных типов табака, вспученного при различных температурах колонны. В каждом опыте приблизительно 150 фунтов/ч табака увлажнялось в модифицированной самоотвальной спиральной установке Фригоскандиа, описанной в примере 5. Воздух на входе в увлажняющую установку имел температуру
приблизительно 85°F и относительную влажность 62 %. Воздух, выходящий из увлажняющей установки,
13
BY 4443 C1
имел обычно температуру от приблизительно 90°F до приблизительно 95°F и относительную влажность от
приблизительно 40 % до приблизительно 45 %. Как показано в табл. 5, табак, увлажненный в соответствии с
настоящим изобретением, не обнаруживал значительных потерь набивной способности.
Тип табака
Брайт
Брайт
Берлей
No опыта
FO 205С
FO 205А
FO 205В
FO 206A
FO 217
FO 206B
FO 206C
FO 214С
OV вне
Температура коOV в (%)
(%)
лонны (°F)
550
2,70
11,16
610
2,11
11,58
625
1,87
9,99
580
2,47
11,09
610
2,59
10,86
480
3,11
10,75
520
2,95
10,22
520
3,00
10,4
CV в
(см3/г)
9,93
10,41
11,30
10,00
10,49
12,39
12,08
11,3
Таблица 5
Уравновешенный
OV вне
OV в (%) CV в (%)
(см3/г)
11,87
9,40
12,00
11,57
10,83
11,56
11,30
10,90
11,50
12,34
10,20
11,74
11,79
10,51
11,63
10,91
12,31
10,52
10,85
12,41
10,40
10,4
11,2
10,4
Пример 7.
Приблизительно 200 фунтов/ч Брайт табака с OV приблизительно 21,6 % подавали в модифицированную самоотвальную установку Фригоскандиа, описанную в примере 5, действующую в данном случае как сушилка. Поток табака
подавался через спиральную сушильную установку от дна к верхней части. Поток воздуха направлялся от верхней
части ко дну установки, обеспечивая в целом противоток табака и воздуха. Табак был успешно подсушен до приблизительно 12,2 % OV за приблизительно 60 мин с использованием воздуха с входной температурой приблизительно
95°F и входной RH приблизительно 35 %. Воздух, выходящий из сушильной установки, имел температуру приблизительно 83°F и RH приблизительно 62 %. Табак, входящий и выходящий из сушильной установки, был холодным на
ощупь с расчетной температурой приблизительно 75°F, показывающей, что термическая обработка по существу не
имела места. В результате процесса сушки не происходило изменений в CV уравновешенного табака. Этот особый
пример сушки был предназначен, чтобы минимизировать тепловые воздействия. Результаты подобной сушки могут
быть достигнуты при использовании более высоких температур, чтобы обеспечить регулируемую степень термического воздействия.
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
14
BY 4443 C1
Фиг. 5
Фиг. 6
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
335 Кб
Теги
by4443, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа