СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ ПРОДУКТА, СОДЕРЖАЩЕГО КРАХМАЛ
METHOD AND DEVICE FOR EXPANSION OF PRODUCT CONTAINING STARCH

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для расширения продукта, содержащего крахмал. Кроме того, изобретение относится к продукту, содержащему крахмал, расширяемому способом или устройством, например к табаку.
В известном уровне техники известно расширение табака с целью повышения его заполняющей способности. Большинство решений заключаются в помещении влажного резаного табака в воздушный поток высокой скорости и высокой температуры, при этом табак одновременно расширяется и сушится. Причина расширения непосредственно связана с быстрым повышением температуры табака. Расширение является результатом изменений клеточной структуры табака, подвергающегося воздействию высоких температур в течение очень короткого периода времени. Механизм изменения объясняется фазовым превращением среды расширения в табаке из жидкости в пар. Кроме того, критической для уровня расширения является скорость, с которой это фазовое превращение происходит.
Используемые в настоящее время способы расширения можно разбить на две категории. В первой категории продукт пропитывают расширяющей добавкой, такой как двуокись углерода, азот, фреон или органические растворители. Во второй категории в качестве обеспечивающей расширение среды используют только воду. Первая категория обеспечивает отличное расширение, но требует дополнительного процесса пропитки, чтобы расширяющие добавки можно было использовать. Расширение обеспечивает и вторая категория, но оно обладает меньшей эффективностью из-за ограничения в части максимальной температуры. Ограничивается не только максимальная температура, но и повышенная температура, прикладываемая в течение слишком длительного периода, может оказывать нежелательное влияние на вкус или качество расширенного продукта.
В дополнение к табаку, другие содержащие крахмал продукты, которые могут расширяться с помощью описываемого способа, включают пищевые продукты, например кукурузу или рис. Эти продукты могут преобразовываться посредством расширения в попкорн или воздушный рис соответственно.
Целью изобретения является обеспечение способа и устройства для расширения продукта, содержащего крахмал, которые обеспечивают более эффективное расширение продукта, одновременно уменьшая или полностью исключая нежелательные влияния на вкус или качество продукта.
Изобретение относится к способу расширения продукта, содержащего крахмал, включающему следующие этапы:
подвергание продукта воздействию горячего технологического газа, протекающего в направлении нисходящего потока, при этом продукт расширяют посредством термического удара при транспортировке продукта в технологическом газе в направлении нисходящего потока; и
снижение температуры технологического газа путем впрыскивания охлаждающей среды при дальнейшей транспортировке продукта в технологическом газе.
В частности, продукт транспортируется не только в технологическом газе, но и технологическим газом.
Вследствие впрыскивания охлаждающей среды температура вокруг продукта может понижаться очень быстро, благодаря чему после расширения продукта транспортируемый в технологическом газе продукт не подвергается без надобности воздействию тепла. Кроме того, впрыскивание охлаждающей среды позволяет нагревать продукт до более высокой температуры и поддерживать при этой более высокой температуре, поскольку охлаждающая среда быстро уменьшит тепло, воздействию которого продукт подвергается. Нагреванием до более высокой температуры и поддерживанием при этой более высокой температуре для усиления термического удара достигается лучшее расширение, и одновременно предотвращаются нежелательные влияния на вкус продукта. Способ в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает надежный путь ограничения времени подвергания продукта воздействию тепла.
Таким образом, благодаря высокотемпературному удару способ обеспечивает более высокую заполняющую способность для расширенного табака, но при этом предотвращает нежелательные влияния на вкус путем ограничения подвергания продукта воздействию в течение длительного периода. Так, благодаря улучшенному охлаждению, не происходит никакого значительного изменения вкуса продукта.
В некоторых вариантах осуществления способ не включает впрыскивание расширяющих добавок, и в качестве обеспечивающей расширение среды устройство может использовать только воду. Таким образом, изобретение позволяет подвергать продукт, содержащий крахмал, воздействию высоких температур для расширения и одновременно может активно ограничивать время этого воздействия. Следовательно, температура может повышаться до уровней, невозможных в известном уровне техники, без использования расширяющей добавки. Длительность воздействия может свободнее устанавливаться и регулироваться в индивидуальном порядке в зависимости от термического удара, требуемого для расширения продукта.
В частности, технологический газ представляет собой перегретый пар, благодаря чему можно повысить его способность к теплопередаче. Технологический газ может содержать перегретый водяной пар. В частности, способ могут осуществлять в сушильной системе с испарительной колонной.
В частности, продукт, содержащий крахмал, представляет собой табак, предпочтительно резаный табак, листовые пластинки табака, средние жилки табака или целые листья табака. Расширение частей средних жилок может позволить получить продукт с высокой заполняющей способностью, но при этом с низким содержанием никотина. В других случаях применения продукт может представлять собой другой продукт, содержащий крахмал, например кукурузу или рис, которые также могут расширяться из-за своего содержания крахмала.
Предпочтительно табак имеет содержание воды или влаги ниже приблизительно 7–8 весовых процентов воды. Предпочтительнее влажность табака составляет от приблизительно 13 до приблизительно 30 весовых процентов. Кроме того, регулированием свойств технологического газа или охлаждающей среды, в частности содержания пара, можно регулировать влажность табака.
В частности, подвергание продукта воздействию горячего технологического газа и снижение температуры технологического газа осуществляют в соседних частях трубы, по которой протекает технологический газ. Транспортировка продукта во время расширения и охлаждения позволяет быстро изменять температуру вокруг продукта и, таким образом, надежным образом подвергать продукт воздействию предопределенной температуры.
Охлаждающая среда может предпочтительно представлять собой охлаждающий газ, такой как воздух. Альтернативно, в качестве охлаждающей среды могут использоваться охлаждающие жидкости.
Охлаждающая среда может, в частности, представлять собой воду или водяной пар. Предпочтительно охлаждающая среда представляет собой деминерализованную воду или водяной пар. Альтернативно или дополнительно, охлаждающая среда представляет собой азот, двуокись углерода или аргон или состоит из них. Все эти среды или газы обычно не вступают в химическую реакцию с содержащими крахмал продуктами и поэтому не изменяют вкус или внешний вид продукта в худшую сторону.
В частности, технологическая среда, или охлаждающая среда, или технологический газ и охлаждающая среда содержат менее приблизительно 10 процентов воздуха или менее приблизительно 2 процента кислорода. Это предотвращает подвергание содержащего крахмал продукта окислению. Предпочтительно охлаждающая среда или технологический газ состоит, главным образом, из азота и двуокиси углерода. Охлаждающая среда может впрыскиваться в некоторых местах, находящихся на расстоянии друг от друга в направлении нисходящего потока технологического газа.
Предпочтительно температуру технологического газа понижают впрыскиванием охлаждающей среды по меньшей мере в двух местах в направлении нисходящего потока с таким расчетом, чтобы в технологическом газе в направлении нисходящего потока можно было получить отрицательный температурный градиент. Таким образом, предлагается процесс охлаждения с несколькими разными местами для впрыскивания охлаждающей среды. В частности, температурный градиент получают путем впрыскивания охлаждающего газа через некоторое расстояние в направлении потока технологического газа.
В частности, продукт транспортируют посредством технологического газа. Таким образом, дополнительные средства транспортировки для продукта не требуются. Однако, в некоторых вариантах осуществления, дополнительно или альтернативно, могут предусматриваться средства транспортировки для продукта.
Предпочтительно способ включает регулирование количества впрыскиваемой охлаждающей среды. Это может включать управление клапаном посредством блока управления.
В некоторых вариантах осуществления способ не включает использование обеспечивающей расширение среды. В других вариантах осуществления обеспечивающую расширение среду могут впрыскивать для обеспечения расширения продукта. Обеспечивающая расширение среда может представлять собой лишь воду. Вместе с тем обеспечивающая расширение среда может также содержать расширяющие добавки.
Способ может включать этап отделения продукта от технологического газа после расширения и охлаждения.
Способ могут осуществлять в замкнутом контуре, в котором после отделения продукта технологический газ по меньшей мере частично или полностью возвращают в цикл и нагревают для обеспечения необходимого нагретого технологического газа для расширения продукта.
Способ может включать определение температуры технологического газа в одном или нескольких местах, в которых впрыскивают охлаждающую среду. Эту определенную температуру могут использовать для управления температурными условиями при расширении или охлаждении продукта.
Способ может включать определение давления по меньшей мере горячего технологического газа при расширении продукта. Это определенное давление могут использовать для управления условиями давления при расширении.
Кроме того, изобретение относится к устройству для расширения продукта, содержащего крахмал, содержащему:
нагреватель, предназначенный для нагрева технологического газа;
впускной канал для продукта;
зону высокой температуры, в которой продукт расширяется при транспортировке; и
зону снижения температуры, расположенную ниже по потоку зоны высокой температуры, причем зона снижения температуры содержит по меньшей мере один впускной канал для охлаждающей среды, предназначенный для впрыскивания охлаждающей среды в горячий технологический газ, для уменьшения температуры газа, окружающего продукт.
Благодаря впрыскиванию охлаждающей среды температура вокруг продукта может понижаться очень быстро, так что продукт не подвергается без надобности воздействию тепла после расширения продукта, продолжая транспортироваться по устройству. Кроме того, впрыскивание охлаждающей среды позволяет нагревать продукт до более высокой температуры и поддерживать при этой более высокой температуре, поскольку охлаждающая среда быстро уменьшит тепло, воздействию которого продукт подвергается. Нагреванием до более высокой температуры и поддерживанием при этой более высокой температуре для усиления термического удара достигается лучшее расширение, и одновременно предотвращаются нежелательные влияния на вкус продукта. Настоящее изобретение обеспечивает надежный путь ограничения времени подвергания продукта воздействию тепла.
Таким образом, благодаря высокотемпературному удару изобретение обеспечивает более высокую заполняющую способность для расширенного табака, но при этом предотвращает нежелательные влияния на вкус путем ограничения подвергания продукта воздействию в течение длительного периода. Так, благодаря улучшенному охлаждению, не происходит никакого значительного изменения вкуса продукта.
В частности, не требуется впрыскивание расширяющих добавок, и в качестве обеспечивающей расширение среды устройство может использовать только воду. Таким образом, изобретение позволяет подвергать продукт, содержащий крахмал, воздействию высоких температур для расширения и одновременно может активно ограничивать время этого воздействия. Следовательно, температура может повышаться до уровней, невозможных в известном уровне техники, без использования расширяющей добавки. Длительность воздействия может свободнее устанавливаться и регулироваться в индивидуальном порядке в зависимости от термического удара, требуемого для расширения продукта.
В частности, технологический газ представляет собой перегретый пар, благодаря чему можно повысить его способность к теплопередаче. Технологический газ может содержать перегретый водяной пар. В частности, устройство может представлять собой сушильную систему с испарительной колонной.
В частности, продукт, содержащий крахмал, представляет собой табак, предпочтительно резаный табак, листовые пластинки табака, средние жилки табака или целые листья табака. Расширение частей средних жилок может позволить получить продукт с высокой заполняющей способностью, но при этом с низким содержанием никотина. В других случаях применения продукт может представлять собой другой продукт, содержащий крахмал, такой как кукуруза или рис, которые также могут расширяться из-за своего содержания крахмала.
Предпочтительно табак имеет содержание воды ниже приблизительно 7-8 весовых процентов воды. Предпочтительнее влажность табака составляет от приблизительно 13 до приблизительно 30 весовых процентов. Кроме того, регулированием свойств технологического газа или охлаждающей среды, в частности содержания пара, можно регулировать влажность табака.
Предпочтительно продукт транспортируется также в зоне снижения температуры. В частности, зона высокой температуры и зона снижения температуры образованы соседними частями трубы. Транспортировка продукта во время расширения и охлаждения позволяет быстро изменять температуру вокруг продукта и, таким образом, надежным образом подвергать продукт воздействию предопределенной температуры.
Охлаждающая среда может предпочтительно представлять собой охлаждающий газ, такой как воздух. Альтернативно, в качестве охлаждающей среды могут использоваться охлаждающие жидкости.
Охлаждающая среда может, в частности, представлять собой воду или водяной пар. Предпочтительно охлаждающая среда представляет собой деминерализованную воду или водяной пар. Альтернативно или дополнительно, охлаждающая среда представляет собой азот, двуокись углерода или аргон или состоит из них. Все эти среды или газы обычно не вступают в химическую реакцию с содержащими крахмал продуктами и поэтому не изменяют вкус или внешний вид продукта в худшую сторону.
В частности, технологическая среда, или охлаждающая среда, или технологический газ и охлаждающая среда содержат менее приблизительно 10 процентов воздуха или менее приблизительно 2 процента кислорода. Это предотвращает подвергание содержащего крахмал продукта окислению. Предпочтительно охлаждающая среда или технологический газ состоит, главным образом, из азота и двуокиси углерода.
Предпочтительно впускной канал для охлаждающей среды содержит клапан, предназначенный для регулирования количества впрыскиваемой охлаждающей среды. В частности, пропускная способность клапана или клапанов может регулироваться непрерывно. Таким образом, может достигаться точное управление температурой в зоне снижения температуры. В частности, клапан может управляться управлением с обратной связью, имеющим температурное состояние как величину для обратной связи, в частности температуру в зоне снижения температуры или в конце нее.
В еще одном варианте осуществления несколько впускных каналов для охлаждающей среды расположены последовательно в направлении нисходящего потока в зоне снижения температуры. Предпочтительно, предусмотрены два-десять впускных каналов для охлаждающей среды. Такое расположение обеспечивает более быстрое и более эффективное охлаждение технологического газа и продукта, находящегося в нем. Кроме того, можно добиться более точного регулирования температурного градиента в направлении нисходящего потока зоны снижения температуры. В частности, в каждом впускном канале для охлаждающей среды может быть предусмотрен клапан. Предпочтительно клапаны управляются независимо друг от друга. Однако, в некоторых вариантах осуществления клапаны могут управляться и зависимо друг от друга, например, посредством пропорциональной настройки их углов открытия. В других вариантах осуществления для нескольких впускных каналов для охлаждающей среды может быть предусмотрен лишь один клапан, и при этом посредством одного центрального клапана можно управлять расходом охлаждающей среды через несколько впускных каналов.
Предпочтительно предусмотрен блок управления, предназначенный для управления по меньшей мере одним клапаном. В частности, блок управления управляет клапаном в зависимости от требуемой температуры в конце зоны снижения температуры, которая может, в частности, определяться датчиком.
В другом варианте осуществления может быть предусмотрен блок управления с возможностью отдельного управления клапанами нескольких последовательно расположенных впускных каналов для охлаждающей среды для обеспечения определенного температурного градиента в направлении нисходящего потока зоны снижения температуры. Это обеспечивает лучшее и более точное управление температурным градиентом в зоне снижения температуры. В частности, блок управления позволяет адаптировать устройство к разным объемам расхода продукта.
Предпочтительно устройство дополнительно содержит впускной канал для обеспечивающей расширение среды. Впускной канал для обеспечивающей расширение среды находится, в частности, выше по потоку впускного канала для продукта и, в частности, выше по потоку нагревателя. В частности, обеспечивающая расширение среда представляет собой пар, предпочтительно перегретый пар.
В частности, нагревателем может прикладываться дополнительное тепло, чтобы технологический газ стал перегретым паром. Пар может, в частности, заменять газ или воздух, который вводится в систему вместе с табаком. Таким образом, до того, как в технологический газ впрыскивается обеспечивающая расширение среда, некоторое количество хвостового газа может удаляться из циркуляции технологического газа.
В частности, нагреватель расположен выше по потоку впускного канала для продукта. Впускной канал для продукта может располагаться в зоне высокой температуры. В частности, нагреватель нагревает технологический газ до температуры приблизительно 160-600 градусов Цельсия, предпочтительно до температуры приблизительно 200 градусов Цельсия. Следовательно, нагреватель нагревается до температуры приблизительно 220-1000 градусов Цельсия.
В другом варианте осуществления устройство дополнительно содержит блок для отделения продукта, в котором продукт отделяется от технологического газа. Блок для отделения продукта может представлять собой гравитационный блок для отделения продукта, в котором продукт падает под действием силы тяжести, а при этом поток технологического газа направлен в другом направлении, в частности, вверх. В блоке для отделения продукта скорость потока технологического газа может уменьшаться, в частности, за счет увеличения диаметра трубы или цилиндра в блоке для отделения продукта. Другие возможные блоки для отделения продукта, которые могут применяться в вариантах осуществления изобретения, включают циклонные блоки для отделения или сита.
Предпочтительно зона высокой температуры и зона снижения температуры расположены в замкнутом контуре, причем блок для отделения продукта расположен в положении ниже по потоку зоны снижения температуры, а впускной канал для продукта расположен в зоне высокой температуры. Это повышает эффективность использования энергии, поскольку остающееся тепло технологического газа используется повторно. Кроме того, может повторно использоваться и обеспечивающая расширение среда, содержащаяся в технологическом газе. Это, в частности, является выгодным, если обеспечивающая расширение среда содержит средства, которые значительно влияют на эксплуатационные расходы устройства, такие как аргон.
В одном варианте осуществления датчики температуры распределены по меньшей мере вдоль зоны снижения температуры. Датчики температуры предпочтительно выдают входной сигнал в виде температуры технологического газа в некоторых положениях в блок управления по меньшей мере одним клапаном по меньшей мере одного впускного канала для охлаждающей среды. Предпочтительно по меньшей мере один датчик температуры предусмотрен в нижнем по потоку конце зоны снижения температуры. Кроме того, датчики температуры могут располагаться перед впускными каналами для охлаждающей среды или после них. Сигналы всех датчиков температуры могут подаваться в один блок управления, который соответственно основывает управление на корреляции температур.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления в устройстве в соответствии с изобретением могут быть предусмотрены датчики давления. В частности, устройство может управляться таким образом, чтобы в зоне высокой температуры поддерживалось давление ниже давления окружающей среды для способствования расширению продукта. Предпочтительно блок управления предназначен для управления давлением таким образом, чтобы давление в зоне высокой температуры было ниже или по меньшей мере не значительно выше давления окружающей среды.
В одном варианте осуществления продукт транспортируется посредством потока технологического газа. В частности, продукт находится в виде небольших кусочков, при этом для транспортировки продукта технологический газ может прикладывать значительное усилие. Предпочтительно технологический газ протекает по трубе, в которую введен продукт, с достаточно высокой скоростью. В других вариантах осуществления продукт может транспортироваться дополнительным транспортировочным средством, таким как ленточный конвейер и т. п.
Кроме того, изобретение обеспечивает табачное изделие, содержащее табак, обработанный способом или устройством в соответствии с изобретением, как описано выше. В частности, табачное изделие представляет собой резаный заполняющий табак. Однако, табачное изделие может представлять собой целые или резаные листья табака или конечные изделия, такие как курительные изделия, в частности сигареты или сигары. Кроме того, табачное изделие может представлять собой содержащее табак изделие для курительного устройства, которое только нагревает, но не сжигает табак. В частности, табачное изделие отличается от изделий из расширенного табака в известном уровне техники тем, что имеет более высокий уровень расширения. Далее изобретение будет дополнительно объяснено на представленном в качестве примера варианте осуществления, показанном на прилагаемой фигуре.
На фиг. 1 показан схематический вид устройства в соответствии с изобретением.
Устройство в соответствии с вариантом осуществления изобретения, как показано на фиг. 1, содержит расположенную выше по потоку трубу 1, по которой протекают по меньшей мере части повторно используемого технологического газа. В расположенной выше по потоку трубе 1 находится впускной канал 2 для обеспечивающей расширение среды. Впускной канал 2 для обеспечивающей расширение среды содержит, в частности, управляемый клапан, предназначенный для регулирования количества вспрыскиваемой обеспечивающей расширение среды. Обеспечивающая расширение среда, в частности, заменяет или разбавляет технологический газ, повторно используемый в процессе. В частности, обеспечивающая расширение среда заменяет газ или воздух, который вносится в технологический газ табаком.
Расположенная выше по потоку труба 1 ведет в печь или теплообменник 3, в которых технологический газ может нагреваться. Печь или теплообменник 3 может содержать выпускной канал 4 для дымовых газов, предназначенный для отделения дымовых газов от технологического газа. Теплообменник 3 может использовать тепло повторно используемого технологического газа или хвостового газа для нагрева технологического газа.
Ниже по потоку теплообменника 3 может быть расположен нагреватель 5. При работе нагреватель 5 может иметь температуру приблизительно 220-1000 градусов Цельсия и может нагревать технологический газ до 160-600 градусов Цельсия, предпочтительно до 180 градусов Цельсия. Секция, расположенная ниже по потоку теплообменника 3 или нагревателя 5, - это зона 6 высокой температуры. Зона 6 высокой температуры проходит, в частности, между нагревательными средствами 3, 5 и впускными каналами 7 для охлаждающей среды. В частности, в зоне 6 высокой температуры находится впускной канал 8 для продукта. Впускной канал 8 для продукта расположен, по существу, выше по потоку в зоне высокой температуры. Конкретнее, впускной канал 8 для продукта расположен чуть ниже по потоку нагревателя 5 или теплообменника 3 в зоне 6 высокой температуры. Впускной канал 8 для продукта предназначен для непрерывной подачи регулируемого количества содержащего крахмал продукта за единицу времени в зону 6 высокой температуры. Этого можно добиться использованием вращающегося барабана в качестве дозатора во впускном канале 8 для продукта, при этом количество продукта может регулироваться. Когда продукт попадает в зону 6 высокой температуры, происходит усиленный термический удар, и продукт расширяется. Помимо табака, расширяться могут и другие содержащие крахмал продукты.
Продукт подвергается воздействию крайней температуры, но время этого воздействия ограничивается длиной зоны 6 высокой температуры и расходом технологического газа в ней. Высокий коэффициент теплопередачи в продукт достигается благодаря использованию перегретого технологического газа в качестве среды для теплопередачи, в частности, перегретого водяного пара. Табак, подаваемый впускным каналом 7 для продукта, представляет собой, в частности, резаный табак, который уже мог пройти предварительную обработку, например, путем применения casing, пропитки или пара. Тип, давление, температура и состав технологического газа могут регулироваться посредством впускного канала 2 для обеспечивающей расширение среды, выпускного канала 4 для дымовых газов и теплообменника 3 и нагревателя 5.
В частности, табак, подаваемый через впускной канал 8 для продукта, содержит по меньшей мере приблизительно 7-8 весовых процентов воды. Предпочтительнее желательная влажность табака составляет 13-30 весовых процентов. Влажность важна для расширения табака, поскольку основной причиной расширения крахмала в табаке является резкое образование пара в крахмале. Ниже по потоку зоны 6 высокой температуры расположены несколько впускных каналов 7 для охлаждающей среды, находящихся в зоне 9 снижения температуры. Впускные каналы 7 для охлаждающей среды расположены в зоне 9 снижения температуры последовательно. Впускные каналы 7 для охлаждающей среды содержат впрыскивающие сопла, выполненные непосредственно в трубе, образующей зону 9 снижения температуры, и клапаны-регуляторы 10 потока, регулирующие поток охлаждающей среды через каждый из впускных каналов 7 для охлаждающей среды. Впускные каналы 7 для охлаждающей среды предназначены для впрыскивания охлаждающей среды. Охлаждающая среда представляет собой, в частности, газ более низкой температуры, чем технологический газ в зоне 6 высокой температуры. Таким образом, в зоне 9 снижения температуры температура технологического газа и продукта снижается. Затем технологический газ и табак протекают в зону 11 пониженной температуры, расположенную ниже по потоку зоны 9 снижения температуры. Длительность воздействия на продукт высокотемпературной среды, обеспечиваемой технологическим газом, регулируется несколькими впускными каналами 7 для охлаждающей среды, в частности, в виде впрыскивающих сопел, и блоком управления, так что охлаждающая среда может вводиться в смесь технологического газа и частиц продукта, в частности частиц табака, для снижения их температуры. Таким образом, длительность воздействия высокой температуры можно легко устанавливать. Это позволяет повышать температуру в зоне 6 высокой температуры до уровней, невозможных в известном уровне техники, без использования расширяющих добавок. Таким образом, табак может подвергаться воздействию крайних температур, что способствует расширению табака.
В частности, зона 9 снижения температуры может быть образована трубой, расширяющая часть которой в направлении потока содержит по меньшей мере вертикальный компонент. В частности, труба в зоне 9 снижения температуры может проходить, по существу, в направлении вертикально вверх. Таким образом, из-за гравитационных сил, действующих на продукт, поток продукта может быть чуть медленнее, чем поток технологического газа, что продлевает время, в течение которого продукт находится в зоне 9 снижения температуры. Это может повысить охлаждающий эффект, обеспечиваемый впускными каналами 7 для охлаждающей среды блоком управления и зоной 9 снижения температуры. В частности, клапаны-регуляторы 10 потока управляются для впрыскивания охлаждающей среды. Для достижения требуемого охлаждающего эффекта впускные каналы 7 для охлаждающей среды могут располагаться в разных конфигурациях и положениях. В варианте осуществления в соответствии с изобретением впускные каналы 7 для охлаждающей среды расположены, по существу, равноотстоящими по трубе зоны 9 снижения температуры.
В варианте осуществления в соответствии с изобретением зона 11 пониженной температуры проходит, по существу, в горизонтальном направлении. Ниже по потоку зоны 11 пониженной температуры предусмотрен блок 12 для отделения продукта. Блок 12 для отделения продукта представляет собой, в частности, гравитационный блок отделения продукта. Блок 12 для отделения продукта может иметь в своей верхней части форму цилиндра и в своей нижней части форму конуса. В самом нижнем положении конуса предусмотрен выпускной канал 13 для продукта. Выпускной канал 13 для продукта может представлять собой либо отверстие, закрываемое отверстие, либо может содержать транспортировочные средства, такие как вращающиеся барабаны, для удаления обработанного продукта из блока 12 для отделения продукта. Блок 12 для отделения продукта в своей верхней части соединен с рециркуляционной трубой 14. Технологический газ в рециркуляционной трубе 14 имеет температуру приблизительно 140 градусов Цельсия. Поток технологического газа в системе с замкнутым контуром устройства обеспечивается насосом или вентилятором 15, предусмотренным в рециркуляционной трубе 14. На расположенном ниже по потоку конце рециркуляционной трубы 14 предусмотрен выпускной канал 16 для хвостового газа, предназначенный для удаления частей технологического газа до того, как другие части технологического газа протекают в расположенную выше по потоку трубу 1. Рециркуляционная труба 14 и расположенная выше по потоку труба 1 могут быть выполнены как одно целое. Выпускной канал 16 для хвостового газа может быть оснащен клапаном, предназначенным для регулирования вытекающего потока хвостового газа. По всему устройству, в частности, в зоне 6 высокой температуры, зоне 9 снижения температуры и в некоторых вариантах осуществления еще и в зоне 11 пониженной температуры могут находиться один или несколько датчиков температуры. Датчик температуры может обеспечить регулирование температуры технологического газа и табака. Кроме того, несколько датчиков температуры могут позволить регулировать профиль температуры по всему устройству и, в частности, в зоне 9 снижения температуры. В частности, температура в зоне 9 снижения температуры может определяться типом, температурой, объемом, расходом или размером капель охлаждающей среды.
В некоторых вариантах осуществления регулирование давления может быть реализовано в устройстве, содержащем датчики давления и, соответственно, управляющем вентилятором или насосом и соответствующими клапанами по всему устройству. Таким образом, может достигаться уравновешивание давления или регулирование давления. Кроме того, посредством регулирования скорости потока технологического газа можно регулировать длительность воздействия высокой температуры на продукт.
Все вышеупомянутые параметры регулирования определяют состояния продукта на выходе, в частности уровень расширения табака, представляющий собой процент увеличения объема табака, и уровень термического удара.
Далее приводится описание способа в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Вначале в технологический газ, который по меньшей мере частично может быть повторно используемым, через впускной канал для обеспечивающей расширение среды в расположенной выше по потоку трубе 1 могут добавить обеспечивающую расширение среду. Затем технологический газ нагревают посредством теплообменника 3, или нагревателя 5, или теплообменника 3 и нагревателя 5. В качестве нагревателя 5 могут, в частности, использовать электрический нагреватель. Однако, в других вариантах осуществления нагреватель 5 может также представлять собой нагреватель, через который протекает теплоноситель. Затем через впускной канал 8 для продукта в зону 9 высокой температуры подают продукт, в частности резаный заполняющий табак. Из-за влаги в продукте и содержания крахмала в продукте термическим ударом, происходящим при быстром изменении температуры продукта, продукт расширяют. В частности, продукт подают через впускной канал 8 для продукта при температуре, значительно меньшей температуры в зоне 6 высокой температуры. В частности, продукт подают через впускной канал 8 для продукта при температуре окружающей среды или даже при температуре, ниже температуры окружающей среды. Продукт могут также предварительно нагревать, в частности, до температуры, чуть ниже точки кипения воды.
Продукт транспортируют посредством технологического газа через зону 6 высокой температуры, пока он не достигнет зоны 9 снижения температуры, в которой предусмотрены несколько последовательных впускных каналов 7 для охлаждающей среды. Через каждый из впускных каналов 7 для охлаждающей среды охлаждающую среду впрыскивают в зону 9 снижения температуры, вследствие чего температура в зоне 9 снижения температуры быстро снижается. С этой целью в каждом из впускных каналов 7 для охлаждающей среды предусмотрены клапаны-регуляторы потока. После зоны 9 снижения температуры продукт достигает зоны 11 пониженной температуры, в которой температура технологического газа уже значительно снижена. Из-за наличия зоны 9 снижения температуры, в которой охлаждающая среда быстро охлаждает технологический газ и продукт, в зоне 6 высокой температуры продукт могут подвергать воздействию более высоких температур, чем в сравнимых известных технических решениях. В частности, термический удар определяется разницей температуры продукта до подачи через впускной канал 8 для продукта и его температуры в зоне 6 высокой температуры. Однако, если продукт будет подвергаться воздействию высоких температур слишком долго, он испортится, что может привести к изменению вкуса, структуры или внешнего вида продукта, что является нежелательным.
После зоны 11 пониженной температуры расширенный продукт достигает вместе с технологическим газом блока для отделения продукта, в котором он отделяется от технологического газа. Затем технологический газ возвращают по рециркуляционной трубе 14 в расположенную выше по потоку трубу 1, где части технологического газа могут выбрасывать из системы по выпускному каналу 16 для хвостового газа. В рециркуляционной трубе 14 предусмотрен вентилятор 15 для поддерживания циркуляции технологического газа в устройстве. Альтернативно, возможно также, что вентилятор 15 или любое иное средство циркуляции предусмотрен или предусмотрено в другом положении в устройстве. Средство циркуляции может быть подключенным к центральному блоку управления. Поток технологического газа, температура и впрыскивание охлаждающей среды могут управляться центральным блоком управления.