Kostutus tupakantuotannossa

Tupakalehdet ja paperi ovat erittäin hygroskooppisia materiaaleja – toisin sanoen ympäröivän ilman kosteuspitoisuus vaikuttaa niihin. Jos ympäröivän ilman kosteustaso on alhainen, materiaaleista imeytyy kosteutta, mikä kuivattaa ne ja heikentää niiden ominaisuuksia. Tämä voi johtaa monenlaisiin ongelmiin, kuten tupakan kutistumiseen ja putoamiseen savukkeista, sikarilehtien halkeiluun sekä paperin syöttöhäiriöihin koneissa, mikä aiheuttaa viivästyksiä tuotantolinjalla.

Sikarien ja savukkeiden valmistuksen jokainen vaihe vaatii hyvin tarkasti määriteltyjä kosteustasoja, jotta materiaalien kosteuspitoisuus pysyy vakaana ja tuotannon tehokkuus sekä tuotteiden laatu varmistetaan.

Alustava valmistus

Kun tupakka tuodaan tehtaalle paaleina ja avataan, se on erittäin kuivaa. Yksi alkuvaiheen prosesseista, jota usein kutsutaan pehmentämiseksi, käsittää tupakalehtien kuljettamisen suuren, höyryllä täytetyn pyörivän sylinterin läpi. Näiden alueiden kosteus on tyypillisesti erittäin korkea, 85–88 % RH (suhteellinen kosteus) lämpötilassa 30–32 °C, mikä johtuu prosessista ympäröivään ilmaan vuotavasta kosteudesta. Tämän prosessin aikana tupakan kosteuspitoisuus nousee noin 1–2 %:sta noin 24 %:iin painosta riippuen asiakkaan vaatimuksista.

Kun tupakka on pehmennetty, lehtien varret poistetaan. Tämän varrenpoisto- ja kuorintaprosessin aikana olosuhteiden tulisi olla noin 70–75 %RH ja 24–29 °C, jotta tupakka ei kuivu liikaa. Tupakka käy tämän jälkeen läpi lopullisen prosessinsa tässä tilassa, eli maustamisen ja kypsyttämisen, jossa sille lisätään maku. Useimmissa tuotantolaitoksissa tupakka poistuu ensivaiheen tilasta kosteuspitoisuuden ollessa 13–16 %. Tämä edellyttää ympäristön tasapainokosteuden olevan 60–68 % suhteellista kosteutta kosteuden menetyksen estämiseksi.

Koska prosessissa käytetään höyryä, ensivaiheen alueen kosteutta ei usein tarvitse ylläpitää kostutusjärjestelmillä, sillä prosessista vuotava höyry pitää ympäristön kosteuden sopivalla tasolla. Joissakin tehtaissa prosessit ovat kuitenkin niin tiiviitä, että höyryä ei vuoda prosessista lainkaan, minkä vuoksi tarvitaan kostutusjärjestelmiä vaadittujen olosuhteiden ylläpitämiseksi.

Tupakan varastointitilat

Näiden alkuvaiheiden jälkeen kostutettu tupakka kuljetetaan suuriin, yleensä avoimiin säiliöihin tai siiloihin, joissa sitä varastoidaan, kunnes valmistuskoneet sitä tarvitsevat. Joissakin pienemmissä tupakkatehtaissa ei ole siilovarastoja, vaan niissä käytetään ”Box”- tai ”Cut”-tupakkavarastoja.

Näiden tilojen kosteus on pidettävä 60–70 %:n suhteellisessa kosteudessa ja lämpötila 21–24 °C:ssa, koska niissä on suuria määriä tupakkaa, joka on alttiina ympäröivälle ilmalle. Jos kosteutta ei pidetä näillä tasapainotasoilla, tupakka alkaa kuivua.

Suodattimien tuotanto

Suodatintankojen tuotanto on yksi harvoista alueista, joilla ei ole todellista tarvetta kostutukselle, sillä suodattimissa käytetty materiaali ei ole erityisen kosteusherkkää. Jos kosteus kuitenkin laskee alle 50 %, voi muodostua staattisia varauksia. Tämä voi aiheuttaa suodattimien tarttumisen toisiinsa ja haitata niiden sujuvaa kulkua tuotantoalueelle. Tästä syystä on suositeltavaa pitää ilmankosteus yli 50 % suhteellisena kosteutena ja lämpötila noin 21 °C:ssa, sillä tämä poistaa staattisen sähkön kokonaan. Staattisia varauksia kertyy, kun ympäristön kosteus on alle 45 %, alueen lämpötilasta riippumatta.

Savukkeiden tuotantoalueet

Tämä on todennäköisesti tärkein alue ilmankosteuden hallinnan kannalta. Tupakka syötetään yleensä savukekoneeseen paineilmaa käyttävien kanavien kautta koneen yläpuolella olevaan syöttösuppiloon. Tupakka puristetaan savukkeen muotoisen muotin läpi ja kääritään sitten paperiin. Tupakan tässä prosessissa menettämä kosteusmäärä riippuu koneen nopeudesta sekä altistumisajasta ympäröivälle ilmalle ja paineilmalle, jota käytetään sen kuljettamiseen varastotilasta.

Myös savukkeen käärepaperi on pidettävä tasapainossa ympäristön kanssa, kun sitä varastoidaan rullalla. Jos sen kosteuspitoisuus muuttuu, myös paperirullan mitat muuttuvat sen paljaiden reunojen kohdalta. Tämä voi johtaa repeämiin, koneen syöttöhäiriöihin ja kalliisiin seisokkeihin, kun rullaa joudutaan syöttämään uudelleen.

Useimpien savukkeiden tuotantotilojen suhteellinen kosteus pidetään 65–68 %:ssa. Tämän tilan suhteellinen kosteus on kriittinen tekijä, sillä se ylläpitää tupakan tasapainokosteuden noin 13–16 painoprosentissa, tarkka kosteuspitoisuus riippuen tuotteesta ja sekoituksesta. Jos kosteus laskee alle noin 60 %:n, tupakka alkaa menettää kosteutta ja kuivua. Pahimmissa tapauksissa tämä voi aiheuttaa sen, että tupakka putoaa savukkeesta, kun sitä pidetään ylösalaisin. Jos kosteus ylittää 70 %, ylimääräinen kosteus voi aiheuttaa tahroja paperiin, mikä on loppuasiakkaan kannalta hyväksyttävää. Siksi kosteuden ylläpitäminen tuotantotiloissa tasolla 65 %RH ±5 % on kriittistä tuotannon ja tuotteen laadun kannalta.

Savukkeen valmistuksen aikana ja suodattimen asettamisen jälkeen suodattimeen saatetaan laserilla polttaa pieniä reikiä, joiden kautta ilmaa pääsee virtaamaan savuun savukkeen polttamisominaisuuksien säätelemiseksi. Laserleikkausprosessin aikana kosteus on pidettävä noin 55 %RH:ssa, jotta suodattimen imuaukot eivät tukkeudu. Joskus on tarpeen kuivata koneen tätä osaa, jotta saavutetaan tämä 55 %RH:n taso. Tämä voidaan helposti toteuttaa käyttämällä pieniä adsorptiokuivaimia, jotka on asennettu valmistuskoneen viereen, ja johtamalla ”kuivaa” ilmaa laserleikkausosastoon.

Kun savuke on valmis, se siirretään syöttöjärjestelmään. Täältä se kulkee jompaankumpaan kahdesta reitistä koneen tyypistä riippuen. Vanhemmat koneet, joihin ei ole suoraan liitetty pakkauskonetta, siirtävät savukkeet lajittelijaan ja sijoittavat ne sitten alustoihin, joihin mahtuu noin 10 000 savuketta kuhunkin. Nämä kuljetetaan sitten vaunuilla tuotantoalueen toiseen osaan, jossa ne pakataan kartonkeihin. Useimmissa nykyaikaisissa koneissa on sisäänrakennettu pakkausosa, joka ottaa tuotteen suoraan valmistuskoneelta ja pakkaa ne 20 kappaleen nippuihin ja sitten 200 kappaleen kartonkeihin.

Pakkauskoneeseen voi olla kytketty varastointi-/puskurijärjestelmä, johon mahtuu kerralla useita tuhansia savukkeita. Puskuriin siirretään tuotantoa valmistimelta, jos valmistus on pakkaamista nopeampaa, ja päinvastoin se pitää pakkauslinjan tuotannossa, jos valmistimen toiminta on hitaampaa. Suhteellisen kosteuden ylläpitäminen 60–70 %:n tasolla varastointijärjestelmän sisällä ja sen ympäristössä on jälleen kriittisen tärkeää. Savukkeita voidaan varastoida puskurissa useita tunteja, ja altistuminen ympäristön olosuhteille muuttaisi niiden tasapainokosteutta, ellei suhteellista kosteutta pidetä nimellisarvossa 65 %.

Kosteustason ylläpitäminen tuotantoalueella seisokkien, viikonloppujen, ruokailutaukojen jne. aikana mahdollistaa tuotteiden jättämisen koneelle ilman kosteuden, painon tai laadun menetystä. Tämä tarjoaa sen edun, että tuotteita on saatavilla välittömästi ilman, että tuotannon käynnistyessä joudutaan odottamaan, että valmistuskone tuottaa uutta tuotantoerää.

On vielä yksi alue, jota toisinaan kostutetaan: hajotushuone. Siellä virheellisesti valmistetut savukkeet ja tuotantojäte hajotetaan, tupakka otetaan talteen ja paperi sekä suodatin lähetetään jätteeksi. Minkä tahansa kosteuden menetyksen seurauksena tupakan talteenotto heikkenee, joten myös näiden tilojen kosteus pidetään yleensä noin 65 %:n suhteellisessa kosteudessa 21 ºC:n lämpötilassa.

Jotta kosteutta voidaan hallita tehokkaasti kaikissa tuotanto- ja varastotiloissa, on elintärkeää ylläpitää lämpötilaa lämmitys-, ilmanvaihto- ja ilmastointijärjestelmien avulla. Nämä järjestelmät voivat tuoda tuotantohalliin suuria määriä raitista ilmaa riippuen siitä, miten ne on asennettu. Lisäksi useimmissa savukkeiden valmistuskoneissa on pölynpoistojärjestelmät, jotka perustuvat imuimurointiin. Tämä imu on kompensoitava ilmankäsittelylaitteistolla, mikä johtaa myös suuriin määriin raitista ilmaa tuotantotilaan.

Kun näitä suuria ilmamääriä johdetaan tiloihin jatkuvasti, lisättävän kosteuden määrä voi olla erittäin suuri, joten kostutusjärjestelmien suunnittelussa on noudatettava suurta huolellisuutta. Usein unohdetaan, että talvella, kun kylmää ja kosteaa ilmaa imetään rakennukseen ulkoa ja lämmitetään, ilman suhteellinen kosteus laskee. Esimerkiksi talvella rakennukseen 0 ºC:n lämpötilassa ja 80 %:n suhteellisella kosteudella tuleva ilma antaa lämmitettynä 21 ºC:een suhteellisen kosteuden, joka on noin 24 %. Koska tupakan kosteuspitoisuuden ylläpitämiseksi vaaditaan 65 %:n suhteellista kosteutta, mikä tahansa 24 %:n suhteellisella kosteudella tuotu ilma johtaisi tupakan kosteuden menetykseen ilman asianmukaista kostutusta.

Kosteuden säätö

Ilmankostuttimia on ollut olemassa jo useita vuosia eri muodoissa ja malleina. Ne nostavat kosteutta joko vapauttamalla kylmää vettä tai höyryä ilmaan. Suurissa teollisissa sovelluksissa, kuten savukkeiden tuotannossa, veden lämmittäminen höyryn tuottamiseksi olisi liian kallista, joten kylmävesikostuttimet ovat alan standardi.

Yleisin kylmävesikostuttimen tyyppi on sumutusjärjestelmä. Niitä on saatavilla monenlaisina malleina, kuten ilma- ja vesisumutussuuttimina sekä korkeapainejärjestelminä.

Tupakkateollisuudessa yleisimmin käytettyjä ovat ilma- ja vesisumuttimet, kuten JetSpray, joissa suuttimien avulla yhdistetään paineilmaa ja vettä erittäin hienon sumun tuottamiseksi. Tämä sumu haihtuu nopeasti ja nostaa kosteuden halutulle tasolle. Suuttimet on sijoitettu strategisesti tuotantolaitoksen kattoalueelle, jotta kosteus jakautuu oikein ja samalla vältetään olemassa olevat laitteet, kuten valaistus, ilmastointi tai ilmakanavat.

Suutinpohjaiset ilmankostuttimet pystyvät käsittelemään erittäin suuria kapasiteetteja, tarjoavat tarkan säädön ja, kuten JetSpray-ilmankostuttimen tapauksessa, huoltotarve on minimaalinen tukoksia estävän itsepuhdistusmekanismin ansiosta. Asianmukaisella vuosihuollolla tämäntyyppinen järjestelmä voi toimia vuosia häiriöittä, mikä on välttämätöntä kiireisessä työympäristössä. Suutin on suunniteltu tarkasti takaamaan oikea sumutus ilman tippumisriskiä. Järjestelmiä on saatavana kapasiteeteilla jopa 600 litraa tunnissa.

Nämä ominaisuudet tekevät tämän tyyppisestä järjestelmästä ihanteellisen teollisiin sovelluksiin. Vaikka monet sumutussuutinjärjestelmät toimivat suoraan juomavesiverkostosta, kaikissa kylmävesikostuttimissa tulisi käyttää vikasietoisia UV-sterilointia tai hopeaioniannostelua sekä säännöllisiä automaattisia vedenhuuhtelusyklejä puhtauden varmistamiseksi.

Järjestelmässä voidaan käyttää mitä tahansa veden laatua. Jos haihtuvasta vedestä jäävä mineraalipöly on ongelma – mikä on harvinaista useimmilla tuotantoalueilla – se voidaan poistaa käyttämällä käänteisosmoosivedenpuhdistusjärjestelmästä saatavaa demineralisoitua vettä. Toisaalta ilmankostutusjärjestelmällä on myös se lisäetu, että se hillitsee ilmassa jo olevaa pölyä ja tuottaa viilentävän vaikutuksen, mikä tekee työympäristöstä miellyttävämmän henkilöstölle.

Tuotantolaitoksen sijainnista maailmassa riippuen kosteuden säätelyn tarve vaihtelee vuodenaikojen ilmastomuutosten mukaan. Viileämmillä alueilla sisätilojen lämmitys vaikuttaa suuresti tarvittavan kosteuden määrään, joten talvikaudella kosteuden tarve on suurin.

Laatu ja tuottavuus

Tehtaan sijainnista riippumatta kosteuden säätely on aina välttämätöntä. Ilman sitä tuotanto on vähemmän tehokasta ja tuotteiden laatu kärsii. Sen varmistaminen, että tupakka ja paperi säilyttävät optimaaliset ominaisuutensa siitä hetkestä, kun ne saapuvat tehtaalle, siihen asti, kun savukkeet suljetaan suojapakkauksiinsa, on monimutkainen mutta aina kannattava laskelma.

Condair on tarjonnut kostutusratkaisuja tupakkateollisuudelle jo yli 30 vuoden ajan, ja sen asiakkaita ovat muun muassa BAT, Alfred Dunhill, Imperial Tobacco, Rothmans International, Gallagher ja Altadis Seita. Yritys tarjoaa kattavan palvelun, joka sisältää neuvontaa, suunnittelua, toimitusta, asennusta ja huoltoa.