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叶丝 x d 在线膨胀技术应用研究 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭等 违反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿意承担由此产生的一切法律责任 和法律后果，特此郑重声明。 学位敝作者( 签名) 积大游 口，；年r 月沙同沙口彦年5 月wf = | 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 摘要 叶丝h x d 气流干燥在线膨胀设备是国内2 o o3 年初从英国 d i c k s o n l e g g 公司引进的制丝加工设备，由于新引进的制丝在线膨胀技术 同传统的制丝方式存在着较大的差异，造成相关卷烟厂在使用新的设备 时，无论是产品质量稳定还是设备有效作业率的提高方面都存在较多的问 题，同时由于h x d 膨胀系统运行参数多且可调范围极大，因此系统参数变 化无论对卷烟的加工质量还是感官质量变化都影响极大。 为了充分了解该设备的运行规律，最大限度发挥其作用，为国内卷烟 厂对不同牌号卷烟制订相应的工作参数提供技术依据，项目组重点对a 、b 、 c 卷烟厂引进的叶丝h x d 一3 l 、5 l 在线膨胀设备进行了系统全面研究，重点 对h x d 运行参数对设备运行状态、叶丝加工质量、感官质量等影响卷烟品 质的相关参数进行了系统分析研究，并对不同烟厂试验数据及趋势进行了 对比分析，结果显示：尽管不同厂家的h x d 在生产能力及控制模式上差异 较大，但是试验结果的规律性对不同烟厂的产品具有相似性。在逐多影响 h x d 加工质量的单因素中，按照影响卷烟内在及加工质量大小程度总结出 了主要影响因素和次要影响因素。主要影响因素有r c c 物料含水率、工作 风温及蒸汽喷射量；次要影响因素有r c c 物料温度、物料流量、工艺气流 量及h x d 环境工作压力等。同时项目重点揭示了单因素变化对系统的工作 参数、卷烟加工及感官质量变化的主要规律。 关键词：h x d ，叶丝，运行参数，加工质量，感官质量 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 a b s t r a c t t h eh i g he x p a n s i o nd r y e r ( h x d ) f o rc u tt o b a c c ow a si m p o r t e d 仔o me n g l i s h d i c k s o n l e g gc o o r a t i o na tt h eb e g i n n i n go f2 0 0 3 b e c a u s et h e r ew e r em u c h d i f 五：r e n c eb e t w e e nt h en e wi n l p o n e dt e c h n o l o g yo fh x da n dt h et r a d i t i o n a l m a n n e r w h e nt h et h en e we q u i p m e mw a su s e db yt h er e l a t e dc i g a r e t t ef a c t o r i e s ， w h e t h e rt h ep r o d u c tq u a l i t ys t a b i l i t yo re q u i p m e n te f 免c t i v ew o r kr a t ee n h a n c e h a v em a n yp r o b l e m s ，m e a n w h i l eo w i n gt ot h eh x de x p a n s i o ns y s t e mh a s m a n y 、v o r k i n gp a r 锄e t e r sa n dl a r g ea d j u s t a b l e1 i m i t ，t h ec h a n g eo fs y s t e m p a m m e t e r sh a sh u g ei n n u e n c ew h e m e rt op r o c e s s i n gq u a l i t yo fc i g a r e t t e so rt o s m o k i n gq u a l i t y i no r d e rt ou n d e r s t a n dt h em l eo fo p e r a t i n gm e e q u i p m e n ta n dm a k ef u l l u s eo f i t ， p r o v i d et e c h n i q u e b a s i st od e t e r m i n e c o r r e s p o n d i n gm 姗i n g p a r a m e t e rf o rd i f f b r e n tb r a n di nd o m e s t i cc i g a r e t t ef a c t o r i e s ，t h eh x d 一3 l 、5 l i m p o r t e d 甘o mc i g a r e t t ef a c t o r i e si n l o n g y a n ，c h a n g d ea n dx i a m e nw a s r e s e a r c h e d s y s t e m l y ， s o m ep a r a m e t e r sw h i c hc a ni n f l u e n c et h e c i g a r e t t e s q u a l i t y ，s u c ha st h ee q u i p m e n tr u r l i n gs t a t e ，c u tt o b a c c om a c h i n i n gq u a l i t ya n d i n h e r e mq u a l i t ya n ds oo n ，w e r es t u d i e da n dt h ee x a m i n a t i o nd a t aa n dt r e n di n d i f f b r e n tf a c t o r i e sw e r ea l s o c o m p a r e da n da n a l y s e di nt h e p a p e r i t i s d e m o n s t r a t e dt h a ta i t h o u 曲h x ds h o w sm a l l yd i f f e r e n c ei nt h e t h r o u g h p u ta n d t h ec o m r o l i n gm o d ef b md i f b r e mf a c t o r i e s ，t h es i m i l a rr u l ew a sc o n c l u d e d a c c o r d i n gt ot h ee f 琵c tt oc i g a r e t t ea n di t sm a c h i n i n g ，t h ep r i m a r yf a c t o ra n d t h el e s s e ro n ew e r eb o t hc o n c l u d e di na l l s i n g l ef a c t o r sw h i c ha f f e c th x d ，s 6 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 m a c h i n i n gq u a l i t y t h ep r i m a r yf k t o r sa r er c cm a t e r i a la q u i f e r o u sr a t e ，t h e w o r k i n ga i rt e m p e r a t u r ea i l dt h eq u a n t i t yo fs t e 锄；a n dt h el e s s e rf a c t o r s a r e r c cm a t e r i a lt e m p e r a t u r e ，t h em a t e r i a ln u x ，t e c h n 0 1 0 9 ys t e 锄n u xa n dt h e m i n u sp r e s s u r eo ff e e d - i nm a t e r i a l m e a n w h i l et h em l eo ft h eo p e r a t i o n a l p a r a m e t e rv a r i a t i o n ，t h ec i g a r e t t ep r o c e s s i n gv a r i a t i o n ，a n dt h ei n t r i n s i cm a s s v a r i a t i o nw e r eo p e n e do mw h e n 廿l es i n g l ef a c t o rc h a n g e d k e yw o r d s ：h x d ，c u tt o b a c c o ，0 p e r a t i n gp a r a m e t e r s ，m a n u f a c t u r i n gq u a l i t y ， s e n s o r yq u a l i t y 7 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 第一章绪论 干燥技术在工农业备方面都有广泛的应用“1 。物料干燥的方法主要有机械干燥、 物理化学干燥和加热干燥三种，烟草工业广泛采用的是加热干燥”3 。根据热能传递方式 的不同，烟草的加热干燥可分为传导干燥、对流干燥、辐射干燥以及几种干燥方式并 存的混合干燥，而以对流干燥的应用较为普遍。在对流干燥过程中，热空气是常用的 干燥介质，它既是热载体，又是湿载体。在烟草加工过程中，根据干燥的对象不同， 干燥的目的和要求也有所不同”1 ，有的是用来脱除过多的水分以便于加工和贮存；有的 是为了改善其物理性能；有的是为了改善和提高其感官质量。 1 1 干燥技术的新发展 1 1 1 新的膨胀介质的开发与应用 随着氟里昂膨胀烟丝技术的逐渐淘汰，寻找新的膨胀介质来取代氟里昂是烟丝膨 胀工艺的一个重要任务，国内外烟草工作者通过大量研究，寻找出了一些有效的膨胀 介质，并取得了良好的效果。 英国帝国烟草公司开发出了t m p e x 系统，该系统采用一种新的膨胀剂一已戍烷代 替氟里昂膨胀烟丝“1 。其工艺过程为：将烟丝定量后装入处理器，密封后对处理器进 行抽空以排出空气。向处理器中喷入异戊烷蒸汽，使异戊烷深入到烟丝细胞中。 浸渍约3 0 分钟后将异戊烷蒸汽排出并冷凝回收，向处理器中喷入低压水蒸气，使烟草 膨胀。排出冷凝物和溶剂，对烟草进行真空干燥至需要水分。这种方法可以使烟草 的填充值提高9o ，且造碎小，烟丝产率可达98 以上。同时由于异戊烷的沸点接近 于环境温度，整个处理过程在低压低温下进行，不会对烟丝的吸味产生较大影响，烟 丝的色泽基本不变。 两烷 图1t m p e x 烟丝膨胀系统 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 美国雷诺烟草公司使用一种新的烟丝膨胀剂1 ，1 ，1 ，2 一四氟己烷来膨胀烟丝”1 ( 见 图2 ) 。1 ，1 ，l ，2 一四氟己烷在室温下是一种无色无味的气体，沸点26 2 ，冰点一9 6 6 。尽管其沸点和冰点都很低，但在5 一8 ，最好在l0 5 0 之间能在短时间内 浸渍到烟草内部，分离后能在烟草中保留3 左右残留量。其处理工艺为：将烟丝装 入浸渍器，用气态1 ，1 ，1 ，2 一四氟已烷浸渍，时间为l5 分钟，压力为1o 3 2o 7 m p a ， 温度为1 0 2 在这种条件下1 ，1 ，l ，2 一四氟已烷处于超临界状态。释放1 ，1 ，1 ，2 一四氟 已烷，分离出浸渍后的烟丝。分离的温度控制在1 0 ，在这种温度下，烟丝处于一种 较为柔软的状态，1 ，1 ，1 ，2 一四氟已烷在烟丝中的残留量为o 7 一2 o 左右。浸渍后 的烟丝在加热区迅速加热挥发掉残留而1 ，l ，1 ，2 四氟已烷使烟丝得以膨胀。膨胀温度 在1 6 0 一2 50 之问。据报道这种方法可以使烟丝的填充能力增加约5 0 左右。需要 特别指出的是在这种温度和压力下，l ，1 ，l ，2 一四氟已烷不会对烟丝产生抽提作用，因 此能很好的减少烟草中香味物质的损失。 图2 四氟己烷烟丝膨胀设备 美国s c w 公司发明了一种低成本的烟草膨胀工艺 6 ( 见图3 ) 。其膨胀介质为碳氢 化合物和乙醇的混合物。其处理过程为：在烟丝中加入湿润剂( 包括甘油、乙二醇、 丙稀等) ，使烟丝水分达到2 4 左右后正常切丝。将烟丝放入一密闭罐中并抽真空至 1 33 10 3 p a ，在真空作用下烟丝中的一部分水分散失掉。在罐中加入乙醇，使罐中 压力上升但不能超过9 3 3 10 3 p a 以防止水醇共沸物的形成，乙醇的加入是为了增加 碳氢化合物的溶解性。将乙醇从罐中分离，加入脂肪族碳氢化合物，直至罐中的压 力等于大气压。保持一定时间以便让碳氢化合物分散到烟丝的组织细胞中。分离出 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 碳氢化合物，将浸渍后的烟丝加热到5 4 4 6o o ，使烟丝膨胀。这种方法可以使烟 丝的体积增加1 6 1 7 倍，并且清洁无污染，膨胀剂的使用量小，能够保持烟丝的吸 食品质。 门 图3s w g 公司烟草膨胀设备 r j 雷诺烟草公司于1 9 9 1 年发表专利用六氟化硫膨胀烟丝”1 。六氟化硫在常温 下是一种无色无味无毒的气体，常压下的汽化温度为一6 4 ，尽管沸点很低，但在一2o 一20 时短时浸渍，可阻在烟丝中产生o 5 一2o 的残留。六氟化硫的三相点高于 大气压，但浸渍后的烟丝在一2 0 仍然具有很好的柔韧性，不会产生块状烟丝，从而省 去了后续加工中的松散工序，大大减少了烟丝的造碎。这种膨胀方法的工艺是先将烟 丝用液态的六氟化硫在其处理方法是先将烟丝用液态六氟化硫在2 4 l 17 2 4 m p a 压力 下浸渍，温度为1o ，时间为lo 分钟。待六氟化硫浸渍到烟丝内部后在温度一25 一2o 之间将烟丝分离出来，这时的烟丝中含有1 一10 的六氟化硫，然后将其快速加热挥 发掉六氟化硫，加热温度控制在9 0 一2 5 0 之间，这种方法可以使烟丝的填充值增加 5 0 左右。这种膨胀烟丝的方法呆用较低的温度，不会因热作用影响烟丝的吸味和风味。 另外在这种温度和压力下六氟化硫对烟丝的抽提作用较弱，也能在一定程度上减少烟 丝的香味损失。同时专利中还使用了微波作为热源来挥发六氟化硫，据介绍，由于水 和六氟化硫在挥发时具有冷却效应，因此可以使烟丝的温度维持在10 0 以下。 非利浦莫尔斯公司还用柠檬酸钙膨胀烟丝”1 ，其方法是先将柠檬酸和碳酸钙溶 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 液混合，调节其p h 值为3 4 3 8 形成柠檬酸钙溶液。用柠檬酸钙溶液浸渍烟丝使烟 丝中的柠檬酸钙含量为1 一3 。然后用25 0 一3 7 0 的热风干燥，时间为o 3 4 s 钟。 这种方法可使烟丝膨胀l0 一2 5 。 1 1 2 烟丝膨胀设备的新进展 烟草工作者在寻找新的清洁无污染、膨胀效率高的膨胀剂来取代氟里昂的同时， 也从设备上着手，研究新的膨胀设备，国内外都出现了一些新的在线设备，其中以气 流烘丝机最具有代表性。 英国l e g g d i k i n s o n 公司研制了一套新型的在线全配方在线膨胀设备一h i g h e x p a n s i o nd r y e r ( h x d ) 烟丝在线膨胀系统”3 ( 见图4 ) 。该系统由再循环加湿滚筒、热 风系统、进料系统、膨胀管道、分离塔和尾气循环系统组成。其处理过程为：烟丝经 再循环滚筒获得较高的温度和湿度，然后经文丘里管由热气流喷射进入膨胀管道，使 烟丝膨胀，高速气流将烟丝带入旋风分离塔分离，烟丝由分离塔的下口经气锁出料， 湿热蒸汽由上口排出，经除湿后进入循环系统，加热后再次利用以减少热量损失。用 该系统膨胀烟丝可以使烟丝的填充值提高2 0 一25 ，并且不会对烟丝的内在品质产生 较大影响。概括起来该系统具有以下特点：膨胀率高，可以通过控制膨胀率以匹配 已有配方；具有良好的水分控制能力，减少干头、干尾烟丝量，不合格烟丝少； 干燥膨胀在低氧环境内进行，能够减少物料化学变化，降低物料内有益成分的损失， 从而保护烟丝固有的香气；可以实现系统的全自动控制，保证烟丝的质量的稳定和 设备的可靠性；具有完善的清洁系统，降低了劳动强度。 菲利普莫尔斯烟草公司于1 9 9 6 年发表专利介绍了一种热气流膨胀设备，称为 热气流膨胀塔“( 见图5 ) 。系统包括气塔、z 型管道、喂料器和分离塔。该系统的最大 特点就是所有的管道和连接处均采用圆角化设计和低压气流以最大限度的减少膨胀过 程中的造碎，同时采用扁椭圆型管道以有效的分散烟丝，使烟丝膨胀更迅速、彻底。 工作原理是烟丝在湿热蒸汽的作用下通过转鼓喂料器进入文丘里管，经压缩喷射后进 入z 型椭圆管道内释压膨胀，最后由分离塔分离出膨胀烟丝。该发明中用到的气体是 温度为3 43 3 7 1 的7 5 一8 5 的湿蒸汽及15 一25 的氮气的混合气体。 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 旌m 分离器 烟丝箱 温度表温度信感器 图4h x d 烟丝膨胀设备 塔气 图5 菲利普莫尔斯烟草公司热气流烟丝膨胀设备 2 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 h a u n i 公司也发明了一种热蒸汽干燥机一h d t 膨胀设备“( 见图6 ) 。主要由h t 润 叶机、喂料器、加热器和旋风分离器组成，其工作原理与h x d 相似。该系统可以实现 金配方在线膨胀，膨胀后的填充值可以提高2 0 一2 5 。据该公司资料报道，h x d 膨胀 系统具有干燥时间短、调节迅速、启动和停机阶段废烟量少等特点。 图6h a u n i 公司热气流烟丝膨胀设备 常州智思机械制造有限公司也生产了一套气流烘丝机称为s h 93 烟丝 高速设备”，这种全配方烟丝在线膨胀设备具有以下工艺特点：膨胀和 干燥过程不超过8 s ，任一时刻在干燥机内的烟丝总量只相当于烘丝机内的 2 左右，所以干头干尾很少，烟丝蓬松，改善了烟丝配方的均匀性和稳 定性，提高卷烟机的工作效率；膨胀和干燥过程在几乎无氧的20 0 3 0 0 的过热蒸汽中进行，不会因氧化而改变烟丝的颜色；膨胀效果好，提 高了烟丝的品质，烟丝膨胀率可以达2o 以上。占烟丝总量8o 的叶丝， 当其膨胀率增加6 时，就相当于加入了10 的膨胀烟丝，所以适当控制 烟丝的膨胀率，完全不必再添加干冰膨胀烟丝；卧式结构，适合老线技 术改造，能与老线设备进行灵活匹配。 此外还有雷诺烟草公司c 型管道干燥设备 ( 见图7 ) 。 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 1 1 3 微波及高频波膨胀技术 随着二战后微波在各个领域的应用1 ，特别是在食品和化工领域的应用“”为 其应用于烟草行业“”奠定了很好的基础。 口 图7 雷诺烟草公司c 型管道烟丝膨胀设备 由郑州烟草研究院和徐州众凯机电设备制造有限公司研制的烟丝微波干燥设备 已在开封卷烟厂试运行( 见图8 ) 。其膨胀过程是：切后烟丝经h t 增温增湿，使h t 出口烟丝水分达到2 4 左右，温度达到8 0 左右；烟丝经气锁进入一级微波器，辐 射升温。然后经气锁出料进入二级微波器，进一步辐射升温；加热后的烟丝随大量 蒸汽一起经气锁进入真空排潮机，在真空作用下，湿气被抽走，使烟丝达到合格的水 分。该设备一改常规的隧道方式，将微波技术同真空技术结合起来，使烟丝在失水的 同时，其内部的蒸汽分压仍大于外部的蒸汽分压，有效的防止烟丝在干燥时的热收缩 效应。从大量试验结果来看，该设备具有下列优点：可以实现烟丝的金配方在线膨 胀；可以使烟丝的填充值达到5 0 c m 3 g 以上，膨胀效果明显；可以有效的降低卷 烟的刺激性和杂气，使烟气醇和。从卷烟的测试结果来看，单支重下降5 6 ，焦油下 降10 8 ，烟气烟碱下降1 4 8 ，降焦和降耗效果都很明显。从运行成本来看，该设 备的运行成本为o 0 6 5 元公斤烟丝，薄板烘丝机的运行成本为o 0 5 元公斤烟丝，h x d 的运行成本为o 2 元公斤烟丝。运行成本略高于薄板烘丝机，但膨胀效果比薄板烘丝 机高l0 左右，远远低于h x d ，但膨胀效果与h x d 相近。综合分析考虑，微波膨胀是 烟丝在线膨胀的一种理想方法。 雷诺烟草公司发明了用微波膨胀烟丝的新工艺“”( 见图9 ) ：将含水率l o 的烟丝 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 用挥发性有机溶剂浸渍，然后微波辐射挥发掉膨胀剂，使烟丝得以膨胀。其用到的微 波频率为2 4 5o m h z ，功率为2 k w ，辐射时间为6 0 s 。由于微波有很强的穿透能力，能使 烟丝内外同时加热，并且加热速度快，所以能在较短时间内使烟丝中的膨胀剂挥发， 烟丝得到膨胀。 真 微波器 图8 烟丝微波膨胀设备 菲利浦莫尔斯烟草公司也发明了一种用微波膨胀烟丝的方法“，这种方法是用 水作膨胀介质。其处理方法是：将烟丝用水浸渍( 最好水中含有o 1o m 0 1 0 7 m o l 的氯化钠) ，使烟丝水分达20 左右。用饱和蒸汽将烟丝预热到75 10 5 ，使其 在进入微波辐射区前有较高的温度。预热后的烟丝被传送带送入微波辐射区，通过 微波辐射区的时间为3 9s ，微波功率为2 0 2 5 k w 。这种膨胀方法可使烟丝膨胀2 5 左右并且较好的保留了烟草的吸味。 儒透帚 图9 雷诺公司烟丝微波膨胀设备 辽宁电子设备厂高频真空梗丝膨胀设备，其原理是在一定压力下采用高频电源将 梗丝加热到一定温度，然后急速降压，使梗丝得以膨胀。该方法的特点是热效率高， 节约能源，设备体积小。 英国c a r r e r asr o t h m a n s 公司发明了一种高频电场膨胀烟丝的方法，德国0 s k a r 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 s t u h l 公司用一套与连续化烟草膨胀线相配套使用的微波设备以除去烟草膨胀后残留 于其中的膨胀剂，避免烟草膨胀后长时间的贮藏。 1 2 课题的背景和研究内容 叶丝h x d 气流干燥在线膨胀设备是国内从2 o o3 年初从英国d i c ks o n l e g g 公司引 进的制丝加工设备，同传统的制叶丝设备无论从加工原理及设备结构上都有很大差别。 在项目实施初期，国内计划从英国d i c k s o n l e g g 公司进口7 套叶丝h x d 气流干燥设备， 同时秦皇岛烟机厂国产消化吸收3 条h x d 气流干燥设备。a 、b 、c 卷烟厂是实际最早采 用叶丝h x d 气流干燥在线膨胀技术的厂家。由于新引进的制丝在线膨胀技术同传统的 制丝方式存在着较大的差异，造成相关烟厂在使用新的设备时，无论是产品质量稳定 性还是设备有效作业率都存在较多的问题，同时由于h x d 膨胀系统运行参数多且可调 范围大，因此系统参数变化无论对卷烟的加工质量还是感官质量变化影响极大。为了 充分了解该设备的运行规律，最大限度发挥其作用，为国内卷烟厂对不同牌号卷烟制 订相应的工作参数提供技术依据，项目组根据制丝集成推广项目的要求，对a 、b 及c 烟厂引进的叶丝h x d 一3 l 、5 l 在线膨胀设备进行了系统全面研究，重点对h x d 运行参数 与对设备运行状态，叶丝加工质量、感官质量等影响叶丝在线膨胀卷烟品质的相关参 数进行了系统分析研究，以及不同烟厂试验数据及趋势进行了对比分析。具体研究内 容如下： 1 、单因素( r c c 物料含水率、工作风温、蒸汽喷射量、r c c 物料温度、物料流量、 工艺气流量、工作压力) 变化对卷烟加工质量和感官质量的影响； 2 、按照影响卷烟加工质量及感官质量程度的大小，找出主要影响因素和次要影响 因素； 3 、研究单因素变化对系统的工作参数、卷烟加工及感官质量变化的规律。 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 第二章实验部分 2 1 试验材料 i i 类q 牌号、i i i 类h 牌号、i v 类x 牌号卷烟的配方叶丝、配方烟丝。 2 2h x d 气流干燥设备工作原理 h x d 工作原理图见1 。经滚筒式润叶机预膨胀并进行加温加湿的叶丝经振槽输送后， 进入膨胀干燥管道，使叶丝在较短时问( 5 10 s ) 内快速脱水膨胀，叶丝经旋风分离 器分离，由气锁出料，大部分热气流加热后再次循环利用，以减少热量损失。 正常工作状态下，控制系统以旋风分离器出口温度为参考值，自动调节系统中的 喷水量并对工作段气流初始温度进行小范围修正；可通过调节燃烧炉内烟气温度对加 热后的气流温度进行大范围调节，但反应较慢。经燃油炉加热后的气流温度与设定值 偏离越小，系统达到稳定所需要的时间就越短；如果燃烧炉加热后的气流温度高于设 定值3 0 ，系统会自动停止进料。 图2 1 h ) ( d 工作原理 2 3 试验仪器 d d 60 型填充值测试仪( 德国b o r w a l t 公司) 、c j 3 0 1 型烟丝振动分选筛( 郑州烟草 研究院) 、s u p e r 一9 卷烟机( 英国m o l i n es 公司) 、q t m 0 83 5 u 7 型卷烟综合测试台( 英国 斯茹林公司) 、双圈牌m p 4 0 0 0 电子天平( 上海第二天平仪器厂，称量范围：0 4 0 0 0 9 ， 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 称量精度0 1 9 ) 以及红外含水率测试仪、秒表、恒温恒湿箱、烘箱等。 2 4 试验方案 2 4 1 取样点确定 2 4 2 检测内容 取样点 取样点 取样点 取样点 取样点2 #取样点3 # 图2 2 检测点位置 # ：含水率、填充值、 # ：含水率、温度 # ：含水率、温度、填 # ：卷制质量( 单支重 叶丝结构 充值、叶丝结构、评吸样： 、跑条整丝率及填充值) 、感官质量。 2 4 3 取样方法与取样数量 ( 1 ) 取样时应统一指挥，样品编号清楚，必须保证每个取样点所取的样品是同一 个参数条件下的样品，而且是在参数稳定之后进行取样。 ( 2 ) 含水率、填充值、烟丝结构、干燥时间、温度等指标的测定，取样次数不少 于3 次；叶丝评吸样、上卷烟机的烟丝等取样不少于3 次，3 次取样混合均匀后从中取 出所要求的数量。 ( 3 ) 含水率、填充值、烟丝结构取样数量按卷烟工艺规范的要求进行；评吸样、 需上卷烟机进行卷制的烟丝取样5 1o k g ，卷烟样品1o 条。 2 4 4 测试方法 ( 1 ) 含水率、温度、填充值及烟丝结构的测试方法：按卷烟工业规范要求【3 】。 ( 2 ) 干燥时间的测试方法【2 3 】：在h x d 进口放置标记物，用秒表记录标记物通 过h x d 所用时间。 ( 3 ) 卷制质量主要测定卷制单支含丝量、跑条叶丝整丝率及填充值等指标。 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 ( 4 ) 感官质量评价呆用随机编号、暗评的感官评吸方法，确定不同处理条件确定 下卷烟感官质量变化。 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 第三章h x d 单因素试验结果与分析 在进行各种单因素试验设计时，均应通过改变系统的其他参数，以保证h x d 出口 含水率相对稳定；同时将试验期间系统各运行参数的变化通过数据呆集系统进行处理 分析，叶丝加工及评吸质量按试验方案要求进行处理。 3 1 h d 进口叶丝含水率变化对叶丝综合加工质量的综合影响 3 1 1 试验参数的设置及结果 在设备允许范围内，通过调整r c c 喷水量使进入h x d 的叶丝含水率在一定范围内 进行变化，同时调整相关的h x d 运行参数，保证叶丝出口含水率相对稳定，并对设备 运行参数及叶丝质量指标做检测记录。相关烟厂在不同型号设备上进行平行试验。工 艺参数及试验结果见表3 1 。 表3 1h x d 进口叶丝含水牢对叶丝加工质量的综合影响 工艺参数及检测结果 a 1 a 2a 3a 4 物料流量( k g h ) 10 8 4 210 0 2 01 129 41 13 77 r c c 热风温度( )7 0 o o70 o o7 0 0 07 0 o o r c c 出料设定含水率( ) 2 4 o o2 6 0 0 2 8 o o3 0 0 0 h x d 进口叶丝实测含水率( ) 22 5 6 26 252 7 3 12 9 17 h x d 进口叶丝温度( ) 70 8 067 8 0 7 1 2 07 1 20 h x d 燃烧炉出口温度( ) 25 4 4 3 0 6 83 16 6 3 55 4 h x d 工作风温( ) 2 5 4 6 3 0 0 23 10 43 37 6 h x d 控制喷水量( l h ) 6 72 0 4 0 7 63 93 o 3 3 1 8 h x d 旋风除尘器出口风温( ) l3 2 2 1 4 5 8l5 5 ol6 6 4 h x d 工作压力( 1 0 3 p a ) 一1 161 1 9 1 151 2 4 h x d 排潮风量( ) 3 5 4 2 3 4 5 63 6 203 6 4 6 h x d 工艺气流量( k g h ) 3 2 4 0 93 16 8 1 3 3 l5 83 23 9 6 h x d 燃烧炉温度( ) 2 97 4 3 7 1 _ 43 8 8 245 4 0 h x d 出口物料含水率( ) l2 0 3 1o 37 13 0 913 29 h x d 出料温度( ) 8 1 o 85 88 8 893 0 卷制前烟丝整丝率( )8 5 7 48 1 5 4 83 6 48 1 36 卷制前烟丝含末率( ) 2 8 2 4 182 7 2 3 0 0 卷制前烟丝填充值( c m 3 g ) 4 2 2 4 3 34 49 4 56 跑条整丝率( ) 6 9 1870 3 5 6 6 9 56 6 1 0 跑条含末率( )5 7 0 6 635 5 8 5 6 8 跑条填充值( c m 3 g ) 4 2 2 4 2 6 4 3 44 3 6 。漫摄熏? 熊垫一竖照竖。! 盥。，。，。，。塑! 。 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 3 1 2h x d 进口叶丝含水率变化对h x d 运行参数的影响 通过改变h x d 进口叶丝含水率，在保证干燥出口叶丝含水率不变的前提下， h x d 相关运行参数均要随h x d 进口叶丝含水率变化而改变，通过设备安装的数据采集系统 跟踪记录，并对相关数据进行分析，结果见图3 1 3 4 。 2 4002 6 0 0280 0 3 00 0 h x d 进口含水率( ) h x d 进口含水率与工作风温的关系 220 024 0 02 6o o2 80 03 00 0 h x d 进口含水率( ) 图3 3h d 进口含水率与排潮风温的关系 3 8 0 3 6 0 3 4 0 53 2o 罂m 28 0 260 240 18 0 】7 0 1 6 0 p 一15 0 州 喇1 4 0 13 0 12 0 220 02 4 0o 2 60 02 8 0 0 3 000 h x d 进口鲁水率( ) 图3 2h x d 进口含水率与炉温的关系 22 0 024 o02 60 02 8o o3 00 0 h x d 进口含水率( ) 图3 4h d 进口叶丝含水率与温差的关系 为了检验回归的显著性，本文均采用相关系数检验法进行检验“4 1 ；4 组数据进行 一元线性回归的条件下，自由度v = n p 一1 ，其中n 为数据点数目，本段中n = 4 ，p 为自 由度，一元回归p = 1 ，因此v = 4 一卜1 = 2 ：选取不同检验水平c 【= 0 0 1 和d = 0 0 5 查相 关系数检验表得出检验临界值r 。( v ) ；其中通过旺= 0 0 1 检验的为高度显著相关，通过 c 【= 0 0 5 检验的为显著相关；r 。( 2 ) = o 9 9 0 ，ro o s ( 2 ) = 0 9 5 0 。 由图可以看出：在试验范围内，h x d 进口叶丝含水率改变对系统运行参数变化有显 著影响。物料含水率与工作风温、炉温、工作风温与排潮风温的温差均呈高度显著相 关，物料含水率与排潮风温呈显著相关。随着r c c 出口物料含水率的增加，工作风 温相应上升，含水率每增加1 个百分点，工作风温大约增加1 2 随着r c c 出口物料 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 含水率的增加，排潮风温也相应增加，含水率每增加1 个百分点，排潮风温大约增加5 随着r c c 出口物料含水率的增加，工作风温与排潮风温的温差也相应增加，r c c 出口物料含水率每增加1 个百分点，温差增加7 。 3 1 3h x d 进口叶丝含水率变化对叶丝加工质量的影响 通过改变h x d 进口叶丝含水率，在保证h x d 出口含水率不变的前提下，研究经过 h x d 干燥后叶丝的温度、填充值及整丝率的变化趋势，同时对卷制过程叶丝的加工质量 22 5626 252 73 12917 h x d 进口叶丝含水率( ) 图3 5h x d 进口含水率与h x d 出料温度的关系 2 25 62 72 128 3 2 3 0 3 眦d 进口叶丝含水率( ) 同3 7h x n 井口含7 k 窭与叶奎t 埴弃信的姜蒸 一 225 626 25 27 3 l2 917 h x d 进口叶丝含水率( ) 图3 9h x d 进口含水率与跑条填充值的关系 8 9 8 7 爨85 一 * 8 3 i 翻8 1 剐 t7 9 7 7 75m 首 2 256 26 2527 3 l2 917 h x d 进口叶丝含水率( ) 图3 6h d 进口含水率与叶丝整丝率的关系 旧 2 2 5 62 62 5273 1 2 91 7 h x d 进口叶丝舍水率( ) 图3 8h x d 进口含水率与跑条整丝率的关系 09 0 08 9 0 o8 8 嘲 舞o 8 7 腰 o 8 6 2 2 5 6 26 2527 3 1 2 91 7 h x d 进口叶丝含水率( ) 图3 1 0h d 进口含水率与烟支重量的关系 ” 加诣 “乩 一)许斟龇 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 由图可以看出：在试验范围内，h x d 进口含水率对叶丝加工质量影响显著。结果显 示：随着h x d 进口叶丝含水率的增大，h x d 出口物料温度也相应升高；同时h x d 出口叶 丝填充值及跑条填充值也有明显的提高，烟支重量也相应降低。说明提高h x d 进口叶 丝含水率可以改善叶丝的填充性能。但跑条整丝率在h x d 进口叶丝含水率提高到2 6 以后有逐渐降低的趋势，因为h x d 进口叶丝含水率的增大会引起工作风温的升高，会 影响叶丝的耐加工性。 3 1 4h x d 进口含水率对感官质量影响 对不同等级卷烟，通过改变h x d 进口含水率，在h x d 干燥后取样，通过人工卷烟、 随机编号、暗评方式确定感官质量。评价指标包括卷烟的香气特性、烟气特性及口感 特性三个方面。其中香气特性包括香气质、香气量。烟气特性包括浓度、劲头、成团 性及细腻长度。口感特性包括杂气、刺激性、干燥感、干净程度、甜度及回味。t 表 示评吸结果改善或提高，i 表示评吸结果变差或降低，下面所有试验的评吸结果箭头含 义表示均同上。结果见表3 2 3 4 。 表3 2h x d 进口含水率i i 类0 牌号评吸结果 含水香气特性烟气特性 口感特性 率警警篆萎翟篓耄臀意燥主主甜度回味质 量度头 性程度气性感程度 、 2 5 ll 2222 = 2 8 i ll 2 22 l 52 l = 3 2 i jll 222 j = l = = = 吁研譬幂r 影科目幂香气瓦看戈f 酬霜暖_ 千骠罐f 绷翟爵i 茹哥诱汞琴“ 茁鸯气特。哔( 香气质和香气量) 的有显著影响；3 影响方向：h x d 进口含水率越大，香气质和香气 量的下降越明显。 评价结论：对于i i 类卷烟，随着h x d 进口含水率增加卷烟综合感官质量逐渐下降，22 25 含水率干燥较适宜。 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 表3 3h x d 进口含水率i i i 类h 牌号评吸结果 舍球熏怠黼一警! ：礴毪 率 香气香气 浓劲成团细腻 口感特- 眭 杂刺激干堂三苎 甜度回味 气性 盛 程度 评价结果：1 影响指标：香气量，丰满程度，浓度，细腻程度，杂气，刺激性，干燥感；2 影响程度：h x d 进口含水率对香气特性( 香气量和丰满程度) 和口感特性( 杂气和刺激性) 有显著 影响；3 影响方向：随着h x d 进口含水率的增大，香气量和丰满程度逐渐提高，但到一定含水率之 后香气特性和口感特性又成一定下降趋势。 评价结论：对于i n 类卷烟，随着h x d 进口含水率增加香气特性和口感特性成先上升然后逐渐下 降的趋势，h x d 进口含水率在2 6 一2 8 之间比较适宜。 表3 4h x d 进口含水率类x 牌号评吸结果 含水 蜜 2 4 2 6 2 8 3 0 香气特l 生烟气特性 香气 质 香气 量 浓劲成团细腻 度麸性程度 旦零辑蕉。 ：警? 毳茎甜度回昧气眭感程度 评价结果：1 影响指标：香气质，香气量、成团性、细腻程度、刺激性、干燥感、甜度和回味； 2 影响程度：出口叶丝含水率对香气量、口感特性( 刺激性和干燥感) 有显著影响；3 影响方向：出 口叶丝含水率越低，口感特性的下降越明显。 评价结论：对于i v 类卷烟，随着h x d 进口含水率增加卷烟综合感官质量有所上升，且出口叶丝 含水率2 6 一30 较适宜。同时，按感官变化趋势，建议优化时使用3 0 含水率。 从不同牌号卷烟的评吸结果分析，h x d 进口含水率对于不同卷烟影响规律不同。 对于i i 类卷烟， h x d 进口含水率对卷烟的香气特性影响显著，对口感特性及烟气特 性影响较小。随着h x d 进口含水率的逐渐增加，卷烟的香气值、香气量明显下降，同 时干燥感及细腻程度也有下降趋势。对于i i i 类、i v 类卷烟， h x d 进口含水率对卷烟 的香气特性及口感特性有显著影响，随着h x d 进口含水率的逐渐增加，卷烟口感特性 中的刺激性、干燥感及杂气以及香气特性中的主要指标均有明显的改善趋势。 2 4 量+ l l ， 质： i i ； ； “筋船 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 通过对设备运行参数、叶丝加工质量及内在评吸结果影响的分析，h x d 进口含水率 是影响叶丝综合加工质量的主要影响因素。 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 3 2h x d 进料温度变化对叶丝加工质量的综合影响 主要通过改变r c c 回风温度设置，使进入h x d 干燥的叶丝温度不同，在保持叶丝 的进出口含水率基本不变的条件下，按照下面设计的试验方案进行试验。 3 2 1 试验参数的设置及结果 燕擞。，熙；堂盥撼烈塑丝恕三堡瞧煦+ 墅嬲。 工艺参数及检测结果 b 1b 2b 3 b 4 物料流量( k g h )10 7 1 2 r c c 热风温度设定( ) h x d 进料温度实测( ) h x d 进口含水率( ) h x d 燃烧炉出口温度( ) h x 工作风温( ) h x d 蒸汽喷射量( k g h ) h x d 控制喷水量( l h ) h x d 旋风除尘器出口风温( ) h x d 工作压力( 103 p a ) h x d 排潮风量( ) h x d 工艺气流量( k g h ) h x d 燃烧炉温度( ) h x d 出口物料含水率( ) h x d 出料温度( ) 卷制前烟丝整丝率( ) 卷制前烟丝含末率( ) 卷制前烟丝填充值( c m 3 g ) 跑条整丝率( ) 跑条含末率( ) 跑条填充值( c m 3 g ) 烟支重量( g 支) 1 0 69 7 l0 0 03 7 08 0 6 9 7o 80 0 0 2 6 6 7 2 6 4 l 3 0 3 4 3 25 0 2 9 6 o 2 9 6 6 00 7 9 9 2 7 1 4 8 155 9 145 6 0 85 一1 15 4 2 1 l 4 1 4 4 3 25 3 4 3 2 18 8 3 9 0 4 4 0 0 0 13 3 4 12 18 8 5 70 87 20 8 6 25 85 95 3 2 l 2 9 8 4 5 2 4 6 0 7o 3 5 7 0 95 6 63 5 53 4 164 2 9 0 9 130 9 0 5 3 2 2h x d 进料温度对h x d 运行参数的影响 通过改变h x d 进料温度，在保证叶丝进出口含水率基本不变的前提下，h x d 相关 0 8 1 3 8 5 9 7 2 1 6 1 5 9 ) ；6 ，；2 巧瑚o埘 啪州脚帅诣拍粥眦 加0 拍如” 舛”枷钉儿 弛他龃扎加土乱玑 m m 瑚o 吣m m蝌瑚圳瑚儿印们 蛳 0拍如” ”枷仰儿弛他鲫王乱的i乱 眦 叶丝h x d 在线膨胀技术应用研究 运行