环保型新介质的烟丝膨胀试验.pdf

第2 6 卷第2 期 2 0 1 3 年3 月 机电产品开发与纠新 D e v e l o p m e n t I n n o v a t i o no fM a ch i n e r y E l e ct r i ca lP r o d u ct s V 0 1 2 6 N o 2 M a r 2 0 13 文章缩号 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 1 3 0 2 0 3 9 0 3 环保型新介质的烟丝膨胀试验 成清校 杨继志 任宏杰 北京航天试验技术研究所 北京1 0 0 0 7 4 摘要 针对新型烟丝膨胀介质K C 一2 A 设计试验装置 进行了某烟丝膨胀系统的烟丝膨胀试验 通过 三种不同工况下的烟丝膨胀试验 验证了介质K C 一2 A 应用于该系统的可行性 试验结果同时表 明 介质K C 一2 A 膨胀后的烟丝色泽鲜亮 体态饱满 是一种良好的烟丝膨胀剂 关键词 烟丝膨胀系统 环保型介质 膨胀烟丝 中圈分类号 T H 一3 9文献标识码 A d o i l O 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 1 3 0 2 0 1 5 T h eC u tT o b a ccoE x p a n s i o nT e s tu s i n gt h eE n v i r o n m e n t a l l yF r i e n d l yN e wM e d i u m C H E N GQ 打l 洳 Y A N GJ j 一删 R E NH o n g J i e B e i j i n gI n s t i t u t eo fA e r o s p a ceT e s t i n gT e ch n o l o g y B e i j i n g1 0 0 0 7 4 C h i n a A b s t r a ct A cco r d i n gt o t h en e wt y p eo fC U tt o b a ccoe x p a n s i o nm e d i u mK C 一2 A i td e s i g n e dt h et e s td e v i ce m a d et h eC U tt o b a cco e x p a n s i o nt e s to face r t a i ns y s t e m I tv e r i f i e dt h ef e a s i b i l i t yo ft h ee x p a n s i o nm e d i u mu s e di n ace r t a i ns y s t e mt h r o u g ht h ecu tt o b a cco e x p a n s i o nt e s ti nt h r e ed i f f e r e n tco n d i t i o n s a n dt h er e s u l t sa l s os h o w e dt h a t t h ee x p a n d e dcu tt o b a ccoW a sb r i g h t p l u mb o d r K C 一2 AW a s ag o o de x p a n s i o nm e d i u mf o rcu tt o b a cco K e yw o r d s C U tt o b a ccoe x p a n s i o ns y s t e m e n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l ym e d i u m e x p a n d e dC U tt o b a cco 0 引言 某烟丝膨胀系统是新一代环保型连续烟丝膨胀系 统 该系统是利用膨胀介质的物理特性 在一定的温 度 压力 时间等综合工艺条件下 利用介质对烟丝进 行浸渍 使介质浸入烟丝细胞中 浸渍后的烟丝经过密 闭系统输送到微波膨胀器 在微波谐振腔中烟丝中的水 分子急剧摩擦 碰撞产生的热量促使烟丝中的膨胀剂蒸 发 推动烟丝细胞壁向外扩张 从而使烟丝膨胀 介质 回收循环使用 膨胀烟丝的使用 既可降低卷烟单箱烟丝消耗量 又可降低卷烟的焦油释放量 一般掺入1 0 的膨胀烟丝 的卷烟 它的烟气焦油量比不掺膨胀烟丝的卷烟降低 1 4 7 如果全部使用膨胀烟丝 则可降低4 l 因此 烟草膨胀技术一直是烟草行业的重要研究领域之一 1 1 目前国内外采用的烟草膨胀介质主要有水 氟利昂 液 氮 液态C O 固态C 0 2 和碳氢化合物等田 本文针对一种 臭氧消耗潜能值为零 符合环保要求的新型烟丝膨胀剂 修稿日期 2 0 1 2 一 一 作者简介 成清校 1 9 8 4 男 河北邯郸人 工学硕士 程师 主要从事机电一体化产品 烟草机械等的研究 K C 一2 A 进行了烟丝膨胀的验证试验 1 新型膨胀介质K C 一2 A 的特性 环保型烟丝膨胀剂K C 一2 A 是以B 2 4 5 酒精为主的 混合物 O D P 为零 不破坏臭氧层 是符合环保要求的 膨胀剂 经过此环保介质处理的烟丝既能够有效地降低 烟丝中焦油及尼古丁的含量 又能够明显提高烟丝的填 充能力 从而提高卷烟的品质 有利于减轻卷烟对吸烟 者健康的影响 这既符合环保发展的需要 又顺应了烟 草系统降焦减害发展中式卷烟的总体趋势 K C 一2 A 的性 质类似于C F C 一1 I 具有化学性质稳定 基本无毒 易 挥发等特点 其理化性质对比如表I 所示 表1 烟丝膨胀介质理化性质对比 T a b 1C o m p a r i s o no fp h y s i co ch e m i ca lp r o p e r t i e so fcu t t o b a ccoe x p a n s i o nm e d i u m s 项目K C 一2 AK C 一2C F C 一1 l 外观 无色透明液体无色透明液体无色透明液体 沸点 4 0 23 l2 3 7 密度咖1 1 1 3 2 5 6 C 1 2 61 2 5 饱和蒸汽压M P a 0 0 4 7O 0 6 80 1 l 0 D P0 2 0 1 6 5 11 4 3 6 3 9 工 产品与市场 从理化性质上分析 K C 一2 A 具有较小的表面张力 渗透性更强 更容易渗入烟丝细胞 达到理想的膨胀效果 2 烟丝膨胀试验 该项试验的目的是验证新型环保膨胀介质K C 一2 A 对烟丝的膨胀效果 以确定其是否能应用于烟丝膨胀系 统 具体是要验证三种烟丝浸渍和微波加热膨胀工艺下 的膨胀效果 第一种是在烟丝浸渍完膨胀介质后直接进 行微波加热 观察其膨胀效果 这是表征介质是否可行 的最基本的试验 第二种是在烟丝浸渍完膨胀介质后常 温常压环境下放置一段时间后再进行微波加热膨胀 观 察其膨胀效果 这是考察介质在常态环境下的挥发是否 会对膨胀效果造成影响的定性试验 第三种是烟丝浸渍 完膨胀介质后在真空度8 0 0 0 P a 的环境下保持3 0 6 0 m i n 后再进行微波加热膨胀 观察其膨胀效果 这是模拟在 工业化生产的情况下介质的膨胀效果 由于在工业化生 产时 介质浸渍后的烟丝会在密闭容器内部暂存 然后 顺序走料通过微波设备 每一批次的料尾暂存时间约为 半个小时左右 因此需要做这种工况试验 确保每一个 浸渍批次的尾料烟丝也能得到较好的膨胀效果 2 1 试验原料与装置 试验用烟丝为随机抽取的C 0 膨胀前的烟丝作为新 介质试验膨胀前烟丝 切丝宽度0 9 m m 设计烟丝膨胀的试验装置如图1 所示 整套装置由 浸渍罐 介质储罐 小锅炉 真空泵等系统组成 浸渍 罐采用上开盖方式 夹套内装有蒸汽预热 夹套外有 6 0 m m 保温层 介质贮罐罐体外侧有4 0 m m 保冷层 由 于介质储罐和浸渍罐的容积增大 其加热方式采用小锅 炉蒸汽加热 本试验装置的特点主要有以下三个方面 图l 烟丝膨胀试验装置示意图 F i g 1 S ch e m a t i ci l l u s t r a t i o no ft h ecu t 1 可准确控 制介质加注量 将介质储罐放 置在电子称上 利用电子称来 计量加注介质 的质量 2 介质采用 t o b a ccoe x p a n s i o nt e s td e v i ce 气一液两相加注 方式 在浸渍罐顶部设置螺旋喷嘴 实现液态介质的喷 淋加注 同时 根据实际的试验需要 浸渍罐底部可配 合性地进行介质的气态加注 3 在浸渍罐底部再设置一个温度计2 配合顶部的 温度计1 便于对浸渍温度进行准确的检测 2 2 试验方法与步骤 根据前期多次小型试验的结果 我们掌握了浸渍介 质试验的基本参数 控制来料烟丝水分在1 6 1 7 加注压力为O 8 0 8 5 M P a 均衡后约0 9 M P a 即浸渍压 力 浸渍罐内部温度6 7 左右 浸渍3 0 m i n 后分别进 行三种工况下的微波膨胀试验 微波额定功率7 5 0 W 频率2 4 5 0 M H z 对浸渍后的烟丝分批加热膨胀 具体工艺步骤为 取少量烟丝用水分仪测量其含 水率为1 7 5 9 记录数据 取一定水分含量的烟丝 2 0 0 0 9 装入烟屉 把浸渍罐预热至6 7 将烟丝屉放 入浸渍罐 抽空浸渍罐内空气和其他杂气 然后关闭 浸渍罐抽空阀 加注介质 先加注液态介质 再加注 气态介质 用电子称记录介质的加注量 调整加注阀的 开闭 使得加注压力达到0 8 1 O M P a 后停止加注 稳定 后浸渍罐内的压力保持在0 9 M P a 浸渍3 0 m i n 后 排 出多余介质 再平衡2 m i n 后 再排出余量介质 此时 压力为大气压 打开浸渍罐 取出烟丝 称重 记录 烟丝的增重量 以获得浸入烟丝的介质量 烟丝浸渍介 质的试验数据如表2 所示 表2 烟丝浸渍介质试验数据 T a b 2T e s td a t ao fm e d i u ms o a kf o rcu tt o b a cco l 原丝原丝 介质用量 k g 浸渍浸渍浸渍浸渍后 介质 l 重量水分 压力 温度时间烟丝重 回收 l g 液态气态 M P a m i n 量 g 量 k g O 8 l 0 01 7 5 9 4 2 06 73 03 3 4 52 6 1 O 将浸渍后的烟丝分成三部分 分别进行三个工况下 的微波膨胀试验 第一部分直接进行微波膨胀 第二部 分又分成三份 分别放置2 0 m i n 4 0 m i n 6 0 m i n 后进行 微波膨胀 第三部分取样烟丝放人烧瓶中 用水循环真 空泵抽空6 0 m i n 后 真空度8 0 0 0 p a 再进行微波膨胀 每 次微波膨胀试验重复进行3 次 得到具体的试验结果数 据如表3 所示 图2 是膨胀前烟丝和膨胀后烟丝的结果 照片 从膨胀效果可以看到 三种试验工况下膨胀的烟 丝均得到了良好的膨胀效果 膨胀后的烟丝色泽鲜亮 体态饱满 由此表明该K C 一2 A 新型膨胀介质应用与某 烟丝膨胀系统是完全可行的 表3 烟丝微波膨胀试验结果 T a b 3R e s u l t so ft h ecu tt o b a ccom i cr o w a v ee x p a n s i o nt e s t 试验工况工况一工况二工况三 试验编号 l 2 3 4 5 放置 抽空时间 m i n 02 04 06 06 0 真空度 p a 8 0 0 0 膨前重量 g 2 5 O2 5 O2 5 02 5 02 5 O 微波时间 s 9 09 0 9 0 9 09 0 膨后重量 g 2 0 52 1 02 1 O1 9 51 9 5 膨后水分 7 6 47 8 37 5 97 2 26 3 8 膨胀效果 好好好好好 我们注意到 在烟丝的浸渍过程中共加注介质 2 4 k g 浸渍完毕后回收8 6 k g 因此 下转第3 0 页 产品与市场 机构带动鞋刷直线滑移进 行鞋底的清洁 装置中进l 行鞋底清洁功能的部件是 图1 中的鞋刷1 0 当控制 域 使K M 2 得 电 对应的K M 2 常开触点开关闭 合 从而控制电 动机8 电动机 上接第4 0 页 e 4 膨胀烟丝 f 5 膨胀烟丝 图2 原丝及膨胀烟丝照片 F i g 2 P h o t o so ft h ecu tt o b a ccob e f o r e a n da f t e re x p a n s i o n 3 0 试验消耗介质达到了 1 5 4 k g 相对2 0 0 0 9 的烟丝来说 烟丝 介质的质量比达到 了1 7 7 这样的介 质耗量对实际生产 来说是比较大的 但同时也应该看到 本次试验的介质回 收只是简单地将液 态剩余介质自然回 流 并未采取工艺 措施 实际的介质 耗量要远小于这个 数值 3 结论 通过本次试验 可以得到以下结论 1 新型环保型烟丝膨胀介质K C 一2 A 可以使烟丝得 到良好的膨胀效果 基本工艺参数为 来料烟丝水分 1 6 1 7 加注压力为0 8 0 8 5 M P a 浸渍压力约 0 9 M P a 浸渍温度6 7 左右 浸渍时间3 0 m i n 2 三种试验工况下 即浸渍后直接微波膨胀 常态 环境下放置0 6 0 m i n 保持真空状6 0 m i n 后微波膨胀 烟丝均能获得很好的膨胀效果 没有可见的区别 因此 可以初步断定 新介质用于该