預處理工藝對煙梗回透率的影響

康金嶺 黃賢飛 劉遠濤

（廣西中煙工業有限責任公司柳州卷煙廠，廣西 柳州 545005）

梗預處理是卷煙制梗絲制造環節的關鍵工序，其主要工藝任務是對投料梗進行浸泡、回潮、去雜，使浸泡回潮后梗條充分吸收水分，滿足回透率工藝要求，使切梗時梗條柔軟、干爽有韌性，以保障切梗絲質量。與煙葉相比煙梗在燃吸時產生明顯的木質氣、纖維氣、灼燒感、辛辣感，具有更大的刺激性［1］，因此在梗預處理過程中如何設置最佳工藝參數，對有效提高煙梗回透率，改善梗絲品質極其重要。

目前對梗預處理浸梗機工藝參數優化方面的研究較多［2－6］，而對煙梗回透率影響方面的研究鮮有報道。本試驗利用響應面曲面分析法研究卷煙梗預處理生產過程中工藝參數對煙梗回透率的影響及參數最佳配置，為梗絲制造預處理環節工藝參數設置提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

烤煙煙梗：A 配方，廣西中煙工業有限責任公司；

刮板式煙梗浸梗機：JG3，徐州眾凱機電設備制造有限公司；

貯梗柜：GPT15H10，秦皇島煙草機械有限責任公司；

煙梗回潮機：WQ7113，秦皇島煙草機械有限責任公司；

恒溫恒濕箱：KBF240，德國Binder公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 取樣方法 采用追蹤取樣法，為排除其它干擾因素對結果的影響，每次工藝參數調整使用一份梗絲，各項參數穩定后在切梗絲前出口振槽取樣。

1.2.2 樣品的制備

（1）生產正常時，每批次進行一項工藝參數試驗，待過程穩定后取樣。每項參數取樣3 次，每次1kg，混合作為1個樣品。

（2）將現場取得的試驗樣品，降至常溫，置于恒溫恒濕箱平衡24h后待檢。

1.2.3 回透率的測定 回透煙梗的評價標準：煙梗容易對折，對折后無斷裂現象；易縱向均勻撕開，剖面較平整，內部無干纖維。按式（1）計算回透率。

式中：

Y—— 回透率，%；

G1—— 取樣總重量，g；

G2—— 樣品中回透煙梗總重量，g。

1.2.4 工藝參數選擇 在固定配方（A 配方）和工藝流量前提下，通過改變貯梗時間、浸梗時間、蒸梗溫度、浸梗水溫4個工藝變量，以回透率指標為依據，確定最佳工藝參數。

2 結果與分析

2.1 回透率的單因素試驗

2.1.1 浸梗時間對回透率的影響 在投梗工藝流量3t／h，浸梗水溫60 ℃，貯梗時間3.0h，蒸梗溫度60 ℃條件下，分別設置浸梗時間20，40，60，80，100s，考察浸梗時間對回透率的影響。結果見圖1。

圖1 浸梗時間對回透率的影響Figure 1 The effects of Stem dipping time on the return permeability influence line graph

由圖1可知，回透率隨著浸梗時間的增加而增加，當浸梗時間超過60s以后，回透率隨著浸梗時間增加變化趨于穩定。這也在朱俊召等的研究［2］中得到了證實。因此選擇浸梗時間60s。

2.1.2 浸梗水溫對回透率的影響 在投梗工藝流量3t／h，浸梗時間60s，貯梗時間3.0h，蒸梗溫度60 ℃條件下，分別設置浸梗水溫50，55，60，65，70 ℃，考察浸梗水溫對回透率的影響。結果見圖2。

由圖2可知，回透率隨著浸泡水溫的增加而增加。當浸泡水溫超過60 ℃以后，回透率的變化趨于穩定。這與張志剛等的研究結果［3］一致。考慮到過程能耗，故選擇浸梗水溫60 ℃為宜。

圖2 浸梗水溫對回透率的影響Figure 2 The effects of Stem dipping water temperature on the return permeability influence line graph

2.1.3 貯梗時間對回透率的影響 在投梗工藝流量3t／h，浸梗時間60s，浸梗水溫60 ℃，蒸梗溫度60 ℃條件下，分別設置貯梗時間0，1，2，3，4h，考察貯梗時間對回透率的影響。結果見圖3。

圖3 貯梗時間對回透率的影響Figure 3 The effects of terrier time on back permeability influence line graph

由圖3可知，回透率隨著貯梗時間的增加而增加，當貯梗時間超過3h 以后，回透率隨著貯梗時間的增加變化不大。這與陳偉等的研究結果［4］一致，綜合生產效率考慮，選擇貯梗時間3h。

2.1.4 蒸梗溫度對回透率的影響 在投梗工藝流量3t／h，浸梗時間60s，浸梗水溫60℃，貯梗時間3h條件下，分別設置蒸梗溫度50，55，60，65，70 ℃，考察蒸梗溫度對回透率的影響。結果見圖4。

圖4 蒸梗溫度對回透率的影響Figure 4 The effects of vapor stem temperature on back permeability influence line graph

由圖4可知，隨著蒸梗溫度增加，回透率先增加后下降，在60 ℃時最高，回透率達到99.1%。因此選擇蒸梗溫度參數為60 ℃。

2.2 響應曲面法優化梗預處理工藝參數

在上述單因素試驗基礎上，采用Box－Behnken 試驗設計，利用Box－Behnken中心設計原理，對影響回透率的浸梗時間、浸梗水溫、貯梗時間、蒸梗溫度等因素，采用Minitab－16軟件設計一個4因素3水平中心組合設計，中心點重復試驗3次，試驗因素水平設計及結果分別見表1、表2。

2.2.1 試驗各因素對回透率的影響分析 為分析各因素對回透率的影響，以回透率為指標（Y），利用Minitab－16數據分析軟件對表2的試驗結果進行分析，得到4個因素與回透率之間的回歸方程：

表1 Box－Behnken設計因素水平及編碼表Table 1 Box－Behnken design experiment Vairables levels and coding table

表2 Box－Behnken設計試驗及結果Table 2 Box－Behnken design experiments and results

對試驗回歸模型進行方差分析，結果見表3。

表3 響應值方差分析表Table 3 Variance analysis of response value

由表3可知，回歸模型回歸項P＜0.05，表明本模型總體有效。從擬合的總效果看，試驗誤差小，說明可以用本回歸方程替代真實試驗進行分析。可以看出，X1、X2、X3和X4及它們的平方項均高度顯著，說明浸梗時間、浸梗水溫、貯梗時間、蒸梗溫度對回透率均有顯著影響。根據F值的大小，對影響回透率的大小因素排序為貯梗時間＞浸梗時間＞蒸梗溫度＞浸梗水溫。

2.2.2 各因素及交互作用對回透率的影響 各因素及交互作用對回透率的影響見圖5～10。

響應曲面圖反應了各個因素對響應值的影響，從各因素與響應值所構成的三維空間圖（圖5～10）可以看出：浸梗時間對回透率的影響比浸梗水溫顯著，曲面較陡；貯梗時間比浸梗時間影響顯著；浸梗時間比蒸梗溫度影響更顯著；貯梗時間比浸梗水溫影響更顯著；蒸梗溫度比浸梗水溫影響更顯著；貯梗時間比蒸梗溫度影響更顯著；浸梗時間和貯梗時間之間的交互作用對回透率影響最大。

圖5 浸梗時間與浸梗水溫對回透率的響應曲面圖Figure 5 The response surface graphs of the ST and ST for the PR

圖6 浸梗時間與貯梗時間對回透率的響應曲面圖Figure 6 The response surface graphs of the ST and SST for the PR

圖7 浸梗時間與蒸梗溫度對回透率的響應曲面圖Figure 7 The response surface graphs of the ST and SDST for the PR

2.2.3 最佳工藝條件優化及試驗模型驗證 為確定各因素的最佳工藝設置，利用Minitab－16軟件找出回歸模型Y 的最大估計值，最大點（X1，X2，X3，X4）的代碼值為（0.33，0.13，0.33，－0.07），與之對應的實際值為浸梗時間67.0s、浸梗水溫61.0 ℃，貯梗時間3.5h，蒸梗溫度60.0 ℃，理論上回透率為99.48%，在最佳工藝條件下進行了3次驗證性實驗，回透率平均為99.32%，與理論值基本上一致，說明該試驗的回歸方程可靠。

圖8 浸梗水溫與貯梗時間對回透率的響應曲面圖Figure 8 The response surface graphs of the ST and SST for the PR

圖9 浸梗水溫與蒸梗溫度對回透率的響應曲面圖Figure 9 The response surface graphs of the ST and SDST for the PR

圖10 貯梗時間與蒸梗溫度對回透率的響應曲面圖Figure 10 The response surface graphs of the SST and SDST for the PR

3 結論

本試驗結果表明，對于梗預處理段的貯梗時間、浸梗時間、蒸梗溫度、浸梗水溫4個關鍵工藝參數，均對煙梗回透率有影響顯著。其中貯梗時間對回透率影響程度最大，其次是浸梗時間，再者是蒸梗溫度，最后是浸梗水溫。結合生產實際，最佳工藝條件設置為浸梗時間70s、浸梗水溫60 ℃，貯梗時間3.5h，蒸梗溫度60 ℃，該條件下煙梗回透率為99.50%，煙梗回透效果好。本試驗為梗預處理段最佳工藝參數的設置和試驗方法提供了一定的理論參考。

1 楊繼福，黃蘭，盧幼祥，等.高壓蒸梗對中性香味成分和感官質量的影響［J］.廣州化工，2011，39（17）：53～57.

2 朱俊召.煙梗預處理工藝改進研究［C］／／中國煙草學會工業專業委員會工藝學組2008年學術研討會論文集.北京：中國煙草協會出版社，2008：115～119.

3 張志剛，郜海民，王振增，等.浸梗工藝的改進試驗［J］.煙草科技，2007（2）：11～13.

4 陳偉，王鎮增，孫覓，等.正交試驗法在浸梗機參數優化中的應用［J］.煙草科技，2008（7）：13～15.

5 熊安言，孫覓，王鎮增，等.浸梗工藝探討［J］.煙草科技，2006（3）：9～14.

6 朱俊召，張楚安，陳慧斌，等.浸梗和微波潤梗技術在制絲工藝中的研究應用［J］.煙草科技，2010（5）：5～8.