蒸汽流量對膨脹梗絲物理特性的影響

王 淼，徐全華

（浙江中煙工業有限責任公司，浙江寧波 315040）

蒸汽流量對膨脹梗絲物理特性的影響

王 淼，徐全華

（浙江中煙工業有限責任公司，浙江寧波 315040）

為探討蒸汽流量對梗絲膨脹后物理特性的影響，采用均勻設計、逐步回歸等方法，分析蒸汽流量對蒸汽隧道溫度、膨脹梗絲含水率、填充值等方面的影響。結果表明，隨著干燥前蒸汽流量的增加，干燥機出口水分的波動大于填充值，且水分低的試樣，填充值不一定高；在150～450 kg/h蒸汽流量范圍內，每增加50 kg/h蒸汽流量，貯絲后膨脹梗絲填充值提高約0.11 cm3/g；膨脹梗絲的填充值并不會隨著干燥前蒸汽流量的增加而無限制增高，而是到達某種程度后緩慢升高直至不變。

蒸汽流量；膨脹梗絲；填充值

0 引言

世界煙草行業自20世紀中葉以來，開始朝著低消耗、低焦油、低成本、高品位、高效益的方向發展，在卷煙煙絲中摻用一定比例的膨脹梗絲，不僅可以降低卷煙的煙絲耗用量，而且可以降低卷煙焦油量，提高卷煙的吸用安全性［1-2］。通過使用不同比例的膨脹梗絲，可得到不同焦油量的卷煙，摻用膨脹梗絲是一項控制卷煙焦油量的有力措施。此外，膨脹梗絲的物理特性直接影響到卷煙的吸阻及目標品質。

煙草行業內研究多集中在膨脹前梗絲溫度與含水率、切梗絲寬度、蒸汽隧道出口梗絲溫度以及貯梗時間等因素對梗絲填充值、含水率的影響［3］，針對梗絲線干燥前蒸汽加入量與干燥后填充值的關系研究沒有明確規律性的結論。目前使用的高溫高濕法梗絲在線膨脹技術，主要是通過蒸汽隧道增加梗絲水分實現梗絲細胞在線膨脹，因此研究梗絲線干燥前蒸汽加入量對膨脹后梗絲填充值的物理特性影響有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

梗絲線干燥前蒸汽隧道不同蒸汽加入量條件下的膨脹梗絲樣品。

1.2 儀器與設備

COMAS 1 500 kg/h膨脹梗絲生產線，美國Precision公司；Freas605型烘箱；PL203型電子天平，梅特勒公司產品；梗絲填充值測定儀，鄭州嘉德機電科技有限公司；取樣盒、煙草含水率測定用鋁盒、玻璃干燥皿、自封袋。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品制備

通過調節梗絲線干燥前蒸汽加入量，在COMAS生產線上生產出不同膨脹效果的梗絲。在干燥機后加香筒出口處取30 g左右膨脹梗絲作為試驗樣品（2份），逐一編號，1份立即測試，1份在貯絲房放置24 h，以保證各樣品充分平衡，可以代表摻配時的真實水平。

1.3.2 試驗設計

試驗共設置梗絲線干燥前HT蒸汽加入量分別為150，200，250，300，350，400，450 kg/h 7個處理，貯藏0，24 h 2個水平。

梗絲貯絲柜環境溫度保持在26±2℃，濕度58%±4%，煙草物料初始水分均為12.40%±0.2%，每份試樣不少于30 g，每組重復測試3次。

1.3.3 煙草物料含水率檢測方法［4］

采用靜態稱質量法測量樣品含水率：待烘箱內溫度回升至100±2℃開始計時。計時滿2 h，加蓋取出樣品罐放入干燥器內，冷卻至室溫后稱質量，按公式計算并記錄2罐含水率，并算其平均值。

含水率計算公式為：W=×100%.

式中：W——含水率，%；

G——烘前試樣質量，g；G1——烘后試樣質量，g。

2罐含水率平均值為測試樣品含水率。2罐含水率差值絕對值大于0.30%時，本次測試結果無效，含水率計算結果精確至0.01%。

2 結果與分析

膨脹梗絲物理特性分析見表1。

表1 膨脹梗絲物理特性分析

梗絲生產線干燥前HT蒸汽加入量要求330 kg/h，車間生產環境要求恒溫恒濕（溫度25±5℃，相對濕度60%±5%）。由表1可知，1-10月加香筒出口膨脹梗絲整絲率、碎絲率均值間差異不明顯，其中整絲率波動較大；1-3月加香筒出口梗絲填充值均值變異較大且不穩定。1-3月和8-10月相比，同等含水率水平下，膨脹梗絲填充值顯著提升。

膨脹梗絲含水率對填充值的影響見圖1。

圖1 膨脹梗絲含水率對填充值的影響

經過大量試驗，擬合出加香后膨脹梗絲含水率與填充值之間的對應關系。由圖1可知，膨脹梗絲填充值=-1.046 1×膨脹梗絲含水率+20.676，擬合系數R2達到0.836 3，說明擬合度高，可以認為加香后膨脹梗絲填充值隨含水率的降低而升高，二者呈現負相關關系，這一結論與前人研究也相符合。

HT蒸汽隧道流量對HT溫度的影響見圖2。

圖2 HT蒸汽隧道流量對HT溫度的影響

由圖2可知，隨著HT隧道蒸汽流量的增加，HT溫度隨之升高，但未呈現線性關系。當HT蒸汽隧道流量變化在150～450 kg/h，HT隧道溫度= -0.000 4×蒸汽流量×蒸汽流量+0.342 5×蒸汽流量+29.709，相關系數R2為0.97。

HT蒸汽隧道流量對加香后梗絲填充值的影響見圖3，HT蒸汽流量與梗絲填充值回歸方程擬合度方差分析見表2。

在保證梗絲加香筒出口水分與實際生產一致且波動范圍不超過0.1%的前提下，分析干燥前隧道蒸汽流量的變化對加香后膨脹梗絲填充值的影響。由圖3可知，隨著干燥前隧道蒸汽流量的增加，加香筒出口處膨脹梗絲填充值呈現上升趨勢，且干燥前隧道蒸汽流量與貯藏后膨脹梗絲試樣填充值顯著相關。經過統計分析，得出貯絲后膨脹梗絲填充值與隧道蒸汽流量的回歸方程為：貯絲后填充值=0.219 6× HT隧道蒸汽流量+6.817 1，其中S=0.115 384，R-Sq= 95.3%，R-Sq（調整） =94.4%。由表2可以得出，回歸方程擬合度達到極顯著水平，表明隨著貯絲過程中膨脹梗絲水分進一步平衡，貯絲后膨脹梗絲填充值高于生產水平。

圖3 HT蒸汽隧道流量對加香后梗絲填充值的影響

表2 HT蒸汽流量與梗絲填充值回歸方程擬合度方差分析

3 結論與討論

（1）隨著干燥前蒸汽流量的增加，干燥機出口水分的波動大于填充值，且水分低的試樣，填充值不一定高；這與制絲工藝中COMAS梗絲生產線蒸汽隧道是梗絲在線膨脹的主要設備，干燥機主要發揮調節膨脹后梗絲水分的作用相吻合。

（2）盡管提高膨脹梗絲填充值可以有效減少卷煙單箱耗葉量，降低生產成本，但膨脹梗絲的填充值并非越高越好。例如，某牌號卷煙膨脹梗絲摻配比例高達44%，梗絲填充值波動大將直接影響該類牌號卷煙吸阻及目標品質。通過試驗得出，膨脹梗絲貯絲后填充值=0.219 6×HT隧道蒸汽流量+6.817 1，即在150～450 kg/h蒸汽流量范圍內，每增加50 kg/h蒸汽流量，貯絲后膨脹梗絲填充值提高約0.11 cm3/g，此結論為梗絲生產線工藝參數的調整提供了理論依據。實際生產中可根據煙支目標品質的調整，參照擬合方程調整梗絲干燥前蒸汽加入量設定的工藝參數。（3）目前生產中應用的梗絲高溫高濕膨脹法，主要是通過蒸汽隧道增加梗絲水分實現梗絲細胞在線膨脹，因此蒸汽隧道溫度也是重要的影響因素。由試驗結果分析可得，蒸汽加入量在150～300 kg/h，蒸汽隧道溫度隨著蒸汽流量的增加顯著升高；蒸汽加入量在300～450 kg/h，蒸汽隧道溫度隨著蒸汽流量的增加變化不大。由此可推斷出，膨脹梗絲的填充值并不會隨著干燥前蒸汽流量的增加而無限制增高，而是到達某種程度后緩慢升高直至不變，具體節點有待進一步探討。

［1］王金堂，馮偉.SP11型煙絲膨脹機工藝性能的綜合改進 ［J］.煙草科技，1999（3）：27-28.

［2］賈會，冼可法，胡有特．煙草膨脹及對其化學成分的影響研究進展 ［J］.煙草科技，2004（5）：29-31.

［3］吳金鳳，鄭利鋒，廖強．制梗絲工藝參數對梗絲形態分布的影響 ［J］.農產品加工（學刊），2011（8）：65-69．

［4］于建軍．卷煙工藝學 ［M］．北京：中國農業出版社，2003：172-176．◇

Influence of HT Steam Flow Rate on Physical Properties of Expanded Cut Tobacco Stem

WANG Miao，XU Quanhua
（China Tobacco Zhejiang Industrial Co.，Ltd.，Ningbo，Zhejiang 315040，China）

This research is to study the influence of HT steam flow rate on physical properties of expanded cut tobacco stem，adopting uniform design and stepwise regression methods to analyze the amount of the HT temperature，the moisture content of expanded cut tobacco stem，filling value，and other aspects under different steam flows.The indications are made：as steam flow increases prior to the drying process，the variation of moisture in dryer outlet is greater than the filling value，and the sample's filling value is not necessarily high with low moisture content.In the steam flow range of 150～450 kg/h，with each additional steam flow of 50 kg/h，the filling value of expanded cut tobacco stem after storing increases by about 0.11 cm3/g. The filling value of expanded cut tobacco stem does not increased unlimitedly as steam flow rises prior to the drying process，but slowly increases to reach a certain extent before staying constant.

steam flow；expanded cut tobacco stem；filling value

TS432

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.01.013

2015-10-16

王 淼（1987— ），女，碩士，助理工程師，研究方向為卷煙工藝品質。