探索煙絲含水率快速測(cè)定方法

摘 要：成品煙絲含水率控制是煙草加工企業(yè)十分重要的環(huán)節(jié)，在線水分儀精度校準(zhǔn)需按卷煙國(guó)標(biāo)規(guī)定的“標(biāo)準(zhǔn)烘箱法”進(jìn)行。當(dāng)新品牌試樣、配方調(diào)整、季節(jié)性投產(chǎn)時(shí)，“標(biāo)準(zhǔn)烘箱法”測(cè)定時(shí)間（3h-4h）過(guò)長(zhǎng)，不能滿足整批次煙絲水分控制的需求，對(duì)參數(shù)調(diào)整的指導(dǎo)性滯后。文章通過(guò)方案對(duì)比、質(zhì)量屋、試驗(yàn)設(shè)計(jì)等，對(duì)成品煙絲含水率的快速測(cè)定方法進(jìn)行研究，形成一套“快速烘箱法”操作流程。

關(guān)鍵詞：煙絲含水率；試驗(yàn)設(shè)計(jì)；快速烘箱法

TM710e型在線紅外水分儀為目前國(guó)內(nèi)卷煙生產(chǎn)的主力在線水分測(cè)定儀器，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中煙葉、煙絲含水率的快速測(cè)定。按卷煙國(guó)標(biāo)規(guī)定，在實(shí)際使用過(guò)程中，需對(duì)TM710e水分儀的測(cè)量精度進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)周期從取樣、制樣、烘制、冷卻、稱(chēng)重、計(jì)算到修正環(huán)節(jié)耗時(shí)約3.5小時(shí)。校準(zhǔn)周期較長(zhǎng)，不能滿足整批次煙絲水分控制的需求，對(duì)過(guò)程參數(shù)調(diào)整的指導(dǎo)性滯后。參考食品行業(yè)對(duì)淀粉、大米中含水率的測(cè)定方法，特進(jìn)行本次研究，以找出快速測(cè)量成品煙絲含水率的參數(shù)、方法及流程。

1 測(cè)定原理對(duì)比

（1）標(biāo)準(zhǔn)烘箱法測(cè)定含水率的原理：利用水分受熱氣化的性質(zhì)，將樣品處于100℃條件下干燥2小時(shí)，使煙絲中水分蒸發(fā)出來(lái)。

（2）快速測(cè)定含水率的原理：通過(guò)提高烘箱溫度的方法，來(lái)縮短干燥處理時(shí)間，同時(shí)使煙絲中水分氣化散失與標(biāo)準(zhǔn)烘箱法盡量一致，從而用最短的時(shí)間測(cè)定出煙絲的含水率。

2 試驗(yàn)材料和方法

（1）試驗(yàn)材料：利群（新版）成品煙絲。

（2）試驗(yàn)方法：通過(guò)“質(zhì)量功能展開(kāi)”工具，展開(kāi)對(duì)烘箱參數(shù)的分析，找出影響快速烘箱法準(zhǔn)確性的工藝參數(shù)。隨后通過(guò)“響應(yīng)曲面優(yōu)化”及“噪音因子控制”進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化及控制。最后形成“快速烘箱法”操作流程。

3 試驗(yàn)實(shí)施

3.1 選擇參數(shù)

采用“零部件展開(kāi)”階段的質(zhì)量功能展開(kāi)，將“方法要求”作為質(zhì)量屋的左墻，將“可調(diào)特性”作為天花板，展開(kāi)對(duì)烘箱參數(shù)的分析，如圖1所示。

根據(jù)質(zhì)量屋，烘箱方法所涉及的溫度、風(fēng)速、樣品重量、烘制時(shí)間、箱內(nèi)烘制位置、樣品平鋪六個(gè)影響因素的“工藝參數(shù)的重要度hj”表現(xiàn)分別為87、69、24、87、21、28，其中溫度（℃）、風(fēng)速（%）和烘制時(shí)間（min）重要度更強(qiáng)。因此，將該三參數(shù)納入?yún)?shù)優(yōu)化，將其余參數(shù)進(jìn)行噪音控制。

3.2 參數(shù)設(shè)計(jì)

為進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，需將噪音變量固化，減少其對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。噪音變量固化方式為：樣品重量——采用標(biāo)準(zhǔn)取樣手法，約10g左右；箱內(nèi)放置位置——烘箱中層，居中；樣品平鋪——30×20（cm）樣品盤(pán)，全面積平鋪。

因所選參數(shù)是三個(gè)連續(xù)型變量，響應(yīng)變量應(yīng)是與標(biāo)準(zhǔn)烘箱法得出的水分差異值，快速法與標(biāo)準(zhǔn)法必須一一對(duì)應(yīng)，屬于破壞性試驗(yàn)，且是望小指標(biāo)。因此，采用響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)，并分兩步進(jìn)行試驗(yàn)：第一階段，用最速上升法尋找試驗(yàn)的最優(yōu)區(qū)域；第二階段，在已確認(rèn)的最優(yōu)區(qū)域的范圍內(nèi)進(jìn)行響應(yīng)曲面試驗(yàn)。

第一階段：最速上升法

采用最速上升法，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)烘箱法與快速烘箱法的差值（y%）來(lái)調(diào)整工藝參數(shù)，尋找最優(yōu)區(qū)域。試驗(yàn)結(jié)果如表1、圖2所示。

如圖2，試驗(yàn)4-7為試驗(yàn)最優(yōu)區(qū)域，可以在該區(qū)域內(nèi)采用響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)，尋找最優(yōu)參數(shù)。

第二階段：中心復(fù)合表面設(shè)計(jì)

我們對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，調(diào)整不顯著項(xiàng)后試驗(yàn)結(jié)果如圖3。

對(duì)“中心復(fù)合表面設(shè)計(jì)”試驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行分析：回歸項(xiàng)P值為0，判定模型總體有效；擬合R-sq與修正后較為接近；殘差正常；溫度、風(fēng)速、烘制時(shí)間均與水分差值y呈負(fù)相關(guān)；溫度有二次方影響。接下來(lái)通過(guò)響應(yīng)優(yōu)化器選擇最優(yōu)值，如圖4所示。

根據(jù)響應(yīng)優(yōu)化器及曲面圖，確定最優(yōu)工藝參數(shù)為：溫度=120℃、風(fēng)速=100%、烘制時(shí)間=6min，該組參數(shù)的復(fù)合合意性為1。

4 流程標(biāo)準(zhǔn)化

（1）開(kāi)啟烘箱，設(shè)定120℃，預(yù)熱。

（2）取樣——標(biāo)準(zhǔn)取樣手法，約取10g；紀(jì)錄水分儀顯示值Y。

制樣——快速稱(chēng)重（M0），平鋪至樣品盤(pán)。

烘制——烘箱中層，居中，6min。

（3）稱(chēng)重——快速稱(chēng)重（Mi）

計(jì)算——計(jì)算“快速烘箱法”水分值Y'

Y'=（Mi-M0）/Mi*100%

（4）調(diào)整——校準(zhǔn)水分儀（r）

r=r0+（Y-Y'）*0.618；其中，r0為水分儀原斜率。

參考文獻(xiàn)

[1]朱尊權(quán)，郁源培，孫瑞申，等.卷煙工藝[M].鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

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[4]于建軍，等.卷煙工藝學(xué)[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：陳興旺（1974，5-），男，漢族，四川省綿陽(yáng)市人，四川中煙綿陽(yáng)卷煙廠，產(chǎn)品維護(hù)員，助理工程師，現(xiàn)主要從事卷煙產(chǎn)品維護(hù)及制絲工藝相關(guān)工作。

喻剛（1987，8-），男，漢族，河南省信陽(yáng)市人，四川中煙綿陽(yáng)卷煙廠，工藝管理員，中質(zhì)協(xié)注冊(cè)六西格瑪黑帶，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)主要從事煙草加工工藝相關(guān)工作。