級(jí)間水分調(diào)控對(duì)煙葉打葉風(fēng)分加工質(zhì)量的影響

雷 翔，張 業(yè)，范思瑾，熊開(kāi)勝，王 晨，白寅良

（1.紅塔煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，云南玉溪 653100；2.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，云南昆明 650024）

0 引言

煙葉水分是打葉復(fù)烤生產(chǎn)過(guò)程中的重要控制指標(biāo)，對(duì)打葉復(fù)烤煙葉加工質(zhì)量有重要影響[1]。打葉風(fēng)分工序前通過(guò)真空回潮、一次潤(rùn)葉、二次潤(rùn)葉等工序調(diào)控?zé)熑~水分，以提升煙葉的均勻性和耐加工性[2-3]。針對(duì)煙葉水分、力學(xué)特性及加工性能之間關(guān)系，行業(yè)內(nèi)已有大量相關(guān)研究。李躍峰[4]等通過(guò)研究煙葉溫度、水分與打葉質(zhì)量的關(guān)系，提出在一定范圍內(nèi)提高煙葉溫度和水分有利于提升打葉質(zhì)量。張玉海[5]等在對(duì)煙葉抗碎性、力學(xué)特性等物理指標(biāo)與水分相關(guān)性研究與分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)化調(diào)整了打葉水分范圍。位輝琴[6]等研究了打葉風(fēng)分環(huán)節(jié)煙葉水分的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)隨著打葉工序的推進(jìn)，煙葉水分逐漸散失，且低等級(jí)煙葉較高等級(jí)煙葉散失量大。綜合相關(guān)研究成果可知，適宜的水分范圍對(duì)打葉風(fēng)分過(guò)程有重要影響，但煙葉經(jīng)過(guò)多級(jí)打葉風(fēng)分后，水分、溫度下降較多，而目前尚無(wú)關(guān)于打葉風(fēng)分工序中水分調(diào)控的研究。本文基于已有的研究成果，針對(duì)當(dāng)前打葉風(fēng)分環(huán)節(jié)中后級(jí)水分散失較多問(wèn)題，在五打十八分設(shè)備中的三級(jí)打葉機(jī)前增加隧道式水分調(diào)控裝置，對(duì)煙葉進(jìn)行增溫增濕，并采用實(shí)驗(yàn)的方法研究了打葉風(fēng)分級(jí)間水分調(diào)控對(duì)打葉復(fù)烤加工質(zhì)量的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

本文選用的研究材料包括云南玉溪云87 品種VBO3S 模塊、云南昭通云116 品種VCO3S 模塊。其中，云南玉溪云87 品種VBO3S 模塊為上部煙葉模塊；云南昭通云116 品種VCO3S 模塊為跨部位組配模塊。

1.2 儀器與設(shè)備

本文采用的儀器與設(shè)備包括：臥式打葉風(fēng)分機(jī)組（額定流量12 000 kg/h，五打十八分）；級(jí)間水分調(diào)控設(shè)備（自研設(shè)備，增溫能力≥5 ℃，加濕量約72 kg/h，圖1）；CA24 型葉片振動(dòng)分選機(jī)，CA14 型葉含梗檢測(cè)機(jī)；FREAS625 型鼓風(fēng)式烘箱；LS 型手持式紅外測(cè)溫儀；電子天平（精度1 g）。

圖1 打葉風(fēng)分工序級(jí)間水分調(diào)控裝置

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

采用在線生產(chǎn)方式開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，即在正常生產(chǎn)狀態(tài)下，調(diào)整級(jí)間隧道式煙葉水分調(diào)控裝置的設(shè)備參數(shù)，取樣檢測(cè)煙葉的水分、溫度、葉片結(jié)構(gòu)、加工損耗等指標(biāo)。

（1）參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。在正常生產(chǎn)模式下，固定二次潤(rùn)葉出口煙葉水分為18.0%±1.0%，二次潤(rùn)葉出口煙葉溫度為（45.0±5.0）℃，開(kāi)啟隧道式煙葉水分調(diào)控裝置。水分調(diào)控裝置可調(diào)節(jié)參數(shù)為熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)風(fēng)機(jī)頻率、加濕器開(kāi)度。設(shè)計(jì)3 種因素的水平正交實(shí)驗(yàn)（表1），按表1 參數(shù)組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在煙葉水分調(diào)控裝置入口和出口分別取樣測(cè)試煙葉的水分和溫度，從而找出影響煙葉水分、溫度調(diào)控的主要因素。

表1 參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

（2）級(jí)間水分調(diào)控效果研究。基于參數(shù)優(yōu)化結(jié)果，選擇適宜的參數(shù)組合，采取固定二次潤(rùn)葉出口物料流量、煙葉水分和溫度、打葉機(jī)和風(fēng)分器的控制參數(shù)的加工方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)比級(jí)間水分調(diào)控裝置關(guān)閉、開(kāi)啟條件煙葉水分、葉片結(jié)構(gòu)差異。按照YC/T 146—2010《煙葉打葉復(fù)烤工藝規(guī)范》[7]、YC/T 147—2010《打葉煙葉質(zhì)量檢驗(yàn)》[8]標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法，分別在各級(jí)風(fēng)分器風(fēng)分葉片出口取樣，測(cè)試煙葉的水分，并計(jì)算水分極差值；分別在3～5 級(jí)打葉風(fēng)分匯總處、打葉風(fēng)分總匯總處取樣測(cè)試葉片結(jié)構(gòu)。二次潤(rùn)葉、打葉風(fēng)分工序的設(shè)備工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 設(shè)備工藝參數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)據(jù)分析與參數(shù)優(yōu)化

對(duì)云南玉溪云87 品種VBO3S 模塊按照上述的參數(shù)優(yōu)化測(cè)試方案進(jìn)行測(cè)試（表3），并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析（表4）。

表3 參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

表4 參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)相關(guān)性分析結(jié)果

由表4 可知：①在隧道式級(jí)間水分調(diào)控下，煙葉的水分變化與熱風(fēng)風(fēng)機(jī)頻率、加濕器開(kāi)度兩個(gè)參數(shù)呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)性，而與熱風(fēng)溫度的相關(guān)性不顯著；②煙葉的溫度變化與熱風(fēng)溫度呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)性，與熱風(fēng)風(fēng)機(jī)頻率和加濕器的開(kāi)度兩個(gè)參數(shù)的相關(guān)性不顯著；③實(shí)驗(yàn)條件下的煙葉增溫范圍為3.6～11.8 ℃，為提升煙葉柔韌性且不對(duì)煙葉內(nèi)在品質(zhì)造成較大的影響，考慮調(diào)控后的煙葉溫度與二次潤(rùn)葉出口煙葉溫度相近，并結(jié)合表1 數(shù)據(jù)，將調(diào)控裝置的熱風(fēng)溫度設(shè)置在75 ℃；④在實(shí)驗(yàn)條件下，煙葉水分增加范圍為-0.01%～0.62%，以適當(dāng)增加煙葉的水分為目標(biāo)，結(jié)合表1 數(shù)據(jù)，將調(diào)控裝置的熱風(fēng)風(fēng)機(jī)頻率設(shè)置為40 Hz、加濕器開(kāi)度為80%。綜上所述，水分調(diào)控裝置最佳參數(shù)組合為熱風(fēng)溫度75 ℃、熱風(fēng)風(fēng)機(jī)頻率40 Hz、加濕器開(kāi)度80%。

2.2 級(jí)間水分調(diào)控實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

按照上述參數(shù)優(yōu)化的水分調(diào)控裝置最佳參數(shù)及表2中設(shè)備工藝參數(shù)，選取云南昭通云116 品種VCO3S 模塊，測(cè)試級(jí)間水分調(diào)控裝置關(guān)閉、開(kāi)啟條件下，測(cè)量計(jì)算各級(jí)風(fēng)分器出口煙片水分極差值、葉片結(jié)構(gòu)、加工損耗。

2.2.1 煙葉水分測(cè)試結(jié)果分析

在煙葉水分調(diào)控裝置關(guān)閉、開(kāi)啟狀態(tài)下，測(cè)量各級(jí)風(fēng)分器出口分離出的煙葉水分并計(jì)算水分極差值，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同狀態(tài)下水分測(cè)試結(jié)果%

由表5 可知，在現(xiàn)有打葉風(fēng)分生產(chǎn)工藝不變的情況下，引入級(jí)間水分調(diào)控設(shè)備，對(duì)進(jìn)入三級(jí)打葉的物料進(jìn)行水分調(diào)控，打葉風(fēng)分工藝段各級(jí)風(fēng)分器出口水分極差值由1.52%降低至0.93%，煙葉水分的均勻性明顯提升。

2.2.2 葉片結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)果分析

在級(jí)間水分調(diào)控裝置關(guān)閉、開(kāi)啟狀態(tài)下，煙葉葉片結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)果如表6 所示。由表6、圖2、圖3 可知：①在調(diào)控裝置開(kāi)啟狀態(tài)下，三級(jí)打葉后的煙葉大片率提升3.04%、中片率提升0.60%，相應(yīng)的小片率和碎片率均有所下降，同時(shí)葉含梗率下降0.29%，證明三級(jí)打葉后煙葉加工葉片結(jié)構(gòu)有一定改善；②在調(diào)控裝置開(kāi)啟狀態(tài)下，打葉后匯總處煙葉大中片率提升0.87%，小片率、碎片率、葉含梗率均有所下降。

表6 級(jí)間水分調(diào)控后葉片結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果%

圖2 三級(jí)打葉煙葉結(jié)構(gòu)對(duì)比

圖3 打葉匯總煙葉結(jié)構(gòu)對(duì)比

2.2.3 打葉過(guò)程損耗測(cè)試結(jié)果分析

在復(fù)烤成品水分控制在相同標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，測(cè)量打葉風(fēng)分級(jí)間水分調(diào)控裝置關(guān)閉、開(kāi)啟條件下，打葉復(fù)烤生產(chǎn)損耗如表7 所示。從表7 可知，與關(guān)閉狀態(tài)對(duì)比，開(kāi)啟打葉風(fēng)分級(jí)間水分調(diào)控裝置出片上升0.09%、出梗率提升0.12%、芝麻片率下降0.08%、實(shí)物得率提升0.13%，證明打葉復(fù)烤加工過(guò)程損耗得到改善。

表7 級(jí)間水分調(diào)控效果研究投入產(chǎn)出數(shù)據(jù) %

3 結(jié)論

通過(guò)開(kāi)展打葉風(fēng)分級(jí)間水分調(diào)控優(yōu)化研究，使打葉風(fēng)分過(guò)程中的煙葉水分均勻性、葉片結(jié)構(gòu)、加工損耗均得到程度改善。

（1）打葉風(fēng)分級(jí)間水分調(diào)控裝置對(duì)煙葉的水分和溫度能起到一定的調(diào)節(jié)作用。水分調(diào)控裝置對(duì)煙葉增溫效果顯著，增加水分效果一般。本調(diào)控裝置目的是對(duì)煙葉水分進(jìn)行小幅補(bǔ)充，而煙葉本身水分較高，在此條件下要大幅增加煙葉水分，需大幅增加熱風(fēng)溫度、加濕量，并延長(zhǎng)接觸時(shí)間。但考慮到長(zhǎng)時(shí)間處于高溫、高濕環(huán)境對(duì)煙葉內(nèi)在品質(zhì)的影響，本級(jí)間水分調(diào)控裝置未引入熱能量較高的蒸汽，而采用“熱風(fēng)+霧化水”的方式對(duì)煙葉水分進(jìn)行調(diào)控。

（2）采用打葉風(fēng)分級(jí)間水分調(diào)控工藝后，三級(jí)打葉后以及打葉后匯總煙葉的大中片率均有提升，小片率、碎片率和葉含梗率有一定降低，即表明通過(guò)調(diào)控裝置對(duì)進(jìn)入三級(jí)打葉機(jī)煙葉的水分和溫度補(bǔ)償提升后，煙葉的加工性能發(fā)生改變，從而影響三級(jí)打葉后的葉片結(jié)構(gòu)。由于三級(jí)打葉后的煙葉出片量約占整個(gè)打葉風(fēng)分工藝段出片量的30%左右，所以三級(jí)打葉后葉片結(jié)構(gòu)的改善會(huì)使相應(yīng)的打葉后匯總煙葉葉片結(jié)構(gòu)有一定程度的提升。

（3）采用打葉風(fēng)分級(jí)間水分調(diào)控工藝后，打葉復(fù)烤生產(chǎn)的實(shí)物得率提升0.13%，說(shuō)明級(jí)間水分調(diào)控后煙葉的耐加工性有一定提升，加工過(guò)程造碎減少且實(shí)物產(chǎn)出增多，即表明水分調(diào)控工藝對(duì)控制煙葉加工損耗有一定改善作用。