CN110286198B - 一种基于叶丝升温过程评价滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性的方法 - Google Patents

一种基于叶丝升温过程评价滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于叶丝升温过程评价滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性的方法，其包括以下步骤：A、动态检测所述滚筒内叶丝表面温度，得到叶丝表面温度分布曲线，B、根据所述温度分布曲线得到叶丝入口温度，叶丝出口温度；测量对应的所述滚筒出口叶丝含水率；C、根据上述参数和公式计算该批次的干燥过程叶丝加工强度；D、以目标滚筒或目标批次的干燥过程叶丝加工强度与待测滚筒或待测批次的干燥过程叶丝加工强度差值绝对值判定叶丝加工强度一致性。本发明实现了滚筒干燥叶丝加工强度指标由定性分析向定量分析的转变，有效评估同滚筒不同工艺参数组的加工效果、不同生产线的滚筒加工效果等，对实际生产过程具有较强的指导意义。

Description

一种基于叶丝升温过程评价滚筒干燥过程叶丝加工强度一致 性的方法
技术领域
本发明属于干燥技术领域，特别涉及一种基于叶丝升温过程评价滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性的方法。
背景技术
叶丝干燥是卷烟制丝生产的关键工序，目的是降低叶丝含水率，改善和提高叶丝感官质量，干燥工艺参数的设置直接影响烘后叶丝的物理质量和感官质量，对卷烟香气特性、叶丝感官质量的影响相比其他制丝工序尤为明显。干燥工序关键参数的设置，表面是干燥过程中物料的温度和含水率的变化，本质上烟叶的物理质量、化学成分、致香成分以及烟叶的香气质、杂气、刺激性等感官质量指标发生了显著变化。在多点生产、合作生产品牌或规格不断扩大的背景下，干燥工序叶丝加工强度的一致性在保障同一品牌规格产品的均质化中起到了举足轻重的作用。
目前，烟草行业干燥工序普遍使用滚筒干燥方法，以关键参数组合例如筒壁温度、热风温度、停留时间等作为叶丝加工强度参数指标，分析对叶丝感官质量、致香成分和化学成分、叶丝物理质量等方面影响。关于干燥工序叶丝加工强度一致性的研究，随着干燥滚筒干燥内的叶丝温度、气氛湿度相关检测技术的研发，名称为“关于一种调控烟草滚筒干燥在制品多点加工强度一致性的方法”的专利(授权公告号CN106690391B)利用叶丝温度对干燥路径比的定积分以及叶丝温度对干燥时间的定积分经验方程分析判定加工强度一致性，但没有涉及到干燥动力学中的物料含水率这一重要参数，也没有系统分析滚筒干燥叶丝受热过程。
为了解决上述问题，提出本发明。
发明内容
本发明提供一种基于叶丝升温过程评价滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性的方法，其包括以下步骤：
A、将能够检测并记录运动的叶丝实时温度的温度检测装置随待干燥叶丝一起加入干燥滚筒内，动态检测所述滚筒内叶丝表面温度，所述温度检测装置能够实时记录测试时间或测试位置与对应的叶丝表面温度；
B、根据所述温度检测装置中的数据绘制所述叶丝表面温度随所述测试时间或测试位置的曲线变化图，得到在所述滚筒内叶丝表面温度分布曲线；在所述叶丝表面温度分布曲线上，将所述测试起始时间或测试起始位置的叶丝温度作为叶丝入口温度tinlet℃，并将曲线上的叶丝最高温度作为出口温度toutlet℃；测量对应的所述滚筒出口叶丝含水率Xoutlet；
C、根据以下公式计算该批次的干燥过程叶丝加工强度Qs：
Qs＝(1.968+4.187Xoutlet)(toutlet-tinlet)
D、以QsT表示目标滚筒或目标批次的干燥过程叶丝加工强度，以QsA表示待测滚筒或待测批次的干燥过程叶丝加工强度，QsT和QsA的计算方式如步骤C所述，计算QsT和QsA差值的绝对值，则待测批次或滚筒与目标批次或滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性的判定方法如下：
(I)|QsT-QsA|≤3时，待测批次或待测滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性为1级；即两者无差异或基本无差异；
(II)3＜|QsT-QsA|≤5时，待测批次或待测滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性为2级；即两者有差异；
(III)|QsT-QsA|＞5时，待测批次或待测滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性为3级；即两者有显著差异。
本发明中叶丝加工强度单位为kJ/kg，Qs为叶丝加工强度的数值。
优选的，所述温度检测装置为接触式测定运动烟草温度的装置。
优选的，所述叶丝含水率可以在线监测或离线检测。
验证本发明干燥过程叶丝加工强度一致性判定结果可靠性与稳健性的方式如下：
按照《卷烟品牌合作生产质量保障规范第4部分：评价与改进》(标准编号：YC/T198.4—2012)，三点法检验不同批次或不同类型滚筒干燥样品与目标样品感官质量一致性，将其结果与本发明判定的叶丝加工强度一致性相比较，验证本发明加工强度一致性判定结果的可靠性与稳健性。
本发明的原理如下：
本发明按照干燥过程叶丝升温所需热量的计算模型，计算该批次的滚筒干燥叶丝加工强度，具有热力学意义。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明方法实现了滚筒干燥叶丝加工强度指标由定性分析向定量分析的转变，滚筒干燥叶丝加工强度是与叶丝停留时间、叶丝干燥路径、工艺流量等无关的物理量，仅与滚筒干燥叶丝入口温度、最高温度和出口含水率有关，有效评估同滚筒不同工艺参数组的加工效果、不同生产线的滚筒加工效果等，对实际生产过程具有较强的指导意义。
2、本发明方法中滚筒干燥叶丝加工强度计算模型中涉及参数少，现场多个渠道均能获取(在线水分仪、现场工控机、MES系统等)，计算过程简单、科学，因此滚筒干燥叶丝加工强度计算模型及其判定流程对指导滚筒干燥工艺维护、质量分析的操作性较强。
3、本发明方法滚筒干燥过程叶丝加工强度与感官质量具有较显著的对应关系，可在一定程度代表不同加工强度下的感官质量的变化。因此，可以显著降低感官质量评吸结果不稳定性与低再现性问题，更科学地、更加量化地开展批次产品质量稳定性评价和多点加工质量一致性评价。
附图说明
图1为实施例1所述的接触式测定运动烟草温度的装置。
附图标记列表：
1、小球壳体，2、小球端盖，3、电路板固定环，4硅胶后盖，5、硅胶前盖，6、硅胶主壳体，7、HLC-1520电池，8、美国OMEGA PRCU-10温度探头，9、电路板。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步说明本发明的内容。本发明实施例中使用的滚筒设备型号：KLD-2Z 7700薄板叶丝干燥设备(流量：5000kg/h，德国HAUNI公司)。
实施例1
本实施例1采用某牌号模块配方烟丝进行生产，在滚筒设备、加工条件不变的情况下，连续测定27批次滚筒干燥内叶丝表面温度数据。评价不同批次滚筒干燥叶丝加工强度指标的一致性情况。滚筒加工条件如下：工艺流量G：5140.00kg绝干料/h、一区筒壁温度：155.00℃、二区筒壁温度：145.00℃、热风温度120.00℃。
(备注：卷烟制造行业叶丝干燥设备以管板式滚筒干燥设备为主，随着干燥设备的不断升级与功能更为完善，卷烟制造行业内出现了滚筒干燥设备筒壁温度分区控制的加工模式，即将原有的管板式滚筒干燥设备轴向等分成两个有显著温度差的筒壁温度控制区，即筒壁从滚筒入口到滚筒二分一处为一区筒壁，筒壁从滚筒二分一处到滚筒出口为二区筒壁，对滚筒干燥过程一区筒壁温度T1、二区筒壁温度T2，若待分析设备为传统的管板式滚筒干燥设备，筒壁温度一致，本方法即认为采用一区筒壁温度T1等于二区筒壁温度T2，均为筒壁温度，进行叶丝加工强度分析。工艺流量G为单位时间叶丝干燥工序的干基叶丝量，kg绝干料/h；热风温度为车间环境空气经热交换加热后、进入滚筒干燥设备的关键加工参数，主要起到对流传热、增加传质动力的作用。下同。)
评价干燥过程叶丝加工强度一致性的方法，包括以下步骤：
A、批次试验生产稳定15min后，使用接触式测定运动烟草温度的装置(公开号：CN105806512B)检测干燥滚筒内叶丝表面温度。
B、导出该装置数据采集器中叶丝表面温度数据至excel中，绘制滚筒干燥内叶丝表面温度分布曲线。在滚筒干燥内叶丝表面温度分布曲线上，根据测试起始时间确定叶丝温度起始点，在测试结束时间至测试结束时间前移100s的时间范围内获取叶丝温度最高点，以此作为滚筒干燥叶丝加工强度计算模型中叶丝入口温度tinlet、出口温度toutlet。使用在线监测装置，测试起止时间对应的滚筒干燥工序出口叶丝干基含水率Xoutlet。
C、将叶丝入口温度tinlet、出口温度toutlet、出口含水率Xoutlet代入滚筒干燥叶丝加工强度计算模型，见下式，得到批次编号1条件下的滚筒干燥叶丝加工强度Qs值。
Qs＝(1.968+4.187Xoutlet)(toutlet-tinlet)
D、重复上述步骤，按照上式计算获取其余26个批次的滚筒干燥叶丝加工强度Qs值。以QsT表示目标滚筒或目标批次的干燥过程叶丝加工强度，以QsA表示待测批次的干燥过程叶丝加工强度，QsT和QsA的计算方式如步骤C所述。计算QsT和QsA差值的绝对值，则待测批次与目标批次干燥过程叶丝加工强度一致性的判定方法如下：
(I)|QsT-QsA|≤3时，待测批次或待测滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性为1级；即两者无差异或基本无差异；
(II)3＜|QsT-QsA|≤5时，待测批次或待测滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性为2级；即两者有差异；
(III)|QsT-QsA|＞5时，待测批次或待测滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性为3级；即两者有显著差异；
相同品牌、相同加工条件下Qs稳定性分析结果表明(见表1)：第2批、第7批一致性判定为2级，即与目标批次第1批有差异。其余24批次一致性判定为1级，即与目标批次第1批无差异，滚筒干燥叶丝加工强度一致性控制较好。
表1相同品牌、相同加工条件下加工强度一致性分析
Figure BDA0002097527480000051
Figure BDA0002097527480000061
按照《卷烟品牌合作生产质量保障规范第4部分：评价与改进》(标准编号：YC/T198.4—2012)，三点法检验不同批次或不同类型滚筒干燥样品与目标样品感官质量一致性，选取与目标批次第1批有差异的批次：第2批、第7批；以及与目标批次第1批无差异第27批，13人具有评吸资格的专业人员参与评吸，评吸结果见下表2。
表2三点检验法感官质量评价结果
Figure BDA0002097527480000062
备注：三点检验符号说明I：无差异；II基本无差异；III有差异，IV有明显差异。
感官质量三点检验结果与滚筒干燥叶丝加工强度一致性判定结果较吻合，表明本发明评价加工强度一致性的方法是可行的，且能够定量表达感官质量的主要差异。同时，在开展批次加工间的工艺、质量维护工作当中，滚筒干燥叶丝加工强度分析方法能够消除对感官质量评价结果的依赖，进而显著降低了感官质量评吸结果的不稳定与评吸人员的主观偏好。
实施例2
本实施例2选择代表性的多点加工某牌号模块配方，在不同滚筒干燥设备、不同加工条件下分别测定A厂、B厂、C厂的干燥滚筒内叶丝表面温度数据，评价某牌号多点加工滚筒干燥叶丝加工强度指标的一致性情况，其中每个滚筒进样测试三次。
实验设计见表3。
表3试验设计
Figure BDA0002097527480000071
评价干燥过程叶丝加工强度一致性的方法，包括以下步骤：
A、批次试验生产稳定15min后，使用接触式测定运动烟草温度的装置(公开号：CN105806512B)检测干燥滚筒内叶丝表面温度，
B、导出该装置数据采集器中叶丝表面温度数据至excel中，绘制滚筒干燥内叶丝表面温度分布曲线。在滚筒干燥内叶丝表面温度分布曲线上，根据测试起始时间确定叶丝温度起始点，在测试结束时间至测试结束时间前移100s的时间范围内获取叶丝温度最高点，以此作为滚筒干燥叶丝加工强度计算模型中叶丝入口温度tinlet℃、出口温度toutlet℃。读取测试起止时间对应的滚筒干燥工序出口叶丝干基含水率Xoutlet；
C、将叶丝入口温度tinlet℃、出口温度toutlet℃、出口含水率Xoutlet代入滚筒干燥叶丝加工强度计算模型，得到A厂第1批次滚筒干燥叶丝加工强度Qs值。
Qs＝(1.968+4.187Xoutlet)(toutlet-tinlet)
D、重复上述步骤，按照上式计算获取A厂其余2次样品的滚筒干燥叶丝加工强度Qs值。同样重复上述步骤，分别获取B厂、C厂各3次样品的滚筒干燥叶丝加工强度Qs值。目标批次为A厂滚筒干燥叶丝加工强度，以QsT表示A厂滚筒干燥过程叶丝加工强度Qs，以QsA表示待分析B厂、C厂滚筒干燥过程叶丝加工强度Qs，先计算QsT与QsA差值的绝对值，按照叶丝加工强度一致性判定方法，进行不同生产厂叶丝加工强度Qs稳定性及一致性分析。
待分析滚筒干燥过程与目标滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性的判定方法如下：
(I)|QsT-QsA|≤3时，待测批次或待测滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性为1级；即两者无差异或基本无差异；
(II)3＜|QsT-QsA|≤5时，待测批次或待测滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性为2级；即两者有差异；
(III)|QsT-QsA|＞5时，待测批次或待测滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性为3级；即两者有显著差异。
上述滚筒干燥叶丝加工强度Qs一致性分析结果见表4。B厂、C厂滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性判定均为3级，即与目标批次第1批有显著差异。
表4多点加工某品牌的加工强度一致性情况
Figure BDA0002097527480000081
按照《卷烟品牌合作生产质量保障规范第4部分：评价与改进》(标准编号：YC/T198.4—2012)，三点法检验不同批次或不同类型滚筒干燥样品与目标样品感官质量一致性，选取与A厂生产的某品牌为对照样：三点法检验B厂、C厂的某品牌样品，13人具有评吸资格的专业人员参与评吸，三次样品评吸结果如下表5。
表5三点检验法感官质量评价结果
Figure BDA0002097527480000082
备注：三点检验符号说明I：无差异；II基本无差异；III有差异，IV有明显差异。
根据对应的感官质量评价结果表5，滚筒干燥过程，B厂与A厂感官质量有差异，C厂与A厂感官质量有明显差异。因此，感官质量三点检验结果与滚筒干燥叶丝加工强度一致性判定结果较吻合，表明本发明评价滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性的方法是可行的，且能够定量表达感官质量的主要差异。同时，在开展多点加工质量一致性维护工作当中，滚筒干燥叶丝加工强度评价方法能够消除对感官质量评价结果的依赖，进而显著降低了感官质量评吸结果的不稳定与评吸人员的主观偏好。

Claims (3)

1.一种基于叶丝升温过程评价滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将能够检测并记录运动的叶丝实时温度的温度检测装置和待干燥叶丝一起加入干燥滚筒内，动态检测所述滚筒内叶丝表面温度，所述温度检测装置能够实时记录测试时间或测试位置与对应的叶丝表面温度；
B、根据所述温度检测装置中的数据绘制所述叶丝表面温度随所述测试时间或测试位置的曲线变化图，得到在所述滚筒内叶丝表面温度分布曲线；在所述叶丝表面温度分布曲线上，将测试起始时间或测试起始位置的叶丝温度作为叶丝入口温度tinlet摄氏度，并将曲线上的叶丝最高温度作为出口温度toutlet摄氏度；测量对应的所述滚筒出口叶丝含水率Xoutlet；
C、根据以下公式计算干燥过程叶丝加工强度Qs：
Qs＝(1.968+4.187Xoutlet)(toutlet-tinlet)
D、以QsT表示目标滚筒或目标批次的干燥过程叶丝加工强度，以QsA表示待测滚筒或待测批次的干燥过程叶丝加工强度，QsT和QsA的计算方式如步骤C所述，则待测批次或滚筒与目标批次或滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性的判定方法如下：
(I)|QsT-QsA|≤3时，待测批次或待测滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性为1级；即两者无差异或基本无差异；
(II)3＜|QsT-QsA|≤5时，待测批次或待测滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性为2级；即两者有差异；
(III)|Qsr-QsA|＞5时，待测批次或待测滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性为3级；即两者有显著差异。
2.根据权利要求1所述的基于叶丝升温过程评价滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性的方法，其特征在于，所述温度检测装置为接触式测定运动烟草温度的装置。
3.根据权利要求1所述的基于叶丝升温过程评价滚筒干燥过程叶丝加工强度一致性的方法，其特征在于，所述叶丝含水率可以在线监测或离线检测。
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