CN110464041A - 一种建立烟草薄片物理性能预测模型的方法 - Google Patents

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田晓辉
闫瑛
樊新顺
罗冲
田泱源
张晓�
侯轶
李友明
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South China University of Technology SCUT
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HENAN CIGARETTE INDUSTRIAL TOBACCO SLICE Co Ltd
South China University of Technology SCUT
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    • A24B—MANUFACTURE OR PREPARATION OF TOBACCO FOR SMOKING OR CHEWING; TOBACCO; SNUFF
    • A24B15/00—Chemical features or treatment of tobacco; Tobacco substitutes, e.g. in liquid form
    • A24B15/10—Chemical features of tobacco products or tobacco substitutes
    • A24B15/12—Chemical features of tobacco products or tobacco substitutes of reconstituted tobacco

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Abstract

本发明提供了一种建立烟草薄片物理性能预测模型的方法，将不同烟草薄片样品进行柔性疏解，测定其纤维长度、宽度、粗度、纤维卷曲率、纤维扭结指数和细小纤维含量，并与烟草薄片物理性能建立线性关系式，使用该式对烟草薄片物理性能进行快速预测。本发明可以解决工厂条件下，通过浆料纤维形态分析直接对烟草薄片物理性能的快速预测，解决了现有样品检测数据滞后于生产运行的难题，节省了样品关键物理性能的检测时间，实现了产品质量的在线调控。

Description

一种建立烟草薄片物理性能预测模型的方法
技术领域
本发明属于烟草薄片生产检测技术领域，具体涉及一种建立烟草薄片物理性能预测模型的方法。
背景技术
烟草薄片是利用不能直接用于卷烟制品的低、废次烟草原料，如烟梗、烟末等制作而成，又称再造烟叶。通常有辊压法、稠浆法和造纸法等工艺方法。造纸法再造烟叶以其高附加值、高填充率及其在降焦减害方面的特殊功用，已作为再造烟叶的主流趋势被世界烟草生产行业所接受和采纳。
经过几十年的不断发展，造纸法再造烟叶的生产工艺已日趋完善，但是其质量控制一直是人们关心的问题。在实际生产中，为测定烟草薄片的物理性能，必须将浆料经过抄造、压榨、脱水及烘干等工艺，然后将抄造的薄片根据相关国家标准测定其物理形态，冗长的抄造工艺及测定程序使得无法根据浆料的性能及时预测烟草薄片成品的物理性能，造成工艺调整的严重滞后。
李友明等分析了国内外7种再造烟叶产品，对比了不同再造烟叶产品的物理指标和表面微观形貌，并分析各原料纤维之间的差异，指出原料纤维的卷曲率、扭结因子、细小纤维含量是再造烟叶产品透气度、柔软性、伸长率的主要影响因素。戴路等比较了PFI磨浆对烟梗、烟末纤维形态以及基片物理指标的影响，随着打浆度的升高，纤维原料的平均纤维长度、宽度、粗度和卷曲指数都有不同程度地降低，而随着烟梗打浆度的提高，基片抗张强度先升高后下降，厚度、透气度呈下降趋势，松厚度先下降后上升。马洪涛等采用统计的方法对再造烟叶产品的纤维长度、长度分布范围、纤维宽度、宽度分布范围与产品的物理指标之间的相关性进行研究，结果发现，造纸法再造烟叶的纤维长度、纤维宽度与杭张强度呈极显著负相关，纤维宽度与填充值达到显著负相关，纤维长度与定量、纤维宽度与定量均达显著正相关。这些研究指出了造纸法烟草基片的纤维形态对其物理指标有着不同程度影响，但是纤维形态对这些物理指标的影响程度和定量表征则很少涉及。
建立一种可以根据浆料质量快速评价烟草薄片的物理性能的方法，以此来进行生产工艺的调整，对再造烟叶产品升级具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种建立烟草薄片物理性能预测模型的方法，以解决现有技术不能快速评价烟草薄片的物理性能的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种建立烟草薄片物理性能预测模型的方法，具体包括以下步骤：
(1)将烟草薄片纤维原料浸泡在清水中，充分进行柔性解离，得到纤维悬浮液；
(2)取适量纤维悬浮液，使用纤维质量分析仪进行纤维形态分析；
(3)根据标准方法测定烟草薄片的物理性能；
(4)以纤维形态为自变量，以物理性能为因变量，建立多元一次线性关系式Y＝a1X1+a2X2+a3X3+a4X4+a5X5+a6X6，其中，Y为烟草薄片的物理性能，X1-X6分别为纤维长度、宽度、细小纤维含量、粗度、纤维卷曲率和纤维扭结指数；
(5)更换烟草薄片纤维原料并重复步骤(1)至(4)至少6次，合并多元一次线性关系式，并求解得出自变量系数a1至a6，从而得到预测模型关系式组合；
(6)将每一烟草薄片纤维原料的纤维形态的参数通过步骤(5)的预测模型关系式组合中的相应预测模型关系式计算相应的物理性能的预测值，并与相应的实际值进行计算，得到相对误差，选择相对误差最小的预测模型关系式即为烟草薄片物理性能的预测模型。
进一步的，所述烟草薄片纤维原料不少于7种。
进一步的，步骤(2)中所述纤维形态包括纤维长度，单位mm、宽度，单位：μm、粗度，单位：mg/m、纤维卷曲率，单位：％、纤维扭结指数及细小纤维含量，单位：％。
进一步的，所述步骤(3)中的物理性能为纵向抗张指数或松厚度。
本发明的有益效果是：
本技术方案通过对烟草薄片纤维原料的纤维形态及物理性能的分析，建立出预测模型，能够快速准确地预测实际生产中烟草薄片的物理性能，解决现有样品检测数据滞后于生产运行的难题，节省样品关键物理性能检测的时间，实现产品质量的在线调控，有效节约生产成本。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本申请提供一种建立烟草薄片物理性能预测模型的方法，具体包括以下步骤：
(1)从收集不同生产厂家的多种烟草薄片中，任意选择1种烟草薄片纤维原料浸泡在清水中，充分进行柔性解离，得到纤维悬浮液；在本申请的实施例中，收集的为7种不同生产厂家的烟草薄片，在其它实施例中，根据预测模型精度的需要也可以选择多于7种烟草薄片。
(2)取适量纤维悬浮液，使用纤维质量分析仪进行纤维形态分析，悬浮液浓度范围为10～25mg/L。纤维形态包括纤维长度，单位mm、宽度，单位：μm、粗度，单位：mg/m、纤维卷曲率，单位：％、纤维扭结指数及细小纤维含量，单位：％。
(3)根据标准方法测定烟草薄片的物理性能，在本申请中，物理性能为纵向抗张指数和松厚度，本申请按照GB/T 12914-2008测定抗张指数、按照GB/T 451-2008测定松厚度。
(4)以纤维形态为自变量，以物理性能为因变量，建立多元一次线性关系式Y＝a1X1+a2X2+a3X3+a4X4+a5X5+a6X6，其中，Y为烟草薄片的物理性能，X1-X6分别为纤维长度、宽度、细小纤维含量、粗度、纤维卷曲率和纤维扭结指数；
(5)更换烟草薄片纤维原料并重复步骤(1)至(4)至少6次，合并多元一次线性关系式，并求解得出自变量系数a1至a6，从而得到预测模型关系式。
实施例
收集7种不同生产厂家的烟草薄片，对其样品进行柔性疏解，得到纤维悬浮液，取适量纤维悬浮液用纤维质量分析仪进行纤维分析，并按照GB/T12914-2008测定抗张指数。结果如表1所示。
表1 7种不同烟草薄片的纤维形态指标与纵向抗张指数
由表1得到线性方程组如下：
随机选取6个方程组成一元线性方程组，解得其自变量系数，其结果如表2所。所示。
表2纵向抗张指数预测模型结果
得到预测方程如下：
将第7种样品参数代入所得模型中，计算预测值与实际值的相对误差，其结果如表3所示。
表3纵向抗张指数预测模型的相对误差
由此可见，得出的各个公式误差均比较小，我们只需选择误差最小的1种模型即可得出烟草薄片纵向抗张指数与纤维形态之间的预测模型Y1＝1.6513X1+0.0820X2+0.1878X3-2.7680X4-0.1063X5-0.0006X6。
上述不同生产厂家的7种烟草薄片，对其样品进行柔性疏解，得到纤维悬浮液，取适量纤维悬浮液用纤维质量分析仪进行纤维分析，并按照GB/T451-2008测定松厚度。结果如表4所示。
表47种不同烟草薄片的纤维形态指标与松厚度
由表4得到线性方程组如下：
随机选取6种样品建立线性关系式，解得其自变量系数，其结果如表5所示。
表5松厚度预测模型结果
得到预测方程如下：
将第7种样品参数代入所得模型中，计算预测值与实际值的相对误差，其结果如表6所示。
表6松厚度预测模型的相对误差
由此可见，得出的各个公式误差均比较小，我们只需选择误差最小的1种模型，即可得到烟草薄片松厚度与纤维形态之间的预测模型Y2＝-1.9011X1+0.0665X2+0.0262X3+1.7959X4-0.1674X5+0.0063X6。
收集某烟草薄片厂不同工艺下浆料样品，测量其纤维形态如表7所示。
表7某烟草薄片厂不同浆料样品纤维形态分析结果
分别代入预测模型：
得到预测值，Y1＝7.59和7.28，Y2＝2.06和1.61。
对浆料进行抄片，并测定其实际抗张指数与松厚度，分别为Y′1＝7.08和7.64，Y′2＝2.21和1.73。分别计算其相对误差如表8所示，误差均在10％以内，预测效果良好。
表8预测结果相对误差
编号 纵向抗张指数 松厚度
1 6.72％ -7.28％
2 -4.95％ -7.45％
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (4)

1.一种建立烟草薄片物理性能预测模型的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将烟草薄片纤维原料浸泡在清水中，充分进行柔性解离，得到纤维悬浮液；
(2)取适量纤维悬浮液，使用纤维质量分析仪进行纤维形态分析；
(3)根据标准方法测定烟草薄片的物理性能；
(4)以纤维形态为自变量，以物理性能为因变量，建立多元一次线性关系式Y＝a1X1+a2X2+a3X3+a4X4+a5X5+a6X6，其中，Y为烟草薄片的物理性能，X1-X6分别为纤维长度、宽度、细小纤维含量、粗度、纤维卷曲率和纤维扭结指数；
(5)更换烟草薄片纤维原料并重复步骤(1)至(4)至少6次，合并多元一次线性关系式，并求解得出自变量系数a1至a6，从而得到预测模型关系式组合；
(6)将每一烟草薄片纤维原料的纤维形态的参数通过步骤(5)的预测模型关系式组合中的相应预测模型关系式计算相应的物理性能的预测值，并与相应的实际值进行计算，得到相对误差，选择相对误差最小的预测模型关系式即为烟草薄片物理性能的预测模型。
2.根据权利要求1所述的建立烟草薄片物理性能预测模型的方法，其特征在于，所述烟草薄片纤维原料不少于7种。
3.根据权利要求1所述的建立烟草薄片物理性能预测模型的方法，其特征在于，步骤(2)中所述纤维形态包括纤维长度，单位mm、宽度，单位：μm、粗度，单位：mg/m、纤维卷曲率，单位：％、纤维扭结指数及细小纤维含量，单位：％。
4.根据权利要求1所述的建立烟草薄片物理性能预测模型的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的物理性能为纵向抗张指数或松厚度。
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