CN111358031A - 一种气流干燥加工强度的表征方法 - Google Patents

一种气流干燥加工强度的表征方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气流干燥加工强度的表征方法，是基于气流干燥过程中传质的两个主要对象叶丝和热空气进行分析，叶丝中低沸点易挥发的成分在气流干燥过程随着叶丝中水分的挥发转移至过热蒸汽中，利用叶丝中水分的挥发量来表征叶丝中低沸点成分的挥发量，同时利用过热蒸汽的过热度来控制水分传质的速度，从气流干燥过程叶丝与过热蒸汽传质的总量和速度两个方面来表征气流干燥加工强度。本发明采用量化方法表征气流干燥过程中的加工强度，根据卷烟产品质量特性与消耗需求，选择不同的烟丝加工强度，有效指导烟丝加工工艺。

Description

一种气流干燥加工强度的表征方法
技术领域
本发明涉及一种气流干燥加工强度的表征方法。
背景技术
烟草行业中，制丝的工艺流程主要为储叶在叶片切丝后，经加温加湿(或者不经过加温加湿)，再进行干燥，干燥后的烟丝冷却定型后进行掺配加香。
干燥工序是卷烟加工过程中的关键工序，目的是降低叶丝含水率，提高叶丝填充性能，改善和提升叶丝感官质量。目前烟草行业普遍采用的干燥方式有薄板干燥和气流干燥，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，表面上是干燥过程中物料的温度和含水率的变化，本质上是烟叶的物理质量、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。
国内烟草行业使用的干燥设备主要有两种：薄板干燥和气流干燥。薄板干燥是利用饱和蒸汽作为热源，对烟丝进行加热，利用干热风与烟丝进行水分传递，达到烘干烟丝的目的。气流干燥以经燃烧炉加热后的过热蒸汽为热源，利用过热蒸汽的载湿能力，与烟丝发生传质，吸收烟丝中的水分，达到干燥烟丝的目的。
国内烟草行业使用的气流式烟草在线膨胀干燥设备主要有：管式气流干燥设备,如Dickinson-LEGG公司的HXD、Hauni公司的HDT；管塔式气流干燥设备,如国内烟机公司制造的SH9系列气流式烟丝干燥机、Comas公司的CTD烟丝气流干燥设备。
对叶丝加工强度参数进行表征，分析各工艺参数对叶丝感官质量、致香成分和化学成分、叶丝物理质量等指标的影响，对指导烟丝加工工艺具有重要作用。名称为“一种准确表征卷烟叶丝干燥工序物料加工强度的方法”的专利(公开号为CN103234936A)，采用干燥前后叶丝的近红外光谱对比分析，应用主成分一马氏距离方法，利用马氏距离的类间平均值表征干燥过程中的加工强度。烟草行业技术人员还探索利用干燥前后化学成分变化的方法表征干燥过程的加工强度。
这些表征干燥过程中加工强度方法的研究，对于探明干燥过程中的变化规律具有积极意义，但现有每种方法均具有局限性。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种气流干燥加工强度的表征方法，以期可以采用量化方法准确表征气流干燥过程中的加工强度，从而有效指导烟丝加工工艺。
本发明为实现目的，采用如下技术方案：
本发明气流干燥加工强度的表征方法，是采用一种技术指标表征气流干燥过程中的加工强度，该指标与气流干燥过程中脱水量、排潮气体质量流量有关联。利用干燥过程中物料质量守恒和热量守恒的原理进行表征，物料脱水量M1越大，而排潮质量流量M2越小，加工强度A值越小。气流干燥以通过燃烧炉加热后的过热蒸汽为热源和加工介质，增大干燥过程脱水量(即是增加气流干燥进料物料流量)、烟丝在干燥过程中吸收过热蒸汽的热量，降低过热蒸汽的过热度。因为过热蒸汽随着过热度的提高，蒸汽的载湿能力增强，在气流干燥过程中，由于干燥时间在5秒至6秒，烟丝在气流干燥时发生化学反应的机率较小，主要是烟丝中的低沸点成分的挥发作用，降低过热蒸汽的过热度，提高烟丝中易挥发的成分在混合气体中蒸汽分压，减小气流干燥过程中烟丝中香气成分的挥发速度，从而减少烟丝中香气成分损失。
本发明公开的一种气流干燥加工强度的表征方法，其特点在于，包括如下步骤：
步骤1、在线采集或离线检测烟丝在气流干燥前后的烟丝水分，根据烟丝进入气流烘丝机前的物料流量，计算气流干燥过程的脱水量M1；
步骤2、通过调整气流烘丝机排潮管路上的风门，保证气流干燥机出料气锁处于微正压状态；
采集排潮管路上温度传感器的温度值T，采集排潮管路上差压式气流流量计的压差值ΔP，采集气流干燥工艺气体含氧量O，计算得到排潮气体质量流量M2；
步骤3、计算气流干燥过程中加工强度的表征指标A：
Figure BDA0002433421050000021
进一步地：步骤1中的所述在线采集是利用生产线上的红外水分仪进行检测，所述离线检测是按照YC/T31《烟草及烟草制品试样的制备和水分测定烘箱法》进行含水率测定。在线采集的方法简单，但其准确度比离线检测低，需及时对红外水分仪进行校正。
进一步地，步骤1中，令在气流干燥前后的烟丝水分(即气流干燥的进料水分和出料水分)分别为W1、W2，令烟丝进入烘丝机前的物料流量为F，则：
Figure BDA0002433421050000022
进一步地，步骤2中，步骤2中，所述微正压状态的压力范围在20-80帕。
进一步地，步骤2中，所述排潮气体质量流量M2按如下方法计算获得：
首先排潮气体密度ρ：ρ＝(ρA*RA)+(ρV*RV)，其中：
ρA＝(3.561*10-6*T2)-(3.085*10-3*T)+1.234，
ρV＝(2.445*10-6*T2)-(2.046*10-3*T)+0.7869，
Figure BDA0002433421050000031
RV＝1-RA，
式中：T为排潮气体温度，即所采集到的排潮管路上温度传感器的温度值，单位为℃；O为气流干燥工艺气体含氧量，单位为％；
然后计算获得排潮气体质量流量M2：
Figure BDA0002433421050000032
式中：ΔP为所采集到的排潮管路上差压式气流流量计的压差值ΔP，单位为Pa；ρ为排潮气体密度，单位为kg/m3。
进一步地：A值在50％至70％之间，气流干燥后的烟丝内在质量较优，能基本保持切丝后烟丝的感官质量特性，烟草香韵变化幅度较小；A值增大，气流干燥加工强度降低，A值减小，气流干燥加工强度增大。加工强度A值不宜超过70％，因为A值过大，气流干燥加工强度虽然降低，但气流干燥设备出料气锁正压过大，会造成蒸汽在出料端冷凝滴落至烟丝中的情况，从而发生质量风险的可能。
本发明的有益效果体现在：
本发明提供的一种气流干燥加工强度的表征方法，是从烟草化学角度，依据道尔顿分压定律，利用气流干燥过程中质量守恒定律，基于气流干燥过程中只存在挥发作用，烟丝内部不发生化学反应的原理，通过对气流干燥过程中传质的两个主要对象性质分析：叶丝和过热蒸汽，叶丝是气流干燥过程中传质的提供源，过热蒸汽是气流干燥过程中传质的载体。叶丝中低沸点易挥发的成分在气流干燥过程随着叶丝中水分的挥发转移至过热蒸汽中，利用叶丝中水分的挥发量来表征叶丝中低沸点成分的挥发量，同时利用过热蒸汽的过热度来控制水分传质的速度，从气流干燥过程叶丝与过热蒸汽传质的总量和速度两个方面来表征气流干燥加工强度。本发明能采用量化方法表征气流干燥过程中的加工强度，根据卷烟产品质量特性与消耗需求，选择不同的烟丝加工强度，有效指导烟丝加工工艺。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明,但实施例并不是对本发明技术方案的限定。
除非另有说明,所涉及的专业术语均参照国家烟草专卖局编写的2016版《卷烟工艺规范》。
实施例1
步骤1、黄山A牌号气流干燥组烟叶切丝后含水率为18.54％，不使用隧道式增温增湿机加温加湿。烟丝进入气流烘丝机前的物料流量为6000kg/h，气流干燥后出料含水率为12.35％。计算获得干燥过程的脱水量M1为423.7kg/h。
步骤2、通过调整气流烘丝机排潮管路上的风门，保证气流干燥机出料气锁处于微正压状态；
采集排潮管路上压差流量计处气体温度T为132.5℃，采集排潮管路上差压式气流流量计的压差值ΔP为131Pa，采集气流干燥系统中氧含量检测传感器含氧量O为2.02％，计算得到排潮气体质量流量M2为687kg/h；
步骤3、计算气流干燥过程中加工强度的表征指标A为61.64％。
通过上述工艺参数组合气流干燥后，由于烟丝的物料流量大，烟丝在气流干燥塔内的填充密度高，烟丝在干燥塔内消耗过热蒸汽的动能较多，干燥后烟丝在气料分离时由于烟丝运行速度较低，造成烟丝与塔壁的碰撞会减少，从而造成干燥后烟丝中碎丝略有减少，长丝略有增加，其它烟丝物理指标如填充值等无明显变化。
从气流干燥前后感官质量对比评价分析，采用上述工艺参数组合干燥后的烟丝，烟气甜润感较好，焦糊气息较少，烟气浓度适中，烤烟自然烟香保持的较好，总体上气流干燥后烟丝的内在感官质量较优。
由于气流干燥烟丝进料物料流量较高，烟丝在干燥过程中吸收过热蒸汽的热量较多，在气流干燥出料端气固分离时，过热蒸汽的过热度降低，过热蒸汽的载湿能力减弱，烟丝中易挥发的香味成分转移至混合气体中能力减弱，香味成分损失减小；同时由于排潮气体流量偏小，在气流干燥进料气锁负压减小，出料气锁正压增大，环境空气进入气流干燥系统的气体量减小，造成在干燥过程中烟丝香味成分损失减小，干燥后烟丝感官质量改善。
针对高档烤烟型卷烟，宜采用高脱水量低排潮流量的干燥方式，降低气流干燥过程中的加工强度A，改善干燥后烟丝的内在质量。
实施例2
步骤1、黄山A牌号气流干燥组烟叶切丝后含水率为18.63％，不使用隧道式增温增湿机加温加湿。烟丝进入气流烘丝机前的物料流量为4000kg/h，气流干燥后出料含水率为12.19％。计算获得干燥过程的脱水量M1为293.4kg/h。
步骤2、通过调整气流烘丝机排潮管路上的风门，保证气流干燥机出料气锁处于微正压状态；
采集排潮管路上压差流量计处气体温度T为143.6℃，采集排潮管路上差压式气流流量计的压差值ΔP为209Pa，采集气流干燥系统中氧含量检测传感器含氧量O为3.09％，计算得到排潮气体质量流量M2为868kg/h；
步骤3、计算气流干燥过程中加工强度的表征指标A为33.79％。
通过上述工艺参数组合干燥后，由于烟丝的物料流量小，烟丝在气流干燥塔内的填充密度低，烟丝在干燥过程中与过热蒸汽接触更充分。由于烟丝的物料流量小，烟丝在干燥塔内消耗过热蒸汽的动能少，干燥后烟丝在气料分离时由于烟丝运行速度较高，造成烟丝与塔壁的碰撞会增加，从而造成干燥后烟丝中碎丝略有增加，长丝略有减少，其它烟丝物理指标如填充值等无明显变化。
从气流干燥前后感官质量对比评价分析，采用上述工艺参数组合干燥后的烟丝，烟气甜润度下降，焦糊气息增加，烟气浓度增大，烟气毛糙感增强，总体上气流干燥后烟丝的内在感官质量较差。
由于气流干燥烟丝进料物料流量偏小，烟丝在干燥过程中吸收过热蒸汽的热量偏少，在气流干燥出料端气固分离时，过热蒸汽的过热度偏高，过热蒸汽的载湿能力强，烟丝中易挥发的香味成分转移至混合气体中能力增强，香味成分损失增大，同时由于排潮气体流量偏大，在气流干燥进料气锁负压增大，出料气锁正压减小，造成在干燥过程中烟丝香味成分损失增大，造成干燥后烟丝感官质量下降。
以上所述仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种气流干燥加工强度的表征方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、在线采集或离线检测烟丝在气流干燥前后的烟丝水分，根据烟丝进入气流烘丝机前的物料流量，计算气流干燥过程的脱水量M1；
步骤2、通过调整气流烘丝机排潮管路上的风门，保证气流干燥机出料气锁处于微正压状态；
采集排潮管路上温度传感器的温度值T，采集排潮管路上差压式气流流量计的压差值ΔP，采集气流干燥工艺气体含氧量O，计算得到排潮气体质量流量M2；
步骤3、计算气流干燥过程中加工强度的表征指标A：
Figure FDA0002433421040000011
2.根据权利要求1所述的一种气流干燥加工强度的表征方法，其特征在于：步骤1中，令在气流干燥前后的烟丝水分分别为W1、W2，令烟丝进入烘丝机前的物料流量为F，则：
Figure FDA0002433421040000012
3.根据权利要求1所述的一种气流干燥加工强度的表征方法，其特征在于：步骤2中，所述微正压状态的压力范围在20-80帕。
4.根据权利要求1所述的一种气流干燥加工强度的表征方法，其特征在于：步骤2中，所述排潮气体质量流量M2按如下方法计算获得：
首先排潮气体密度ρ：ρ＝(ρA*RA)+(ρV*RV)，其中：
ρA＝(3.561*10-6*T2)-(3.085*10-3*T)+1.234，
ρV＝(2.445*10-6*T2)-(2.046*10-3*T)+0.7869，
Figure FDA0002433421040000013
RV＝1-RA，
式中：T为排潮气体温度，即所采集到的排潮管路上温度传感器的温度值，单位为℃；O为气流干燥工艺气体含氧量，单位为％；
然后计算获得排潮气体质量流量M2：
Figure FDA0002433421040000014
式中：ΔP为所采集到的排潮管路上差压式气流流量计的压差值ΔP，单位为Pa；ρ为排潮气体密度，单位为kg/m3。
5.根据权利要求1所述的一种气流干燥加工强度的表征方法，其特征在于：A值在50％至70％之间，气流干燥后的烟丝内在质量较优，能基本保持切丝后烟丝的感官质量特性，烟草香韵变化幅度较小。
6.根据权利要求1所述的一种气流干燥加工强度的表征方法，其特征在于：A值增大，气流干燥加工强度降低；A值减小，气流干燥加工强度增大。
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