CN111982336B - 一种基于温敏型标识物的烟草热加工强度检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于温敏型标识物的烟草热加工强度检测方法，其特征在于：该方法采用负载有温敏型标识物的检测试纸条作为指示器，通过热加工工序中温敏型标识物的热降解反应动力学确定温度时间积分函数值，以此表征烟草在热加工工序中的热加工强度。本发明与现有技术相比的有益效果是：1）无需对现有热加工设备进行任何改造或者加装任何检测传感设备，仅采用负载有温敏型标识物的检测试纸条作为指示器，检测成本较低；2）检测试纸条在加工设备中与烟草物料的接触性、跟随性较好，所测热加工强度可以较真实反映固相烟丝的温度变化历程影响；3）检测过程不影响正常生产，且检测操作过程简便易行，方便工艺人员使用。

Description

一种基于温敏型标识物的烟草热加工强度检测方法
技术领域
本发明涉及烟草加工领域，具体涉及一种基于温敏型标识物的烟草热加工强度检测方法。
背景技术
对烟草物料的热加工过程贯穿了从烟草采收初烤、打叶复烤到制丝加工的整个烟草加工流程，如烟叶初烤、烟片复烤、增温增湿、烟丝干燥等，所涉及的热加工设备包括滚筒干燥和回潮设备、网带式干燥设备、流化床干燥设备等多种类型。热加工工序对处理后烟草物料的物理和化学特性变化的影响显著，这一理化特性的变化的直接驱动要素，是被加工对象的受热历程（即热处理时间与其温度变化的累积效应）。工艺参数则是影响这一驱动要素的外部条件。由量化指标（加工强度）到控制条件（工艺参数）是目前研究者的关注热点。
滚筒设备由于能够实现连续化生产和均匀混料的功能优势，在涉及烟草等热加工领域的很多热加工工序上得到广泛的使用，针对滚筒干燥设备目前也提出了一些对加工过程温度或是热加工强度的检测方法。中国专利201510004403.8提出一种用于印刷的滚筒设备，具有多点温控功能，其核心在于：在滚筒内设复数感温棒及加热棒，将感温棒和加热棒均匀的嵌设在滚筒纵向预设孔中，实现对整个滚筒温度的检测和控制。此方案需对滚筒设备内部进行改造，存在破坏性，难以在现有的滚筒设备中进行大量的推广。中国专利20170192348.9提出一种调控烟草滚筒干燥在制品多点加工强度的一致性方法，其关于检测烟草滚筒干燥过程中温度分布的方法，在滚筒内部安装钢丝绳，钢丝绳俩端安装在滚筒末端转盘上，从进料口开始每隔50cm设置一个红外温度测温仪，以此检测滚筒轴向的物料温度分布，进而以物料温度变化的积分形式表示其热加工强度。此方案同样也需要在检测前在滚筒内加装检测设备，同时得到的温度分布是由离散的数据点构成的，不是连续的温度分布。中国专利201910523792.3提出了一种检测烟丝滚筒干燥过程叶丝表面温度的方案，其将能够检测并记录运动的烟丝实时温度检测装置与待干燥叶丝一同放入干燥滚筒内，动态检测滚筒内叶丝表面温度。所制作的温度检测器将集成的温度检测装置内置在小球壳内，由温度检测探头检测温度，受限于所采用的热电偶、热电阻等温度检测元件，此小球状装置与干燥叶丝在形状、尺寸、材质、重量方面均差异巨大，很难保证其在滚筒内的运动路径与实际物料在滚筒内的运动路径的一致性，所测温度难以真实反映固相烟丝的温度变化。
发明内容
本发明针对上述现有方法的不足，提出一种基于温敏型标识物的烟草热加工强度检测方法，该方法采用负载有温敏型标识物的检测试纸条作为指示器，通过热加工工序中温敏型标识物的热降解反应动力学确定温度时间积分函数值，以此表征烟草在热加工工序中的热加工强度。该检测方法无须对加工设备进行改造，指示器所测结果也可更好地反映固相烟丝的温度变化特征。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：准备负载有初始浓度温敏型标识物的检测试纸条，在热加工工序正常生产中，将m条该测试纸条按特定的时间间隔顺序依次投入入口物料中；在热加工工序出口处收集检测试纸条淬冷，确定每个检测试纸条在该加工工序中的停留时间，进而确定m条检测试纸条的平均停留时间；检测每个试纸条上温敏型标识物的浓度,并计算其转化率，进而确定m条检测试纸条的平均转化率；依据温敏型标识物的降解反应动力学方程以及反应转化率、时间，计算确定反应温度对反应时间的积分值；以温敏型标识物的平均转化率表征烟草在热加工工序中的热加工强度，或者采用反应温度对反应时间的积分值表征烟草在热加工工序中的热加工强度。
所述温敏型标识物，为热敏性荧光纳米材料、Eu3+配合物纳米颗粒、聚N-异丙基丙烯酰胺、PVC复合材料等材料中的一种或多种。
所述检测试纸条，是将温敏型标识物制成特定浓度有机溶剂、试纸通过浸渍负载制备，且试纸表面包覆食品级PE膜。具体方法如下：将温敏型标识物溶解于聚乙烯醇有机溶剂中，配制成温敏性高分子材料溶液、并搅拌均匀后，将层析滤纸条在溶液中浸渍一定时间后，取出并冷冻干燥，对检测试纸上负载的温敏型标识物进行初始浓度标定，采用镀膜法在试纸的双面皆包覆上食品级PE薄膜。
在上述制备方法中，所述聚乙烯醇有机溶剂的质量浓度控制在5%-30%范围内；所述热敏性高分子材料溶液的质量浓度控制在10%-30%范围内。层析滤纸条在溶液中浸渍时间为10-50 min。冷冻干燥的具体条件如下：冷冻温度为零下20-零下40度，预冻时间1-2h，升华干燥时间3-4h，解析干燥时间1-2h，干燥后物料水分含量低于5%。
所述将m条该测试纸条按特定的时间间隔依次投入热加工工序入口物料，其时间间隔范围为3-10min，依次投入的检测试纸条数量m范围为5-20条。
所述检测试纸条的停留时间，是指从某个检测试纸条被投入入口物料开始计时，到从出口处收集到该检测试纸条为止，所经历的时间。
所述温敏型标识物的浓度检测，根据温敏型标识物的种类，可以采用不同类型光谱检测方法，包括荧光光谱检测、紫外-可见光谱检测、近红外光谱检测等方法。
所述温敏型标识物的转化率，其计算公式如下：
式中为检测试纸条上温敏型标识物的初始浓度，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
为检测试纸条经过热加工个工序后温敏型标识物的浓度。（温敏型标识物的浓度会随着温度的变化和时间的变化而变化，是与这两者都有关联的）。
所述确定m条检测试纸条的平均转化率，其计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为平均转化率，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为第i根试纸条上温敏型标识物的转化率。
所述反应温度对反应时间的积分值，在温敏型标识物降解反应为一级反应动力学的条件下，该积分值H计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为检测试纸条的平均滚筒传输时间，t为反应时间，R为摩尔气体常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
、A分别为温敏型标识物降解反应的活化能和指前因子，可由标准条件下的降解反应动力学得到。
本发明所述的检测方法，其具体步骤如下：
1）开启热加工工序设备、正常过料，待烟草物料进出口流量稳定、出口含水率稳定；
2）在物料入口端，将负载温敏型标识物的检测试纸条按3-10min时间间隔依次投入加工设备中，投入条数为5-20条；
3）在物料出口端，依次收集输出的检测试纸条、并依次记录每个检测试纸条的通过时间，同时计算确定检测试纸条的平均停留时间
Figure 879040DEST_PATH_IMAGE012
；
4）将从物料出口端收集的检测试纸条，置于冷阱中迅速进行降温冷却；
5）对冷却后的检测试纸条，去除表面PE膜后检测分析每个检测试纸条上温敏型标识物的浓度
Figure 796180DEST_PATH_IMAGE002
，根据温敏型标识物的初始浓度
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，确定其转化率
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，进而确定平均转化率
Figure 513601DEST_PATH_IMAGE006
；
6）依据温敏型标识物的降解反应动力学方程以及反应转化率、时间，计算确定反应温度对反应时间的积分值H；
7）以平均转化率
Figure 908810DEST_PATH_IMAGE006
或积分值H表征烟草在热加工工序中的热加工强度。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1）无需对现有热加工设备进行任何改造或者加装任何检测传感设备，仅采用负载有温敏型标识物的检测试纸条作为指示器，检测成本较低；
2）检测试纸条在加工设备中与烟草物料的接触性、跟随性较好，所测热加工强度可以较真实反映固相烟丝的温度变化历程影响；
3）检测过程不影响正常生产，且检测操作过程简便易行，方便工艺人员使用。
具体实施方式
本发明以下结合实施例做进一步描述：
实施例1
以浸渍有温敏型荧光纳米材料的检测试纸条作为指示器，检测卷烟厂制丝生产线中烟丝滚筒干燥工序的热加工强度，具体步骤如下：
1）开启滚筒干燥设备、正常过料，待烟草物料进出口流量稳定、出口含水率稳定；
2）在滚筒物料入口端，将负载温敏型标识物的检测试纸条按3-10min时间间隔依次投入滚筒中，投入条数为5-20条；
3）在滚筒物料出口端，依次收集滚筒输出的检测试纸条、并依次记录每个检测试纸条的通过时间，同时计算确定检测试纸条的平均滚筒传输时间
Figure 723182DEST_PATH_IMAGE012
；
4）将从滚筒物料出口端收集的检测试纸条，置于冷阱中迅速进行降温冷却；
5）对冷却后的检测试纸条，去除表面PE膜后检测分析每个检测试纸条上温敏型标识物的浓度
Figure 545645DEST_PATH_IMAGE002
，根据温敏型标识物的初始浓度
Figure 812678DEST_PATH_IMAGE016
，确定其转化率
Figure 824627DEST_PATH_IMAGE018
，进而确定平均转化率
Figure 493506DEST_PATH_IMAGE006
；
6）依据温敏型标识物的降解反应动力学方程以及反应转化率、时间，计算确定反应温度对反应时间的积分值H；
7）以平均转化率
Figure 486870DEST_PATH_IMAGE006
或积分值H表征烟丝滚筒干燥工序的热加工强度。
实施例2
以浸渍有Eu3+配合物掺杂纳米颗粒的检测试纸条作为指示器，检测打叶复烤厂烟片复烤工序的热加工强度，具体步骤如下：
1）开启烟片网带式复烤机、正常过料，待烟片物料进出口流量稳定、出口含水率稳定；
2）在复烤机物料入口端，将负载温敏型标识物的检测试纸条按3-10min时间间隔依次投入滚筒中，投入条数为5-20条；
3）在复烤机出口端，依次收集输出的检测试纸条、并依次记录每个检测试纸条的通过时间，同时计算确定检测试纸条的平均滚筒传输时间
Figure 241199DEST_PATH_IMAGE012
；
4）将从滚筒物料出口端收集的检测试纸条，置于冷阱中迅速进行降温冷却；
5）对冷却后的检测试纸条，去除表面PE膜后检测分析每个检测试纸条上温敏型标识物的浓度
Figure 915894DEST_PATH_IMAGE002
，根据温敏型标识物的初始浓度
Figure 439279DEST_PATH_IMAGE016
，确定其转化率
Figure 869124DEST_PATH_IMAGE018
，进而确定平均转化率
Figure 110749DEST_PATH_IMAGE006
；
6）依据温敏型标识物的降解反应动力学方程以及反应转化率、时间，计算确定反应温度对反应时间的积分值H；
7）以平均转化率
Figure 385873DEST_PATH_IMAGE006
或积分值H表征烟片复烤工序的热加工强度。

Claims (6)

1.一种基于温敏型标识物的烟草热加工强度检测方法，其特征在于：该方法采用负载有温敏型标识物的检测试纸条作为指示器，通过热加工工序中温敏型标识物的热降解反应动力学确定温度时间积分函数值，以此表征烟草在热加工工序中的热加工强度,具体包括以下内容：
1） 准备负载有初始浓度温敏型标识物的检测试纸条；
2） 在热加工工序正常生产中，将m条该检测试纸条按特定的时间间隔顺序依次投入入口物料中；
3） 在热加工工序出口处收集检测试纸条淬冷，确定每个检测试纸条在该加工工序中的停留时间，进而确定m条检测试纸条的平均停留时间；检测每个试纸条上温敏型标识物的浓度,并计算其转化率，进而确定m条检测试纸条的平均转化率，所述确定m条检测试纸条的平均转化率，其计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式中
Figure 902935DEST_PATH_IMAGE002
为平均转化率，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为第i根试纸条上温敏型标识物的转化率；
4） 依据温敏型标识物的降解反应动力学方程以及反应转化率、时间，计算确定反应温度对反应时间的积分值；以温敏型标识物的平均转化率表征烟草在热加工工序中的热加工强度，或者采用反应温度对反应时间的积分值表征烟草在热加工工序中的热加工强度，所述反应温度对反应时间的积分值，在温敏型标识物降解反应为一级反应动力学的条件下，该积分值H计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
式中
Figure 413551DEST_PATH_IMAGE006
为检测试纸条的平均滚筒传输时间，t为反应时间，R为摩尔气体常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
、A分别为温敏型标识物降解反应的活化能和指前因子，可由标准条件下的降解反应动力学得到。
2.根据权利要求1所述的基于温敏型标识物的烟草热加工强度检测方法，其特征在于：所述检测试纸条是通过以下方法制备而成：将温敏型标识物制成特定浓度有机溶剂、试纸通过浸渍负载制备，且试纸表面包覆食品级PE膜。
3.根据权利要求1或2所述的基于温敏型标识物的烟草热加工强度检测方法，其特征在于：所述温敏型标识物，为热敏性荧光纳米材料、Eu3+配合物纳米颗粒、聚N-异丙基丙烯酰胺、PVC复合材料材料中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的基于温敏型标识物的烟草热加工强度检测方法，其特征在于：所述时间间隔范围为3-10min，依次投入的检测试纸条数量m范围为5-20条。
5.根据权利要求1所述的基于温敏型标识物的烟草热加工强度检测方法，其特征在于：所述检测试纸条的停留时间，是指从某个检测试纸条被投入入口物料开始计时，到从出口处收集到该检测试纸条为止，所经历的时间。
6.根据权利要求1所述的基于温敏型标识物的烟草热加工强度检测方法，其特征在于：所述温敏型标识物的浓度检测，根据温敏型标识物的种类，可以采用不同类型光谱检测方法，包括荧光光谱检测、紫外-可见光谱检测、近红外光谱检测方法。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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