570 kg/h CO2叶丝膨胀线工艺技术系统研究

通过对引进的美国AIRCO公司生产的570 kg/h CO2叶丝膨胀线的设备进行了一系列创新性的改造,对膨胀前叶丝含水率、热端工艺气体流速、热端工艺气体温度和饱和蒸汽加入量、膨胀叶丝回潮滚筒转速、回潮后膨胀叶丝含水率等工艺参数进行最优组合并确定了最佳工艺技术条件,将叶丝膨胀率调整到70%左右,叶丝填充值降低到5.5cm3/g左右,使膨胀叶丝整丝率升高到85%以上,碎丝率降到4.0%以下,叶丝转化率提高到95%以上.随着膨胀叶丝在卷烟配方中掺兑比例的增加,卷烟的平均焦油量由20 mg/支左右降低到16 mg/支左右,烟气烟碱由1.45mg/支降低到1.10 mg/支,单箱耗叶由39.5 kg/箱降到了38kg/箱以下,同时改善了卷烟内在品质.     

“三丝”掺兑量对卷烟主流烟气有害成分释放量的影响

为考察膨胀梗丝、膨胀烟丝或再造烟叶(简称“三丝”)掺兑量对主流烟气有害成分释放量的影响规律,在控制烟支硬度一致的条件下,制备了15种不同“三丝”掺兑量的卷烟,对其烟丝重量、吸阻、抽吸口数及主流烟气中焦油、烟碱、CO、氢氰酸、NNK、氨、BaP、苯酚、巴豆醛的释放量进行了测定,并建立了“三丝”掺兑量与上述有害成分释放量的回归方程.结果表明:①膨胀梗丝、膨胀烟丝或再造烟叶掺兑量增加10％,烟丝重量分别减少约1.8％,31％和1.3％,卷烟抽吸口数均减少约0.4口;膨胀梗丝或膨胀烟丝掺兑量增加10％,卷烟吸阻均增加约3.0％;②随着膨胀梗丝掺兑量增加,CO和巴豆醛释放量增加,其它7项有害成分释放量降低;随着膨胀烟丝掺兑量增加,巴豆醛释放量增加,焦油、烟碱、CO、BaP、氨和苯酚释放量降低;随着再造烟叶掺兑量增加,巴豆醛释放量增加,焦油、烟碱、氢氰酸、BaP、氨和苯酚释放量降低;③通过增加膨胀梗丝、膨胀烟丝或再造烟叶掺兑量,可以选择性降低卷烟主流烟气中的BaP、氨和苯酚.     

HXD在线膨胀工艺参数和膨胀率与卷烟质量的关系

为进一步提高叶丝的在线膨胀效果,对不同等级的烤烟型卷烟叶丝在HXD上的膨胀效果进行了试验。结果表明:①提高HXD进料含水率和工艺气流的干燥温度,可提高叶丝的膨胀率;②当叶丝的进料含水率为22%时,经HXD膨胀后叶丝的膨胀率以及卷烟的物理指标、烟气指标等与滚筒式烘丝机处理后的结果基本一致;③在试验范围内,提高喷射蒸气的流量,可提高叶丝的膨胀率;④提高进料含水率和工艺气流的热风温度,可使卷烟在吸阻和硬度不变的情况下降低单支重量;⑤随着进料含水率和工艺气流干燥温度的提高,卷烟烟气焦油呈下降趋势,而烟碱和CO下降趋势不明显;⑥高档卷烟配方不宜采用HXD进行膨胀干燥;采用HXD进行膨胀干燥时,中档卷烟和低档卷烟的进料含水率宜分别控制在24%和28%左右。     

气流烘丝参数对卷烟主流烟气7种有害成分释放量的影响

研究了气流烘丝参数(不同物料入口含水率和蒸汽施加量)对卷烟主流烟气7种有害成分(巴豆醛、苯酚、氢氰酸、苯并[a]芘、CO、氨和NNK)释放量的影响,利用DPS和MATLAB软件计算7种有害成分最低释放量和最低烟气危害性指数值(H值)的烘丝工艺参数,并进行了工厂验证试验。结果表明:按照苯并芘释放量优化的参数(物料入口含水率22%,蒸汽施加量325 kg/h)和H值优化参数(物料入口含水率22%,蒸汽施加量186 kg/h)进行烘丝,烘丝后样品卷烟主流烟气中的氢氰酸、CO、氨和NNK释放量以及H值的降幅均超过10%。     

重点工序工艺参数与主流烟气中CO量的关系研究

对卷烟工艺参数与主流烟气中CO量的关系进行研究,结果表明:制丝过程4个重点工序中微波松散、松散回潮工序对烟支主流烟气中CO量的影响作用较小;切丝、HT+烘丝工序对烟支主流烟气中CO量的影响作用较大.切丝宽度、HT蒸汽压力、热风温度、排潮风门开度、热风风门开度和筒体转速6个工艺参数对烟支主流烟气中CO量有影响作用,其中切丝宽度和HT蒸汽压力与热风风门开度的交互作用影响显著.     

河南烤烟化学成分与烟气成分的相关性分析

对河南不同产地、津巴布韦和巴西产的烤烟烟叶烟气中的焦油、烟气烟碱、CO等有害成分的释放量进行了检测和分析,并对化学成分中的还原糖、总氮、烟碱、K2O、Cl-、SO24-及有机钾对焦油、烟气烟碱、CO的影响进行了相关性分析.结果表明河南烤烟烟气的焦油、烟气烟碱、CO量均高于津巴布韦、巴西烤烟,上述烟气成分与烟叶的K2O、有机钾、还原糖/烟碱、K/Cl呈显著负相关;与烟碱、Cl-和SO24-则为显著正相关;与还原糖比较,上部叶呈显著负相关,中部叶和全部样品相关性不明显.     

新型叶丝、梗丝高膨胀干燥设备的设计应用

目前卷烟企业采用的各种在线干燥膨胀叶丝或梗丝的高膨胀干燥设备,都是采用高温工艺气体(过热蒸汽)对叶丝或梗丝进行快速干燥,但使用效果差别较大,且只能单独处理叶丝或梗丝,因此设备投资大,运行成本高.为此,开发设计了可以干燥叶丝或梗丝的高膨胀干燥设备[SH96型燃油(气)管道式烘丝机],可利用高温工艺气体(过热蒸汽)在低氧环境中对叶丝或梗丝进行快速膨胀、干燥定型.该设备采用管塔结合式的干燥管道,降低了设备高度;通过增加气料比和干燥管道长度,有效降低了烘丝温度,叶丝烘丝温度232℃,梗丝烘丝温度210℃.烘后叶丝和梗丝与SH962型相比,烘丝温度降低35℃左右,烘后叶丝整丝率提高约3百分点,碎丝率无变化,烟丝填充值略有降低,可满足制丝工艺标准要求,膨胀后叶丝和梗丝感官质量均有明显改善和提高.     

叶丝在线膨胀技术研究

本研究以调研和试验相结合，着重研究和探讨了叶丝在线膨胀工艺条件与其填充值的关系，同时，分析和比较了膨胀叶丝和非膨胀叶丝主要化学成分的变化，分别对其成品卷烟进行了评吸、物理检测和烟气分析。结果表明：①在不改变烘丝条件的情况下，增加叶丝膨胀机工作汽压，以提高叶丝含水率和温度，有利于提高其填充值和膨胀率；②在叶丝膨胀机工作蒸汽压稳定的条件下，当采用顺流式烘丝机时，改变烘丝机风温和风速可影响叶丝填充值。在试验范围内，风温与叶丝填充值成正变关系，风速与叶丝填充值成反变关系；③叶丝经过膨胀虽对其主要化学成分影响不大，但能改善其成品卷烟的内外在质量，并能不同程度地降低卷烟焦油量；④由于膨胀叶丝填充能力的提高，减少了单支卷烟含丝量，从而降低了单箱耗丝量。     

再造烟叶丝、膨胀烟丝和膨胀梗丝的燃烧特性

为了解再造烟叶丝、膨胀烟丝和膨胀梗丝的燃烧特性,利用锥形量热仪研究了三者在燃烧过程中热释放、烟气释放、质量损失、CO和CO2释放等关键燃烧特征参数的变化。结果表明:①膨胀梗丝的易燃性差于再造烟叶丝和膨胀烟丝;②在有焰燃烧阶段,膨胀烟丝较再造烟叶丝和膨胀梗丝具有更快速的烟气释放速率,而在阴燃阶段,膨胀烟丝的烟气释放速率明显低于再造烟叶丝;③在整个燃烧过程中,膨胀梗丝的发烟量均小于膨胀烟丝和再造烟叶丝。在阴燃阶段,再造烟叶丝的发烟量高于膨胀烟丝;④在阴燃状态下再造烟叶丝、膨胀烟丝和膨胀梗丝的CO释放速率都明显高于有焰燃烧阶段,CO2释放速率则相反;在整个燃烧过程中,膨胀梗丝较膨胀烟丝和再造烟叶丝生成了更多的CO和更少的CO2。     

卷烟纸助燃剂对卷烟燃烧特性及主流烟气中CO释放量的影响

为了考察卷烟纸助燃剂对卷烟燃烧特性及主流烟气中CO释放量的影响,探讨了卷烟纸助燃剂的类型、用量、含钾比例与卷烟燃烧主流烟气中CO的释放量、卷烟燃烧特性之间的相关性。结果表明,卷烟纸助燃剂用量与卷烟的阴燃温度、烟碱量、焦油量具有相关性,提高助燃剂用量能提高卷烟燃烧时的阴燃温度、加快烟支的燃烧速度,且烟碱量和焦油量随之减少;保持卷烟纸助燃剂用量不变,助燃剂中的含钾比例与烟气常规成分和卷烟燃烧温度无明显相关性;卷烟纸助燃剂的类型、用量、含钾比例与CO释放量无明显相关性,CO释放量与卷烟燃烧时低温区域面积和高温区域面积的比值R具有强烈的正相关。     

制丝工艺参数对9种主流烟气成分释放量的影响

研究了5个主要制丝工艺参数(松散回潮热风温度A、切丝宽度B、HT工作蒸汽流量C、烘丝热风温度D和排潮风门开度E)对9种主流烟气成分(焦油、烟碱、CO、NH3、HCN、苯酚、巴豆醛、B[a]P和NNK)释放量的影响;采用D-优化、A-优化和Ⅳ-优化方法并结合平衡设计原理进行了五因素三水平实验设计,并对实验结果进行了直观分析、方差分析和多重比较。结果表明:15种工艺参数均对NH3和HCN有影响,大小顺序为:BDCEA;24种工艺参数对B[a]P有影响,顺序为:ADBE;34种工艺参数对NNK有影响,顺序为:EABC;44种工艺参数对烟碱有影响,顺序为:BAED;52种工艺参数对苯酚、焦油和CO有影响,顺序为:BA;62种工艺参数对巴豆醛有影响,顺序为:ED。     

HXD气流膨胀与CO_2膨胀节能减排对比分析

为研究HXD气流膨胀替代CO2膨胀叶丝的可能性,对比分析了两种生产方式在主要能耗和气体排放方面的差异。结果表明:HXD主要能源消耗明显低于CO2膨胀,降低率约为59.19%;HXD气流膨胀CO2气体排放量明显低于CO2膨胀,降低率约83.82%,符合节能减排的需要。     

柠檬酸钾钠混合盐助燃剂对卷烟主流烟气的影响

为改进卷烟纸助燃剂的应用效果,采用柠檬酸钾和柠檬酸钠混合盐作为助燃剂,研究了混合盐的添加量和配比对卷烟主流烟气指标的影响。结果表明:①在助燃剂添加量0.5%～2.0%范围内,随着添加量的增加,抽吸口数、烟气中焦油量、CO量和烟碱量、CO/焦油均显著下降;单口烟气中焦油量和烟碱量增加,CO量降低;②柠檬酸钾助燃效果优于柠檬酸钠。通过调整二者在混合盐中的比例,可以在适当降低烟气焦油量的条件下,显著降低烟气中的CO量。     

提高CO2膨胀烟丝内在质量的技术研究

为了提高CO2膨胀烟丝的内在质量,采用正交试验设计法分析膨胀热端工艺(气体温度、气体风速、蒸汽流量)对膨胀烟丝内在质量的影响;根据热端优化结果,分析来料烟丝水分、浸渍时间对膨胀烟丝内在质量影响。结果表明:在试验范围内,来料烟丝水分22.0%、浸渍时间80s、工艺气体温度240℃时,膨胀烟丝内在质量最佳,应用到配方中,感官质量明显提高。因此,较低的工艺气体温度,较低的来料烟丝水分、较短的浸渍时间对膨胀烟丝的内在质量是有利的。     

"三丝"对卷烟烟气特性及感官质量的影响

为在卷烟配方中更加合理有效地使用膨胀烟丝、膨胀梗丝、辊压法和造纸法再造烟叶,测试分析了不同的"三丝"掺配量对卷烟烟气特性的影响,并对其感官质量进行了对比评吸.结果表明,膨胀梗丝和造纸法再造烟叶对卷烟烟气特性的影响显著;膨胀烟丝对烟气焦油量、烟碱量和抽吸口数均有影响,但影响程度的大小不同;辊压法再造烟叶对烟气烟碱量有较明显的影响,而对烟气焦油量和抽吸口数无明显影响;膨胀梗丝和辊压法再造烟叶对卷烟感官质量有显著影响.     

两种抽吸模式下卷烟主流烟气成分释放量的差异

为应对烟草制品成分管制新的要求,以典型的不同焦油量(1.0~13.3 mg/支)的9种烤烟型和11种混合型卷烟样品为研究对象,从单支卷烟、单位烟碱和单位焦油的角度分析考察了ISO和加拿大深度抽吸(HCI)两种模式下卷烟主流烟气成分(TPM、焦油、烟碱、CO、TSNAs、B[a]P、羰基化合物、苯酚、HCN、氨和VOCs)释放量的差异。结果表明:1对于单支卷烟烟气成分释放量而言,HCI抽吸模式显著高于ISO抽吸模式,与中高焦油量(6.0 mg/支)卷烟样品相比,低焦油(≤6.0 mg/支)卷烟样品的烟气成分释放量在两种抽吸模式下的差异更大。2以单位烟碱计,NNN、NNK、B[a]P和1,3-丁二烯在两种抽吸模式下的释放量基本一致。低焦油样品在HCI抽吸模式下CO、甲醛、巴豆醛和HCN的单位烟碱释放量显著高于ISO抽吸模式,而对于中高焦油量卷烟样品,两种抽吸模式下4种成分的单位烟碱释放量相当。3以单位焦油计,对于NNN、NNK、B[a]P和苯酚,HCI抽吸模式下各成分的单位焦油释放量略低于ISO抽吸模式。对于CO、甲醛、巴豆醛和HCN,低焦油样品在HCI抽吸模式下单位焦油释放量高于ISO抽吸模式。     

烟叶产地与部位对卷烟主流烟气焦油和7种有害成分释放量的影响

为考察国内烟叶产地及烟叶部位对卷烟主流烟气焦油和7种有害成分释放量的影响,选取国内代表性烟叶产区不同部位烟叶样品467个,卷制成单料烟并测试烟气焦油、7种代表性有害成分和烟碱释放量,研究了烟叶产地和部位对卷烟主流烟气焦油、卷烟危害性评价指数(H)、7种代表性有害成分及烟碱释放量的影响。结果表明:(1)烟叶产地对NNK的单位燃烧烟丝质量释放量影响最大,其次为氨、HCN和苯酚等3种成分,对焦油、烟碱、H、B[a]P、巴豆醛、CO等指标影响较小。(2)烟叶产地对氨和NNK的单位烟碱释放量影响最大,其次为HCN、巴豆醛、B[a]P、苯酚和CO等5种成分,对焦油和H影响较小。(3)烟叶部位对氨、烟碱、苯酚、NNK等4种成分的单位燃烧烟丝质量释放量影响显著,对焦油、H、HCN、B[a]P、巴豆醛、CO等指标影响较小。(4)烟叶部位对巴豆醛、CO、NNK、B[a]P和HCN等5种成分的单位烟碱释放量影响显著,对焦油、H、氨和苯酚等指标影响较小。通过调控卷烟配方中烟叶的产地和部位,有助于降低烟气中焦油、7种有害成分的单位燃烧烟丝质量释放量或单位烟碱释放量。     

抽吸参数对卷烟燃烧温度及主流烟气中某些化学成分的影响

用RM1/PLUS单孔道吸烟机结合高分辨的、快速纪录的红外热像仪AGEMA SC3000和GC研究了不同抽吸条件对卷烟燃烧温度及主流烟气中某些化学成分的影响。改变不同的抽吸曲线,发现抽吸时的最高温度随抽吸时流速的增加而升高。抽吸容量的增加能提高卷烟的最高抽吸温度,也使每支卷烟的烟碱、焦油、水分、CO和稠环芳烃的量有明显的增加;抽吸持续时间的增加能降低抽吸最高温度,但是每支烟的烟气输送量变化不明显;抽吸频率的降低能提高卷烟固相的抽吸最高温度,而抽吸最高温度的上升,使得每口主流烟气中的烟碱、焦油、CO等都有所增加,而稠环芳烃的量在所测的温度范围内随着温度的升高大致呈现先上升然后下降的趋势。      

初烤烟叶外观质量与其主流烟气有害成分释放量关系研究

为明确初烤烟叶主要外观质量与其主流烟气有害成分释放量的关系,收集我国代表产地初烤烟叶样品218份,应用方差分析,研究了不同成熟度、颜色、身份、油分、叶片结构、色度特征的初烤烟叶主流烟气烟碱、焦油及7项有害成分(一氧化碳、苯并芘、苯酚、氰化氢、NNK、氨、巴豆醛)释放量的差异。结果表明,烟叶颜色、身份、叶片结构对主流烟气有害成分释放量的影响较大,成熟度、油分、色度对主流烟气有害成分释放量的影响较小;橘黄烟叶主流烟气焦油、烟碱、苯酚、氨、氰化氢释放量显著或极显著大于柠檬黄烟叶;身份较厚的烟叶主流烟气烟碱、苯酚释放量显著较高;随叶片结构趋于疏松,其主流烟气焦油、烟碱、苯酚释放量呈显著降低趋势,巴豆醛释放量呈显著升高趋势。     

卷烟纸参数对细支卷烟烟气常规成分释放量的影响

为研究细支卷烟卷烟纸参数(定量、透气度、助燃剂中钾钠比,以及麻浆、灰分和助燃剂的质量分数)对烟气常规成分释放量的影响,根据国内外细支烟用卷烟纸的设计特点进行了样品设计和制作,分析了细支烟卷烟纸参数对烟气常规成分释放量的影响,并与常规卷烟进行了对比。结果表明:(1)透气度、助燃剂质量分数、钾钠比与细支烟主流烟气焦油、烟碱和CO的释放量呈现强的负相关关系。相同的助燃剂质量分数和钾钠比增加幅度,细支烟焦油、烟碱和CO释放量的降低率比常规卷烟大;相同的透气度增加幅度,常规卷烟焦油、烟碱和CO释放量的降低率比细支烟大。(2)卷烟纸定量与细支烟焦油和烟碱的释放量具有一定的负相关关系,与CO释放量具有一定的正相关关系。相同的定量增加幅度,细支烟焦油和烟碱释放量降低率比常规卷烟大,细支烟CO释放量降低率与常规卷烟基本一致。(3)麻浆和灰分的质量分数与细支烟焦油释放量均具有一定负相关关系,与烟碱和CO的释放量不相关;常规卷烟卷烟纸麻浆和灰分质量分数对烟气常规成分释放量影响不明显。