过程能力分析在制丝工艺技术改进中的应用

为稳定、提高卷烟制丝质量,采用统计过程控制技术对制丝关键工序重要参数进行了评价,发现润叶加料、混丝掺配加香工序有待改进,对其进行改进后,再次利用统计过程控制技术进一步完善制丝质量考核体系。结果表明:①经改进后的制丝生产工艺关键指标过程能力指数PPK(Preliminary Process Capability Index)值平均提高了0.23,润叶加料均匀性标准偏差降低了56.5%,梗丝掺配均匀性由改进前的94.27%提高到97.38%;②改进前后批内、批间卷烟样品的感官质量得分波动值分别降低0.29和0.27分,说明改进后批内、批间的内在质量更趋于稳定;③完善制丝质量考核体系后,松散回潮热风温度、润叶加料入口流量、加料比例、烘丝热风温度、加香瞬时比例5个指标的平均PPK值提高6.1%。     

卷烟加香加料和混丝掺配工艺过程的稳定度控制

研究了通过控制卷烟制丝工艺过程中加香加料和混丝掺配的瞬时及总体精度误差、从而有效控制加香加料和混丝掺配均匀稳定的方法 ,提出了利用控制制丝工艺过程各工序的瞬时和总体精度误差达到稳定产品质量的方法     

辊切梗丝在细支卷烟中的应用

为提高梗丝在细支卷烟中的应用比例,采用新型复切设备对梗丝进行复切,将制得的辊切梗丝以不同比例掺配至细支卷烟中,以不掺配辊切梗丝卷烟为对照,对比分析辊切梗丝对卷烟综合质量的影响。结果表明：在试验范围内,(1)随着辊切梗丝掺配比例增加,烟支总通风率增加,吸阻标准偏差、硬度标准偏差和密度降低;与对照样相比,掺配辊切梗丝烟支物理质量稳定性提高,吸阻标准偏差降低8%以上。(2)烟支静态燃烧速率、动态燃烧速率、燃烧锥平均特征温度随辊切梗丝掺配比例增加而增加,中心温度范围逐渐扩大;掺配辊切梗丝烟支动态吸阻标准偏差、一致性、落头倾向以及燃烧锥体积低于对照样,燃烧锥体积降幅达到23.4%以上,且当掺配比例为5%时,烟支燃烧锥形态、温度场分布更加均匀,卷烟燃烧过程稳定性更好。(3)烟支主流烟气各项指标随辊切梗丝掺配比例增加而降低,且均低于对照样,其中TPM量降低0.77 mg/支以上。(4)刺激性、杂气和余味随掺配比例增加呈现先降低后上升的趋势,当辊切梗丝掺配比例为5%时,烟气协调、蓬松,感官质量较好。适当提高辊切梗丝掺配比例,可以提高细支卷烟物理质量稳定性、燃烧状态和感官质量。     

复切式制梗丝工艺研究

为提高卷烟生产中梗丝与叶丝的掺配均匀度 ,提出了复切式制梗丝新工艺。其特点是将贮后烟梗不经过压梗机 ,先在切梗丝机上将烟梗切至一定的厚度 ,加料后再用切叶丝机将其切至一定的宽度 ,然后进行干燥膨胀。试验结果表明 ,与直接切梗丝法和压梗切梗丝法工艺相比 ,复切式制梗丝工艺能有效提高梗丝掺配后在各烟支段及卷烟烟丝柱中的分布均匀性 ,卷烟产品内在质量稳定 ,烟支吸阻和烟气焦油量降低。     

小试加香加料误差分析

为提高卷烟小试加香加料的准确性,进行了降低小试加香加料误差试验。结果表明:烟丝用量、添加比例、香精香料的密度和添加时烟丝翻动的次数都会带来不同程度的误差,加香和加料误差分别为8.24%～16.00%和2.56%～7.11%。提出了一种新的小试加香加料方法———天平示量法。即将烟丝放在天平上进行添加,直至天平上显示香精香料理论用量。这种方法可使小试加香加料精度达到99.0%以上,甚至可以做到零误差,完全能够达到卷烟生产工艺要求。     

微波膨胀条状梗丝应用效果评价

对微波膨胀条状梗丝的物理质量、化学成分进行了检测分析,并将其应用到卷烟产品中进行评价试验。结果表明:1微波膨胀条状梗丝填充值与常规梗丝接近,整体尺寸较小,结构更均匀。2微波膨胀条状梗丝的总糖和还原糖高于对照样。3随着微波膨胀条状梗丝掺配比例的增大,卷烟的单支质量降低,烟支吸阻、端部落丝量和含末率增大;抽吸口数、焦油量、烟碱量和CO量降低;烟支自由燃烧速率增大,热塌陷值减小,包灰性能改善。4掺配比例相同时,与对照样(掺配传统梗丝)相比,掺配微波膨胀条状梗丝的烟支单支质量、吸阻、硬度、端部落丝量和含末率较大,单支质量标准偏差较小,吸阻标准偏差较大;烟支抽吸口数较少,焦油量、烟碱量和CO量均较低;烟支自由燃烧速率较快,热塌陷值较小,包灰性能较好;显著改善卷烟口感特性。     

微波膨胀梗丝掺配比例对卷烟品质的影响

为改善烟梗在卷烟产品中的应用效果,研究了微波膨胀梗丝处在不同掺配比例时,烟支物理特性、感官品质等卷烟关键质量特性的变化趋势,结果表明:随掺配比例递增,掺配微波膨胀梗丝样品的吸阻、硬度均呈显著上升趋势;当烟支吸阻、硬度一致时,微波膨胀梗丝掺配样品每支质量约降低37 mg;端部落丝量与传统梗丝掺配样品无显著差异.微波膨胀梗丝掺配样品的感官品质水平优于传统梗丝掺配样品.微波膨胀梗丝的应用不仅可以提高卷烟产品的感官品质,同时还可降低单箱耗丝量,提升了产品的减害降焦效果.     

烟丝组分与卷烟物理指标的关系分析

通过试验分析不同烟丝组分与卷烟物理指标之间的关系,得到以下结论:当卷烟单支重量一定的条件下,梗丝掺配比例与卷烟吸阻呈正比关系,卷烟吸阻随着梗丝掺配比例提高而增加;梗丝掺配比例与卷烟硬度呈正比关系,卷烟硬度会随着梗丝掺配比例提高而增加。研究结论对制订工艺参数及工艺流程优化具有指导作用,对消费者客户体验提升奠定基础。     

基于分级控制的烟丝加香系统设计

为解决烟丝加香瞬时精度较差等问题,对加香系统进行了改进。改进后设计安装了两套加香管路,形成双级串联控制,主要包括加香罐、大流量加香系统和小流量加香系统三大部分。根据物料瞬时流量变化实现动态分级控制,在两个系统之间进行定值控制和跟踪控制切换,以减少系统超调量和滞后量。结果表明:改进后加香瞬时精度由1.84%降低到0.69%,加香总体精度稳定在0.2%以内。该方法有效提升了批次内加香均匀性和稳定性,改善了卷烟加工质量。     

梗丝形态对细支卷烟品质稳定性的影响

为研究不同形态梗丝对细支卷烟品质稳定性的影响,以混合均匀度、烟支吸阻及主流烟气常规化学指标的RSD值、烟支密度分布标准偏差值为评价指标,开展了微波膨胀梗丝、薄压气流梗丝、正常气流梗丝在细支卷烟中的应用效果对比评价。结果表明:(1)微波膨胀梗丝、薄压气流梗丝、正常气流梗丝掺配样品的混合均匀度均值分别为97.674%、97.005%、94.846%;(2)3种梗丝掺配卷制样品的吸阻稳定性排序为:微波膨胀梗丝掺配卷制样品薄压气流梗丝掺配卷制样品正常气流梗丝掺配卷制样品;(3)同掺配比例下,3种梗丝掺配样品的烟支密度分布标准偏差存在显著性差异;(4)微波膨胀梗丝掺配卷制样品的焦油、一氧化碳稳定性更好。     

基于灰色关联法的短支烟烟丝结构优化研究

采用灰色关联法对切丝后、烘丝后、加香后、卷烟机料斗处的烟丝结构进行关联性分析,确定最优切丝尺寸,并用烟丝截短设备对其进行优化。结果表明:短支卷烟整体存在整丝率低,长丝率高的问题,其中整丝率80.00%,长丝率40.00%,中丝率占20.00%～30.00%,碎丝率2.00%;切丝后6.50～8.00 mm烟丝与烘丝后3.35～8.00 mm烟丝、烘丝后3.35～10.00 mm烟丝与加香后2.50～6.50 mm烟丝、加香后3.35～8.00 mm烟丝与卷烟机料斗处3.35～8.00 mm烟丝均存在较强正关联性;通过烟丝截短设备切短切丝6.50～8.00 mm烟丝后,短支卷烟长丝率降低了10.79%,中丝率增加了15.13%,烟支质量标偏、吸阻标偏、硬度标偏、端部落丝量分别降低了9.52%,2.11%,22.46%,23.21%,卷烟质量得到明显改善。     

片烟成丝模式对烟丝结构与卷制质量的影响

为优化片烟成丝工艺,提升卷烟产品物理质量稳定性,对比了传统切丝与定长切丝不同片烟成丝模式对烟丝结构、产品卷制质量及原料消耗的影响。结果表明:①与传统切丝方式相比,采用40 mm定长切丝方式,烟丝结构中>3.35 mm长丝比例降低,3.35 mm以下各区间烟丝比例增加,长丝与中短丝比例均匀性得到改善;②定长切丝方式显著提升了卷烟物理质量稳定性,单支质量超标缺陷率由5.2%降低至2.2%,单支质量标准偏差降低12%以上,烟支吸阻、硬度标准偏差也有所降低;③与传统切丝方式相比,定长切丝方式下单箱耗丝量较低,而单箱耗叶量有所增加。     

卷烟挥发性香气成分测定及烟丝加香工艺优化

建立了一种顶空—搅拌棒固相微萃取—热脱附—气相色谱—质谱联用(HS-SBSE-TD-GC-MS)检测卷烟烟丝中11种挥发性物质的方法,将其应用于烟丝加香工艺中的参数优化,分别对样品预处理方式和热脱附操作条件进行了优化。结果表明,①在优化的试验条件下,相关系数R2>0.998,检出限和定量下限分别为0.052~0.524,0.172~1.684μg/g;②加标回收率在85.2%~97.6%,测定结果的相对标准偏差在2.7%~6.0%;③基于该方法研究优化了加香工艺滚筒频率和风门大小参数,得出与感官评吸中香气评定一致的最佳加香工艺参数为滚筒频率40r/min,风门大小90%。该方法灵敏度高、线性关系好,可以作为烟丝加香工艺参数优化的有效手段。     

基于NSGA-Ⅱ遗传算法的烟用香精数字化调香研究及应用

为进一步提高烟用香精的创作效率,基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)最优解的多目标最优化遗传算法,以建立的344种单体香原料描述信息库和30组经验配方单为基础,建立了烟用香精数字化调香方法,并分别以花香和果香为调香目标,成功输出与调香目标较符合的数字化调香香精配方。结果表明:(1)得到的花香香精和果香香精在嗅香和卷烟加香风格上均较符合相应的目标要求;(2)花香香精的嗅香以花香(7.0分)和甜香(5.0分)为主体香韵,加香后卷烟烟气中花香、甜香和清香香韵有较大改善,分别由0.1、2.5和2.0分提高到2.5、3.3和3.0分;(3)果香香精的嗅香以果香(7.0分)、甜香(5.5分)为主体香韵,加香后能明显增强烟气中的果香、甜香和清香香韵,分别由0.5、2.5和2.0分提高到3.2、3.5和3.1分;(4)经过卷烟加香验证,两种数字化调香香精均能较好地与叶组配方相协调,对卷烟烟气品质特征有一定程度改善,较符合烟用香精要求;(5)该数字化调香方法可简化烟用香精调香过程,提高卷烟调香效率。     

烟草制丝加料加香过程的无辨识自适应控制方案

烟草制丝过程中当烟丝流量波动较大时,采用传统PID控制方案的加料加香系统稳定性差,控制精度低,造成成品烟丝中辅料和香精分布不均,影响批次产品质量。为此,提出了无辨识自适应控制方案,控制算法简单且易于工程实现,可根据烟丝流量波动情况在线自动校正控制器参数,优化控制性能,实现快速调节和高精度控制。应用结果表明,采用无辨识自适应控制方案能有效提高加料加香过程控制的稳定性和控制精度,加料加香过程的瞬时比例标准偏差由0.05左右降低到0.01左右,最大控制误差由0.3以上降低到0.1以下。控制系统具有良好的鲁棒稳定性,保证了成品烟丝中辅料和香精比例的准确和均匀,提升了制丝生产过程的控制水平。     

卷接机组烟支质量非对称分段控制方法

为解决吸丝带上烟丝密度分布不均匀而导致无滤嘴烟支质量控制精度低等问题,对烟支质量控制方法进行了改进。根据烟丝密度呈上密下疏的分布情况,基于烟支质量偏差分别设置不同的转换系数,建立非对称控制方法,当正负偏差绝对值相同时,通过调整压丝轮（或平准盘）高度使烟支质量变化相同;在非对称控制方法的基础上设定偏差阈值,并对较大偏差和较小偏差设置分段转换系数,建立非对称分段控制方法,进一步提高了烟支质量控制准确性。以浙江中烟工业有限责任公司生产的两种规格卷烟为对象进行测试,结果表明：(1)应用非对称控制方法后,两种规格卷烟的偏重烟支和偏轻烟支所占比例差距分别下降4.31、3.31百分点;(2)应用非对称分段控制方法后,烟支质量长期控制标准偏差分别降低16.5%、9.9%,吸阻标准偏差分别降低4.0%、3.9%。该技术可为提高烟支物理指标稳定性提供支持。     

高精度自动化加料加香烘丝一体化微型设备的研制和应用

目前在卷烟研发过程中,实验室烟丝加料加香小样制样环节仍多采用手工配料配香,存在精度低、均匀性差,及烘烤后烟丝水分精度无法精准控制等问题,突出体现为中小样制样与大线中样存在品质差异,这是一个行业共性问题。我们研制了一台可实现实验室卷烟小样制样过程自动化配料、配香、加料、加香及烘丝功能的高精度自动化加料加香烘丝一体化微型设备。应用效果显示:1）其调配精度与调配中心大线生产的精度基本一致。2）微型设备调配料、香与大线生产调配料、香相似度分别为99.11%、98.26%;微型设备烟丝加料加香均匀度为98.79%;3）经感官评价,微型设备处理烟丝制成的卷烟感官质量与大线生产样差异值为0.5分,明显优于人工操作效果。说明该设备能有效模拟大线生产过程,有利于提高研发效率。      

不同加香方式细支卷烟香味成分在烟气中的逐口释放

为了研究卷烟烟气中香味成分逐口释放规律,采用烟气香味成分GC-MS/MS测定方法,分析了烟气中醇类、醛类、酮类、酯类等不同种类香味成分在4种加香方式(烟丝加香、丝束加香、香线加香和爆珠加香)下主流烟气中的逐口释放规律。结果表明:①丝束加香和香线加香之间相似度最高,烟丝加香与其他3种加香方式相似度最低。②香味成分加香部位、结合方式和沸点是影响逐口释放的主要因素。③烟丝加香受蒸馏段高温影响,不同沸点香味成分逐口释放有较大差异,不同沸点的同类香味成分逐口释放占比也明显不同。④爆珠加香受爆珠香精溶剂和滤嘴温度影响,香味成分逐口释放最为稳定,沸点对同类香味成分的释放量无明显影响。⑤丝束加香和香线加香方式下香味成分逐口释放随口数增加而升高,沸点对同类香味成分的释放量无明显影响。