張 超, 葉為全, 丁乃紅, 趙春雷

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濕空氣回潮膨脹煙絲工藝研究

張 超1, 葉為全2, 丁乃紅1, 趙春雷1

(1. 安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心, 安徽 合肥, 230061; 2. 安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 投資管理部, 安徽 合肥, 230088)

針對滾筒式快速回潮膨脹煙絲存在膨脹煙絲造碎以及填充值下降的問題, 比較分析了濕空氣緩慢回潮與滾筒快速回潮對膨脹煙絲填充值的影響, 采用濕空氣緩慢回潮可提高膨脹煙絲填充值18.0%. 通過實驗研究了濕空氣回潮膨脹煙絲的工藝條件, 結(jié)果表明: 采用網(wǎng)帶連續(xù)批次回潮方式, 回潮時間為60 min, 相對濕度62%, 回潮環(huán)境溫度24.0 ℃的工藝條件, 較適宜連續(xù)生產(chǎn).

膨脹煙絲; 濕空氣回潮; 工藝研究; 填充值

目前國內(nèi)CO2膨脹煙絲生產(chǎn)工藝流程基本相同, 即煙絲經(jīng)冷端浸漬和熱端膨脹后, 煙絲含水率平均為4.5%, 煙絲經(jīng)輸送冷卻后直接進入滾筒式回潮機, 回潮至含水率為12.3%左右的合格膨脹煙絲. 應(yīng)用回潮滾筒對膨脹煙絲進行回潮, 存在以下2方面的問題: 一是煙絲造碎, 較低含水率的膨脹煙絲在回潮滾筒經(jīng)螺旋拋撒運動, 煙絲之間存在翻轉(zhuǎn)與擠壓, 以及從滾筒高處落下時與筒內(nèi)壁和導(dǎo)流板的沖擊造成膨脹煙絲的大量造碎; 二是煙絲填充值下降, 含水率很低的膨脹煙絲與霧化水直接接觸, 迅速吸收大量的自由水而導(dǎo)致原來已經(jīng)膨化的煙絲細胞萎癟, 造成煙絲的回縮現(xiàn)象, 直接影響膨脹煙絲的膨脹率和填充值.

針對滾筒式快速回潮膨脹煙絲存在的問題, 國內(nèi)外一些廠家開展了大量的改進工作, 主要改進思路和方法有2種:

改進回潮滾筒, 減少物理沖擊[1-3]. 在這方面的主要改進工作有: 英美煙草公司提出將傳統(tǒng)的一步回潮變更為兩步回潮, 菲莫煙草公司在回潮滾筒內(nèi)加裝一個內(nèi)部滾筒作為膨脹煙絲下墜的緩沖, 降低膨脹煙絲在滾筒內(nèi)反轉(zhuǎn)下墜的距離, 減小煙絲的造碎; 上海卷煙廠設(shè)計的回潮滾筒的內(nèi)部轉(zhuǎn)筒采用了偏心設(shè)置等. 雖然以上設(shè)備的改進措施, 能在一定程度上降低膨脹煙絲回潮過程中的造碎, 但這些設(shè)計或者增加了工藝流程, 或者使回潮滾筒復(fù)雜化, 而且這些設(shè)計未能解決膨脹煙絲與水直接接觸導(dǎo)致的回縮問題.

利用濕空氣對膨脹煙絲進行回潮. 菲莫煙草公司、羅利拉德煙草公司均提出了使用濕空氣對膨脹煙絲進行回潮的思路. 其理論基礎(chǔ)為膨脹煙絲所吸收的應(yīng)是結(jié)合水而非自由水, 達到的合格煙絲含水率也是煙絲的平衡含水率, 即與膨脹煙絲接觸的濕空氣相對濕度高于膨脹煙絲的平衡相對濕度時, 煙絲的含水率升高, 在膨脹煙絲回潮過程中, 不斷增高與煙絲接觸的濕空氣相對濕度, 使空氣的相對濕度與膨脹煙絲的平衡相對濕度始終保持在一個受控差值范圍內(nèi), 直至煙絲回潮至所需含水率. 此時煙絲表面的水蒸氣壓力與環(huán)境中的水蒸氣壓力相等. 采用濕空氣回潮膨脹煙絲的方法, 不僅可以避免滾筒回潮的固有缺陷, 而且可以使得膨脹煙絲不用與水直接接觸就實現(xiàn)膨脹煙絲的靜態(tài)回潮, 提高膨脹煙絲的物理性能.

本文通過試驗, 驗證濕空氣回潮膨脹煙絲的可行性, 為開發(fā)一種應(yīng)用濕空氣回潮膨脹煙絲的設(shè)備提供數(shù)據(jù)支撐與設(shè)計方向.

1 材料與儀器

570 kg/h CO2膨脹煙絲生產(chǎn)線(美國AIRCO公司); KBF240恒溫恒濕箱(德國BINDER); 量筒(500 mL); PL203-IC電子天平(感量0.001 g); 膨脹煙絲填充值測定儀(DD60A); FD115熱鼓風(fēng)循環(huán)干燥箱(德國BINDER). 密閉容器; 玻璃瓶(帶玻璃管); ET-04膨脹煙絲葉組配方.

2 試驗與分析

試驗1: 不同回潮方式對膨脹煙絲物理質(zhì)量的影響.

膨脹煙絲生產(chǎn)線, 膨脹塔工藝溫度為310 ℃, 對膨脹塔出口煙絲進行取樣, 煙絲含水率為4.8%, 樣品分別用以下方式進行回潮: a. 20 g煙絲置于密閉容器內(nèi). 1.69 g的水置于一個帶橡皮塞的玻璃瓶中, 玻璃瓶上插有一根內(nèi)徑0.31 cm的玻璃管, 將瓶也置于同一密閉容器內(nèi). 9 d后, 所有的水均被煙絲吸收, 此時煙絲含水率為12.5%; b. 煙絲直接置于恒溫恒濕箱中平衡24～48 h (24.0 ℃、60%相對濕度), 平衡含水率為12.3%; c. 采用滾筒回潮方式回潮至12.5%. 不同回潮方式對膨脹煙絲填充值影響的測試數(shù)據(jù)見表1. 測試結(jié)果表明, 采用緩慢吸濕的煙絲填充值比使用滾筒回潮的煙絲提高18.0%, 也略高于直接置于平衡箱中的樣品.

表1 不同回潮方式對膨脹煙絲填充值的影響

試驗2: 采用濕空氣回潮, 不同的回潮時間對膨脹煙絲物理質(zhì)量影響.

取1 000 g熱端出口膨脹煙絲置于網(wǎng)眼托盤中, 物料厚度5.0 cm, 放入恒溫恒濕箱中, 箱內(nèi)溫度為24.0 ℃, 氣流速度為0.5 m/s. 在試驗時, 箱內(nèi)相對濕度從36%逐漸提升至60%. 時間間隔分別設(shè)置為1、3、6、12 h. 不同平衡時間對膨脹煙絲填充值影響的測試數(shù)據(jù)見表2. 測試結(jié)果表明, 在試驗條件下, 回潮時間為6 h時, 回潮速度對煙絲的填充值有影響. 回潮速度越慢, 填充值越高. 但是與滾筒快速加濕回潮相比, 1 h緩慢回潮較適宜實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn), 膨脹煙絲的填充值以及抗造碎性都得到了顯著提高.

表2 不同平衡時間對膨脹煙絲填充值的影響

通過以上2組試驗, 應(yīng)用濕空氣回潮膨脹煙絲是一種較佳的方法. 為了進一步了解膨脹煙絲濕空氣回潮條件, 需要測定不同的相對濕度、溫度對膨脹煙絲回潮含水率的影響.

試驗3: 不同的相對濕度對膨脹煙絲回潮含水率影響.

取1 000 g膨脹煙絲置于網(wǎng)眼托盤中, 物料厚度5.0 cm, 平均分6份, 放入恒溫恒濕箱中, 箱內(nèi)溫度為20.0 ℃, 氣流速度為0.5 m/s, 每份樣品在設(shè)定的相對濕度下, 回潮時間為60 min, 樣品初始含水率為4.80%. 膨脹煙絲在20 ℃時的等溫平衡含水率曲線如圖1所示.

圖1 20 ℃時膨脹煙絲等溫平衡含水率曲線

圖1表明, 給定溫度下這種膨脹煙絲的平衡含水率與環(huán)境相對濕度的關(guān)系. 從檢測數(shù)據(jù)可以看出, 用相對濕度為62%左右的濕空氣可將膨脹煙絲回潮至目前所需的12.0%～13.0%含水率范圍.

試驗4: 不同的濕空氣溫度對膨脹煙絲回潮速率的影響.

取1 000 g膨脹煙絲置于網(wǎng)眼托盤中, 物料厚度5.0 cm, 平均分6份, 放入恒溫恒濕箱中, 氣流速度為0.5 m/s, 每份樣品在設(shè)定的相對濕度與溫度下, 回潮時間為60 min, 樣品初始含水率為4.80%. 不同相對濕度條件下, 溫度對膨脹煙絲回潮速率的影響曲線如圖2所示.

圖2 溫度對回潮速率的影響

圖2表明, 給定濕空氣相對濕度, 濕空氣的溫度對膨脹煙絲的回潮速度影響較大. 當(dāng)濕空氣溫度適度提高時, 膨脹煙絲回潮速度增快. 當(dāng)熱濕空氣溫度升高至50 ℃左右時, 膨脹煙絲回潮速度達到最高, 當(dāng)熱濕空氣溫度繼續(xù)上升時, 膨脹煙絲回潮速度反而有下降趨勢.

試驗5: 逐步提高與膨脹煙絲接觸空氣的相對濕度試驗. 將濕空氣回潮應(yīng)用于實際生產(chǎn)時, 如果需要采用連續(xù)生產(chǎn)方式, 則與設(shè)備不同位點的膨脹煙絲接觸的空氣的相對濕度必然會發(fā)生變化, 通過試驗?zāi)M濕度變化對膨脹煙絲回潮效果影響, 試驗條件為恒溫恒濕箱風(fēng)速設(shè)定為0.5 m/s, 箱內(nèi)溫度為50.0 ℃, 在每種相對濕度下回潮10 min, 樣品初始含水率為4.80%. 測試數(shù)據(jù)見表3. 50 ℃熱濕空氣相對濕度逐漸上升時, 膨脹煙絲的回潮情況如圖3所示.

表3 膨脹煙絲相對濕度梯度與含水率之間的關(guān)系

圖3 50℃條件下相對濕度梯度對膨脹煙絲含水率的影響

圖3表明, 使用熱濕空氣回潮膨脹煙絲, 在50.0 ℃條件下, 相對濕度為65%時, 10 min內(nèi)可回潮至合格的煙絲含水率, 若降低濕空氣回潮溫度需要增加回潮時間.

3 討論與結(jié)論

通過上述分析, 可以看出傳統(tǒng)滾筒回潮方式存在諸多缺陷, 利用濕空氣回潮膨脹煙絲是較佳的選擇, 一是可以減少造碎, 提高膨脹煙絲的填充值; 二是可以提高膨脹煙絲的耐加工性.

在實際生產(chǎn)中使用熱濕空氣回潮膨脹煙絲可以采用多種形式: 一種是間歇式回潮密閉容器, 通過對容器內(nèi)的相對濕度與溫度控制, 經(jīng)過一定的時間, 使相對靜止狀態(tài)的膨脹煙絲回潮至合適的含水率, 但此種方式不利于大批量的連續(xù)生產(chǎn); 二是批次連續(xù)式網(wǎng)帶回潮方式, 將膨脹煙絲置于帶有網(wǎng)狀底部的托盤中,控制在網(wǎng)帶 上的煙絲厚度, 利用流動的具有相對濕度受控的熱濕空氣, 與膨脹煙絲均勻充分接觸, 經(jīng)過一定時間達到回潮膨脹煙絲的目的. 通過比較分析以及工業(yè)生產(chǎn)要求批量連續(xù)的特點, 使用濕空氣回潮最佳的實現(xiàn)模式是使用由自堆疊螺旋輸送機改裝而成的螺旋式回潮設(shè)備[4], 設(shè)備設(shè)計的工藝條件為通入的熱濕空氣溫度為20～50 ℃、風(fēng)速為0.2～1.0 m/s, 起始熱濕空氣相對濕度為40%～70%, 持續(xù)時間為40～80 min, 持續(xù)時間內(nèi)勻速提高所通入的熱濕空氣的相對濕度至60%～80%, 直至膨脹煙絲回潮至含水率達到11.0%～13.0%. 設(shè)備具體的工藝條件仍需要設(shè)備開發(fā)完成后, 進行在線試驗確定.

[1] Hedge Roger W. Reordering of tobacco[P]. US PAT, 4583559. 1986-03-22.

[2] Wagoner Steven Rohn. Humidification cylinder and method of humidifying material[P]. US PAT, 6752156. 2001-03-14.

[3] Winterson Warren D. Process for adjusting the moisture content of organic materials[P]. US PAT, 5526581. 1992- 10-30.

[4] 丁乃紅, 趙春雷, 張超. 膨脹煙絲回潮方法[P]. CN, 201010252610.2. 2010-8-6.

Technical study of humid air reordering expanded tobacco

ZHANG Chao1,YE Wei-quan2, DING Nai-hong1,ZHAO Chun-lei1

(1. Technology Center, China TobaccoAnhui Tobacco Industry Co. Ltd, Hefei 230061, China; 2. Investment Management, China TobaccoAnhui Tobacco Industry Co. Ltd., Hefei 230088, China)

The experiment is to perform a gradual increase of OV(Oven Volatiles ) using humid air rather than the standard method of water sprayed in a cylinder. The latter shocks the product resulting in cell collapse and loss of filling value of ET. The results showed that using humid air manner the filling value of ET had an increase of 18.0%. Experimental analysis of humid air reordering process conditions showed that 60 minutes, 62% relative humidity, temperature 24.0 ℃ processing condition is befitting.

expanded tobacco; humid air reordering;technical study; filling value

10.3969/j.issn.1672-6146.2011.03.024

TS 452+.2

1672-6146(2011)03-0085-03

2011-07-18

張超(1979-), 男, 碩士研究生, 研究方向為煙草加工工藝與裝備技術(shù).

葉為全(1971-), 男, 高級工程師, 博士后, 研究方向為煙草光機電設(shè)計與信息系統(tǒng)集成. E-mail: yewq@ustc.edu.cn

(責(zé)任編校:江 河)