物料掺配香料质量稳定性运用

本文作者：易 浩 廖文大 杜 文 尹大锋 胡长锋 单位：湖南中烟工业有限责任公司技术中心

加料、加香和掺配是卷烟工艺中的关键工序［1-2］，其精度对卷烟感官质量有较大影响，卷烟工艺规范中规定加香精度≤0.5%，加料精度≤1.0%，配比精度≤1.0%［3］。目前，国内烟草制丝工艺普遍按物料包含水分的实际重量（以下称“湿重”）设定加料、加香和掺配的比例。当物料含水率发生波动时，相对于物料干物质的加料、加香或掺配比例将随之发生变化，使实际加入比例与工艺设计值产生偏差，从而造成卷烟产品质量的波动。根据目前卷烟制丝设备的控制精度，含水率的波动可能造成实际加料（香）和掺配的误差超过卷烟工艺规范要求。因此，按照物料实际干物质的重量（以下称“干重”）来控制加料、加香和掺配量对于提高工艺精度、提高产品质量的稳定性有重要价值。

1材料与方法

1.1材料、设备与仪器“白沙”牌号全配方叶组。WBF/1.0/2.9型在线电子皮带秤（意大利COMAS公司）；TM710型在线水分仪（英国NDC红外技术公司）；80M08型质量流量计（德国E+H公司）；RM200型吸烟机（德国Brogwaldt公司）。

1.2方法

1.2.1湿重控制模式加料、加香和掺配量的计算湿重控制模式时加料、加香量Cw由式（1）计算，梗丝掺配量Pw按式（2）计算。

1.2.2干重控制模式加料、加香和掺配量的计算干重控制模式时加料、加香量Cd由式（3）计算，梗丝掺配量Pd按式（4）计算。Cd=M×（1-Hr）×Sc（3）Pd=My×（1-Hyr）×Sp/（1-Hgr）（4）式中：Hr——加香、加料前物料（烟丝或梗丝）含水率实测值（%）；Hyr——掺配前烟丝含水率的实测值（%）；Hgr——掺配前梗丝含水率的实测值（%）。1.2.3两种控制模式对成品卷烟烟气的影响取湿重控制模式下生产的13个批次的成品卷烟样品，以及干重控制模式下生产的14个批次的成品卷烟样品，分别分析样品的烟气常规化学指标，比较其标准偏差SD。

1.2.4检测方法按照参考文献［4-7］中的方法分别测定卷烟主流烟气中的总粒相物、焦油、烟碱、水分及一氧化碳。

2结果与讨论

2.1两种控制模式加香、加料和掺配的理论偏差从式（1）和式（2）可以看出，湿重模式在加香、加料和掺配时只考虑了在线物料重量（湿重）的变化，即假定物料含水率固定为设定值不变，而这与实际情况并不相符。在加香加料工序，如果不计在线皮带秤和水分仪的测量误差，那么与干重控制模式相比，湿重控制模式所产生的加香、加料相对偏差Rc为。由式（6）可知：当加香前烟丝实际含水率Hr与设计含水率H0（12.0%）相比高1百分点（Hr=13.0%）时，湿重控制模式的加香量与干重控制模式相比，将偏多约1.15%；当叶片加料前烟叶实际含水率Hr与设计含水率H0（19.0%）相比高1百分点（Hr=20.0%）时，湿重控制模式的叶片加料量将比干重控制模式偏多约1.25%；当梗丝加料前实际含水率Hr与设计含水率H0（33.0%）相比高2百分点（Hr=35.0%）时，湿重控制模式的梗丝加料量将比干重控制模式偏多约3.08%。在掺配工序，如果不计在线皮带秤和水分仪的测量误差，与干重控制模式相比，湿重控制模式所产生的掺配相对偏差Rp为。若烟丝设定含水率Hy0和梗丝设定含水率Hg0均为12%，那么当烟丝实际含水率Hyr为12.8%、梗丝实际含水率Hgr为11.2%时，根据式（8）可以算出，湿重控制模式下梗丝掺配量将比干重控制模式偏多约1.8%。

2.2两种控制模式加香加料量的比较在制丝过程中，加香、加料的精度受皮带秤误差、含水率误差和计量泵误差等多个因素的影响，按照式（1）所述加香加料量计算公式C=M×（1-H）×S，加香加料量的不确定度可根据不确定度的传播算法［8］用式（9）计算。式中：uC——加香加料不确定度（kg/h）；uM——物料流量测量误差（kg/h）；uH——物料含水率估计误差（%）；uS——加香加料计量泵误差（%）。同样设备的uM或uS处于同一水平，而在干重模式或湿重模式下uH的来源有所区别：在干重控制模式下，uH为在线水分仪的测量误差；在湿重模式下，uH为以设定含水率为中心的水分控制偏差。由于剔除了物料含水率变化对物料重量的影响，按干重模式加香加料应能得到比湿重模式更小的糖香料用量偏差uC。按湿重模式控制加香加料运行1个月，共生产67个批次，按干重模式控制加香加料运行1个月，共生产72个批次。每个批次的叶片投料量相同，以单个批次的糖、香料用量作为1个样本数据，统计其标准偏差，结果见表1。由表1可知，采用干重控制模式后批次间糖料用量的标准偏差从2.69kg降低到2.45kg，下降了约9%，批次间香精用量的标准偏差从0.86kg降低到0.72kg，下降了约16%，采用干重控制模式显著提高了加香加料精度。

2.3两种控制模式梗丝掺配量的比较梗丝掺配按湿重控制模式运行1个月，共生产67个批次，梗丝掺配按干重控制模式运行1个月，共生产72个批次。每个批次的叶片投料量相同，以单个批次的梗丝用量（以干重计）和混丝出丝率作为样本数据，统计其标准偏差，结果见表2。由表2可知，采用干重控制模式后，批次间梗丝用量波动水平从37.2kg降低到35.8kg，批间混丝出丝率标准偏差从0.957%下降到0.775%，说明按干重掺配达到了提高掺配精度的目的，成品烟丝结构更为稳定。

2.4两种控制模式对成品卷烟烟气常规化学指标的影响湿重和干重控制模式下分别运行6个月，成品卷烟烟气常规化学指标分析结果见表3。从表3可以看出。干重控制模式实施后，烟气总粒相物、焦油、烟碱、水分和一氧化碳的标准偏差都显著降低，说明卷烟烟气常规化学指标的稳定性显著提高。

3结论

采用干重控制模式，加料、加香和掺配量的计算均排除了含水率波动的影响，有助于提高批次内加料、加香和掺配的准确性。通过干重控制模式的实施，批次间糖、香料和掺配量的控制更加精确，卷烟烟气成分更加稳定。理论分析和实践结果表明，采用干重控制模式可以提高卷烟产品质量的稳定性，降低批次间的质量波动，且干重控制模式增加的设备投入少，实施简单，具有很好的推广应用价值。