熱風(fēng)循環(huán)方式對(duì)煙葉耐加工性的影響研究

伍俊文 何天佑

摘 要：在煙葉生產(chǎn)過程中，利用熱風(fēng)潤(rùn)葉機(jī)增溫增濕可以快速提高煙葉的溫度和含水率，從而改善煙葉的耐加工性，降低造碎。潤(rùn)葉機(jī)的潤(rùn)葉過程是采用熱風(fēng)循環(huán)的方式，目前有順流和逆流兩種熱風(fēng)循環(huán)方式。本文主要針對(duì)不同熱風(fēng)循環(huán)方式對(duì)煙葉耐加工性的改善效果進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：潤(rùn)葉機(jī);熱風(fēng)循環(huán)方向;煙葉;耐加工性

中圖分類號(hào)：TS441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）04-0212-03

熱風(fēng)潤(rùn)葉的主要作用是改變煙葉的物料特性，為煙葉增溫增濕，從而改善煙葉的耐加工性，提高出葉率，降低打葉過程中的造碎。根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果，煙葉的含水率在17%～18%之間，其耐加工性最好。

那么，當(dāng)潤(rùn)葉機(jī)的熱風(fēng)循環(huán)方向不同時(shí)，煙葉在潤(rùn)葉筒內(nèi)的吸濕過程就會(huì)發(fā)生變化。逆流式潤(rùn)葉機(jī)，煙葉進(jìn)入筒體內(nèi)的環(huán)境溫度與回風(fēng)溫度接近，隨后環(huán)境溫度逐漸提高，在出口處達(dá)到最大值;而水流式則反之。因此，到底哪一種方式更利于潤(rùn)葉質(zhì)量的提升，便是我們要重點(diǎn)研究的內(nèi)容。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

選用LWQ387型順流式熱風(fēng)潤(rùn)葉機(jī)和WF3521B型逆流式熱風(fēng)潤(rùn)葉機(jī)。

1.2 試驗(yàn)原料

由于上部和下部煙葉的吸濕性相對(duì)較差，為了排除由于煙葉自身品質(zhì)不足帶來的試驗(yàn)誤差，我們選擇了吸濕性好，葉片寬大的中部煙葉作為試驗(yàn)材料。

1.3 試驗(yàn)指標(biāo)

本次研究主要體現(xiàn)煙葉的內(nèi)在質(zhì)量，因此所關(guān)注的指標(biāo)包括：出口水分合格率、煙葉抗張強(qiáng)度。

1.4 試驗(yàn)方法

為了盡可能的消除其他因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，首先需求對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行調(diào)校，確保兩套設(shè)備的性能最佳。試驗(yàn)過程中，保證供水水壓為6.3bar，蒸汽壓力為12bar，熱風(fēng)溫度為100℃，回風(fēng)溫度為55℃。接著對(duì)設(shè)備控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，讓設(shè)備處于自動(dòng)控制狀態(tài)，盡可能地消除設(shè)備操作帶來的變異影響。由于設(shè)備在自動(dòng)控制狀態(tài)下，對(duì)水分影響最大的參數(shù)為加水系數(shù)，因此需要求加水系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。最后在對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行收集分析。

2 熱風(fēng)循環(huán)方式對(duì)潤(rùn)葉出口水分的影響

選用中部煙葉占比較高的VCO1煙葉模塊進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)固定，兩臺(tái)設(shè)備各進(jìn)行8組試驗(yàn)，試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)通過潤(rùn)葉機(jī)出口處的近紅外水分儀檢測(cè)得出，根據(jù)集團(tuán)復(fù)烤生產(chǎn)在線質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合格率計(jì)算，合格率由數(shù)采系統(tǒng)導(dǎo)出，得到數(shù)據(jù)表1如下。

對(duì)兩組數(shù)據(jù)分析進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，兩組數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布，順流式的均值為99.06%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.35;逆流式平均值為99.22%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.27;從抽樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，逆流式的水分控制合格率更好，波動(dòng)更小。但是，由于僅進(jìn)行了8次試驗(yàn)，樣本容量較小，樣本的結(jié)果不能直接代表總體效果，為了保證試驗(yàn)結(jié)果的嚴(yán)謹(jǐn)性，探究順逆流對(duì)潤(rùn)葉水分是否有顯著差異，我們繼續(xù)對(duì)其方差和均值進(jìn)行檢驗(yàn)。

首先，用F檢驗(yàn)分析其方差是否相等，設(shè)H0：δ2順=δ2逆，H1：δ2順≠δ2逆，置信概率為95%，計(jì)算得：

F檢驗(yàn)的P值大于0.05，說明沒有充足證據(jù)證明兩者的總體方差不相等，因此，認(rèn)為其總體是等方差的。

在總體等方差的前提下，可以對(duì)均值進(jìn)行雙樣本T檢，設(shè)原假設(shè)為兩者總體均值相等，備選假設(shè)為順流式的均值小于逆流式，計(jì)算得P值為0.165，大于0.5，說明沒有充足證據(jù)證明順流式的水分合格率低于逆流式，因此認(rèn)為兩者總體均值是相等的。

小結(jié)：在現(xiàn)有的在線水分檢測(cè)方式下，采用順流式和逆流式循環(huán)風(fēng)，對(duì)出口水分合格率沒有顯著影響。

3 熱風(fēng)循環(huán)方式對(duì)煙葉抗張強(qiáng)度的影響

目前，潤(rùn)葉機(jī)對(duì)煙葉加水，主要依靠前室（入口），后室（出口）加水主要起輔助調(diào)節(jié)的作用。那么，根據(jù)煙葉加濕理論，當(dāng)煙葉處于高溫高濕的環(huán)境下，煙葉的吸濕速率越快。

因此，我們認(rèn)為，對(duì)于逆流式潤(rùn)葉機(jī)，煙葉進(jìn)入筒體時(shí)，其環(huán)境溫度接近于回風(fēng)溫度，溫度相對(duì)較低，此時(shí)煙葉的吸濕速度不足，當(dāng)煙葉進(jìn)入到中后段時(shí)，溫度提升，吸濕速度加快，但由于筒體內(nèi)部加濕主要集中在前室，中后段環(huán)境濕度降低，煙葉對(duì)水分的吸收依然不足，整個(gè)過程中，煙葉處于最佳加濕環(huán)境的時(shí)間較短，水分吸收補(bǔ)充分，盡管大部分最終能達(dá)到設(shè)定值，但更多水分子集中于煙葉外表面，內(nèi)部結(jié)合水不多。

對(duì)于順流式潤(rùn)葉機(jī)，煙葉進(jìn)入筒體就處于一個(gè)高溫高濕的環(huán)境中，煙葉可以快速吸收水分，當(dāng)煙葉進(jìn)入到后半段，盡管溫濕度下降，但依然有充分的時(shí)間使煙葉內(nèi)部與此前吸收的水分子結(jié)合，從而潤(rùn)透整片煙葉。

3.1 試驗(yàn)指標(biāo)：抗張強(qiáng)度、碎片率（碎片和碎末）

對(duì)于煙葉的潤(rùn)透度，由于條件限制，沒有設(shè)備可以直接檢測(cè)。但是潤(rùn)葉越充分，其耐加工性就越好，其抗張強(qiáng)度會(huì)有效提升;同時(shí)，打葉風(fēng)分過程中，煙葉造碎也會(huì)相應(yīng)降低，體現(xiàn)在碎片率和碎末率上。

3.2 煙葉抗張強(qiáng)度試驗(yàn)

試驗(yàn)儀器：DY30拉力測(cè)試儀、BINDER水分平衡箱。

試驗(yàn)方法：固定試驗(yàn)樣本的濕度和溫度（60%，22℃），分別從此前順逆流潤(rùn)葉加工完成的煙葉中，隨機(jī)抽取40片煙葉進(jìn)行拉斷前調(diào)測(cè)試。固定拉力測(cè)試儀的拉斷速度為18mm/mn，煙條寬度為15mm，測(cè)量煙葉的拉升長(zhǎng)度。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

從直方圖擬合線來看，兩者數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布，樣本數(shù)據(jù)中，逆流式生產(chǎn)的煙葉拉伸長(zhǎng)度的均值低于順流式，但分布更佳集中。于是我們對(duì)兩者的方差進(jìn)行了雙方差檢驗(yàn)：

從F檢驗(yàn)的結(jié)果顯示，P值大于0.05，認(rèn)為兩者的總體方差相等，因此可以進(jìn)行雙樣本T檢驗(yàn)來判斷均值是否有區(qū)別。

原假設(shè)：逆流式生產(chǎn)的煙葉拉伸長(zhǎng)度大于等于順流式：μ逆≥μ順

備擇假設(shè)：逆流式生產(chǎn)的煙葉拉伸長(zhǎng)度小于順流式：μ逆<μ順

從檢驗(yàn)結(jié)果看，P值為0，說明原假設(shè)不成立，逆流式生產(chǎn)的煙葉拉伸長(zhǎng)度小于順流式。

小結(jié)：在同等的水分條件下，采用順流式循環(huán)風(fēng)生產(chǎn)的煙葉，具有更高的抗張強(qiáng)度。

3.3 煙葉抗張強(qiáng)度對(duì)打葉碎片率的影響

研究背景：大中片率、碎片率是復(fù)烤生產(chǎn)過程中的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，提高大中片率，降低碎片率有利于降低成本，直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在生產(chǎn)過程中，潤(rùn)葉工序會(huì)直接影響到打葉質(zhì)量。目前已有研究表明，煙葉的抗張強(qiáng)度提高后，其抗破碎性也會(huì)響應(yīng)增加。所以，我們認(rèn)為煙葉的抗破碎性增加后，可以有效減少葉片在輸送和打葉風(fēng)分過程中的造碎，從而降低碎片率，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值。另一方面，其抗張強(qiáng)度提高后，會(huì)使打葉過程中梗葉分離的難度會(huì)增加，但是該問題可以通過優(yōu)化打葉機(jī)參數(shù)的解決，在此不予討論。那么我們需要研究的就是，煙葉的抗張強(qiáng)度是否會(huì)對(duì)打葉碎片率產(chǎn)生影響。

試驗(yàn)設(shè)備：DY30拉力測(cè)試儀、小型打葉機(jī)，葉片分選機(jī)。

試驗(yàn)方法：潤(rùn)葉后，利用人工挑選出煙葉拉伸長(zhǎng)度大于7mm，9mm，11mm的三組煙葉，每組有5個(gè)樣本，每個(gè)樣本重量為3kg。利用小型臥式打葉機(jī)，確定打葉參數(shù)后進(jìn)行梗葉分離，之后用葉片分選機(jī)統(tǒng)計(jì)出各個(gè)樣本所產(chǎn)生的碎片率，碎片率包括小于3mm的煙片和碎末，試驗(yàn)獨(dú)立順機(jī)。最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因子方差分析。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析見表3。

對(duì)得到的三組數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)后，數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布，說明樣本對(duì)于總體具有代表意義，可以進(jìn)行單因子分析。

通過計(jì)算，由于P值小于0.05，拒絕均值相等的假設(shè)，說明煙葉的抗張強(qiáng)度變化后，對(duì)于碎片率有顯著影響，為進(jìn)一步研究煙葉抗張強(qiáng)度與碎片率的具體關(guān)系，我們對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸分析，從箱線圖上看，有彎曲，可能存在二次項(xiàng)，因此直接進(jìn)行二次項(xiàng)回歸。

回歸項(xiàng)P值小于0.05，回歸模型顯著，二次項(xiàng)系數(shù)為負(fù)值，說明存在最小值，在選定區(qū)間內(nèi)，煙葉的拉伸長(zhǎng)度越大，抗張性越好，碎片率越低。

4 試驗(yàn)結(jié)論

在本次熱風(fēng)循環(huán)方式對(duì)煙葉內(nèi)在品質(zhì)影響研究的試驗(yàn)中，我們得到了三條結(jié)論：

（1）在目前的在線水分檢測(cè)方式下，順逆流循環(huán)方式對(duì)于水分合格率控制無顯著差別，均能達(dá)到較好的控制水平;（2）使煙葉達(dá)到相同水分含量的條件下，使用順流式循環(huán)方式的煙葉，其抗張強(qiáng)度更大，抗破碎性更好，說明其潤(rùn)透度更高;（3）煙葉的抗破碎性提高后，可以有效降低打葉過程中，煙葉的造碎，降低碎片率，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，我們認(rèn)為使用順流式潤(rùn)葉機(jī)可以更好地提高煙葉內(nèi)在品質(zhì)，降低煙葉造碎，提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 王發(fā)勇，可文庚，等.不同加工強(qiáng)度對(duì)復(fù)烤煙葉質(zhì)量影響的研究進(jìn)展[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2017，29（11）：98-101.

[2] 劉彥嶺，王澤理.打葉復(fù)烤潤(rùn)葉段水分溫度控制模型的建立[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2017，23（22）.

[3] 羅海燕，方文青.葉中含梗率與打葉造碎的關(guān)系[J].中南片煙草學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，2005.