氣流干燥在煙草加工中的應用研究進展

1、氣流干燥在煙草加工中的應用研究進展 2.2與滾筒式干燥方式的比較 煙草氣流干燥設備與傳統(tǒng)的滾筒式干燥機工作原理不同，傳熱方式不同。滾筒式干燥主要以熱傳導方式干燥煙絲，而氣流干燥是以對流傳熱方式使煙絲中的水分蒸發(fā)，因此滾筒式干燥的時間較長，一般需要68min，而氣流干燥僅需幾秒鐘。2.3氣流干燥對煙絲質量的影響2.3.1對煙絲物理特性的影響由于氣流干燥是采用高濕膨脹和高溫高速熱風干燥定形，可比滾筒式烘絲機的烘后煙絲填充值高15%18%。掃描電鏡照片顯示，煙絲經氣流干燥后細胞脹大，比表面積和孔容明顯增加。填充值的增加量受來料煙絲物理性能和工藝參數(shù)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，填充值隨著工藝氣流量（29

2、5;10335×103kg/h）的增加呈先降低后上升的趨勢，煙絲填充值與溫度在260330之間的工作風溫呈正相關關系。席年生等22研究結果表明，向熱氣流中加入蒸氣，利用過熱蒸氣的高熱焓量能為煙絲提供更多的熱量，使其快速升溫膨脹，從而提高其填充值。當煙絲初始含水率為25%時，隨著蒸氣噴射量由0增大到1800kg/h，葉絲的填充值由4.35cm3/g增加到4.56cm3/g。 與滾筒式烘絲機相比，采用氣流干燥方式處理煙絲的另一個優(yōu)點是不會產生明顯的干頭干尾現(xiàn)象。這是由于設備在正常運轉時，氣流干燥機中任一時刻的煙絲存量只相當于滾筒式干燥機中煙絲量的2%左右，加之氣流干燥機的控制程序中設有模

3、擬負載，能夠最大限度地減少不合格料頭和料尾的產生。 目前氣流干燥技術在煙草加工中還存在一些問題，主要是由于干燥時間短，煙絲受前道工序出口物料含水率的影響較大，導致出口煙絲含水率的控制精度較差。尤其是當人口煙絲含水率超過28%時，出口煙絲的結團現(xiàn)象較明顯，同等條件下與滾筒式烘絲機相比，出口煙絲的含水率波動較大。 2.3.2對卷煙煙氣和感官質量的影響 采用特定的氣流干燥工藝參數(shù)處理煙絲，對降低卷煙焦油量和煙堿量有明顯效果。與滾筒式烘絲機相比，煙絲經氣流干燥后填充值增加，由于單支卷煙的重量減輕，可使煙氣焦油量下降0.71.5mg/支，煙堿量下降0.080.15mg/支。馬宇平等對不同等級烤煙型配方煙

4、絲經HXD處理后的效果進行了對比研究，發(fā)現(xiàn)將進料含水率由22%提高至34%，工藝氣流溫度由200上升至290時，中高檔卷煙的焦油量約下降5%左右，低檔卷煙的焦油量可下降10.6%。由于氣流干燥機采用高溫強處理方式，對于有效去除卷煙的木質氣和青雜氣、降低刺激性效果明顯，但一定程度上也會降低卷煙的香氣質和香氣量，使煙氣濃度和勁頭也有所降低。從目前使用情況看，采用氣流干燥方式對低等級煙絲的感官質量改善明顯，而對高檔煙絲的感官質量有一定的負面影響。2.3.3對煙絲加工質量的影響氣流干燥的主要工藝參數(shù)有煙絲初始含水率、干燥氣流溫度、干燥氣流中蒸氣的加入量等，改變每個工藝參數(shù)的設置都會對煙絲的加工質量產生

5、影響。 煙絲初始含水率的高低對干燥處理后的填充值和感官質量有重要影響。研究表明，當煙絲的初始含水率較低時，采用氣流干燥方式處理后的煙絲填充值與滾筒式干燥機相比差異不大，卷煙單支重量也沒有明顯變化。但隨著初始含水率（22%34%）的增大，氣流干燥后的煙絲填充值明顯增加；當煙絲的初始含水率進一步增大時，填充值增加的速率會有所減緩。對于高檔煙的配方煙絲，隨煙絲初始含水率的升高，氣流干燥后卷煙的香氣量、細膩程度和濃度會略有下降，雜氣、刺激性和干凈程度變化不大；而對于低檔煙配方煙絲，則隨煙絲初始含水率升高，卷煙香氣量略有減少，細膩程度有所降低，但雜氣、刺激性及干凈程度得到改善。干燥氣流溫度對煙絲物理特性

6、、感官質量和化學成分有顯著的影響。干燥氣流的溫度在一定范圍內與干燥后煙絲的填充值呈正相關關系。有研究表明，卷煙的香氣質和香氣量受熱風溫度的影響較大，熱風溫度過高會降低香氣的優(yōu)雅度和透發(fā)性。據(jù)Kim等的研究，用過熱蒸氣干燥加料回潮后的白肋煙絲，處理溫度由150上升到320，煙絲填充值也隨之上升，由6.08cm3/g增加到7.81cm3/g。并且隨著過熱蒸氣溫度的升高，煙絲中的總糖、煙堿和總氨基酸含量明顯降低，總氮及醚提取物的含量也有所減少，同時白肋煙的感官質量也發(fā)生變化，烘烤香味增強，刺激性、苦味、灼熱感及沖擊強度降低，余味得到改善。戴翔等進行了烤煙型卷煙配方煙絲氣流干燥處理試驗，結果表明，氣流

7、溫度由200逐漸上升到265，卷煙的感官質量也逐漸下降，煙絲中的總糖、總氮和總植物堿含量隨之下降。 采用熱氣流干燥煙絲時，將蒸氣注入熱交換器前的空氣中，可以提高傳熱系數(shù)和熱焓，有利于加快干燥速率，促使煙絲膨脹。席年生等的研究表明，熱空氣中的蒸氣施加量對卷煙內在質量的影響主要表現(xiàn)在香氣特性和口感特性方面，采用較低的蒸氣施加量對中高檔卷煙配方煙絲的內在質量有改善作用，而對于低檔卷煙的配方煙絲則應采用較高的蒸氣施加量，否則會使卷煙的香氣質、香氣量及干凈程度下降，干燥感增加。 氣流干燥技術研究的深化體現(xiàn)在對氣流干燥各工藝技術參數(shù)間關系的研究上。周俊等通過實驗證明，在保證出口煙絲含水率合格的前提下，其它

8、條件保持不變，HXD的工藝氣流溫度與人口煙絲含水率和煙絲流量成正比，與加水量成反比，由此認為實際生產過程中應先設定合理穩(wěn)定的來料煙絲流量和含水率，其次設定正確的熱風溫度和熱風流量，通過控制噴水量和旋風分離器的溫度來調節(jié)熱風溫度和出口煙絲含水率。張大波等通過改變HXD的各運行參數(shù)進行實驗，對采集的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得出了以進料含水率、物料流量、工藝氣流量、噴蒸氣量為自變量，氣流初始溫度為因變量的回歸方程，利用該方程可以計算出保證HXD正常運行的參數(shù)組合，使干燥煙絲出口含水率在短時間內達到均勻穩(wěn)定。鄭州煙草研究院還對氣流干燥主要技術參數(shù)如物料初始含水率、物料流量、工藝氣流量、蒸氣施加量與設備運行條

9、件、產品加工質量和內在質量的變化規(guī)律進行了較為全面的實驗研究，揭示了HXD工作過程眾多單因素參數(shù)變化對卷煙綜合加工質量的影響趨勢。 3、煙草氣流干燥技術研究進展3.1氣流干燥對煙絲化學成分的影響隨著氣流干燥技術在我國煙草加工中研究和應用的深化，科研人員也在探求氣流干燥對煙絲化學成分的影響。2022年，于瑞國等對不同產區(qū)的單料煙進行了試驗，發(fā)現(xiàn)氣流干燥處理后煙絲的化學成分變化程度大于滾筒干燥的煙絲。王蕾等用液相色譜法分析了氣流干燥前后煙絲中游離氨基酸的含量，結果顯示，經氣流干燥后煙絲的氨基酸含量比干燥前大大減少，且減少的程度超過采用滾筒式烘絲機烘后的煙絲。廖旭東等的研究表明，煙絲經過HXD氣流干

10、燥后，煙氣水分有所降低。 3.2煙草氣流干燥過程的數(shù)學模擬 近年來，對物料氣流干燥過程進行數(shù)學模擬和數(shù)值優(yōu)化的工作開展得越來越多。對氣流干燥過程的分析是以氣固兩相流理論為基礎，研究顆粒在干燥管中的運動情況、顆粒與氣流之間的傳熱傳質狀況是進行過程模擬的基礎。根據(jù)粒子在干燥管中運動時的受力情況列出其在加速運動段和等速運動段的基本方程，可以描述出粒子的運動狀況。而對于氣流干燥過程傳熱傳質的研究，則是根據(jù)影響對流傳熱系數(shù)的因素如流體性質、流動狀態(tài)、顆粒性質等計算對流傳熱傳質系數(shù)，再根據(jù)半經驗半理論方程計算對流傳熱速率和傳質狀況，通常是將等速干燥和降速干燥分別進行討論。 Pelegrina等利用一維模型

11、對土豆顆粒的氣流干燥過程進行模擬，繪制出顆粒速度、溫度和含水率沿干燥管的變化曲線。Skuratovsky等采用二維模型對直管氣流干燥過程進行模擬，得到沿干燥管徑向（管徑的7/1211/12處）顆粒和氣流的速度、溫度以及顆粒含水率沿干燥管的變化曲線，并且模擬出干燥過程中顆粒直徑的變化情況。從這些曲線圖中可以看出，物料沿干燥管徑向的干燥狀態(tài)并不完全相同，并且在干燥結束時這種差異達到最大。在對煙草的氣流干燥過程進行數(shù)值模擬研究方面，F(xiàn)ukuchi等將煙絲看成等體積的球體，將煙絲的形狀定義為煙絲表面積/球體表面積，煙絲尺寸用球體直徑表示。通過對煙絲運動情況的模擬，建立了連續(xù)相（熱空氣）的質量、動量、能量守恒方程以及分散相（煙絲）的力平衡方程，通過迭代運算可以得到煙絲的運動特征。經實驗驗證，模型預測值與實驗值吻合很好。Pakowski等利用Meunier提出的一維數(shù)學模型對過熱蒸氣氣流干燥過程進行模擬，得出煙絲和過熱蒸氣的溫度、水分及速度沿干燥管的分布曲線，并對不同工藝參數(shù)控制的干燥過程進行了實驗，所得煙絲出口含水率和溫度的實際測定值與模型預測結果吻合，該模型的建立對于模擬工業(yè)生產過程很有