滾筒烘絲機(jī)控制方法的改進(jìn)與對比分析

陳河祥,李 斌,李華杰,林志平,江家森,曾 強(qiáng),駱永昌,徐大勇

1.福建中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心,廈門市海滄新陽工業(yè)區(qū)新陽路1號(hào) 361022

2.煙草行業(yè)煙草工藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號(hào) 450001

葉絲干燥工序是卷煙制絲生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工序之一。在該工序中,通過干燥去濕,使葉絲充分松散,并產(chǎn)生一定卷曲,增加葉絲的填充能力[1]。此外,隨著葉絲含水量的不斷蒸發(fā),可去除葉絲中的部分雜氣和揮發(fā)性煙堿,改善葉絲感官質(zhì)量。由工藝原理和工藝任務(wù)的系統(tǒng)分析可知,提高葉絲干燥過程含水率、溫度、葉絲尺寸分布的均勻性和穩(wěn)定性是提高葉絲內(nèi)在和外在質(zhì)量的重要保證[2]。

影響葉絲干燥過程中干燥速度的因素主要有風(fēng)溫、筒壁溫度、熱風(fēng)風(fēng)量[3]等指標(biāo)。通常,傳統(tǒng)的滾筒式葉絲干燥工藝采用單獨(dú)調(diào)節(jié)滾筒筒壁溫度來控制煙絲干燥去濕量(以下稱為筒壁溫度控制模式)[4]。該方法能夠較快地調(diào)整對流干燥過程中干燥速率[4-5]。另外,干燥速率也可以通過改變熱風(fēng)風(fēng)量來調(diào)節(jié)。而現(xiàn)階段,通過改變熱風(fēng)風(fēng)量的控制方法并沒有成為滾筒烘絲機(jī)的控制方法。因此,作者將熱風(fēng)風(fēng)量的調(diào)節(jié)加入傳統(tǒng)烘絲過程對傳統(tǒng)筒壁溫度控制模式進(jìn)行改進(jìn),將改進(jìn)后的烘絲模式與筒壁溫度控制模式進(jìn)行試驗(yàn)對比,分析兩種控制模式對在制品質(zhì)量的影響。

1 控制方法的改進(jìn)

傳統(tǒng)的滾筒式葉絲干燥去濕控制方法(筒壁溫度控制模式),其控制原理是:系統(tǒng)根據(jù)來料葉絲流量、含水率及設(shè)定的目標(biāo)含水率,運(yùn)算得出干燥去濕量,從而給定初始的筒壁溫度和工藝熱風(fēng)溫度,系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)干燥去濕過程中,工藝熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)風(fēng)量恒定不變,通過P ID運(yùn)算自動(dòng)調(diào)節(jié)筒壁溫度,最終實(shí)現(xiàn)出口目標(biāo)含水率的自動(dòng)控制[3](見圖1)。

改進(jìn)的滾筒式葉絲干燥去濕控制方法(熱風(fēng)風(fēng)量控制模式),其控制原理是:系統(tǒng)根據(jù)來料葉絲流量、含水率及出口目標(biāo)含水率,設(shè)置初始的筒壁溫度、工藝熱風(fēng)溫度和工藝熱風(fēng)風(fēng)量,并設(shè)置熱風(fēng)流量調(diào)整范圍。在正常的葉絲干燥過程中,當(dāng)出口含水率發(fā)生變化時(shí),系統(tǒng)筒壁溫度A和工藝熱風(fēng)溫度恒定不變,而自動(dòng)調(diào)整工藝熱風(fēng)流量B,從而實(shí)現(xiàn)出口目標(biāo)含水率的自動(dòng)控制,而當(dāng)來料煙絲流量、含水率的波動(dòng)造成工藝熱風(fēng)流量調(diào)整低于或高于設(shè)定的上限流量G1或低于設(shè)定的下限流量G2時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警提示工藝熱風(fēng)流量過高或過低,同時(shí)將工藝熱風(fēng)流量B固定在G1或G2位置上,而自動(dòng)調(diào)整筒壁溫度,以實(shí)現(xiàn)出口目標(biāo)含水率的自動(dòng)控制(見圖2)。

2 試驗(yàn)部分

2.1 材料與儀器

試驗(yàn)材料:龍巖煙草工業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的某牌號(hào)配方葉絲。

KLD-3滾筒式葉絲烘絲機(jī)(德國HAUNY公司);干燥箱[愛斯佩克環(huán)境儀器(上海)有限公司];TESTO925點(diǎn)溫計(jì)(德國TESTO公司);RetschAS400篩分儀(德國BORG WALDT KC公司);GB2002電子天平(瑞士M ETTLE TOLEDO公司)。

2.2 試驗(yàn)方法

分別在滾筒式葉絲烘絲機(jī)筒壁溫度控制模式和熱風(fēng)風(fēng)量控制模式下,考察葉絲出口含水率、溫度和葉絲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.3 檢測方法

葉絲含水率檢測:在測試時(shí)間段內(nèi)(不含干頭干尾),前1/3時(shí)間內(nèi)等時(shí)間間隔地分別從進(jìn)口和出口取15個(gè)樣品,中1/3時(shí)間內(nèi)分別取10個(gè)樣品,后1/3時(shí)間內(nèi)分別取15個(gè)樣品。用烘箱法測其含水率,每個(gè)樣品測試2次求平均值,并記錄數(shù)據(jù)。

葉絲溫度檢測:在測試時(shí)間段內(nèi),用手持式點(diǎn)溫計(jì)等時(shí)間間隔地測取滾筒出口處的葉絲溫度,并記錄數(shù)據(jù)。

圖2 滾筒式葉絲干燥去濕回路改進(jìn)后控制流程圖

葉絲結(jié)構(gòu)檢測:在測試時(shí)間段內(nèi),前1/3時(shí)間內(nèi)等時(shí)間間隔地分別從進(jìn)口和出口取3個(gè)樣品,中1/3時(shí)間內(nèi)取2個(gè)樣品,后1/3時(shí)間內(nèi)取3個(gè)樣品,共各8個(gè)樣,測其葉絲結(jié)構(gòu)。選用5層篩網(wǎng),孔徑分別為4.00,3.35,2.80,2.00,0.71 mm,篩分并記錄數(shù)據(jù)。

感官評吸方法:以香氣特性、煙氣特性和口感特性等3類指標(biāo)評價(jià)在制品的感官質(zhì)量。其中香氣特性包括香氣質(zhì)、香氣量、透發(fā)性和雜氣等指標(biāo);煙氣特性包括濃度、勁頭、細(xì)膩程度和成團(tuán)性等指標(biāo);口感特性包括刺激性、干燥感、干凈程度和回甜等指標(biāo)。各單項(xiàng)指標(biāo)分別以9分制打分。評分標(biāo)準(zhǔn)為每項(xiàng)指標(biāo)改善或增加就增高分值。評分中最低1分,最高9,分值梯度為0.5。

3 結(jié)果與討論

3.1 含水率穩(wěn)定性的比較

分別對滾筒式烘絲機(jī)入口葉絲含水率檢測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,考察兩種控制模式的來料葉絲含水率的穩(wěn)定性,結(jié)果見表1。由表1可知,采用筒壁溫度控制模式時(shí),入口葉絲的平均含水率略大于熱風(fēng)風(fēng)量控制模式的入口葉絲平均含水率;其入口來料含水率的標(biāo)準(zhǔn)偏差略小于熱風(fēng)風(fēng)量控制模式時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)偏差,說明筒壁溫度控制模式的來料含水率穩(wěn)定性略好于熱風(fēng)風(fēng)量控制模式時(shí)的入口來料含水率的穩(wěn)定性;另外,其含水率的極差小于熱風(fēng)風(fēng)量控制模式時(shí)入口含水率的極差,表明筒壁溫度控制模式的來料含水率波動(dòng)范圍小于熱風(fēng)風(fēng)量控制模式時(shí)的波動(dòng)范圍。

分別對滾筒式烘絲機(jī)出口葉絲含水率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,考察兩種控制模式下的葉絲含水率的穩(wěn)定性,結(jié)果見表2。由表2可知,經(jīng)過兩種控制模式處理后,滾筒式烘絲機(jī)出口的平均含水率相差不大。但是,經(jīng)過熱風(fēng)風(fēng)量控制模式后,出口葉絲含水率的標(biāo)準(zhǔn)偏差略小于筒壁溫度控制模式處理的出口葉絲含水率,說明經(jīng)過熱風(fēng)風(fēng)量控制模式處理后的葉絲含水率穩(wěn)定性要略好于筒壁溫度控制模式處理時(shí)的穩(wěn)定性;另外,其含水率的極差小于筒壁溫度控制模式出口含水率的極差,表明筒壁溫度控制模式的出口葉絲含水率波動(dòng)范圍小于筒壁溫度控制模式時(shí)的波動(dòng)范圍。

3.2 溫度穩(wěn)定性的比較

對利用點(diǎn)溫計(jì)等時(shí)間間隔測得的烘絲機(jī)出口溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果見表3。由表3可知,筒壁溫度控制模式出口溫度較熱風(fēng)風(fēng)量控制模式出口溫度高,并且葉絲溫度的標(biāo)準(zhǔn)偏差相對較大,說明筒壁溫度控制模式下葉絲溫度的穩(wěn)定性比熱風(fēng)風(fēng)量控制的穩(wěn)定性略差,且出口溫度的波動(dòng)范圍比熱風(fēng)風(fēng)量控制模式出口溫度的波動(dòng)范圍略大。

3.3 葉絲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的比較

利用篩分儀分別測得滾筒式烘絲機(jī)在兩種控制模式下入口煙絲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),并分別對入口葉絲特征尺寸(de)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[6],考察兩種控制模式入口葉絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,結(jié)果見表4。由表4可知,兩種模式下滾筒式烘絲機(jī)入口葉絲特征尺寸的平均值相差不大;但是筒壁溫度控制模式入口葉絲特征尺寸的標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)均比熱風(fēng)風(fēng)量控制模式的大,說明前者葉絲特征尺寸的穩(wěn)定性要比后者差;并且前者的極差大于后者,表明前者葉絲特征尺寸的波動(dòng)范圍比后者的波動(dòng)范圍要大。

表1 滾筒式烘絲機(jī)入口葉絲含水率檢測數(shù)據(jù)分析

表2 滾筒式烘絲機(jī)出口葉絲含水率檢測數(shù)據(jù)分析

表3 滾筒式烘絲機(jī)葉絲出口溫度檢測數(shù)據(jù)分析

同時(shí)分別對出口葉絲特征尺寸(de)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,考察經(jīng)過兩種控制模式處理后出口葉絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,結(jié)果見表5。由表5可知,葉絲經(jīng)過滾筒烘絲機(jī)后,無論采用哪種控制模式,出口葉絲結(jié)構(gòu)的特征尺寸均減小,而筒壁溫度控制模式出口葉絲特征尺寸的平均值比熱風(fēng)風(fēng)量控制模式的出口葉絲特征尺寸小,說明兩種模式均對葉絲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響,且前者的影響程度更大。筒壁溫度控制模式的出口葉絲特征尺寸的標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)小于熱風(fēng)風(fēng)量控制模式,表明前者的葉絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性好于后者,并且前者的葉絲結(jié)構(gòu)波動(dòng)范圍比后者的波動(dòng)范圍小。

3.4 感官質(zhì)量評價(jià)

兩種控制模式下感官質(zhì)量對比結(jié)果(表6)表明:總體感官質(zhì)量差別不大,熱風(fēng)風(fēng)量控制模式感官質(zhì)量特征為:煙氣透發(fā),量較足,口腔似有殘留;筒壁溫度控制模式下的感官質(zhì)量特征為:煙氣細(xì)膩,略顯發(fā)散,粗糙。兩者的香氣風(fēng)格一致。

表4 滾筒式烘絲機(jī)入口葉絲結(jié)構(gòu)(特征尺寸de)

表5 滾筒式烘絲機(jī)出口葉絲結(jié)構(gòu)(特征尺寸de)

表6 兩種控制模式下感官質(zhì)量評價(jià)結(jié)果(分)

4 結(jié)論

(1)與采用筒壁溫度控制模式相比,采用熱風(fēng)風(fēng)量控制模式的出口葉絲含水率的穩(wěn)定性較好,且含水率的波動(dòng)范圍略小;采用熱風(fēng)風(fēng)量控制模式的出口葉絲溫度的穩(wěn)定性較好,且溫度的波動(dòng)范圍略小。

(2)熱風(fēng)風(fēng)量控制模式與筒壁溫度控制模式均對葉絲特征尺寸(de)的下降產(chǎn)生一定程度的影響,但前者的影響程度小于后者,熱風(fēng)風(fēng)量控制模式下出口葉絲特征尺寸(de)的穩(wěn)定性較筒壁溫度控制模式差,前者葉絲特征尺寸(de)的波動(dòng)范圍比后者的略大。

(3)兩種控制模式下的感官質(zhì)量差別不大,香氣風(fēng)格一致,在煙氣風(fēng)格特征上略有差別。

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