試驗室用真空回潮設備的開發(fā)與應用

付亮，易斌，盧杰，熊開勝，馬寧，林文強，高曉華，溫亞東，李雯琦，鄭紅艷

云南中煙工業(yè)有限責任公司，昆明市紅錦路367號 650231

真空回潮設備廣泛應用于中式卷煙制絲生產工藝中，該工序的工藝任務主要是增加煙片含水率和溫度，使煙片柔軟，易于松散，提高煙片的耐加工性，同時能減輕煙葉雜氣，改善產品感官質量[1]，是中式卷煙生產的關鍵工序。傳統(tǒng)的靜態(tài)真空回潮方式存在松散效果不理想、回透率低的問題[2]，為解決以上問題開發(fā)了試驗室用真空回潮設備，該設備為動態(tài)回潮，在具備大生產線真空回潮工序現(xiàn)有功能的同時，還具備更多的試驗功能。基于所開發(fā)的試驗室用真空回潮設備，考察了關鍵工藝參數(shù)對出口物料水分、松散效果、回透率[3-5]以及感官質量的影響，并開展了與大生產線生產樣品的感官質量符合性研究，旨在為動態(tài)真空回潮設備的研制提供參考。

1 系統(tǒng)組成

試驗室用真空回潮設備主要由真空罐體、真空機組、熱水器機組、管道系統(tǒng)以及電控系統(tǒng)組成。

正常生產時，熱水器系統(tǒng)對罐體進行加熱，當罐體溫度達到工藝要求預設值時，開啟進料口置入試驗物料后，罐體開始旋轉，使物料在罐體內進行多次翻轉，實現(xiàn)預松散與初步混合。罐體停止旋轉后真空系統(tǒng)啟動，當罐內真空度達到工藝要求預設值時，真空系統(tǒng)停止，管道系統(tǒng)啟動，根據(jù)試驗要求噴射定量蒸汽、水或料液，同時罐體再次開始旋轉，使煙葉在不斷翻轉的同時實現(xiàn)蒸汽、水分或料液的均勻施加與吸收。

圖1 試驗室用真空回潮設備系統(tǒng)布局圖Fig.1 Layout of laboratory vacuum resurgence equipment

1.1 罐體結構

真空罐采用正圓柱體設計，圍繞對角軸進行旋轉，如圖2所示。當真空罐在旋轉過程時，罐體最低點始終在進行變化，物料也隨之從高點向低點做翻轉運動，實現(xiàn)物料松散與混合。罐體內部為光滑設計，無粘附、水漬風險。霧化噴頭懸于物料正上方，蒸汽管道、料液管道以及加水管道均由旋轉裝置引入。

圖2 真空罐結構示意圖Fig.2 Vacuum tank structure

噴嘴位置及容積比設計：

圖3 真空罐物料容積幾何示意圖Fig.3 Geometric sketch of vacuum tank material volume

上圖所示為正圓柱筒體的幾何表現(xiàn)形式，XY為圓柱筒旋轉軸，由于正圓柱筒體在翻轉時物料始終從高點向低點進行翻轉，為保證物料混合均勻性及料液噴射均勻性，堆積物料最高線應低于水平中軸線，即容積率小于50%，BC為此時物料水平線；霧化噴嘴在物料水平線上方，并位于垂直中軸線上，在圖中以A點表示，且為方便進料低于頂部xcm，選購噴嘴霧化角度為2a。

其中，x為霧化噴嘴距頂端的距離；R為正圓柱筒的底面半徑；2a為所選霧化噴頭的霧化角度；U為筒體設計的容積比。

1.2 管道系統(tǒng)

試驗室用真空回潮設備配備了蒸汽管道、加水管道以及料液管道，并配備流量計以及調節(jié)閥。蒸汽采用固定流量噴射，以噴射時間進行調節(jié)；加水采用比例施加；料液采用批加料，微調加料比例模式，加料罐內置壓縮空氣口，在加料結束時通過壓縮空氣將剩余物料吹入真空罐，減少料液損耗。

圖4 試驗室用真空回潮設備管道系統(tǒng)圖Fig.4 Piping system of laboratory vacuum pre-conditioner

1.3 設備控制方式

試驗室用真空回潮設備為滿足試驗要求，流程控制上具備多功能、柔性化特點。各工藝段可多樣性組合，具備一次真空回潮、兩次真空回潮、真空加料等功能。具體控制方式見下圖所示：

圖5 試驗室用真空回潮設備控制方式流程圖Fig.5 Control flow of laboratory vacuum resurgence equipment

2 試驗測試

2.1 試驗設計

采用“玉溪”品牌某一規(guī)格卷煙全配方葉組等比縮小至100kg/批進行投料，選用一次真空回潮控制方式進行加工，抽真空壓力、保溫時間、反抽真空壓力與大生產線保持一致；真空罐加溫采用熱水循環(huán)加溫，考慮加溫時間及穩(wěn)定效果，真空罐溫度設置為65℃；蒸汽噴射時間為物料水分及加工強度變化的主要影響因素，故主要針對蒸汽噴射時間進行試驗。對試驗樣品的水分、葉片結構、松散率、回透率進行檢測并評價試驗樣品的感官質量，確定蒸汽噴射時間對樣品物理指標及感官質量的影響規(guī)律。

表1 真空回潮試驗工藝參數(shù)設置表Tab.1 Parameters setting for vacuum resurgence test

2.2 結果與分析

表2 樣品物理指標檢測結果Tab.2 Test results of sample physics indexes

由以上樣品物理指標檢測結果可知：

①蒸汽施加時間與物料出口水分呈正相關關系，可通過蒸汽施加時間的調整使物料出口水分滿足加工要求；

②動態(tài)真空回潮下物料的松散率和回透率均優(yōu)于大生產線采用靜態(tài)真空回潮的模式；

③采用動態(tài)真空回潮加工的樣品葉片結構與大生產線產品葉片結構持平，說明試驗室用真空回潮設備對物料造碎程度較小。

表3 樣品感官對比評吸Tab.3 Comparison of sample sensory

根據(jù)以上評吸結果可知：

①較高或較低的處理強度導致香氣量減少，中等偏高的處理強度導致香氣量明顯減少，中等的處理強度有利于香氣量的提升，中等偏低的處理強度有利于香氣量的明顯提升；

②較高及中等偏高的處理強度導致香氣豐富性下降，中等及中等偏低的處理強度有利于香氣豐富性的明顯提升，較低的處理強度也有利于香氣豐富性的提升；

③較高的處理強度導致煙氣濃度下降，中等偏高的處理強度導致煙氣濃度明顯下降，中等及中等偏低的處理強度有利于煙氣濃度的明顯提升，較低的處理強度也有利于煙氣濃度的提升。

該趨勢與大生產線使用的真空回潮設備加工趨勢一致[6-7]。

結合評吸結果與出口物料水分，保持其他工藝參數(shù)不變，僅將蒸汽施加時間優(yōu)化至267s，以保證出口物料水分與正常生產樣品水分大體一致，兩個樣品分別取樣后進行切絲，同時置入烘箱，在45℃下使樣品達到可評吸水分進行對比評吸。評吸結果如下表所示：

表4 樣品香氣品質特征對比評價結果Tab.4 Comparison of aroma quality of sample

由以上評價結果可知，經過工藝參數(shù)優(yōu)化后試驗室用真空回潮設備加工的樣品在感官質量上保持了與正常生產樣品較高的一致性，說明該設備能有效模擬正常生產條件，對正常生產具有較高的指導意義。

3 結果與討論

（1）采用正圓柱筒體設計的試驗室用真空回潮設備，結構獨特，功能多樣，滿足了試驗的多樣性需要。

（2）試驗室用真空回潮設備采用動態(tài)回潮的加工模式，松散高達99.8%、回透率高達100%，均高于大生產線的正常生產水平，過程造碎程度與大生產線持平。

（3）加工物料感官質量隨加工強度的變化而變化，變化趨勢與大生產線真空回潮設備參數(shù)變化規(guī)律一致，通過工藝參數(shù)優(yōu)化，所加工產品的感官質量與大生產線產品有較高的一致性。試驗室用真空回潮設備能有效指導大生產線真空回潮工序的工藝優(yōu)化和調整。