基于矩形樹圖的煙梗形狀分析

雷海波，雷杰杰

（陜西中煙工業(yè)有限責任公司延安卷煙廠，陜西延安 716000）

煙草是茄科煙草屬植物，煙梗即是煙葉之粗梗葉脈，約占葉重的25%～30%。煙梗是煙草工業(yè)的副產(chǎn)物，其所含成分種類與煙葉成分基本一致，作為膨脹梗絲添加到卷煙配方中是煙梗利用的主要途徑之一，加工良好的梗絲能增加煙絲的填充值，降低成本，提高煙支的支撐性、燃燒性，降低煙氣焦油量，重視煙梗及其制品的加工處理可提高卷煙的內(nèi)在質(zhì)量和煙草企業(yè)的經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)工藝制出的梗絲多為片狀，在中低檔卷煙中使用的比例較大，影響與葉絲摻配的均勻度，使卷制后的煙支重量、吸阻、密度等物理指標變化較大。梗絲在高檔卷煙產(chǎn)品中的使用主要存在3個方面的問題：①梗絲在形態(tài)上與葉絲、膨脹絲等煙絲組分差別較大，不利于梗絲與其他煙絲組分的均勻摻兌，影響卷煙吸阻等卷制質(zhì)量的穩(wěn)定性；②梗絲在形態(tài)和色澤上與煙絲差異較大，在煙支中容易被消費者識別，從而影響高檔卷煙產(chǎn)品形象；③梗絲在感官質(zhì)量上存在先天性缺陷，會在一定程度上影響卷煙的感官品質(zhì)，限制了梗絲在高檔卷煙中的使用。

因此，為了提高梗絲在高檔卷煙中的可用性，需要對梗絲的加工形態(tài)進行調(diào)整和改變。

1 工藝任務

《卷煙工藝規(guī)范》規(guī)定，制梗絲工段應設置煙梗回潮、壓梗、切梗絲、梗絲膨脹干燥、梗絲風選等工序，可設置梗絲加料、梗絲加香等工序。卷煙廠煙梗處理工藝任務如下：

（1）備料：準備煙梗原料，核查質(zhì)量與數(shù)量，確保投入煙梗符合產(chǎn)品設計要求。

（2）篩分與雜物：篩除煙梗中梗拐，以及長度小于10.0 mm、直徑小于2.5 mm 的碎梗；剔除煙梗中的非煙草雜物。

（3）回潮：增加煙梗的含水率和溫度，提高煙梗的耐加工性；去除煙梗表面灰塵；沉淀出煙梗中金屬和非金屬重雜物。

（4）貯梗：使煙梗內(nèi)外部的含水率趨于一致；平衡緩沖前后工序的加工時間和生產(chǎn)能力。

（5）增溫：增加煙梗溫度，提高煙梗的柔韌性及耐加工性。

（6）壓梗：擠壓煙梗，疏松煙梗組織結(jié)構；使煙梗呈片狀，便于煙梗經(jīng)切絲后呈絲狀。

（7）切梗絲：將煙梗按設定要求切成厚度均勻地梗絲。

（8）加料：按比例準確、均勻地對切后梗絲施加料液；適當提高梗絲的溫度和含水率。

（9）膨脹干燥：去除梗絲中部分水分；提高梗絲的彈性、填充能力和燃燒性。

（10）風選：分離梗絲中梗簽、梗塊及非煙草雜物，提高梗絲的純凈度。

（11）加香：按比例準確、均勻地對梗絲施加香液。

（12）貯梗絲：平衡梗絲含水率，促進香液充分吸收；平衡制梗絲與制葉絲工段之間的加工時間。

梗絲質(zhì)量指標要求：填充值≥6.5 cm3/g，填充值允差±0.5 cm3/g，純凈度≥99.0%，整絲率≥85.0%，碎絲率≤2.0%，含水率標準偏差≤0.17%，含水率允差±0.5%。

2 問題提出

在制梗絲過程中，煙梗預處理工序的原梗中含有長梗、梗拐、碎梗、短梗，因振動篩分設備網(wǎng)孔較小，易堵塞，且篩分效果隨時間增加而下降，有效篩分率低，若剔除不干凈，此物料進入后續(xù)工序后，梗拐不易潤透、易壓潰，壓梗工序易堵料、易斷流，在切絲干燥過程中易造碎，形成粉塵；煙梗中的長梗率低，碎梗過多，切絲時跑?，F(xiàn)象就很嚴重，切后梗絲整絲率、純凈度低，梗簽、梗頭多，干燥后填充值相對較低。目前，梗絲成絲技術主要還是依托常規(guī)煙梗加工設備進行工序和工藝參數(shù)的調(diào)整來實現(xiàn)。其研究主要集中于壓梗切絲技術，通過煙梗切前排列，壓梗和切梗絲厚度的參數(shù)調(diào)整，以及多次壓梗和梗絲復切技術實現(xiàn)梗絲的絲狀結(jié)構，該組合工藝和技術基本實現(xiàn)了煙梗成絲的目的。

3 實驗方法

卷煙廠在提高梗絲加工過程的穩(wěn)定性方面開展了諸多研究，針對制梗絲優(yōu)化工藝參數(shù)的研究較多。為了提高梗絲的絲狀效果，增加梗絲和葉絲之間的配伍性，河南中煙丁美宙等采用了正交試驗方法，對煙梗工藝參數(shù)的影響進行了分析，結(jié)果顯示，壓梗間隙對填充值、梗塊數(shù)量的影響非常明顯，切梗絲寬度對整絲率、碎絲率、出絲量和除塵性質(zhì)的影響明顯，梗頭變形對梗塊數(shù)量的影響明顯。山東中煙李洪濤等采用正交試驗分析方法，對洗梗溫度、貯梗時間、壓梗間隙和切梗絲等影響梗絲物理質(zhì)量及感官質(zhì)量等參數(shù)進行了方差分析，研究了煙?；爻睂η泄＝z過程的影響。劉新建等也采用正交試驗分析方法，對壓梗間隙、切梗絲寬度等參數(shù)進行了分析，探討了切梗絲對干燥工藝參數(shù)的影響。河北中煙鄭松錦等采用正交試驗方法，對滾筒式烘梗絲機的加工參數(shù)（蒸汽壓力、滾筒干燥溫度組合參數(shù)）進行分析優(yōu)化，得出梗絲的填充值、整絲率在最佳狀態(tài)下的加工參數(shù)。河南中煙姚光明等以單因素和正交試驗為基礎，對低速梗絲干燥裝置的加工參數(shù)進行了分析、優(yōu)化，達到提高梗絲加工質(zhì)量的目標。一些企業(yè)還對制梗絲設備進行了改造和升級。福建煙草饒如祥等為提高制梗絲線的整體性能，改造了落料提、剔拐機等，改造后梗拐剔除有所提高，篩分功能良好，設備性能更加完善。海南煙草杜小華等改造洗梗機，提高設備篩選性能，解決排污管堵塞問題，提高梗絲線的連續(xù)生產(chǎn)穩(wěn)定性。漢南煙草焦勝利等通過改造梗絲風選和梗簽收集，提高煙支卷制質(zhì)量。以上研究、實踐對提升梗絲加工性能，提升過程能力穩(wěn)定性方面取得了良好效果。

產(chǎn)地和部位是影響煙草品質(zhì)的重要因素，根據(jù)產(chǎn)地和部位所反映的煙草品質(zhì)特生進行配方設計，可以顯著提高卷煙的配方質(zhì)量。然而迄今為止，對煙草產(chǎn)地和部位的研究大多以葉片為對象，對于不同產(chǎn)地不同部位煙梗的品質(zhì)，則少見系統(tǒng)的研究報道。為了解煙梗形狀對切制的影響，本文認為，在目前煙梗大量富余的情況下，研究不同產(chǎn)地不同部位煙梗品質(zhì)的差異，從而篩選出品質(zhì)較好的煙梗用于卷煙配方，也是改善梗絲吃味、提高煙梗利用價值的重要途徑。為此，本文擬選擇某牌號配方煙梗，在預處理工段對煙梗按照《卷煙工藝規(guī)范》要求，采用人工分揀方式，進行長梗（長度＞20 mm）、梗拐（煙葉與煙桿的連接物）、碎梗（長度＜10 mm，直徑＜2.5 mm）重量統(tǒng)計。

4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

從表1 可得出，1912110X 批次A 類梗中，C 省產(chǎn)區(qū)的優(yōu)質(zhì)梗含量最高，為83.84%；B 省產(chǎn)區(qū)的梗拐含量最低，為11.27%；C 省產(chǎn)區(qū)的碎梗含量最低，為4.04%。

表1 1912110X批次含量統(tǒng)計表 單位：g

從表2 可得出，2001130X 批次A 類梗中，C 省產(chǎn)區(qū)的優(yōu)質(zhì)梗含量最高，為82.41%；D 省產(chǎn)區(qū)的梗拐含量最低，為14.81%；F 省產(chǎn)區(qū)的碎梗含量最低，為1.18%。

表2 2001130X批次含量統(tǒng)計表 單位：g

從表3 可得出，2001150X 批次A 類梗中，E 省產(chǎn)區(qū)的優(yōu)質(zhì)梗含量最高，為80.39%；D 省產(chǎn)區(qū)的梗拐含量最低，為12.77%；F 省產(chǎn)區(qū)的碎梗含量最低，為1.92%。

表3 2001150X批次含量統(tǒng)計表 單位：g

數(shù)據(jù)結(jié)論：表4可得出，2002120X 批次A 類梗中，D 省產(chǎn)區(qū)的優(yōu)質(zhì)梗含量最高，為80.53%；D 省產(chǎn)區(qū)的梗拐含量最低，為13.64%；C 省產(chǎn)區(qū)的碎梗含量最低，為3.09%。

表4 2002120X批次含量統(tǒng)計表 單位：g

從表5 可得出，2002170X 批次A 類梗中，C 省產(chǎn)區(qū)的優(yōu)質(zhì)梗含量最高，為74.63%；D 省產(chǎn)區(qū)的梗拐含量最低，為12.61%；B 產(chǎn)區(qū)的碎梗含量最低，為1.65%。

表5 2002170X批次含量統(tǒng)計表 單位：g

5 數(shù)據(jù)分析

矩形樹狀熱力圖把具有層次關系的數(shù)據(jù)可視化為一組嵌套的矩形，可直觀地以顏色表示類目，以面積及色深表示數(shù)值，所有矩形面積之和表示整體的大小，各個小矩形的面積表示每個子項的占比，矩形面積越大，表示子數(shù)據(jù)在整體中的占比越大，擅長可視化帶權重的數(shù)據(jù)關系。

從圖1圖可知：同省產(chǎn)區(qū)煙梗在打葉復烤之后，關鍵物理指標存在差異，即長梗、梗拐、碎梗、短梗含量不同。

圖1 各省份煙梗含量矩形樹狀熱力分析

6 分析結(jié)論

（1）打葉復烤時，宜按照卷煙廠使用要求，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，對煙葉進行梗、葉分離，并對分離出的煙片和煙梗進一步篩分，提高煙葉利用率及長梗率，降低梗拐、碎梗、短梗率，保證打后煙片和煙梗滿足制絲生產(chǎn)的要求。

（2）卷煙廠制絲環(huán)節(jié)煙梗預處理工段，在煙梗篩分工序宜設置短梗和梗拐篩除裝置，除雜工序宜采用風選除雜裝置，提高煙梗中碎梗的篩分力度，減少煙梗中碎梗的比例，減少梗拐、梗簽的含量，減少梗絲中的碎末含量，能較好地提高梗絲加工質(zhì)量。