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      兩段式烘絲機(jī)控制模式對煙絲含水率的影響

      2019-10-15 11:39:58陳春雷徐永虎黃傳喜
      煙草科技 2019年9期
      關(guān)鍵詞:烘絲機(jī)設(shè)定值熱風(fēng)

      陳 杰,陳春雷,徐永虎,黃傳喜

      安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司合肥卷煙廠,合肥市高新區(qū)永和路399 號 230601

      薄板烘絲工序作為卷煙制絲環(huán)節(jié)的關(guān)鍵工序,主要工藝任務(wù)是去除煙絲中部分水分、提高煙絲填充性能和改善感官品質(zhì),以滿足后段工序的要求[1]。目前安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司合肥卷煙廠黃山精品線高端品牌的葉絲干燥工序選用的是從HAUNI 公司定制的KLD3-2Z 兩段式滾筒烘絲機(jī),該機(jī)的熱風(fēng)為逆流式,具備有兩個(gè)獨(dú)立的干燥區(qū)域,并可實(shí)現(xiàn)通過固定熱風(fēng)溫度改變筒壁溫度、固定筒壁溫度改變熱風(fēng)溫度以及筒壁溫度前后段分區(qū)控制等加工控制模式。國內(nèi)煙草行業(yè)對薄板烘絲機(jī)開展了較多的研究和分析[2-6],但是對于兩段式薄板烘絲機(jī)固定熱風(fēng)溫度改變筒壁溫度、固定筒壁溫度改變熱風(fēng)溫度以及筒壁溫度前后段分區(qū)控制對出口煙絲含水率控制水平的研究較少。因此,對兩段式烘絲機(jī)的控制媒介和分區(qū)控制形式開展研究,探索薄板烘絲工序過程穩(wěn)定控制的加工模式,旨在提升工序產(chǎn)品加工質(zhì)量。

      1 材料與方法

      1.1 材料、設(shè)備和儀器

      “黃山”金皖煙全配方煙絲。

      KLD3-2Z型兩段式滾筒烘絲機(jī)(德國HAUNI 公司);ZJ17 卷接機(jī)組(常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司)。

      1.2 方法

      1.2.1 薄板烘絲模式調(diào)整方法

      分別運(yùn)行兩段式薄板烘絲機(jī)固定筒溫和固定熱風(fēng)溫度控制模式以及筒溫分區(qū)控制等不同控制模式,保證入口煙絲含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差低于0.05%,加工過程無煙絲增溫增濕工序,且煙絲流量、筒體轉(zhuǎn)速以及排潮系統(tǒng)參數(shù)保持固定,在出口含水率達(dá)到設(shè)定值12.9%并穩(wěn)定后,人工將出口含水率設(shè)定值調(diào)整至13.2%,調(diào)整后進(jìn)行設(shè)備自動(dòng)控制,不進(jìn)行人工干預(yù)和設(shè)備參數(shù)修改。通過采集的中控?cái)?shù)據(jù)分析出口煙絲含水率的控制情況并分析記錄含水率波動(dòng)和相應(yīng)的時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)偏差等各項(xiàng)指標(biāo)[7]。

      1.2.2 感官質(zhì)量評價(jià)

      參照《中式卷煙風(fēng)格感官評價(jià)方法》和《烤煙煙葉質(zhì)量風(fēng)格特色感官評價(jià)方法》[8-10],由持有國家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心頒發(fā)的卷煙感官評吸證書的專業(yè)評委對各分項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行打分,取評委打分的平均值。判定感官質(zhì)量風(fēng)格各指標(biāo)變化幅度,標(biāo)度值設(shè)定0(無變化)、+(優(yōu)于對照樣)和-(劣于對照樣)三檔。

      1.2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      KLD3-2Z 兩段式烘絲機(jī)具備多種工藝設(shè)備參數(shù)和控制模式的調(diào)整方式,在保證烘絲機(jī)入口含水率基本一致的情況下選用“黃山”金皖煙煙絲分別設(shè)定不同加工條件進(jìn)行試驗(yàn),依次開展不同梯度熱風(fēng)溫度(85、95、105 ℃對應(yīng)試驗(yàn)1、2、3),固定筒溫和固定熱風(fēng)溫度控制模式(對應(yīng)試驗(yàn)4、1)以及筒溫前高后低、前低后高和前后一致控制模式(對應(yīng)試驗(yàn)1、5、6)的對比試驗(yàn),每組試驗(yàn)過程中均保持其他工藝設(shè)備參數(shù)不變。相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置見表1 和表2。

      表1 固定熱風(fēng)溫度控制模式不同參數(shù)組合Tab.1 Different parameter combinations under constant hot air temperature control mode

      表2 筒溫前高后低、前低后高和前后一致控制模式不同參數(shù)組合Tab.2 Different parameter combinations under control modes of high-to-low,low-to-high and constant cylinder wall temperature

      2 結(jié)果與討論

      2.1 固定熱風(fēng)溫度控制模式不同工藝參數(shù)的影響

      在兩段式烘絲機(jī)固定熱風(fēng)溫度和筒溫自控的控制模式下,設(shè)定不同梯度熱風(fēng)溫度和筒溫組合(編號1、2、3),熱風(fēng)溫度分別達(dá)到85、95 和105℃,對應(yīng)的1 區(qū)和2 區(qū)筒壁溫度分別為144.7、124.6℃和143.9、124.0℃以及142.0、122.0℃。表明熱風(fēng)溫度升高10℃,對應(yīng)的筒壁溫度下降約1℃,與試驗(yàn)設(shè)計(jì)溫度(表1)相符合,熱風(fēng)溫度相對于筒溫更大的調(diào)節(jié)幅度反映出兩段式薄板烘絲機(jī)的脫水能力主要依賴于筒壁溫度,而熱風(fēng)溫度僅起到輔助作用。

      不同工藝參數(shù)下試驗(yàn)樣的感官評價(jià)結(jié)果見表3。由表3 可以看出,與1 號樣相比,熱風(fēng)溫度95℃的2 號樣,其感官質(zhì)量表現(xiàn)出不同程度的差異,主要體現(xiàn)在香氣特性提升(香氣質(zhì)、豐滿度略有提升),煙氣特性降低(細(xì)膩程度略有降低),口感特性降低(雜氣、刺激性、干燥感、干凈程度略有降低)。與1 號樣相比,熱風(fēng)溫度105℃的3 號樣,樣品各方面感官指標(biāo)略有提升,主要體現(xiàn)在香氣特性提升(香氣量、豐滿度略有提升),煙氣特性提升(細(xì)膩程度略有提升),口感特性提升(雜氣、干燥感、甜度、回味略有提升)。

      表3 固定熱風(fēng)溫度控制模式下不同工藝參數(shù)狀態(tài)試驗(yàn)樣的感官評價(jià)結(jié)果Tab.3 Sensory evaluation results of test samples at different technical parameters under constant hot air temperature mode

      2.2 固定筒溫和固定熱風(fēng)溫度控制模式與脫水速率的關(guān)聯(lián)性

      圖1 為固定筒溫和固定熱風(fēng)溫度控制模式下,將烘絲機(jī)出口含水率設(shè)定值從12.9%調(diào)整到13.2%的過程中出口含水率隨時(shí)間變化的曲線。由圖1可以看出,將出口含水率設(shè)定值提高后,固定熱風(fēng)溫度控制模式(試驗(yàn)1)加工狀態(tài)下,出口含水率約在570 s 時(shí)達(dá)到穩(wěn)定。而在固定筒溫控制模式(試驗(yàn)4)加工狀態(tài)下,出口含水率約在710 s 時(shí)達(dá)到穩(wěn)定。相對于固定熱風(fēng)溫度控制模式(試驗(yàn)1),固定筒溫控制模式(試驗(yàn)4)加工狀態(tài)下出口含水率達(dá)到設(shè)定值的時(shí)間增加,且從調(diào)整到穩(wěn)定的總時(shí)間增加,但該過程中出口含水率的標(biāo)準(zhǔn)偏差值降低。這表明通過熱風(fēng)溫度進(jìn)行出口含水率調(diào)節(jié)控制模式的含水率控制響應(yīng)較為平穩(wěn),控制穩(wěn)定性提升。

      圖1 試驗(yàn)1 和4 出口含水率設(shè)定值從12.9%到13.2%時(shí)含水率變化趨勢圖Fig.1 Variation trends of moisture content in dried tobacco of tests No.1 and No.4 at the set moisture content range from 12.9%to 13.2%

      從出口含水率設(shè)定值調(diào)整的過程數(shù)據(jù)中分析得知,在現(xiàn)有固定熱風(fēng)溫度控制模式下,當(dāng)出口含水率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí),設(shè)備自控狀態(tài)下熱風(fēng)溫度基本不變化,可通過調(diào)整1 區(qū)和2 區(qū)筒溫進(jìn)而跟蹤調(diào)節(jié)出口煙絲含水率。而在固定筒溫控制模式下,當(dāng)出口含水率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí),可通過調(diào)整熱風(fēng)溫度跟蹤調(diào)節(jié)出口煙絲含水率。

      為對比兩種控制模式對含水率控制水平的差異,對比煙絲出口含水率達(dá)到設(shè)定值并穩(wěn)定后的工藝參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差,結(jié)果見圖2。由圖2 可以看出,與試驗(yàn)1 相比,固定筒溫控制模式下(試驗(yàn)4)熱風(fēng)溫度標(biāo)準(zhǔn)偏差增加,筒溫標(biāo)準(zhǔn)偏差降低,穩(wěn)定控制狀態(tài)下出口煙絲含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差下降,表明固定筒溫控制模式對于含水率控制水平有顯著提升作用。兩段式薄板烘絲機(jī)出口含水率發(fā)生波動(dòng)時(shí),筒壁溫度的跟蹤調(diào)節(jié)會(huì)給出口含水率的穩(wěn)定性帶來較大干擾,熱風(fēng)溫度的跟蹤調(diào)節(jié)產(chǎn)生的干擾較小,研究結(jié)果可為烘絲機(jī)加工過程參數(shù)控制以及提升出口煙絲含水率穩(wěn)定性水平提供參考。

      圖2 出口含水率設(shè)定在12.9%時(shí)試驗(yàn)1 和4 穩(wěn)定狀態(tài)下各參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差對比Fig.2 Comparison of standard deviations of parameters in steady states of tests No.1 and No.4 at set moisture content of 12.9%

      表4 固定熱風(fēng)溫度和固定筒溫控制模式試驗(yàn)樣的感官評價(jià)結(jié)果Tab.4 Sensory evaluation results of test samples under constant hot air temperature and constant cylinder temperature mode

      對兩組試驗(yàn)樣品進(jìn)行工序評價(jià),感官評價(jià)結(jié)果如表4 所示。由表4 可知,與試驗(yàn)1 相比,固定筒溫控制模式(試驗(yàn)4)制得的樣品各方面感官指標(biāo)均略有提升,主要體現(xiàn)在香氣特性提升(香氣量、豐滿度略有提升),煙氣特性提升(成團(tuán)性和細(xì)膩程度略有提升),口感特性提升(雜氣、干燥感、甜度、回味略有提升),香氣保留較多,口感方面的柔、細(xì)、甜特性均表現(xiàn)較好,樣品總體感官質(zhì)量略有提升。

      2.3 筒溫前高后低、前低后高和前后一致控制模式對含水率穩(wěn)定性控制的影響

      圖3 為3 種控制模式下將烘絲機(jī)出口含水率設(shè)定值從12.9%調(diào)整到13.2%的過程中1 區(qū)筒溫、2區(qū)筒溫、熱風(fēng)溫度以及出口含水率隨時(shí)間變化的曲線圖。從圖3 中可以看出將出口含水率設(shè)定值提高后,筒溫前低后高(試驗(yàn)5)和筒溫前后一致控制模式(試驗(yàn)6)工藝參數(shù)以及出口含水率的變化趨勢較為接近,熱風(fēng)溫度基本穩(wěn)定,1 區(qū)和2 區(qū)筒溫下降;試驗(yàn)1、5和6的出口含水率分別約在570 s、460 s 和490 s 時(shí)達(dá)到穩(wěn)定,此時(shí)1 區(qū)和2 區(qū)筒溫也達(dá)到穩(wěn)定。

      從出口含水率設(shè)定值調(diào)整過程數(shù)據(jù)分析得知,在固定熱風(fēng)溫度控制模式不變的情況下,隨著出口含水率設(shè)定值的增加,筒溫前高后低、前低后高和前后一致三種控制模式下兩區(qū)域筒壁溫度均降低,熱風(fēng)溫度保持穩(wěn)定,出口含水率的變化趨勢較一致。對三種控制模式下的出口含水率與1 區(qū)和2 區(qū)筒溫之間的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果表明出口含水率與1 區(qū)和2 區(qū)筒溫均負(fù)相關(guān),1 區(qū)與2 區(qū)筒溫正相關(guān)。

      對3 組試驗(yàn)樣品進(jìn)行感官評價(jià),結(jié)果見表5。由表5 可以看出,與1 號樣相比,筒溫前低后高控制模式的5 號樣,其感官質(zhì)量表現(xiàn)出不同程度的差異,主要體現(xiàn)在香氣特性降低(香氣質(zhì)、豐滿度略有降低),煙氣特性提升(濃度略有提升),口感特性降低(刺激性、干燥感、干凈程度略有降低,回味略有提升),樣品總體感官質(zhì)量下降。與1 號樣相比,筒溫前后一致控制模式的6 號樣,其感官質(zhì)量表現(xiàn)出差異,主要體現(xiàn)在香氣特性降低(香氣量、豐滿度略有降低),煙氣特性提升(濃度、勁頭略有提升,細(xì)膩程度略有降低),口感特性降低(刺激性、干燥感略有降低,回味略有提升),樣品總體感官質(zhì)量下降??傮w來看,5、6 號樣整體口感特性下降,主要體現(xiàn)在干燥感增加,刺激增大,口腔有殘留,香氣變薄。

      圖3 試驗(yàn)1,5 和6 出口含水率從12.9%到13.2%時(shí)各參數(shù)變化趨勢圖Fig.3 Variation trends of parameters of tests No.1,No.5 and No.6 at moisture content range from 12.9%to 13.2%in dried tobacco

      表5 筒溫前高后低、前低后高和前后一致控制模式試驗(yàn)樣的感官評價(jià)結(jié)果Tab.5 Sensory evaluation results of test samples under control modes of high-to-low,low-to-high and constant cylinder wall temperature

      設(shè)備在自控狀態(tài)下筒溫前高后低、前低后高和前后一致三種控制模式對于出口含水率的增加,兩區(qū)域筒壁溫度均降低,熱風(fēng)溫度保持穩(wěn)定,出口含水率的變化趨勢較一致,筒溫前高后低分區(qū)控制模式的改變總體上導(dǎo)致了感官質(zhì)量下降。

      3 結(jié)論

      ①兩段式薄板烘絲機(jī)的脫水能力主要依賴于筒壁溫度,在試驗(yàn)范圍內(nèi)熱風(fēng)溫度的提升有利于提升感官質(zhì)量。②相對于筒壁溫度的跟蹤調(diào)節(jié)方式,熱風(fēng)溫度的跟蹤調(diào)節(jié)對出口含水率穩(wěn)定性帶來的干擾相對較小,研究結(jié)果可為烘絲機(jī)加工過程參數(shù)控制以及提升出口煙絲含水率穩(wěn)定性水平提供參考。③隨著出口含水率設(shè)定值的增加,筒溫前高后低、前低后高和前后一致三種控制模式下兩區(qū)域筒壁溫度均降低,熱風(fēng)溫度保持穩(wěn)定,出口含水率的變化趨勢較一致,采用筒溫前高后低控制模式時(shí)卷煙感官質(zhì)量較好。

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