康金嶺 黃賢飛 劉遠(yuǎn)濤
(廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司柳州卷煙廠,廣西 柳州 545005)
梗預(yù)處理是卷煙制梗絲制造環(huán)節(jié)的關(guān)鍵工序,其主要工藝任務(wù)是對(duì)投料梗進(jìn)行浸泡、回潮、去雜,使浸泡回潮后梗條充分吸收水分,滿足回透率工藝要求,使切梗時(shí)梗條柔軟、干爽有韌性,以保障切梗絲質(zhì)量。與煙葉相比煙梗在燃吸時(shí)產(chǎn)生明顯的木質(zhì)氣、纖維氣、灼燒感、辛辣感,具有更大的刺激性[1],因此在梗預(yù)處理過程中如何設(shè)置最佳工藝參數(shù),對(duì)有效提高煙?;赝嘎剩纳乒=z品質(zhì)極其重要。
目前對(duì)梗預(yù)處理浸梗機(jī)工藝參數(shù)優(yōu)化方面的研究較多[2-6],而對(duì)煙?;赝嘎视绊懛矫娴难芯旷r有報(bào)道。本試驗(yàn)利用響應(yīng)面曲面分析法研究卷煙梗預(yù)處理生產(chǎn)過程中工藝參數(shù)對(duì)煙?;赝嘎实挠绊懠皡?shù)最佳配置,為梗絲制造預(yù)處理環(huán)節(jié)工藝參數(shù)設(shè)置提供理論基礎(chǔ)。
烤煙煙梗:A 配方,廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司;
刮板式煙梗浸梗機(jī):JG3,徐州眾凱機(jī)電設(shè)備制造有限公司;
貯梗柜:GPT15H10,秦皇島煙草機(jī)械有限責(zé)任公司;
煙梗回潮機(jī):WQ7113,秦皇島煙草機(jī)械有限責(zé)任公司;
恒溫恒濕箱:KBF240,德國(guó)Binder公司。
1.2.1 取樣方法 采用追蹤取樣法,為排除其它干擾因素對(duì)結(jié)果的影響,每次工藝參數(shù)調(diào)整使用一份梗絲,各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定后在切梗絲前出口振槽取樣。
1.2.2 樣品的制備
(1)生產(chǎn)正常時(shí),每批次進(jìn)行一項(xiàng)工藝參數(shù)試驗(yàn),待過程穩(wěn)定后取樣。每項(xiàng)參數(shù)取樣3 次,每次1kg,混合作為1個(gè)樣品。
(2)將現(xiàn)場(chǎng)取得的試驗(yàn)樣品,降至常溫,置于恒溫恒濕箱平衡24h后待檢。
1.2.3 回透率的測(cè)定 回透煙梗的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):煙梗容易對(duì)折,對(duì)折后無斷裂現(xiàn)象;易縱向均勻撕開,剖面較平整,內(nèi)部無干纖維。按式(1)計(jì)算回透率。
式中:
Y—— 回透率,%;
G1—— 取樣總重量,g;
G2—— 樣品中回透煙??傊亓?,g。
1.2.4 工藝參數(shù)選擇 在固定配方(A 配方)和工藝流量前提下,通過改變貯梗時(shí)間、浸梗時(shí)間、蒸梗溫度、浸梗水溫4個(gè)工藝變量,以回透率指標(biāo)為依據(jù),確定最佳工藝參數(shù)。
2.1.1 浸梗時(shí)間對(duì)回透率的影響 在投梗工藝流量3t/h,浸梗水溫60 ℃,貯梗時(shí)間3.0h,蒸梗溫度60 ℃條件下,分別設(shè)置浸梗時(shí)間20,40,60,80,100s,考察浸梗時(shí)間對(duì)回透率的影響。結(jié)果見圖1。
圖1 浸梗時(shí)間對(duì)回透率的影響Figure 1 The effects of Stem dipping time on the return permeability influence line graph
由圖1可知,回透率隨著浸梗時(shí)間的增加而增加,當(dāng)浸梗時(shí)間超過60s以后,回透率隨著浸梗時(shí)間增加變化趨于穩(wěn)定。這也在朱俊召等的研究[2]中得到了證實(shí)。因此選擇浸梗時(shí)間60s。
2.1.2 浸梗水溫對(duì)回透率的影響 在投梗工藝流量3t/h,浸梗時(shí)間60s,貯梗時(shí)間3.0h,蒸梗溫度60 ℃條件下,分別設(shè)置浸梗水溫50,55,60,65,70 ℃,考察浸梗水溫對(duì)回透率的影響。結(jié)果見圖2。
由圖2可知,回透率隨著浸泡水溫的增加而增加。當(dāng)浸泡水溫超過60 ℃以后,回透率的變化趨于穩(wěn)定。這與張志剛等的研究結(jié)果[3]一致。考慮到過程能耗,故選擇浸梗水溫60 ℃為宜。
圖2 浸梗水溫對(duì)回透率的影響Figure 2 The effects of Stem dipping water temperature on the return permeability influence line graph
2.1.3 貯梗時(shí)間對(duì)回透率的影響 在投梗工藝流量3t/h,浸梗時(shí)間60s,浸梗水溫60 ℃,蒸梗溫度60 ℃條件下,分別設(shè)置貯梗時(shí)間0,1,2,3,4h,考察貯梗時(shí)間對(duì)回透率的影響。結(jié)果見圖3。
圖3 貯梗時(shí)間對(duì)回透率的影響Figure 3 The effects of terrier time on back permeability influence line graph
由圖3可知,回透率隨著貯梗時(shí)間的增加而增加,當(dāng)貯梗時(shí)間超過3h 以后,回透率隨著貯梗時(shí)間的增加變化不大。這與陳偉等的研究結(jié)果[4]一致,綜合生產(chǎn)效率考慮,選擇貯梗時(shí)間3h。
2.1.4 蒸梗溫度對(duì)回透率的影響 在投梗工藝流量3t/h,浸梗時(shí)間60s,浸梗水溫60℃,貯梗時(shí)間3h條件下,分別設(shè)置蒸梗溫度50,55,60,65,70 ℃,考察蒸梗溫度對(duì)回透率的影響。結(jié)果見圖4。
圖4 蒸梗溫度對(duì)回透率的影響Figure 4 The effects of vapor stem temperature on back permeability influence line graph
由圖4可知,隨著蒸梗溫度增加,回透率先增加后下降,在60 ℃時(shí)最高,回透率達(dá)到99.1%。因此選擇蒸梗溫度參數(shù)為60 ℃。
在上述單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,采用Box-Behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì),利用Box-Behnken中心設(shè)計(jì)原理,對(duì)影響回透率的浸梗時(shí)間、浸梗水溫、貯梗時(shí)間、蒸梗溫度等因素,采用Minitab-16軟件設(shè)計(jì)一個(gè)4因素3水平中心組合設(shè)計(jì),中心點(diǎn)重復(fù)試驗(yàn)3次,試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)及結(jié)果分別見表1、表2。
2.2.1 試驗(yàn)各因素對(duì)回透率的影響分析 為分析各因素對(duì)回透率的影響,以回透率為指標(biāo)(Y),利用Minitab-16數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)表2的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,得到4個(gè)因素與回透率之間的回歸方程:
表1 Box-Behnken設(shè)計(jì)因素水平及編碼表Table 1 Box-Behnken design experiment Vairables levels and coding table
表2 Box-Behnken設(shè)計(jì)試驗(yàn)及結(jié)果Table 2 Box-Behnken design experiments and results
對(duì)試驗(yàn)回歸模型進(jìn)行方差分析,結(jié)果見表3。
表3 響應(yīng)值方差分析表Table 3 Variance analysis of response value
由表3可知,回歸模型回歸項(xiàng)P<0.05,表明本模型總體有效。從擬合的總效果看,試驗(yàn)誤差小,說明可以用本回歸方程替代真實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行分析。可以看出,X1、X2、X3和X4及它們的平方項(xiàng)均高度顯著,說明浸梗時(shí)間、浸梗水溫、貯梗時(shí)間、蒸梗溫度對(duì)回透率均有顯著影響。根據(jù)F值的大小,對(duì)影響回透率的大小因素排序?yàn)橘A梗時(shí)間>浸梗時(shí)間>蒸梗溫度>浸梗水溫。
2.2.2 各因素及交互作用對(duì)回透率的影響 各因素及交互作用對(duì)回透率的影響見圖5~10。
響應(yīng)曲面圖反應(yīng)了各個(gè)因素對(duì)響應(yīng)值的影響,從各因素與響應(yīng)值所構(gòu)成的三維空間圖(圖5~10)可以看出:浸梗時(shí)間對(duì)回透率的影響比浸梗水溫顯著,曲面較陡;貯梗時(shí)間比浸梗時(shí)間影響顯著;浸梗時(shí)間比蒸梗溫度影響更顯著;貯梗時(shí)間比浸梗水溫影響更顯著;蒸梗溫度比浸梗水溫影響更顯著;貯梗時(shí)間比蒸梗溫度影響更顯著;浸梗時(shí)間和貯梗時(shí)間之間的交互作用對(duì)回透率影響最大。
圖5 浸梗時(shí)間與浸梗水溫對(duì)回透率的響應(yīng)曲面圖Figure 5 The response surface graphs of the ST and ST for the PR
圖6 浸梗時(shí)間與貯梗時(shí)間對(duì)回透率的響應(yīng)曲面圖Figure 6 The response surface graphs of the ST and SST for the PR
圖7 浸梗時(shí)間與蒸梗溫度對(duì)回透率的響應(yīng)曲面圖Figure 7 The response surface graphs of the ST and SDST for the PR
2.2.3 最佳工藝條件優(yōu)化及試驗(yàn)?zāi)P万?yàn)證 為確定各因素的最佳工藝設(shè)置,利用Minitab-16軟件找出回歸模型Y 的最大估計(jì)值,最大點(diǎn)(X1,X2,X3,X4)的代碼值為(0.33,0.13,0.33,-0.07),與之對(duì)應(yīng)的實(shí)際值為浸梗時(shí)間67.0s、浸梗水溫61.0 ℃,貯梗時(shí)間3.5h,蒸梗溫度60.0 ℃,理論上回透率為99.48%,在最佳工藝條件下進(jìn)行了3次驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),回透率平均為99.32%,與理論值基本上一致,說明該試驗(yàn)的回歸方程可靠。
圖8 浸梗水溫與貯梗時(shí)間對(duì)回透率的響應(yīng)曲面圖Figure 8 The response surface graphs of the ST and SST for the PR
圖9 浸梗水溫與蒸梗溫度對(duì)回透率的響應(yīng)曲面圖Figure 9 The response surface graphs of the ST and SDST for the PR
圖10 貯梗時(shí)間與蒸梗溫度對(duì)回透率的響應(yīng)曲面圖Figure 10 The response surface graphs of the SST and SDST for the PR
本試驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于梗預(yù)處理段的貯梗時(shí)間、浸梗時(shí)間、蒸梗溫度、浸梗水溫4個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù),均對(duì)煙?;赝嘎视杏绊戯@著。其中貯梗時(shí)間對(duì)回透率影響程度最大,其次是浸梗時(shí)間,再者是蒸梗溫度,最后是浸梗水溫。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,最佳工藝條件設(shè)置為浸梗時(shí)間70s、浸梗水溫60 ℃,貯梗時(shí)間3.5h,蒸梗溫度60 ℃,該條件下煙?;赝嘎蕿?9.50%,煙梗回透效果好。本試驗(yàn)為梗預(yù)處理段最佳工藝參數(shù)的設(shè)置和試驗(yàn)方法提供了一定的理論參考。
1 楊繼福,黃蘭,盧幼祥,等.高壓蒸梗對(duì)中性香味成分和感官質(zhì)量的影響[J].廣州化工,2011,39(17):53~57.
2 朱俊召.煙梗預(yù)處理工藝改進(jìn)研究[C]//中國(guó)煙草學(xué)會(huì)工業(yè)專業(yè)委員會(huì)工藝學(xué)組2008年學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.北京:中國(guó)煙草協(xié)會(huì)出版社,2008:115~119.
3 張志剛,郜海民,王振增,等.浸梗工藝的改進(jìn)試驗(yàn)[J].煙草科技,2007(2):11~13.
4 陳偉,王鎮(zhèn)增,孫覓,等.正交試驗(yàn)法在浸梗機(jī)參數(shù)優(yōu)化中的應(yīng)用[J].煙草科技,2008(7):13~15.
5 熊安言,孫覓,王鎮(zhèn)增,等.浸梗工藝探討[J].煙草科技,2006(3):9~14.
6 朱俊召,張楚安,陳慧斌,等.浸梗和微波潤(rùn)梗技術(shù)在制絲工藝中的研究應(yīng)用[J].煙草科技,2010(5):5~8.