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        探索煙絲含水率快速測定方法

        2016-12-31 00:00:00陳興旺喻剛
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年19期

        摘 要:成品煙絲含水率控制是煙草加工企業(yè)十分重要的環(huán)節(jié),在線水分儀精度校準需按卷煙國標規(guī)定的“標準烘箱法”進行。當新品牌試樣、配方調(diào)整、季節(jié)性投產(chǎn)時,“標準烘箱法”測定時間(3h-4h)過長,不能滿足整批次煙絲水分控制的需求,對參數(shù)調(diào)整的指導(dǎo)性滯后。文章通過方案對比、質(zhì)量屋、試驗設(shè)計等,對成品煙絲含水率的快速測定方法進行研究,形成一套“快速烘箱法”操作流程。

        關(guān)鍵詞:煙絲含水率;試驗設(shè)計;快速烘箱法

        TM710e型在線紅外水分儀為目前國內(nèi)卷煙生產(chǎn)的主力在線水分測定儀器,能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程中煙葉、煙絲含水率的快速測定。按卷煙國標規(guī)定,在實際使用過程中,需對TM710e水分儀的測量精度進行校準。校準周期從取樣、制樣、烘制、冷卻、稱重、計算到修正環(huán)節(jié)耗時約3.5小時。校準周期較長,不能滿足整批次煙絲水分控制的需求,對過程參數(shù)調(diào)整的指導(dǎo)性滯后。參考食品行業(yè)對淀粉、大米中含水率的測定方法,特進行本次研究,以找出快速測量成品煙絲含水率的參數(shù)、方法及流程。

        1 測定原理對比

        (1)標準烘箱法測定含水率的原理:利用水分受熱氣化的性質(zhì),將樣品處于100℃條件下干燥2小時,使煙絲中水分蒸發(fā)出來。

        (2)快速測定含水率的原理:通過提高烘箱溫度的方法,來縮短干燥處理時間,同時使煙絲中水分氣化散失與標準烘箱法盡量一致,從而用最短的時間測定出煙絲的含水率。

        2 試驗材料和方法

        (1)試驗材料:利群(新版)成品煙絲。

        (2)試驗方法:通過“質(zhì)量功能展開”工具,展開對烘箱參數(shù)的分析,找出影響快速烘箱法準確性的工藝參數(shù)。隨后通過“響應(yīng)曲面優(yōu)化”及“噪音因子控制”進行參數(shù)優(yōu)化及控制。最后形成“快速烘箱法”操作流程。

        3 試驗實施

        3.1 選擇參數(shù)

        采用“零部件展開”階段的質(zhì)量功能展開,將“方法要求”作為質(zhì)量屋的左墻,將“可調(diào)特性”作為天花板,展開對烘箱參數(shù)的分析,如圖1所示。

        根據(jù)質(zhì)量屋,烘箱方法所涉及的溫度、風(fēng)速、樣品重量、烘制時間、箱內(nèi)烘制位置、樣品平鋪六個影響因素的“工藝參數(shù)的重要度hj”表現(xiàn)分別為87、69、24、87、21、28,其中溫度(℃)、風(fēng)速(%)和烘制時間(min)重要度更強。因此,將該三參數(shù)納入?yún)?shù)優(yōu)化,將其余參數(shù)進行噪音控制。

        3.2 參數(shù)設(shè)計

        為進行參數(shù)優(yōu)化,需將噪音變量固化,減少其對試驗結(jié)果的影響。噪音變量固化方式為:樣品重量——采用標準取樣手法,約10g左右;箱內(nèi)放置位置——烘箱中層,居中;樣品平鋪——30×20(cm)樣品盤,全面積平鋪。

        因所選參數(shù)是三個連續(xù)型變量,響應(yīng)變量應(yīng)是與標準烘箱法得出的水分差異值,快速法與標準法必須一一對應(yīng),屬于破壞性試驗,且是望小指標。因此,采用響應(yīng)曲面設(shè)計,并分兩步進行試驗:第一階段,用最速上升法尋找試驗的最優(yōu)區(qū)域;第二階段,在已確認的最優(yōu)區(qū)域的范圍內(nèi)進行響應(yīng)曲面試驗。

        第一階段:最速上升法

        采用最速上升法,根據(jù)標準烘箱法與快速烘箱法的差值(y%)來調(diào)整工藝參數(shù),尋找最優(yōu)區(qū)域。試驗結(jié)果如表1、圖2所示。

        如圖2,試驗4-7為試驗最優(yōu)區(qū)域,可以在該區(qū)域內(nèi)采用響應(yīng)曲面設(shè)計,尋找最優(yōu)參數(shù)。

        第二階段:中心復(fù)合表面設(shè)計

        我們對試驗數(shù)據(jù)進行分析,調(diào)整不顯著項后試驗結(jié)果如圖3。

        對“中心復(fù)合表面設(shè)計”試驗結(jié)論進行分析:回歸項P值為0,判定模型總體有效;擬合R-sq與修正后較為接近;殘差正常;溫度、風(fēng)速、烘制時間均與水分差值y呈負相關(guān);溫度有二次方影響。接下來通過響應(yīng)優(yōu)化器選擇最優(yōu)值,如圖4所示。

        根據(jù)響應(yīng)優(yōu)化器及曲面圖,確定最優(yōu)工藝參數(shù)為:溫度=120℃、風(fēng)速=100%、烘制時間=6min,該組參數(shù)的復(fù)合合意性為1。

        4 流程標準化

        (1)開啟烘箱,設(shè)定120℃,預(yù)熱。

        (2)取樣——標準取樣手法,約取10g;紀錄水分儀顯示值Y。

        制樣——快速稱重(M0),平鋪至樣品盤。

        烘制——烘箱中層,居中,6min。

        (3)稱重——快速稱重(Mi)

        計算——計算“快速烘箱法”水分值Y'

        Y'=(Mi-M0)/Mi*100%

        (4)調(diào)整——校準水分儀(r)

        r=r0+(Y-Y')*0.618;其中,r0為水分儀原斜率。

        參考文獻

        [1]朱尊權(quán),郁源培,孫瑞申,等.卷煙工藝[M].鄭州:河南科學(xué)技術(shù)出版社,2002.

        [2]馬林,何楨.六西格瑪管理[M].北京:中國人民大學(xué)出版社,2004.

        [3]國家煙草專賣局.卷煙工藝規(guī)范[S].中央文獻出版社,2003.

        [4]于建軍,等.卷煙工藝學(xué)[M].中國農(nóng)業(yè)出版社,2009.

        作者簡介:陳興旺(1974,5-),男,漢族,四川省綿陽市人,四川中煙綿陽卷煙廠,產(chǎn)品維護員,助理工程師,現(xiàn)主要從事卷煙產(chǎn)品維護及制絲工藝相關(guān)工作。

        喻剛(1987,8-),男,漢族,河南省信陽市人,四川中煙綿陽卷煙廠,工藝管理員,中質(zhì)協(xié)注冊六西格瑪黑帶,工學(xué)學(xué)士,現(xiàn)主要從事煙草加工工藝相關(guān)工作。

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