鄧若飛 張宏杰
(北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所,北京 100074)
在卷煙配方中,膨脹煙絲的合理使用,可以節(jié)約煙絲,還可降低卷煙的焦油釋放量,并改善卷煙的感官品質(zhì)[1]。國(guó)內(nèi)外主流的煙絲膨脹方法主要有:CFCs煙絲膨脹法、二氧化碳膨脹法、氮?dú)馀蛎浄ǖ萚2]。近年來(lái),隨著人類(lèi)對(duì)安全及環(huán)保的要求越來(lái)越高,一些新型的膨脹工藝及設(shè)備相繼誕生,如SP系列膨脹法。SP系列膨脹法采用KC-2膨脹介質(zhì)進(jìn)行浸漬[3],對(duì)應(yīng)的設(shè)備有SP31和SP32兩種系列。其中,SP32煙絲膨脹設(shè)備主要采用低壓浸漬和微波膨脹相結(jié)合技術(shù)。但KC-2膨脹介質(zhì)的ODP值不為零,未來(lái)發(fā)展受限,因此研發(fā)出了適用于SP32煙絲膨脹設(shè)備的ODP值為零、符合環(huán)保要求的新型膨脹介質(zhì)KN-3。本文對(duì)兩種物料,按照所使用的不同膨脹介質(zhì)(CO2、KC-2、KN-3),采用相應(yīng)的膨脹方式(CO2膨脹、SP32微波膨脹),開(kāi)展工藝應(yīng)用研究及膨脹煙絲對(duì)比,同時(shí)獲得KN-3新型膨脹介質(zhì)在工業(yè)化應(yīng)用中的可行性研究數(shù)據(jù)及結(jié)論。
在進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn)前,KN-3新型膨脹介質(zhì)已完成實(shí)驗(yàn)室小試、5kg/h試驗(yàn)線試驗(yàn)、10kg/h試驗(yàn)線試驗(yàn)、特性參數(shù)及毒性測(cè)試等一系列開(kāi)發(fā)測(cè)試流程,并在此流程基礎(chǔ)上對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行研究,總結(jié)歸納出了適合膨脹介質(zhì)特性的工業(yè)化應(yīng)用中的系統(tǒng)工藝參數(shù),將該工藝參數(shù)作為KN-3工業(yè)化試驗(yàn)基本參數(shù)。CO2及KC-2介質(zhì)的試驗(yàn)過(guò)程,使用正常生產(chǎn)中穩(wěn)定的工藝參數(shù)。
1.1.1 試驗(yàn)原料
B2煙葉和GY配方煙葉各1700kg(共3400kg),分別經(jīng)同一切絲機(jī)切制成相應(yīng)牌號(hào)煙絲作為膨脹前原料煙絲,切絲寬度1.0±0.1mm,不加料不加香,含水率17%±1%,其他制絲參數(shù)按照日常生產(chǎn)中穩(wěn)定的工藝參數(shù)。
1.1.2 試驗(yàn)設(shè)備
(1)300kg/h SP32微波膨脹設(shè)備
SP32煙絲膨脹設(shè)備使用環(huán)保型膨脹介質(zhì),在一定的溫度、壓力、時(shí)間等綜合工藝條件下,在微波諧振腔中將浸入到煙絲中的膨脹介質(zhì)蒸發(fā),使煙絲膨脹,蒸發(fā)出的膨脹介質(zhì)通過(guò)提純回收循環(huán)使用。整個(gè)系統(tǒng)由浸漬單元、膨脹單元、介質(zhì)回收單元、膨脹煙絲后處理單元構(gòu)成。
(2)CO2膨脹煙絲系統(tǒng)
使用干冰作為膨脹介質(zhì),將達(dá)到來(lái)料工藝要求的原料煙絲在一定的浸漬溫度、浸漬壓力和浸漬時(shí)間下進(jìn)行浸漬作用,再使用熱氣流干燥,使煙絲中的干冰在一定溫度下升華,從而使煙絲膨脹。
1.2.1 膨脹煙絲制備
取制備合格的B2煙葉及GY配方煙葉各500kg(共1000kg)原料煙絲進(jìn)行CO2膨脹方式煙絲膨脹;取制備合格的B2煙葉及GY配方煙葉各1200kg(共2400kg)原料煙絲進(jìn)行SP32微波膨脹方式(KC-2、KN-3兩種介質(zhì))煙絲膨脹。
1.2.2 膨脹后煙絲卷制
CO2膨脹方式的B2膨脹煙絲和GY膨脹煙絲各卷制20條卷煙。
SP32膨脹方式(KC-2介質(zhì))的B2膨脹煙絲和GY膨脹煙絲各卷制20條卷煙。
SP32膨脹方式(KN-3介質(zhì))的B2膨脹煙絲和GY膨脹煙絲各卷制20條卷煙。
將制備好的樣品按照煙草行業(yè)各相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行物理指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)及主流煙氣檢測(cè)。
2.1.1 B2煙葉膨脹煙絲物理指標(biāo)
三種膨脹介質(zhì)下的B2膨脹煙絲各取5組進(jìn)行物理指標(biāo)(含水率、填充值、整絲率、碎絲率)檢測(cè),記錄5組平均值,結(jié)果如表1所示。
從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看,使用SP32微波膨脹方式的兩種B2膨脹煙絲的物理指標(biāo)表現(xiàn)均優(yōu)于CO2膨脹方式的B2膨脹煙絲,其中KN-3介質(zhì)的B2膨絲填充值、整絲率及碎絲率表現(xiàn)均優(yōu)于另兩種膨絲。
2.1.2 GY配方煙葉膨脹煙絲物理指標(biāo)
三種膨脹介質(zhì)下的GY膨絲各取5組進(jìn)行物理指標(biāo)(含水率、填充值、整絲率、碎絲率)檢測(cè),記錄5組平均值,結(jié)果如表2所示。
從物理指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果來(lái)看,使用SP32微波膨脹方式的兩種GY膨絲的整絲率和碎絲率均優(yōu)于CO2膨脹方式的GY膨絲,但填充值略低于CO2膨脹方式的GY膨絲,其中KN-3介質(zhì)的GY膨絲填充值稍低于KC-2介質(zhì)的GY膨絲,但整絲率和碎絲率表現(xiàn)優(yōu)于KC-2介質(zhì)的GY膨絲。
表1 B2等級(jí)煙葉不同膨脹方式膨后物理指標(biāo)
表2 GY配方煙葉不同膨脹方式膨后物理指標(biāo)
2.2.1 B2煙葉膨脹煙絲化學(xué)指標(biāo)
三種膨脹介質(zhì)下B2膨絲的化學(xué)指標(biāo)如表3所示。
從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看,與膨前生絲相比,三種膨脹介質(zhì)下的B2膨絲總糖、還原糖含量略有升高,CO2膨脹方式的B2膨脹煙絲總植物堿含量、總氮含量低于另兩種膨脹方式,但鉀含量高于另兩種膨脹方式。
2.2.2 GY配方煙葉膨脹煙絲化學(xué)指標(biāo)
三種膨脹介質(zhì)下GY膨脹煙絲的化學(xué)指標(biāo)如表4所示。
從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看,與膨前生絲相比,三種膨脹介質(zhì)下的GY膨絲總糖、還原糖含量均有升高,CO2膨脹方式的GY膨脹煙絲總植物堿含量、總氮含量低于另兩種膨脹方式,但鉀含量高于另兩種膨脹方式。
主流煙氣檢測(cè)的樣品規(guī)格均為84.0mm,表5為六種膨絲的主流煙氣檢測(cè)結(jié)果。
由表5可以看出,各種膨絲卷煙煙支在重量基本相同的情況下,KC-2介質(zhì)和KN-3介質(zhì)的B2膨絲總粒相物、煙氣煙堿量、焦油量及CO量均高于CO2方式的B2膨絲,而KC-2介質(zhì)的膨絲又高于KN-3介質(zhì);對(duì)于GY膨絲來(lái)說(shuō),CO2方式的GY膨絲總粒相物、煙氣煙堿量及焦油量高于另兩種介質(zhì)的GY膨絲,而KN-3介質(zhì)的GY膨絲CO量高于另兩種介質(zhì)的GY膨絲。
表3 B2等級(jí)煙葉不同膨脹方式膨后化學(xué)指標(biāo)
表4 GY配方煙葉不同膨脹方式膨后化學(xué)指標(biāo)
表5 六種膨絲的主流煙氣檢測(cè)結(jié)果
通過(guò)對(duì)兩種煙絲物料在三種膨脹介質(zhì)下的膨脹處理及工藝應(yīng)用研究,得到六種膨脹煙絲的物理指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)及主流煙氣檢測(cè)對(duì)比結(jié)果,綜合分析,SP32微波膨脹方式的膨脹煙絲整體表現(xiàn)優(yōu)異,各項(xiàng)指標(biāo)均能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的工藝要求,且與CO2膨絲相比,SP32微波膨絲在物理指標(biāo)表現(xiàn)上優(yōu)勢(shì)較為明顯。同時(shí),從各項(xiàng)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果來(lái)看,KN-3新型膨脹介質(zhì)在煙絲膨脹工藝的工業(yè)化試驗(yàn)應(yīng)用中表現(xiàn)良好,可以滿(mǎn)足卷煙企業(yè)的工藝應(yīng)用要求,下一步可在KN-3新型膨脹介質(zhì)的其他方面進(jìn)行深入研究,以獲得完整的研究結(jié)論。