韓龍洋，樸永革，賀兆偉，李光雄，廉成哲，孔臻，齊海濤，金銘路，任昭輝，王維革，許光玉，郭曉玉，李娜，南瑩

1 吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，長(zhǎng)春市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)世紀(jì)大街99號(hào) 130033；

2 中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)楓楊街2號(hào) 450001；

3 秦皇島煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，河北省秦皇島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)龍海道67號(hào) 066318

當(dāng)前以細(xì)支卷煙為主體的創(chuàng)新產(chǎn)品迅猛發(fā)展，已成為行業(yè)發(fā)展新動(dòng)能。細(xì)支卷煙因其特有的制造規(guī)格，對(duì)煙葉原料、加工過(guò)程穩(wěn)定性、煙用材料適應(yīng)性以及煙機(jī)裝備提出了更高要求，張大波等[1]分析了國(guó)內(nèi)細(xì)支卷煙的工藝現(xiàn)狀，指出細(xì)支卷煙煙支質(zhì)量、吸阻、硬度穩(wěn)定性等方面與常規(guī)卷煙存在較大差距，其中吸阻的波動(dòng)尤為明顯。章平泉等[2]利用因子分析法對(duì)細(xì)支卷煙的物理特性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，認(rèn)為在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)注意控制吸阻、濾嘴通風(fēng)和總通風(fēng)的穩(wěn)定性，并采取相應(yīng)措施降低煙支質(zhì)量波動(dòng)。

一些學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)均勻穩(wěn)定的煙絲結(jié)構(gòu)是影響卷制質(zhì)量的關(guān)鍵因素[3-5]，認(rèn)為現(xiàn)有煙葉原料的片型結(jié)構(gòu)、含梗率等問(wèn)題使得加工過(guò)程中不利于卷制質(zhì)量的極端尺寸煙絲和梗簽比例過(guò)高，使煙絲結(jié)構(gòu)呈不均勻的寬分布狀態(tài)，影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和原料有效利用。定長(zhǎng)切絲技術(shù)是目前公認(rèn)的優(yōu)化煙絲結(jié)構(gòu)的技術(shù)手段之一，近年來(lái)在優(yōu)化片煙成絲工藝、提升產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性方面取得了良好的成效[6-9]，但該技術(shù)的效果仍受制于片煙的尺寸分布。

為提升細(xì)支卷煙煙絲結(jié)構(gòu)均勻性，本研究借鑒打葉風(fēng)分的技術(shù)原理并應(yīng)用分組加工的技術(shù)理念，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了片煙在線調(diào)控單元，以期通過(guò)調(diào)控全配方片煙的尺寸分布狀態(tài)優(yōu)化煙絲結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，為構(gòu)建和完善細(xì)支卷煙特色工藝提供技術(shù)參考。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 工藝流程

圖1 片煙在線調(diào)控工藝流程Fig. 1 The process flow of on-line regulation of strips

在葉片處理段采用并聯(lián)設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了片煙在線調(diào)控單元。即在煙片貯葉后可選擇進(jìn)行片型處理再進(jìn)入下游工序生產(chǎn)，也可選擇不進(jìn)入該設(shè)備，可形成傳統(tǒng)加工和在線調(diào)控2 種工藝加工模式。片煙在線調(diào)控工藝流程如圖1 所示。

1.2 系統(tǒng)組成

片煙在線調(diào)控單元主要由大片篩分提取、葉片旋轉(zhuǎn)分切和細(xì)梗分離凈化等裝置組成。經(jīng)煙片貯葉輸出后，分料機(jī)構(gòu)將煙片均勻?qū)氪笃Y分提取裝置。大片篩分提取裝置采用雙質(zhì)體振動(dòng)篩分模式，主要由側(cè)板、激振電機(jī)、浮動(dòng)篩框、固定篩框、彈性篩板和機(jī)架等組成，如圖2 所示。該裝置由激振電機(jī)⑵作為驅(qū)動(dòng)源帶動(dòng)篩架振動(dòng)，固定篩框⑷固定于篩架形成一個(gè)質(zhì)體，浮動(dòng)篩框⑶通過(guò)彈性篩板⑸與固定篩框⑷相連形成另一個(gè)質(zhì)體，通過(guò)多個(gè)固定篩框和浮動(dòng)篩框與篩板的組合形成組合式篩板。工作過(guò)程中，在激振電機(jī)⑵的作用下，固定篩框⑷與浮動(dòng)篩框⑶形成亞共振狀態(tài)，處于兩個(gè)質(zhì)體間的彈性篩板⑸振動(dòng)形成圓振動(dòng)與線性振動(dòng)的疊加，促使篩板連續(xù)不斷地?cái)U(kuò)張、收縮，獲得較高的加速度，實(shí)現(xiàn)大葉片與中片、小片在篩分過(guò)程的有效分離。

圖2 大片篩分提取裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 The diagram of screening and extraction device of larger strips

彈性篩板上層提取到的大葉片，由皮帶輸送至葉片旋轉(zhuǎn)分切裝置進(jìn)行片型處理。葉片旋轉(zhuǎn)分切裝置主要由弧門(mén)、箱體、直門(mén)、定刀、動(dòng)刀、轉(zhuǎn)子組件和框欄等組成，轉(zhuǎn)子組件位于箱體內(nèi)部，如圖3 所示。該裝置借鑒打葉器的撕葉原理優(yōu)化而成，通過(guò)轉(zhuǎn)子組件⑹中的動(dòng)刀⑸、固定在箱體內(nèi)的定刀⑷及框欄⑺之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使大葉片在通過(guò)的過(guò)程中被分切和擠壓，進(jìn)一步趨向中片、小片。由于處理對(duì)象為全配方片煙，打刀設(shè)計(jì)為楔形結(jié)構(gòu)，使之具有分切功能?？驒谠O(shè)計(jì)為多邊形結(jié)構(gòu)，以提升煙片的通過(guò)效果，降低造碎。

圖3 葉片旋轉(zhuǎn)分切裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 3 The diagram of rotary cutting device

經(jīng)片型處理后的煙片與彈性篩板下層分離的中片、小片，由匯總皮帶輸送至細(xì)梗分離凈化裝置。細(xì)梗分離凈化裝置主要由支架、回風(fēng)系統(tǒng)、拋料器、煙梗收集裝置、風(fēng)選裝置、落料裝置和帶式輸送機(jī)等組成，如圖4 所示。該裝置將來(lái)料由拋料器⑶拋散到風(fēng)選裝置⑸，風(fēng)選裝置⑸設(shè)計(jì)等壓風(fēng)場(chǎng)，利用煙片、煙梗及帶葉梗等混合物料不同的密度，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)速將其與風(fēng)的混合流動(dòng)中沉積下來(lái)，合格的煙片被風(fēng)帶到落料裝置⑹，氣料分離后由帶式輸送機(jī)⑺輸出，游離煙梗落入煙梗收集裝置⑷集中處理。回風(fēng)系統(tǒng)⑵提供循環(huán)風(fēng)場(chǎng)。

圖4 細(xì)梗分離凈化裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 4 The diagram of separation and purification device of slim stems

2 材料與方法

2.1 材料和設(shè)備

以“長(zhǎng)白山”細(xì)支品牌A 規(guī)格片煙為材料，在吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司延吉卷煙廠8000 kg/h 生產(chǎn)線上開(kāi)展對(duì)比試驗(yàn)。經(jīng)煙片貯葉輸出后，分別采用傳統(tǒng)加工和在線調(diào)控兩種模式各生產(chǎn)10 批，下游工序技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)保持相同。在線調(diào)控模式各工藝參數(shù)已確定最佳值，其中物料流量9200 kg/h，篩網(wǎng)孔徑34 mm×30 mm，篩網(wǎng)頻率47 Hz，打葉器頻率和轉(zhuǎn)速分別為42 Hz、930 r/min，風(fēng)分器拋料頻率和風(fēng)機(jī)頻率分別為33 Hz、32 Hz，定刀與動(dòng)刀間距3.5 in，框欄尺寸110 mm。

片煙在線調(diào)控單元（秦皇島煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）；ZJ17D-ZB45 型卷接機(jī)組（常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）。

2.2 測(cè)定項(xiàng)目和方法

2.2.1 煙片結(jié)構(gòu)、煙絲物理指標(biāo)

在配葉貯葉出口選取截面，按照文獻(xiàn)[10]的方法測(cè)定煙片結(jié)構(gòu)。在貯絲柜出口選取截面，按照文獻(xiàn)[11-13]的方法測(cè)定煙絲物理指標(biāo)。

2.2.2 過(guò)程損耗、原料消耗

按照文獻(xiàn)[14]的相關(guān)方法分析過(guò)程損耗、原料消耗情況。

2.2.3 卷煙物理指標(biāo)、主流煙氣成分和卷煙配方煙絲結(jié)構(gòu)

每次隨機(jī)抽取1000 支不同加工模式卷煙樣品，按照文獻(xiàn)[15]的方法調(diào)節(jié)卷煙樣品48 h 作為待測(cè)樣。按照文獻(xiàn)[16]的方法測(cè)定卷煙物理指標(biāo)。按照文獻(xiàn)[17-21]的方法測(cè)定主流煙氣成分。按照文獻(xiàn)[22]的方法測(cè)定卷煙配方煙絲結(jié)構(gòu)。

2.2.4 煙支煙絲密度

隨機(jī)抽取200 支不同加工模式卷煙樣品，經(jīng)單支質(zhì)量篩選后，按照文獻(xiàn)[23]的方法測(cè)定煙支煙絲密度。每支樣品自引燃端1 mm處開(kāi)始掃描至61 mm處結(jié)束，掃描間距1 mm，共61 個(gè)掃描點(diǎn)。

2.2.5 卷煙感官質(zhì)量評(píng)價(jià)

按照文獻(xiàn)[24]的方法對(duì)卷煙樣品進(jìn)行感官質(zhì)量評(píng)價(jià)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同加工模式對(duì)煙片結(jié)構(gòu)的影響

對(duì)不同加工模式貯葉后的煙片結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1 可以看出，在線調(diào)控模式大片率大幅下降，中片率、小片率和碎片率均有不同程度上升，碎末率稍有增加。

表1 煙片結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果Tab. 1 Test results of lamina structure

3.2 不同加工模式對(duì)煙絲物理指標(biāo)的影響

對(duì)不同加工模式貯絲后的煙絲物理指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2 可以看出，在線調(diào)控模式長(zhǎng)絲率降低12.74%，中絲率、短絲率和碎絲率分別提高16.16%、17.97%和15.66%，整絲率變化率、填充值也略有提高。說(shuō)明采用在線調(diào)控模式煙絲結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，有利于降低長(zhǎng)絲率，提高中、短絲率和填充值。

表2 煙絲物理指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果Tab. 2 Test results of physical indices of cut tobacco

3.3 不同加工模式對(duì)過(guò)程損耗、原料消耗的影響

按照《卷煙工藝測(cè)試與分析大綱》中的相關(guān)方法，分析不同加工模式過(guò)程損耗、原料消耗情況，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3 可以看出，在線調(diào)控模式制絲過(guò)程損耗較傳統(tǒng)加工模式上升0.67 百分點(diǎn)，這主要是葉片旋轉(zhuǎn)分切裝置對(duì)較小葉片的撕扯破碎及細(xì)梗分離凈化裝置的共同作用，產(chǎn)生了較多煙末、煙塵，并剔除了一定質(zhì)量的煙梗，由此造成葉片處理至風(fēng)送除塵工段損耗有不同程度的上升。卷包過(guò)程損耗則下降0.38 百分點(diǎn)，其中卷制梗簽、殘煙損耗明顯降低。為此原料利用率降低0.29 百分點(diǎn)，單箱原料消耗有所增加。

表3 不同加工模式過(guò)程損耗、原料消耗情況Tab. 3 Process loss and raw material consumption of different processing modes

3.4 不同加工模式對(duì)卷包機(jī)臺(tái)生產(chǎn)效率的影響

在現(xiàn)有卷包設(shè)備、操作人員等客觀條件不發(fā)生重大變更的前提下，測(cè)試不同加工模式卷包機(jī)臺(tái)生產(chǎn)效率，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4 可以看出，在線調(diào)控模式卷接設(shè)備的實(shí)際車(chē)速較傳統(tǒng)加工模式提高300 支·min-1，有效作業(yè)率提高5 百分點(diǎn)，包裝設(shè)備生產(chǎn)效率變化不大。說(shuō)明采用在線調(diào)控模式有利于提高卷包機(jī)臺(tái)的生產(chǎn)效率，與文獻(xiàn)[9]中描述的定長(zhǎng)切絲對(duì)生產(chǎn)效率的影響結(jié)論一致，可能是煙絲結(jié)構(gòu)的顯著變化，尤其是中、短絲率的提高及卷制梗簽的減少造成的。

表4 不同加工模式卷包生產(chǎn)效率測(cè)試結(jié)果Tab. 4 Test results of production efficiency of different processing modes

指定同一機(jī)臺(tái)，統(tǒng)計(jì)不同加工模式單班次的平均產(chǎn)量、設(shè)備剔除量，并計(jì)量各班次生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的殘煙量，按照12%含水率折算為單箱殘煙量，結(jié)果見(jiàn)表5。由表5 可以看出，在線調(diào)控模式單班次平均產(chǎn)量提高4.79%，總剔除率下降0.31 百分點(diǎn)，單箱殘煙量減少12.50%。說(shuō)明采用在線調(diào)控模式的生產(chǎn)過(guò)程更加順暢，有利于提高機(jī)臺(tái)作業(yè)效率，降低總剔除率和殘煙量。

表5 卷接機(jī)臺(tái)剔除量及殘煙量測(cè)試結(jié)果Tab. 5 Test results of cigarette rejecting and defective cigarette rate of cigarette makers

3.5 不同加工模式對(duì)卷煙物理指標(biāo)的影響

對(duì)不同加工模式的卷煙生產(chǎn)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，按照生產(chǎn)日期、批次和機(jī)臺(tái)取樣，檢測(cè)卷煙物理指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可以看出，在線調(diào)控模式的單支質(zhì)量、開(kāi)放吸阻和總通風(fēng)率與傳統(tǒng)加工模式相近，端部落絲量、含末率略有下降，均無(wú)顯著差異。在線調(diào)控模式的硬度高于傳統(tǒng)加工模式，且差異極顯著，可能是煙絲結(jié)構(gòu)的變化和填充值的增大，在卷制過(guò)程中填充較為緊密造成的。在線調(diào)控模式的單支質(zhì)量標(biāo)偏、開(kāi)放吸阻標(biāo)偏、硬度標(biāo)偏和總通風(fēng)率標(biāo)偏均小于傳統(tǒng)加工模式，其中單支質(zhì)量標(biāo)偏、開(kāi)放吸阻標(biāo)偏、總通風(fēng)率標(biāo)偏分別下降8.84%、12.70%、18.41%，且差異顯著，說(shuō)明采用在線調(diào)控模式有利于提升卷煙物理指標(biāo)的穩(wěn)定性。

表6 卷煙物理指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果及差異顯著性檢驗(yàn)Tab. 6 Test results and variance analysis of physical indexes of cigarettes

3.6 不同加工模式對(duì)主流煙氣成分的影響

對(duì)不同加工模式的主流煙氣指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，按照生產(chǎn)日期、批次和機(jī)臺(tái)取樣，結(jié)果見(jiàn)表7。由表7 可以看出，在線調(diào)控模式主流煙氣成分與傳統(tǒng)加工模式相近，但焦油、煙堿和CO 標(biāo)準(zhǔn)偏差分別下降89.92%、24.07%和32.09%，說(shuō)明采用在線調(diào)控模式有利于提升主流煙氣指標(biāo)批間的穩(wěn)定性。

表7 主流煙氣成分分析結(jié)果Tab. 7 Analysis results of mainstream smoke composition

3.7 不同加工模式對(duì)卷煙配方煙絲結(jié)構(gòu)及分布均勻性的影響

不同加工模式下卷煙配方煙絲結(jié)構(gòu)的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5 可以看出，與傳統(tǒng)加工模式相比，在線調(diào)控模式煙絲尺寸大于4.50 mm 和小于1.00 mm 的比例均有所降低，1.00 mm ～4.50 mm 中間尺寸的比例有所提高，其中大于7.10 mm 超長(zhǎng)絲的降幅達(dá)60.07%尤為明顯，呈“兩端減小、中間增大”的橄欖型分布。

圖5 不同加工模式下卷煙配方煙絲結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果Fig. 5 Test results of blending cut tobacco structure under different processing modes

3.8 不同加工模式對(duì)煙支煙絲密度及分布均勻性的影響

將不同加工模式下煙支煙絲密度的檢測(cè)結(jié)果繪制曲線圖，見(jiàn)圖6。由圖6 可以看出，在線調(diào)控樣品在壓實(shí)段（1 mm～15 mm）煙絲密度較傳統(tǒng)加工樣品增大1.12 mg·cm-3，更符合緊頭控制的卷制要求。在非壓實(shí)段（15 mm～61 mm）煙絲密度較傳統(tǒng)加工樣品減小2.21 mg·cm-3。

圖6 不同加工模式下煙支煙絲密度曲線Fig. 6 Density curve of cut tobacco in cigarette under different processing modes

為比較煙支煙絲密度分布均勻性的差異，將不同加工模式樣品在非壓實(shí)段（15 mm～61 mm）煙絲密度的標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果繪制曲線圖，見(jiàn)圖7。計(jì)算兩種樣品的平均標(biāo)準(zhǔn)偏差，傳統(tǒng)加工與在線調(diào)控分別為6.02 mg·cm-3和5.07 mg·cm-3，在線調(diào)控樣品降低了15.78%，說(shuō)明采用在線調(diào)控模式有利于提高煙支煙絲密度分布的均勻性。

圖7 不同加工模式下在非壓實(shí)段煙絲密度的標(biāo)準(zhǔn)偏差曲線Fig. 7 Standard deviation curve of cut tobacco density in non-compacted section under different processing modes

3.9 不同加工模式對(duì)卷煙感官質(zhì)量的影響

取不同加工模式卷煙樣品各2 條，組織13 位具有行業(yè)感官評(píng)吸資格的評(píng)吸員進(jìn)行感官質(zhì)量評(píng)價(jià)。以傳統(tǒng)加工樣品為基準(zhǔn)，采用對(duì)比評(píng)吸的方法判定在線調(diào)控樣品感官質(zhì)量的變化幅度。設(shè)定標(biāo)度值0（無(wú)變化）、1（有變化）、2（變化明顯）3 擋，以“+”表示優(yōu)于對(duì)照，以“-”表示劣于對(duì)照。由表8 可以看出，不同加工模式卷煙樣品產(chǎn)品風(fēng)格一致，卷煙感官質(zhì)量保持穩(wěn)定。

表8 卷煙感官質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果Tab. 8 Sensory quality evaluation results of cigarettes

4 結(jié)論

為提升細(xì)支卷煙煙絲結(jié)構(gòu)均勻性，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了片煙在線調(diào)控單元，該設(shè)備主要由大片篩分提取、葉片旋轉(zhuǎn)分切和細(xì)梗分離凈化等裝置組成。在制絲線分別采用傳統(tǒng)加工和在線調(diào)控兩種模式開(kāi)展了對(duì)比試驗(yàn)，研究表明：在線調(diào)控模式對(duì)煙片結(jié)構(gòu)有效調(diào)整，中、短絲率得以提高；原料利用率降低0.29 百分點(diǎn)，單箱原料消耗有所增加；卷包機(jī)臺(tái)的生產(chǎn)效率明顯提高，總剔除率、殘煙量明顯下降；卷煙物理指標(biāo)和主流煙氣指標(biāo)批間的穩(wěn)定性明顯提高，其中單支質(zhì)量標(biāo)偏、開(kāi)放吸阻標(biāo)偏和總通風(fēng)率標(biāo)偏分別下降8.84%、12.70%和18.41%，焦油、煙堿和CO 標(biāo)準(zhǔn)偏差分別下降89.92%、24.07%和32.09%；配方煙絲結(jié)構(gòu)和煙支煙絲密度分布的均勻性明顯提高，卷煙感官質(zhì)量保持穩(wěn)定。綜上所述，采用片煙在線調(diào)控模式對(duì)于優(yōu)化細(xì)支卷煙煙絲結(jié)構(gòu)具有顯著作用，有利于提升產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，可以為構(gòu)建和完善細(xì)支卷煙特色工藝提供技術(shù)參考。

與定長(zhǎng)切絲技術(shù)相比較，本研究在葉片處理段對(duì)全配方片煙的尺寸分布狀態(tài)有效控制，同樣實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化煙絲結(jié)構(gòu)、提升細(xì)支卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的目標(biāo)，并且避免了錯(cuò)刃定長(zhǎng)刀片與普通平板刀片頻繁更換導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降的問(wèn)題，具有一定優(yōu)勢(shì)。但制絲過(guò)程損耗有所上升是需要關(guān)注和解決的問(wèn)題，應(yīng)進(jìn)一步探討和建立煙片與煙絲的物理特性關(guān)系，對(duì)片煙在線調(diào)控單元的工藝參數(shù)開(kāi)展優(yōu)化研究。