一种提高卷烟叶组配方中烟丝混合均匀度的方法
技术领域
本发明涉及烟草领域，尤其涉及一种提高卷烟叶组配方中烟丝混合均匀度的方法。
背景技术
固-固混合作为过程工业中典型的单元操作，在化工、冶金、食品、建筑、医药等众多行业中被广泛应用。烟草的加工过程中也存在多处混合过程，烟丝 (或是三丝)的混合效果决定烟草的化学成分的一致性，是决定卷烟产品感官质量的重要因素。
目前，烟草行业对于烟丝(或是三丝)混合的研究大多集中在如何提高混合效果或混合效果的评价方面。例如，刘栋利用烟丝物理性质的差异，以CO2膨胀烟丝作为示踪物对配方烟丝的混合进行了研究。王军、纪朋等以糖碱比为评价指标，以储丝柜出口烟丝为混丝均匀度监控点，以在线近红外多功能水分仪为监控手段，建立了在线混丝均匀性监控方法。赵梦达对烟丝掺配过程中气流烟丝掺配均匀性不佳、松散性差等问题进行了相关改进研究。牛序策、周兆庄等对配比系统进行了优化设计，实现了配比物料预填充功能和配比流量的复合控制，提高了配比系统运行的精确性、可靠性和经济性，提高了产品质量的一致性。王毅等通过对烟草化学成分与感官质量关系进行研究，建立了一糖碱比变异系数来描述烟丝混合均匀度的方法，依次来确定烟丝是否混合均匀。刘垣采用质量分数分布标准偏差表示混合均匀性状态，对检测计算方法以及影响卷烟加工中混合均匀性的主要因素进行探讨；陈景云等采用人工挑选的方法，研究配方中梗丝掺配均匀性。
综上可知，上述技术方案均是对烟丝混丝进行检测或者分析来得到现有的叶组是否混合均匀，而没有从卷烟配方设计的角度给出理论指导。根据上述技术方案的限制性，根据烟丝本身加工的过程中具有特殊的性质，如填充值、页面密度、弯曲度、造碎率等，来推导一套叶组配方中单等级原料最小使用比例的理论公式，对于产品稳定性维护和新产品开发具有非常重要的意义。
本申请从卷烟配方设计方向，从数理方面研究推导出能够在不同规格烟支配方中达到混合均匀所需的单等级烟叶原料质量理论范围，为卷烟产品设计与维护提供理论与技术支持。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种提高卷烟叶组配方中烟丝混合均匀度的方法，能够实现卷烟叶组配方中烟丝混合均匀。
一种提高卷烟叶组配方中烟丝混合均匀度的方法，通过调整卷烟叶组配方中单料烟的质量来实现烟丝混合均匀度的提高，当调整后卷烟叶组配方中，至少一种单料烟的质量满足：M≥(n×k×Sy×L×Y/单料烟等级数)时，能够实现调整后卷烟叶组配方中烟丝混合均匀度的提高，式中：n为所述单料烟的烟丝数，所述单料烟的烟丝数n为卷烟烟支截面的最大容丝量；
k为烟丝真实体积之和与烟丝理论体积之和的比值，即k＝Vt/V；
Sy为所述单料烟的烟丝截面面积；
L为卷烟的烟支长度；
Y为所述单料烟的烟丝真实密度。
进一步的，所述单料烟中：n＝S/Syv；Vti＝m/Y；Sy＝e×h；L＝V/S；Vi＝m×X ×J×(1-Z)；其中，S为卷烟烟支截面积，Syv为烟丝截面面积的平均值，Vti为烟丝真实体积，m为所述单料烟在调整前卷烟叶组配方中的烟丝质量，Y为烟丝真实密度，e为切丝宽度，h为烟丝厚度，Vi为烟丝理论体积，X为烟丝的填充值，J为烟丝的卷曲率，Z为烟丝的造碎率；
烟丝真实密度为烟丝表面密度与烟丝厚度的比值。
进一步的，单料烟烟丝的填充值为2cm3/g-6cm3/g。
进一步的，单料烟烟丝的表面密度为30g/m2-150g/m2。
进一步的，单料烟的烟丝厚度为0.05mm-0.15mm。
进一步的，单料烟烟丝的切丝宽度为0.5-2mm。
进一步的，单料烟烟丝的造碎率为0-0.3。
进一步的，单料烟烟丝的卷曲率为0.5-0.9。
进一步的，所述单料烟至少包含烤烟、晒烟、白肋烟、香料烟、雪茄烟的一种。
进一步，所述单料烟包含进口单料烟和/国内单料烟。
所述的单料烟包含国家烟草专卖局所拥有的全部单料烟。且所述的单料烟包含目前上中下所有的等级，且包含至今所有的年份。
本发明所具有的优点是：通过本申请调整方法，能够提高现卷烟叶组配方中烟丝混合均匀度，为卷烟产品设计与维护提供理论与技术支持。
附图说明
图1为调整前后烟丝常规化学分析差异对比柱状图。
具体实施方式
为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面以实施例的方式进行详细说明。在下文的描述中，给出了具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
1、材料与方法
1.1材料
山东中烟某牌号卷烟，由20个不同产地、等级、年份的单料烟组成，分别用字母A、B…..T表示，表1是20个单料烟的物理特性指标。
表1单料烟的物理特性指标
1.2试验方法
1.2.1样品处理
按照该牌号卷烟生产投料比在山东中烟技术中心试验线生产，根据生产工序的加工时间，按照等时间间隔方法每隔1分钟取样一次，每次取样200-500g，待制丝设备稳定运行后于物料出料口开始取样，取样过程中，保证取样截面上的所有物料均被获得，装袋待测，共取样25个。
按照本申请计算结果，调整单料烟物料投料比例，重复上述样品处理方法，取样25个，装袋待测。
1.2.2烟草常规化学成分分析
按照连续流动(硫氰酸钾)分析法测定烟草中总植物碱的含量(质量分数)，采用近红外方法测定烟草中的总糖和总氮(质量分数)，采用近红外方法测定烟草中的钾含量(质量分数)，采用烟草行业标准YC/T426-2012中的方法计算烟丝混合均匀度。
2、计算卷烟叶组配方中添加的其中一种单料烟原料最小质量
卷烟叶组配方中单料烟的最小质量公式为：
Mmin＝烟丝数n×烟丝的真实体积占比k×烟丝的截面面积Sy(cm2)×烟支长度L×烟丝的密度Y/单料烟等级数；
其中，烟丝数n为理想状况下，烟丝按单一方向密集排列数量。
已知，烟丝的切丝宽度为0.1cm，按照车间平均造碎率算，烟丝的造碎率为0.05，烟支的周长d为24.8mm，则卷烟烟支的截面积S＝d2/4Л＝48.97mm2。按照如下公式计算单料烟的烟丝截面面积、烟丝真实密度、烟丝真实体积，计算结果如表2。
调整后卷烟叶组配方中任意一种单料烟中：
(1)烟丝截面面积Sy＝烟丝厚度×切丝宽度；
(2)烟丝真实密度Y＝烟丝表面密度/烟丝厚度；
(3)烟丝真实体积Vti＝烟丝质量/烟丝真实密度；
(4)根据叶组配方，我们能够知道叶组中每个单料烟的质量m(g)，实际在切丝过程中会造成烟丝的破碎，在卷烟中无法使用，造成损失，所以实际切成烟丝的烟叶质量为mti＝mi(g)*(1-Z)，通过对烟叶的表面理化性质分析可以知道每一个单料烟的填充值X(cm3/g)，单料烟的卷曲度按照车间平均值J＝0.9计算，则任一单料烟的烟丝理论体积Vi＝mtiXiJ，烟丝理论体积之和V＝(m1X1+ m2X2+.....+miXi)×(1-Z)×J。
表2单料烟相关参数计算结果
由表2可知，截面面积的平均值为Syv＝0.09295mm2。
对于代码B的单料烟来说，
n＝卷烟烟支的截面积/单料烟烟丝截面积的平均值＝S/Syv＝526.8423884；
k＝烟丝真实体积之和/烟丝理论体积之和＝Vt/V＝0.329211997；
L＝烟丝总体积/卷烟烟支的截面积＝V/S＝299119.05cm；
Sy＝0.083mm2，Y＝0.73373494(g/cm3)；
由Mmin公式，代入数值计算代码B的单料烟调整后的质量M＝1.58kg。
3、实验过程及结果
根据上述单料烟原料最小数量理论值计算结果，设计了两组对照试验，以此验证按照所到得的单料烟原料最小数量理论值投料能否提高烟丝的混合均匀度。
实验一：采用原配方中单料烟的投料比例在山东中烟技术中心试验线进行投料，投料比例如表2(原配方投料量(kg)A)所示，按照材料与方法中样品处理的方法取样25个，并进行烟草常规化学成分分析，所得数据如表3所示。
实验二：按照本文推导出来的公式，调整单料烟代码B、C、F的投料比例，如表2(调整后配方投料量(kg)B)所示，利用同样的样品处理方法取样25个，进行烟草常规化学成分分析，所得的烟草常规化学成分数据如表4 所示。
表3卷烟叶组配方调整前烟草常规化学成分分析
表4卷烟叶组配方调整后烟草常规化学成分分析
对于烟草来说，化学成分的一致性代表着烟丝混合均匀度，因此，对化学成分进行分析，是评价烟丝混合均匀度的好方法。利用SPSS软件对两组实验的烟草常规化学成分进行分析，通过软件求出总烟碱、总糖、总氮、总钾、糖碱比的极差和变异系数(见表5、图1)。
表5烟丝常规化学成分分析差异对比表
通过对比发现，五类烟草常规化学成分的极差下降，说明这五类化学成分趋于稳定，没有较大的波动，也证明了调整之后的叶组混合均匀度有所提高。在变异系数的结果中，除了总氮一项有略微的上升，其他四项烟草常规化学成分均有所下降，这一结果同样佐证了按照本申请质量公式计算得到的单料烟原料最小质量理论值对提高烟丝混合均匀度有促进作用。
通过国标方法(烟草行业标准YC/T426-2012)计算烟丝混合均匀度，原烟丝(调整前)混合均匀度为91.47％，调整之后的烟丝混合均匀度为95.24％。由此可知，烟丝混合均匀度在调整后得到了一个明显的提升，说明本申请方法计算得出的单料烟最小数值在一定程度上能够提高卷烟叶组配方中烟丝混合均匀度。从而保证加工物料物理性状的均衡、化学组成的均质，从而促进工艺加工的一致性，质量的稳定性、均一性。物料的均匀与否是保证产品质量稳定的基础，对于烟草这种特殊的产品，产品质量的稳定显得尤为重要，本申请为以后卷烟配方设计以及卷烟加工生产提供理论合技术支持。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本领域技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员公知技术。
