气流干燥在烟草加工中的应用研究进展

1、气流干燥在烟草加工中的应用研究进展 2.2与滚筒式干燥方式的比较 烟草气流干燥设备与传统的滚筒式干燥机工作原理不同，传热方式不同。滚筒式干燥主要以热传导方式干燥烟丝，而气流干燥是以对流传热方式使烟丝中的水分蒸发，因此滚筒式干燥的时间较长，一般需要68min，而气流干燥仅需几秒钟。2.3气流干燥对烟丝质量的影响2.3.1对烟丝物理特性的影响由于气流干燥是采用高湿膨胀和高温高速热风干燥定形，可比滚筒式烘丝机的烘后烟丝填充值高15%18%。扫描电镜照片显示，烟丝经气流干燥后细胞胀大，比表面积和孔容明显增加。填充值的增加量受来料烟丝物理性能和工艺参数的影响。研究发现，填充值随着工艺气流量（29

2、5;10335×103kg/h）的增加呈先降低后上升的趋势，烟丝填充值与温度在260330之间的工作风温呈正相关关系。席年生等22研究结果表明，向热气流中加入蒸气，利用过热蒸气的高热焓量能为烟丝提供更多的热量，使其快速升温膨胀，从而提高其填充值。当烟丝初始含水率为25%时，随着蒸气喷射量由0增大到1800kg/h，叶丝的填充值由4.35cm3/g增加到4.56cm3/g。 与滚筒式烘丝机相比，采用气流干燥方式处理烟丝的另一个优点是不会产生明显的干头干尾现象。这是由于设备在正常运转时，气流干燥机中任一时刻的烟丝存量只相当于滚筒式干燥机中烟丝量的2%左右，加之气流干燥机的控制程序中设有模

3、拟负载，能够最大限度地减少不合格料头和料尾的产生。 目前气流干燥技术在烟草加工中还存在一些问题，主要是由于干燥时间短，烟丝受前道工序出口物料含水率的影响较大，导致出口烟丝含水率的控制精度较差。尤其是当人口烟丝含水率超过28%时，出口烟丝的结团现象较明显，同等条件下与滚筒式烘丝机相比，出口烟丝的含水率波动较大。 2.3.2对卷烟烟气和感官质量的影响 采用特定的气流干燥工艺参数处理烟丝，对降低卷烟焦油量和烟碱量有明显效果。与滚筒式烘丝机相比，烟丝经气流干燥后填充值增加，由于单支卷烟的重量减轻，可使烟气焦油量下降0.71.5mg/支，烟碱量下降0.080.15mg/支。马宇平等对不同等级烤烟型配方烟

4、丝经HXD处理后的效果进行了对比研究，发现将进料含水率由22%提高至34%，工艺气流温度由200上升至290时，中高档卷烟的焦油量约下降5%左右，低档卷烟的焦油量可下降10.6%。由于气流干燥机采用高温强处理方式，对于有效去除卷烟的木质气和青杂气、降低刺激性效果明显，但一定程度上也会降低卷烟的香气质和香气量，使烟气浓度和劲头也有所降低。从目前使用情况看，采用气流干燥方式对低等级烟丝的感官质量改善明显，而对高档烟丝的感官质量有一定的负面影响。2.3.3对烟丝加工质量的影响气流干燥的主要工艺参数有烟丝初始含水率、干燥气流温度、干燥气流中蒸气的加入量等，改变每个工艺参数的设置都会对烟丝的加工质量产生

5、影响。 烟丝初始含水率的高低对干燥处理后的填充值和感官质量有重要影响。研究表明，当烟丝的初始含水率较低时，采用气流干燥方式处理后的烟丝填充值与滚筒式干燥机相比差异不大，卷烟单支重量也没有明显变化。但随着初始含水率（22%34%）的增大，气流干燥后的烟丝填充值明显增加；当烟丝的初始含水率进一步增大时，填充值增加的速率会有所减缓。对于高档烟的配方烟丝，随烟丝初始含水率的升高，气流干燥后卷烟的香气量、细腻程度和浓度会略有下降，杂气、刺激性和干净程度变化不大；而对于低档烟配方烟丝，则随烟丝初始含水率升高，卷烟香气量略有减少，细腻程度有所降低，但杂气、刺激性及干净程度得到改善。干燥气流温度对烟丝物理特性

6、、感官质量和化学成分有显著的影响。干燥气流的温度在一定范围内与干燥后烟丝的填充值呈正相关关系。有研究表明，卷烟的香气质和香气量受热风温度的影响较大，热风温度过高会降低香气的优雅度和透发性。据Kim等的研究，用过热蒸气干燥加料回潮后的白肋烟丝，处理温度由150上升到320，烟丝填充值也随之上升，由6.08cm3/g增加到7.81cm3/g。并且随着过热蒸气温度的升高，烟丝中的总糖、烟碱和总氨基酸含量明显降低，总氮及醚提取物的含量也有所减少，同时白肋烟的感官质量也发生变化，烘烤香味增强，刺激性、苦味、灼热感及冲击强度降低，余味得到改善。戴翔等进行了烤烟型卷烟配方烟丝气流干燥处理试验，结果表明，气流

7、温度由200逐渐上升到265，卷烟的感官质量也逐渐下降，烟丝中的总糖、总氮和总植物碱含量随之下降。 采用热气流干燥烟丝时，将蒸气注入热交换器前的空气中，可以提高传热系数和热焓，有利于加快干燥速率，促使烟丝膨胀。席年生等的研究表明，热空气中的蒸气施加量对卷烟内在质量的影响主要表现在香气特性和口感特性方面，采用较低的蒸气施加量对中高档卷烟配方烟丝的内在质量有改善作用，而对于低档卷烟的配方烟丝则应采用较高的蒸气施加量，否则会使卷烟的香气质、香气量及干净程度下降，干燥感增加。 气流干燥技术研究的深化体现在对气流干燥各工艺技术参数间关系的研究上。周俊等通过实验证明，在保证出口烟丝含水率合格的前提下，其它

8、条件保持不变，HXD的工艺气流温度与人口烟丝含水率和烟丝流量成正比，与加水量成反比，由此认为实际生产过程中应先设定合理稳定的来料烟丝流量和含水率，其次设定正确的热风温度和热风流量，通过控制喷水量和旋风分离器的温度来调节热风温度和出口烟丝含水率。张大波等通过改变HXD的各运行参数进行实验，对采集的数据进行统计分析，得出了以进料含水率、物料流量、工艺气流量、喷蒸气量为自变量，气流初始温度为因变量的回归方程，利用该方程可以计算出保证HXD正常运行的参数组合，使干燥烟丝出口含水率在短时间内达到均匀稳定。郑州烟草研究院还对气流干燥主要技术参数如物料初始含水率、物料流量、工艺气流量、蒸气施加量与设备运行条

9、件、产品加工质量和内在质量的变化规律进行了较为全面的实验研究，揭示了HXD工作过程众多单因素参数变化对卷烟综合加工质量的影响趋势。 3、烟草气流干燥技术研究进展3.1气流干燥对烟丝化学成分的影响随着气流干燥技术在我国烟草加工中研究和应用的深化，科研人员也在探求气流干燥对烟丝化学成分的影响。2022年，于瑞国等对不同产区的单料烟进行了试验，发现气流干燥处理后烟丝的化学成分变化程度大于滚筒干燥的烟丝。王蕾等用液相色谱法分析了气流干燥前后烟丝中游离氨基酸的含量，结果显示，经气流干燥后烟丝的氨基酸含量比干燥前大大减少，且减少的程度超过采用滚筒式烘丝机烘后的烟丝。廖旭东等的研究表明，烟丝经过HXD气流干

10、燥后，烟气水分有所降低。 3.2烟草气流干燥过程的数学模拟 近年来，对物料气流干燥过程进行数学模拟和数值优化的工作开展得越来越多。对气流干燥过程的分析是以气固两相流理论为基础，研究颗粒在干燥管中的运动情况、颗粒与气流之间的传热传质状况是进行过程模拟的基础。根据粒子在干燥管中运动时的受力情况列出其在加速运动段和等速运动段的基本方程，可以描述出粒子的运动状况。而对于气流干燥过程传热传质的研究，则是根据影响对流传热系数的因素如流体性质、流动状态、颗粒性质等计算对流传热传质系数，再根据半经验半理论方程计算对流传热速率和传质状况，通常是将等速干燥和降速干燥分别进行讨论。 Pelegrina等利用一维模型

11、对土豆颗粒的气流干燥过程进行模拟，绘制出颗粒速度、温度和含水率沿干燥管的变化曲线。Skuratovsky等采用二维模型对直管气流干燥过程进行模拟，得到沿干燥管径向（管径的7/1211/12处）颗粒和气流的速度、温度以及颗粒含水率沿干燥管的变化曲线，并且模拟出干燥过程中颗粒直径的变化情况。从这些曲线图中可以看出，物料沿干燥管径向的干燥状态并不完全相同，并且在干燥结束时这种差异达到最大。在对烟草的气流干燥过程进行数值模拟研究方面，Fukuchi等将烟丝看成等体积的球体，将烟丝的形状定义为烟丝表面积/球体表面积，烟丝尺寸用球体直径表示。通过对烟丝运动情况的模拟，建立了连续相（热空气）的质量、动量、能量守恒方程以及分散相（烟丝）的力平衡方程，通过迭代运算可以得到烟丝的运动特征。经实验验证，模型预测值与实验值吻合很好。Pakowski等利用Meunier提出的一维数学模型对过热蒸气气流干燥过程进行模拟，得出烟丝和过热蒸气的温度、水分及速度沿干燥管的分布曲线，并对不同工艺参数控制的干燥过程进行了实验，所得烟丝出口含水率和温度的实际测定值与模型预测结果吻合，该模型的建立对于模拟工业生产过程很有