卷烟烟气气溶胶粒度分布受“三纸一棒”的影响分析

2016-11-09蒋光辉吴晶晶广西中烟工业有限责任公司广西南宁市530001

低碳世界 2016年29期

蒋光辉，周芸，范忠，吴晶晶（广西中烟工业有限责任公司，广西南宁市530001）

蒋光辉，周芸，范忠，吴晶晶（广西中烟工业有限责任公司，广西南宁市530001）

为了有效考察各种材料参数、滤棒、卷烟纸、成型纸与接装纸对卷烟烟气气溶胶的粒度分布影响，需要根据标准的吸烟条件来抽吸16种不同的试验卷烟，在线稀释主流烟气，同时通过电子低压的撞击器对气溶胶离子数量与质量进行测量。本次研究结果指出，麻浆在气溶胶的粒子数量与质量方面的影响相对显著；卷烟纸柠檬酸的盐含量在粒子质量方面的影响较为显著；伴随过滤棒吸阻增加，会加大气溶胶的粒子数量与质量。

卷烟烟气；气溶胶；三纸一棒

引言

近几年，烟用材料研究报道一般是关于各种材料对烟气中焦油、有害成分与烟碱影响，在热裂解与燃烧反应中，烟草会生产气溶胶。然而现阶段，在研究主流烟气的气溶胶时，一般集中于化学成分、开发方法与粒度的分布测量等，关于主流烟气的气溶胶与烟用材料关系研究比较少，只有 Ishizu与Okada有过少量滤嘴的通风率、滤棒报道［1］。所以为了全方面研究三纸一棒在主流烟气对于气溶胶粒度的分布影响，通过烟用材料的参数进行调整，对主流烟气气溶胶的粒子数量与质量影响，从而改变卷烟烟气的品质。

1 研究材料和方法

1.1 材料以及仪器

通过同种烟丝配方与各种材料参数设置十六种试验的卷烟，具体从表1中可以看出，6#样品是对照的样品。而LM1属于单孔道的吸烟机［2］。

1.2 试验的方法

通过ELPI和吸烟机构成试验的系统，具体从图1中可以看出，吸烟机根据标准吸烟的要求，1次/min，每1秒钟抽吸17mL，然后形成真空。

2 结果

2.1 纸质对于卷烟烟气的气溶胶粒度的分布影响

混合浆、木浆与麻浆三类样品粒子质量的大小顺序如下：麻浆、木浆与混合浆，且大多数样品主要分布于（0.4829～0.761 3μm的范围，混合浆、麻浆与木浆在这个粒径范围中，粒子质量在总质量中占比为77.31%、77.79%与79.82%。三种试验卷烟的主流烟气中气溶胶粒子数量大约为65%，较小粒径为0.021μm，粒子的数量大小依次是麻浆、混合浆与木浆。

图1 试验流程图

2.2 卷烟纸实际透气度对于卷烟烟气卷烟烟气中气溶胶的粒度分布影响

在卷烟纸30U、40CU与60CU透气度下，主流烟气中气溶胶质量分布会伴随卷烟纸的透气度增加，使气溶胶粒子的质量降低。因为增加透气度时，会增强气体扩散作用与稀释作用，降低了卷烟抽吸口数，也就会减少主流烟气中的焦油量，焦油量分别是12.7mg/支、10.1mg/支与9.9mg/支。并且粒子质量的降低幅度也会伴随透气度增加减小，究其原因，当透气度到达一定的水平以后，自由的燃烧速度回渐渐稳定，同时抽吸口数也会渐渐稳定。就气溶胶中粒子质量分布而言，三种样品粒子质量主要在0.483～0.761μm的范围。三种样品粒子主要是小粒径，粒径为0.021μm，这个粒径的粒子数在粒子总数中占比为0.085与0.087μm。

2.3 接装纸的透气度对于卷烟烟气中气溶胶的粒度分布影响

在150CU、300CU与450CU接装纸的透气度条件下，试验卷烟会伴随接装纸的透气度增加，增加气溶胶的粒子质量改变幅度。因为增加透气度，会增加滤嘴的稀释率，值得每口烟气之中燃烧产物含量降低。伴随接装纸的透气度增加，会增大抽吸口数与滤嘴稀释率，增加气溶胶粒子数量。伴随稀释率增大，会减小粒子凝并的作用，会增加粒子数，可见，接装纸的透气度和气溶胶的粒子数呈现出正相关的关系。

表1 各种材料与仪器

2.4 成型纸的透气度对于卷烟烟气中气溶胶粒度的分布影响

随着成型纸与接装纸透气度的增加，滤嘴通风车会增大。然而，因为通风稀释的气流大小会因为成型纸与接装纸透气度决定，所以为有效探讨接装纸与成型纸在气溶胶方面产生的影响，通过6000CU、12000CU、20000CU与32000CU成型纸进行研究，在烟丝配方与接装纸的透气度150CU不变条件下，伴随成型纸的透气度增加，会增加气溶胶的粒子质量，从20000增至32000时，烟气气溶胶的粒子质量会逐渐降低，但降低幅度不大，可考虑为测量的误差导致的。伴随透气度增加，会增大稀释率，弱化粒子凝并的作用。透气度由6000增至12000时，基本不会改变粒数的平均粒径，分别是0.085与0.085μm；由12000增至20000时，会渐渐减小粒数的平均粒径，主要是因为空气稀释导致凝并作用降低。

2.5 综合性的评价

与卷烟烟气的粒子数量、质量变化率、材料参数变化率相结合进行研究，具体从表2中可以看出，研究后得出下面的结论：麻浆纸质卷烟纸在烟气气溶胶的粒子数量与质量方面有着显著影响，会使得粒子数量与质量不断增加；卷烟烟气气溶胶的粒子数量与质量降低幅度会伴随卷烟纸的透气度增加而不断减小；柠檬酸的盐含量对烟气气溶胶的粒子数量与质量也会产生影响，只是不够明显；接装纸的透气度增加，也会对主流烟气中气溶胶的粒子数量产生影响，并且影响比较明显，但是对于粒子质量基本不会产生影响；成型纸的透气度增加会，可以导致主流烟气中气溶胶的粒子数量与质量增加，一旦透气度到达特定数值，会渐渐降低这种影响的程度；与普通的滤嘴比起来，沟槽的滤嘴可以明显降低烟气之中气溶胶的粒子数量与质量，但是复合型滤嘴可以显著提升主流烟气之中气溶胶的粒子质量，并且可以将粒子数量降低；如果，滤棒吸阻由800Pa下降到700Pa之时，会增加主流烟气之中的粒子质量，但是会使得粒子数量有一定的降低，当由800Pa上升到900Pa之时，会显著降低主流烟气中的粒子质量，并且不会使得粒子数量发生改变。

3 结论

综上所述，本文分析了各种材料参数中三纸一棒对于卷烟燃烧中主流烟气中气溶胶粒子分布影响情况，选用麻浆纸质卷烟，或是降低卷烟纸的透气度，能够显著提升主流烟气之中气溶胶的粒子数量与质量；选用沟槽滤嘴能够将主流烟气之中气溶胶的粒子数量与质量降低；加大卷烟纸柠檬酸的盐含量，能够将主流烟气之中气溶胶的粒子质量提高，并且会降低粒子的数量。此外，选用木浆纸质的卷烟纸与复合型滤嘴，能够将主流烟气之中气溶胶的粒子质量提高，降低粒子的数量。根据上述内容可知，对材料参数进行调整，能够对主流烟气之中气溶胶的粒子数量与质量进行改变。