片烟在线调控技术在细支卷烟生产中的应用研究

韩龙洋，朴永革，贺兆伟，李光雄，廉成哲，孔臻，齐海涛，金铭路，任昭辉，王维革，许光玉，郭晓玉，李娜，南莹

1 吉林烟草工业有限责任公司，长春市经济技术开发区世纪大街99号 130033；

2 中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州市高新技术产业开发区枫杨街2号 450001；

3 秦皇岛烟草机械有限责任公司，河北省秦皇岛市经济技术开发区龙海道67号 066318

当前以细支卷烟为主体的创新产品迅猛发展，已成为行业发展新动能。细支卷烟因其特有的制造规格，对烟叶原料、加工过程稳定性、烟用材料适应性以及烟机装备提出了更高要求，张大波等[1]分析了国内细支卷烟的工艺现状，指出细支卷烟烟支质量、吸阻、硬度稳定性等方面与常规卷烟存在较大差距，其中吸阻的波动尤为明显。章平泉等[2]利用因子分析法对细支卷烟的物理特性进行综合评价，认为在生产过程中应注意控制吸阻、滤嘴通风和总通风的稳定性，并采取相应措施降低烟支质量波动。

一些学者研究发现均匀稳定的烟丝结构是影响卷制质量的关键因素[3-5]，认为现有烟叶原料的片型结构、含梗率等问题使得加工过程中不利于卷制质量的极端尺寸烟丝和梗签比例过高，使烟丝结构呈不均匀的宽分布状态，影响产品质量稳定性和原料有效利用。定长切丝技术是目前公认的优化烟丝结构的技术手段之一，近年来在优化片烟成丝工艺、提升产品质量稳定性方面取得了良好的成效[6-9]，但该技术的效果仍受制于片烟的尺寸分布。

为提升细支卷烟烟丝结构均匀性，本研究借鉴打叶风分的技术原理并应用分组加工的技术理念，设计开发了片烟在线调控单元，以期通过调控全配方片烟的尺寸分布状态优化烟丝结构，提高产品质量的稳定性，为构建和完善细支卷烟特色工艺提供技术参考。

1 系统设计

1.1 工艺流程

图1 片烟在线调控工艺流程Fig. 1 The process flow of on-line regulation of strips

在叶片处理段采用并联设计，开发了片烟在线调控单元。即在烟片贮叶后可选择进行片型处理再进入下游工序生产，也可选择不进入该设备，可形成传统加工和在线调控2 种工艺加工模式。片烟在线调控工艺流程如图1 所示。

1.2 系统组成

片烟在线调控单元主要由大片筛分提取、叶片旋转分切和细梗分离净化等装置组成。经烟片贮叶输出后，分料机构将烟片均匀导入大片筛分提取装置。大片筛分提取装置采用双质体振动筛分模式，主要由侧板、激振电机、浮动筛框、固定筛框、弹性筛板和机架等组成，如图2 所示。该装置由激振电机⑵作为驱动源带动筛架振动，固定筛框⑷固定于筛架形成一个质体，浮动筛框⑶通过弹性筛板⑸与固定筛框⑷相连形成另一个质体，通过多个固定筛框和浮动筛框与筛板的组合形成组合式筛板。工作过程中，在激振电机⑵的作用下，固定筛框⑷与浮动筛框⑶形成亚共振状态，处于两个质体间的弹性筛板⑸振动形成圆振动与线性振动的叠加，促使筛板连续不断地扩张、收缩，获得较高的加速度，实现大叶片与中片、小片在筛分过程的有效分离。

图2 大片筛分提取装置结构示意图Fig. 2 The diagram of screening and extraction device of larger strips

弹性筛板上层提取到的大叶片，由皮带输送至叶片旋转分切装置进行片型处理。叶片旋转分切装置主要由弧门、箱体、直门、定刀、动刀、转子组件和框栏等组成，转子组件位于箱体内部，如图3 所示。该装置借鉴打叶器的撕叶原理优化而成，通过转子组件⑹中的动刀⑸、固定在箱体内的定刀⑷及框栏⑺之间的相对运动，使大叶片在通过的过程中被分切和挤压，进一步趋向中片、小片。由于处理对象为全配方片烟，打刀设计为楔形结构，使之具有分切功能。框栏设计为多边形结构，以提升烟片的通过效果，降低造碎。

图3 叶片旋转分切装置结构示意图Fig. 3 The diagram of rotary cutting device

经片型处理后的烟片与弹性筛板下层分离的中片、小片，由汇总皮带输送至细梗分离净化装置。细梗分离净化装置主要由支架、回风系统、抛料器、烟梗收集装置、风选装置、落料装置和带式输送机等组成，如图4 所示。该装置将来料由抛料器⑶抛散到风选装置⑸，风选装置⑸设计等压风场，利用烟片、烟梗及带叶梗等混合物料不同的密度，通过调节风速将其与风的混合流动中沉积下来，合格的烟片被风带到落料装置⑹，气料分离后由带式输送机⑺输出，游离烟梗落入烟梗收集装置⑷集中处理。回风系统⑵提供循环风场。

图4 细梗分离净化装置结构示意图Fig. 4 The diagram of separation and purification device of slim stems

2 材料与方法

2.1 材料和设备

以“长白山”细支品牌A 规格片烟为材料，在吉林烟草工业有限责任公司延吉卷烟厂8000 kg/h 生产线上开展对比试验。经烟片贮叶输出后，分别采用传统加工和在线调控两种模式各生产10 批，下游工序技术标准保持相同。在线调控模式各工艺参数已确定最佳值，其中物料流量9200 kg/h，筛网孔径34 mm×30 mm，筛网频率47 Hz，打叶器频率和转速分别为42 Hz、930 r/min，风分器抛料频率和风机频率分别为33 Hz、32 Hz，定刀与动刀间距3.5 in，框栏尺寸110 mm。

片烟在线调控单元（秦皇岛烟草机械有限责任公司）；ZJ17D-ZB45 型卷接机组（常德烟草机械有限责任公司）。

2.2 测定项目和方法

2.2.1 烟片结构、烟丝物理指标

在配叶贮叶出口选取截面，按照文献[10]的方法测定烟片结构。在贮丝柜出口选取截面，按照文献[11-13]的方法测定烟丝物理指标。

2.2.2 过程损耗、原料消耗

按照文献[14]的相关方法分析过程损耗、原料消耗情况。

2.2.3 卷烟物理指标、主流烟气成分和卷烟配方烟丝结构

每次随机抽取1000 支不同加工模式卷烟样品，按照文献[15]的方法调节卷烟样品48 h 作为待测样。按照文献[16]的方法测定卷烟物理指标。按照文献[17-21]的方法测定主流烟气成分。按照文献[22]的方法测定卷烟配方烟丝结构。

2.2.4 烟支烟丝密度

随机抽取200 支不同加工模式卷烟样品，经单支质量筛选后，按照文献[23]的方法测定烟支烟丝密度。每支样品自引燃端1 mm处开始扫描至61 mm处结束，扫描间距1 mm，共61 个扫描点。

2.2.5 卷烟感官质量评价

按照文献[24]的方法对卷烟样品进行感官质量评价。

3 结果与分析

3.1 不同加工模式对烟片结构的影响

对不同加工模式贮叶后的烟片结构进行检测，结果见表1。由表1 可以看出，在线调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 烟片结构检测结果Tab. 1 Test results of lamina structure

3.2 不同加工模式对烟丝物理指标的影响

对不同加工模式贮丝后的烟丝物理指标进行检测，结果见表2。由表2 可以看出，在线调控模式长丝率降低12.74%，中丝率、短丝率和碎丝率分别提高16.16%、17.97%和15.66%，整丝率变化率、填充值也略有提高。说明采用在线调控模式烟丝结构发生了显著变化，有利于降低长丝率，提高中、短丝率和填充值。

表2 烟丝物理指标检测结果Tab. 2 Test results of physical indices of cut tobacco

3.3 不同加工模式对过程损耗、原料消耗的影响

按照《卷烟工艺测试与分析大纲》中的相关方法，分析不同加工模式过程损耗、原料消耗情况，结果见表3。由表3 可以看出，在线调控模式制丝过程损耗较传统加工模式上升0.67 百分点，这主要是叶片旋转分切装置对较小叶片的撕扯破碎及细梗分离净化装置的共同作用，产生了较多烟末、烟尘，并剔除了一定质量的烟梗，由此造成叶片处理至风送除尘工段损耗有不同程度的上升。卷包过程损耗则下降0.38 百分点，其中卷制梗签、残烟损耗明显降低。为此原料利用率降低0.29 百分点，单箱原料消耗有所增加。

表3 不同加工模式过程损耗、原料消耗情况Tab. 3 Process loss and raw material consumption of different processing modes

3.4 不同加工模式对卷包机台生产效率的影响

在现有卷包设备、操作人员等客观条件不发生重大变更的前提下，测试不同加工模式卷包机台生产效率，结果见表4。由表4 可以看出，在线调控模式卷接设备的实际车速较传统加工模式提高300 支·min-1，有效作业率提高5 百分点，包装设备生产效率变化不大。说明采用在线调控模式有利于提高卷包机台的生产效率，与文献[9]中描述的定长切丝对生产效率的影响结论一致，可能是烟丝结构的显著变化，尤其是中、短丝率的提高及卷制梗签的减少造成的。

表4 不同加工模式卷包生产效率测试结果Tab. 4 Test results of production efficiency of different processing modes

指定同一机台，统计不同加工模式单班次的平均产量、设备剔除量，并计量各班次生产过程中产生的残烟量，按照12%含水率折算为单箱残烟量，结果见表5。由表5 可以看出，在线调控模式单班次平均产量提高4.79%，总剔除率下降0.31 百分点，单箱残烟量减少12.50%。说明采用在线调控模式的生产过程更加顺畅，有利于提高机台作业效率，降低总剔除率和残烟量。

表5 卷接机台剔除量及残烟量测试结果Tab. 5 Test results of cigarette rejecting and defective cigarette rate of cigarette makers

3.5 不同加工模式对卷烟物理指标的影响

对不同加工模式的卷烟生产进行质量监控，按照生产日期、批次和机台取样，检测卷烟物理指标，结果见表6。由表6可以看出，在线调控模式的单支质量、开放吸阻和总通风率与传统加工模式相近，端部落丝量、含末率略有下降，均无显著差异。在线调控模式的硬度高于传统加工模式，且差异极显著，可能是烟丝结构的变化和填充值的增大，在卷制过程中填充较为紧密造成的。在线调控模式的单支质量标偏、开放吸阻标偏、硬度标偏和总通风率标偏均小于传统加工模式，其中单支质量标偏、开放吸阻标偏、总通风率标偏分别下降8.84%、12.70%、18.41%，且差异显著，说明采用在线调控模式有利于提升卷烟物理指标的稳定性。

表6 卷烟物理指标检测结果及差异显著性检验Tab. 6 Test results and variance analysis of physical indexes of cigarettes

3.6 不同加工模式对主流烟气成分的影响

对不同加工模式的主流烟气指标进行质量监控，按照生产日期、批次和机台取样，结果见表7。由表7 可以看出，在线调控模式主流烟气成分与传统加工模式相近，但焦油、烟碱和CO 标准偏差分别下降89.92%、24.07%和32.09%，说明采用在线调控模式有利于提升主流烟气指标批间的稳定性。

表7 主流烟气成分分析结果Tab. 7 Analysis results of mainstream smoke composition

3.7 不同加工模式对卷烟配方烟丝结构及分布均匀性的影响

不同加工模式下卷烟配方烟丝结构的检测结果见图5。由图5 可以看出，与传统加工模式相比，在线调控模式烟丝尺寸大于4.50 mm 和小于1.00 mm 的比例均有所降低，1.00 mm ～4.50 mm 中间尺寸的比例有所提高，其中大于7.10 mm 超长丝的降幅达60.07%尤为明显，呈“两端减小、中间增大”的橄榄型分布。

图5 不同加工模式下卷烟配方烟丝结构检测结果Fig. 5 Test results of blending cut tobacco structure under different processing modes

3.8 不同加工模式对烟支烟丝密度及分布均匀性的影响

将不同加工模式下烟支烟丝密度的检测结果绘制曲线图，见图6。由图6 可以看出，在线调控样品在压实段（1 mm～15 mm）烟丝密度较传统加工样品增大1.12 mg·cm-3，更符合紧头控制的卷制要求。在非压实段（15 mm～61 mm）烟丝密度较传统加工样品减小2.21 mg·cm-3。

图6 不同加工模式下烟支烟丝密度曲线Fig. 6 Density curve of cut tobacco in cigarette under different processing modes

为比较烟支烟丝密度分布均匀性的差异，将不同加工模式样品在非压实段（15 mm～61 mm）烟丝密度的标准偏差结果绘制曲线图，见图7。计算两种样品的平均标准偏差，传统加工与在线调控分别为6.02 mg·cm-3和5.07 mg·cm-3，在线调控样品降低了15.78%，说明采用在线调控模式有利于提高烟支烟丝密度分布的均匀性。

图7 不同加工模式下在非压实段烟丝密度的标准偏差曲线Fig. 7 Standard deviation curve of cut tobacco density in non-compacted section under different processing modes

3.9 不同加工模式对卷烟感官质量的影响

取不同加工模式卷烟样品各2 条，组织13 位具有行业感官评吸资格的评吸员进行感官质量评价。以传统加工样品为基准，采用对比评吸的方法判定在线调控样品感官质量的变化幅度。设定标度值0（无变化）、1（有变化）、2（变化明显）3 挡，以“+”表示优于对照，以“-”表示劣于对照。由表8 可以看出，不同加工模式卷烟样品产品风格一致，卷烟感官质量保持稳定。

表8 卷烟感官质量评价结果Tab. 8 Sensory quality evaluation results of cigarettes

4 结论

为提升细支卷烟烟丝结构均匀性，设计开发了片烟在线调控单元，该设备主要由大片筛分提取、叶片旋转分切和细梗分离净化等装置组成。在制丝线分别采用传统加工和在线调控两种模式开展了对比试验，研究表明：在线调控模式对烟片结构有效调整，中、短丝率得以提高；原料利用率降低0.29 百分点，单箱原料消耗有所增加；卷包机台的生产效率明显提高，总剔除率、残烟量明显下降；卷烟物理指标和主流烟气指标批间的稳定性明显提高，其中单支质量标偏、开放吸阻标偏和总通风率标偏分别下降8.84%、12.70%和18.41%，焦油、烟碱和CO 标准偏差分别下降89.92%、24.07%和32.09%；配方烟丝结构和烟支烟丝密度分布的均匀性明显提高，卷烟感官质量保持稳定。综上所述，采用片烟在线调控模式对于优化细支卷烟烟丝结构具有显著作用，有利于提升产品质量的稳定性，可以为构建和完善细支卷烟特色工艺提供技术参考。

与定长切丝技术相比较，本研究在叶片处理段对全配方片烟的尺寸分布状态有效控制，同样实现了优化烟丝结构、提升细支卷烟产品质量的目标，并且避免了错刃定长刀片与普通平板刀片频繁更换导致生产效率下降的问题，具有一定优势。但制丝过程损耗有所上升是需要关注和解决的问题，应进一步探讨和建立烟片与烟丝的物理特性关系，对片烟在线调控单元的工艺参数开展优化研究。