不同预处理烟梗成丝工艺的实验室研究

金 勇, 徐永建, 谭海风, 贾向娟, 赵 睿

(1.湖南中烟工业公司， 湖南 长沙 410007； 2.陕西科技大学 轻工与能源学院， 陕西 西安 710021； 3.陕西省农产品加工技术研究院, 陕西 西安 710021)

0 引言

烟叶中约含有 25%的烟梗，烟梗纤维素含量较高，经膨胀工艺生产的梗丝使用在卷烟产品上，不仅可降低原料消耗，而且能够降低卷烟焦油含量、平衡烟气、改善烟支燃烧性能[1-5].

PFI磨浆机时基于以相同方向旋转的打浆辊和打浆室之间的圆周速度差，使浆料在打浆辊和打浆室的间隙中受到机械作用而达到打浆的目的，在打浆过程中能提供比较稳定的作用力而使纤维分丝帚化[6-8].梗丝添加到卷烟中，梗丝能有效降低烟草中的焦油、尼古丁、 CO等有害物质的含量，提高烟厂的经济效益.本论文主要研究在实验室条件下，将PFI打浆设备应用到烟梗成丝工艺中，开发出一种高效、快速的烟梗成丝工艺，讨论烟梗直接成丝的可行性，为烟梗成丝工业化进程提供实验基础.

1 实验部分

1.1 材料与设备

烟梗(湖南中烟工业有限责任公司，水分为13.13%);ZQS电热蒸煮锅，陕西科技大学机械厂；DCS-041PT型PFI磨浆机；两层三出口振动筛(筛网上层6目，下层40目)，河南大汉机械厂；纤维打散器，吉林育强粉体材料设备有限公司.

1.2 预处理及PFI成丝工艺流程

图1 烟梗PFI成丝工艺流程图

①热水浴预处理.取烟梗30 g(对绝干)，手工备料成1～1.5 cm的烟梗段装入密封袋中，最佳热水浴处理条件：温度沸水浴，料液比1∶6，时间30 min.预处理后烟梗淋干水分.

②水浸处理.取烟梗30 g(对绝干)装入密封袋中，将烟梗水分调节到60%，室温放置4 h，每0.5 h翻转一次密封袋.

③汽蒸预处理.取烟梗1 kg(对绝干)装入密封袋中并加入适量自来水，平衡水分4 h，预将烟梗水分调整到60%.电热蒸煮锅直接产汽，放汽阀连接橡胶管，直接通入自制汽蒸仓中.蒸汽温度105～110 ℃，产汽量2.25 L/h.将调整好水分的烟梗加入自制汽蒸仓中，汽蒸时间10 min.汽蒸结束后，电热蒸煮锅停止产汽，冷却约5 min.

④PFI成丝.取预处理后烟梗30 g(对绝干)进行PFI成丝处理.

⑤挤压：烟梗丝入200目网袋，油压机0.3 Mpa，压榨时间3 min.

⑥打散.挤压过烟梗丝经过打散器分散.

⑦风干.打散后的烟梗丝在室温下风干到水分约为13.00%.

⑧筛分.梗丝经过6～40目振动筛分仪，筛选出过大、过小以及合格梗丝.另取合格梗丝100 g，采用标准筛10目、20目、30目筛筛分，并计算各级分占合格梗丝的比率.

1.3 检测方法

合格梗丝筛分，通过实际卷烟小试确定风干到水分为13%的梗丝6～40目之间的梗丝为合格梗丝.

梗丝各组分百分率分布的计算公式：

成品烟梗丝得率的计算公式：

η=预处理后烟梗得率×PFI分丝后梗丝合格率×100%

2 结果与讨论

2.1 热水浴预处理烟梗PFI成丝工艺

烟梗最佳的热水浴处理条件为液比1∶6，沸水浴温度，加热时间30 min.烟梗PFI成丝及筛分后各组分百分比见图2.

图2 不同PFI转数对热水浴预处理 烟梗成丝组分分布的影响图

由图2可知，烟梗热水浴预处理后，采用不同PFI转数成丝，随PFI转数的逐渐增加，R6组分的百分率呈现先减小后增加的趋势;当PFI转数为500 r/min时，梗丝 R6为55.26%;当PFI转数为1 500 r/min时.梗丝R6达到最小值33.41%.PFI转数继续增加，当PFI转数达到2 500转时R6组分升高到41.01%.P6/R40组分为合格梗丝组分，随PFI转数的逐渐增加，P6/R40组分的百分率呈现先增加后减小的趋势;PFI转数为500 r/min 时，合格组分P6/R40为43.69%，随转数的增加，P6/R40组分也逐渐增加;当PFI转数达到1 500 r/min时，P6/R40组分增加到最大，为64.41%.PFI转数继续增加，当PFI转数达到2 500 r/min时，P6/R40组分减小为54.49%.

产生上述现象的原因：500 r/min时烟梗分丝不完全，存在一定量可以成丝的烟梗没有被磨成梗丝，造成R6组分百分率偏高，得率偏低；随PFI转数增加，由于烟梗分丝完全，并产生很多较细的梗丝，细梗丝形态卷曲以及缠绕，难以通过6目筛孔.

热水浴处理烟梗在PFI转数为1 500 r/min时PFI分丝效果达到最佳，合格烟梗丝率为64.41%.

2.2 水浸预处理烟梗PFI成丝工艺

烟梗PFI成丝筛分后各组分百分比见图3.由图3可知，当PFI转数为500 r/min时，梗丝 R6为70.07%；随PFI转数增加，梗丝R4量逐渐减少，到PFI转数为2 500 r/min时梗丝R6达到最小值31.01%.PFI转数为500 r/min 时，合格组分P6/R40为29.08%，随转数的增加， P6/R40组分也逐渐增加；当PFI转数达到2 000 r/min时，P6/R40组分为62.54%；当PFI转数达到2 500 r/min时，P6/R40组分为63.5%.同时，不合格梗丝的百分率P40也逐渐增加，2 000 r/min时P40组分的百分率为3.58%，2 500 r/min时P40组分的百分率为5.49%.

图3 不同PFI转数下水浸预处理 烟梗成丝组分分布影响图

PFI转数为500 r/min时烟梗分丝不完全，存在一定量的烟梗韧皮以及可以成丝的烟梗没有被磨成梗丝，造成R6组分百分率偏高，得率偏低.随PFI转数增加，2 000 r/min时梗丝的细化程度增大，且梗丝形态较好，梗丝较直，梗丝可以顺利通过6目筛孔.PFI转数进一步增加，2 500 r/min时烟梗分丝过细，产生较多的细碎.

水浸烟梗在PFI转数为2 000时PFI分丝效果达到最佳，烟梗的细碎，即P40组分的百分率为3.58%.合格烟梗丝率为62.54%.

2.3 汽蒸预处理烟梗PFI成丝工艺

烟梗PFI成丝筛分后各组分百分比见图4.由图4可知，随PFI转数的逐渐增加，R6组分的百分率呈现先减小后增加的趋势.当PFI转数为500 r/min时，梗丝 R6为63.66%；随PFI转数增加，梗丝R6量逐渐减少；PFI转数为1 500 r/min时梗丝R6达到最小值36.32%；PFI转数继续增加，当PFI转数达到2 500转时R/MIN6组分升高到41.01%.

图4 不同PFI转数下汽蒸预处理 烟梗成丝组分分布影响图

随PFI转数的逐渐增加， P6/R40组分的百分率呈现先减小后增加的趋势.PFI转数为500 r/min 时，合格组分P6/ R40为35.30%.随转数的增加， P6/ R/MIN40组分也逐渐增加，当PFI转数达到1 500 r/min时，P6/R40组分增加到61.59%.当PFI转数达到2 500 r/min时，P6/ R40组分减小为56.49%.

因此，汽蒸烟梗在PFI转数为1 500 r/min时PFI分丝效果达到最佳，合格烟梗丝率为61.59%.

2.4 不同预处理烟梗成丝得率比较

不同预处理方式成品烟梗丝得率见表1.由图1可知，水浸预处理成品烟梗丝的得率为61.05%，得率最高.水浸预处理烟梗丝各组分性状见图5～图7，由图可知，梗丝形态较好，其中，烟梗丝过大过小，弯曲较少，水浸预处理是烟梗PFI成丝的一种较好预处理方式.

图5 水浸预处理过的大烟梗丝

图6 水浸预处理过的小烟梗丝

图7 水浸预处理合格的烟梗丝表1 不同预处理方式成品烟梗丝得率

预处理方式热水浴预处理成丝水浸预处理成丝汽蒸预处理成丝预处理后烟梗得率/%74.7397.6293.51搓丝后合格烟梗得率/%64.4162.5461.59成品烟梗丝得率/%48.1361.0557.59

3 结论

热水浴处理烟梗在PFI转数为1 500 r/min时分丝效果达到最佳，合格梗丝得率为48.13%.水浸预处理烟梗在PFI转数为2 000时分丝效果达到最佳，合格梗丝得率为61.05%.汽蒸预处理烟梗在PFI转数为1 500 r/min时分丝效果达到最佳，合格梗丝得率为57.59%.水浸预处理梗丝得率为61.05%，得率最高.烟梗丝形态较好，烟梗丝弯曲较少，水浸预处理是烟梗PFI成丝的一种较好的预处理方式.

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