專利名稱：：一種在線測定煙草干燥特性及動(dòng)力學(xué)分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于煙草(類似煙草的生物質(zhì))干燥
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體說是涉及一種在線測定煙草干燥特性及動(dòng)力學(xué)分析方法。技術(shù)背景煙草干燥特性是對煙草進(jìn)行加工的重要依據(jù)，研究煙草干燥特性非常必要。煙草干燥特性的研究主要是通過獲得在一定的溫度、濕度、氣速等條件下煙草樣品的質(zhì)量及表面溫度變化數(shù)據(jù)，繪制出干燥特性曲線，得出表征煙草干燥特性的相關(guān)數(shù)據(jù)。中國煙草總公司鄭州煙草研究院所研制的煙草熱濕處理特性在線分析裝置(公開號(hào)CN1793831)具有在線測量煙草樣品在一定溫濕度下煙草表面溫度和質(zhì)量隨時(shí)間的變化數(shù)據(jù)，煙草樣品稱重范圍廣，運(yùn)行穩(wěn)定且數(shù)據(jù)重現(xiàn)性良好等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足在實(shí)驗(yàn)室直接研究煙草干燥特性的需求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的正是為了更好使用中國專利公開號(hào)為CN1793831的煙草熱濕處理特性在線分析裝置，而提供一種在線測定煙草干燥特性及動(dòng)力學(xué)分析方法。該方法能夠在線測定煙草干燥特性，并對其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析獲得相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)表征煙草干燥特性，為巻煙加工提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。本發(fā)明的目的可通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的在線測定煙草干燥特性及動(dòng)力學(xué)分析方法包括以下步驟首先對巻煙原料進(jìn)行樣品前處理，然后調(diào)試煙草熱濕處理特性在線分析裝置，當(dāng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的氣氛溫濕度環(huán)境時(shí)，稱取一定量的樣品放入天平籃子，進(jìn)行對流干燥實(shí)驗(yàn)，同時(shí)在線記錄樣品質(zhì)量和表面溫度等數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化情況，最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析，獲得定性表示干燥特性的干燥曲線和定量表征干燥速率的有效擴(kuò)散系數(shù)和表觀活化能等動(dòng)力學(xué)參數(shù)；本發(fā)明中所述的樣品前處理的主要作用是將煙草樣品處理為統(tǒng)一規(guī)格，均勻含水率的樣品；具體包括以下三個(gè)步驟-a、將煙草樣品處理為統(tǒng)一規(guī)則的片狀或絲狀，具體可對原煙進(jìn)行抽梗、切絲(切絲前含水率1015%，切絲寬度0.81.2咖)；b、對步驟a制得的實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行加濕并平衡水分，具體可先對樣品噴灑一定量(噴灑后煙絲含水率25%60%)蒸餾水，然后放入恒溫恒濕箱(溫度2240°C、相對濕度6090%)內(nèi)平衡水分；c、將步驟b處理后的樣品密封儲(chǔ)存，以備實(shí)驗(yàn)使用。本發(fā)明中所述的調(diào)試分析裝置的主要作用是為在反應(yīng)器恒溫區(qū)獲得穩(wěn)定的氣氛環(huán)境條件(溫度、濕度和氣速)；調(diào)試前，首先打開控制柜電源和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煙草熱濕處理特性在線分析裝置通電通氣；具體包括以下兩個(gè)步驟d、調(diào)節(jié)反應(yīng)器、預(yù)熱器的溫度至實(shí)驗(yàn)設(shè)定的溫度，然后調(diào)節(jié)進(jìn)氣量V氣和進(jìn)水量nu，進(jìn)氣量和進(jìn)水量根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件通過式(1)和式(2)計(jì)算所得；式中u—?dú)饬魉俣?，m/s;H—?dú)夥窄h(huán)境絕對濕度，Kg/Kg干空氣；T—?dú)夥窄h(huán)境溫度，'C;e、當(dāng)反應(yīng)器恒溫區(qū)溫度在設(shè)定溫濕度實(shí)驗(yàn)條件下達(dá)到穩(wěn)定(偏差土0.5'C以內(nèi))后進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集空籃隨時(shí)間的變化質(zhì)量G"本發(fā)明中所述的對流干燥實(shí)驗(yàn)主要目的是獲得實(shí)驗(yàn)樣品在干燥過程中含水率和表面溫度隨時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；具體包括以下四個(gè)步驟f、準(zhǔn)確稱取若干(1-10g)樣品放入天平吊籃，通過液壓機(jī)將反應(yīng)器升至頂部，同時(shí)實(shí)驗(yàn)開始計(jì)時(shí)；g、待干燥結(jié)束(樣品質(zhì)量不在變化，含水率達(dá)到實(shí)驗(yàn)條件下的平衡狀態(tài))后通過液壓機(jī)將反應(yīng)器降下，并保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；在步驟f至步驟g的過程中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在線采集干燥過程中實(shí)驗(yàn)樣品的質(zhì)量G2(G2為樣品質(zhì)量G和空籃質(zhì)量G之和)和表面溫度Ts隨時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；h、取出干燥處理后的樣品放入烘箱(80120°C)烘干2個(gè)小時(shí)后測定干重Gd，通過式(3)計(jì)算得出相應(yīng)時(shí)間的干基含水率M;(3)A本發(fā)明中所述的數(shù)據(jù)整理與分析的主要目的是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，獲得實(shí)驗(yàn)樣品干燥過程中含水率和表面溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律，并通過動(dòng)力學(xué)分析獲得相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)表征實(shí)驗(yàn)樣品的干燥特性；具體包括以下五個(gè)步驟i、由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過式(4)計(jì)算得到實(shí)驗(yàn)樣品干燥過程中含水率比隨時(shí)間變化的干燥曲線；含水率比二^^(4)M?！狹e式中M—煙絲t時(shí)刻干基含水率；M。一初始含水率；Me—平衡含水率；j、根據(jù)式(5)擬合由步驟i所得到的實(shí)驗(yàn)樣品含水率比與時(shí)間的關(guān)系，可得到實(shí)驗(yàn)樣品在不同溫濕度環(huán)境條件下有效擴(kuò)散系數(shù)De;<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>式中De—有效擴(kuò)散系數(shù)，mVs;L—煙絲層厚度，m;t—干燥時(shí)間，s。k、根據(jù)式(6)回歸由步驟j得到的不同溫濕度條件下的有效擴(kuò)散系數(shù)De與空氣溫濕度之間的關(guān)系，得到實(shí)驗(yàn)樣品的表觀活化能E。；<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>式中E。一表觀活化能，KJ/mol;1、根據(jù)式(7)回歸由步驟h得到的實(shí)驗(yàn)樣品平衡含水率與氣氛環(huán)境溫濕度之間的關(guān)系，可得到實(shí)驗(yàn)樣品在一定溫濕度條件下的平衡含水率；<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(7)式中C、D—隨物料種類而異的實(shí)驗(yàn)常數(shù)；步驟m、將一定溫濕度實(shí)驗(yàn)條件及由步驟k求得的已知實(shí)驗(yàn)樣品表觀活化能E。值和由步驟(1)求得的平衡含水率代入式(5)可得到此實(shí)驗(yàn)樣品在該實(shí)驗(yàn)條件下含水率隨時(shí)間的變化規(guī)律，預(yù)測干燥過程。本發(fā)明的有益效果是可以獲得定性表示干燥特性的干燥曲線和定量表示干燥速率的有效擴(kuò)散系數(shù)和表觀活化能等動(dòng)力學(xué)參數(shù)，為巻煙加工提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。圖1為諸城烤煙C3F在不同溫度條件下干燥曲線。圖2為諸城烤煙C3F在不同濕度條件下干燥曲線。圖3為諸城烤煙C3F有效擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測值對比。圖4為諸城烤煙C3F平衡含水率的實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測值對比。圖5為公開號(hào)為CN1793831的煙草熱濕處理特性在線分析裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。圖5中序號(hào)1.壓縮氣瓶，2、2-1、2-2.質(zhì)量流量計(jì)，3.計(jì)量泵，4.飽和蒸汽發(fā)生器，5.預(yù)熱器，6.混和器，7.反應(yīng)器，8表面溫度傳感器和質(zhì)量傳感器，9.計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，IO.智能溫控儀，ll.多路控溫儀，12.液壓升降機(jī)構(gòu)，13.表面溫度傳感器和質(zhì)量傳感器部位的保護(hù)氣體出口。具體實(shí)施方式本發(fā)明以下將結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步詳述-實(shí)例本發(fā)明的在線測定煙草干燥特性及動(dòng)力學(xué)分析方法包括以下步驟-a、對諸城烤煙C3F抽梗、切絲(切絲前含水率12%，切絲寬度lmm)，處理為統(tǒng)一規(guī)則煙絲；b、對此煙絲噴灑一定量(噴灑后煙絲含水率40%)，然后放入恒溫恒濕箱(溫度25t:、相對濕度80%)內(nèi)平衡水分；c、將平衡水分后的煙絲樣品密封儲(chǔ)存，以備實(shí)驗(yàn)使用；打開控制柜電源和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煙草熱濕處理特性在線分析裝置通電通氣，之后再進(jìn)行下述步驟-d、調(diào)節(jié)反應(yīng)器、預(yù)熱器的溫度至實(shí)驗(yàn)設(shè)定的溫度，然后調(diào)節(jié)進(jìn)氣量V氣和進(jìn)水量nU，進(jìn)氣量和進(jìn)水量根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件(見表l)通過式(1)和式(2)計(jì)算所得；e、當(dāng)反應(yīng)器恒溫區(qū)溫度在設(shè)定溫濕度實(shí)驗(yàn)條件下達(dá)到穩(wěn)定(偏差±0.5。C以內(nèi))后進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集空籃隨時(shí)間的變化質(zhì)量Gnf、準(zhǔn)確稱取2g樣品放入天平吊籃，通過液壓機(jī)將反應(yīng)器升至頂部，同時(shí)實(shí)驗(yàn)開始計(jì)時(shí)；g、待干燥結(jié)束(樣品質(zhì)量不在變化，含水率達(dá)到實(shí)驗(yàn)條件下的平衡狀態(tài))后通過液壓機(jī)將反應(yīng)器降下，并保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在步驟(7)至步驟(8)的過程中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在線采集實(shí)驗(yàn)樣品干燥過程中的質(zhì)量G2(G2為樣品質(zhì)量G和空籃質(zhì)量G,之和)和表面溫度Ts隨時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；h、取出樣品放入烘箱(105°C)烘干2個(gè)小時(shí)后測定干重Gd，通過式(3)計(jì)算得出相應(yīng)時(shí)間的干基含水率M;i、由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過式(4)計(jì)算得到實(shí)驗(yàn)樣品干燥過程中含水率比隨時(shí)間變化的干燥曲線，如圖1和圖2所示；j、根據(jù)式(5)擬合由步驟i所得到的實(shí)驗(yàn)樣品含水率比與時(shí)間的關(guān)系，得到實(shí)驗(yàn)樣品在不同溫濕度環(huán)境條件下有效擴(kuò)散系數(shù)De(實(shí)驗(yàn)值)，見表2。k、根據(jù)式(6)回歸由步驟j得到的不同溫濕度條件下的有效擴(kuò)散系數(shù)De與空氣溫濕度之間的關(guān)系，得到諸城烤煙煙絲C3F的表觀活化能E。=20.95KJ/mol，據(jù)此計(jì)算得到一定溫濕度條件下的有效擴(kuò)散系數(shù)De(預(yù)測值)，實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測值的對比如圖3所示。1、根據(jù)式(7)回歸由步驟h得到的實(shí)驗(yàn)樣品平衡含水率Me(實(shí)驗(yàn)值)與氣氛環(huán)境溫濕度之間的關(guān)系，得到諸城烤煙C3F的C、D值分別為0.000083311、0.74414，據(jù)此計(jì)算得到實(shí)驗(yàn)樣品在一定溫濕度條件下的平衡含水率Me(預(yù)測值)，見表2。平衡含水率的實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測值的對比如圖4所示。m、將一定溫濕度實(shí)驗(yàn)條件及由步驟k求得的諸城烤煙C3F表觀活化能E。值和由步驟1求得的平衡含水率代入式(5)可得到諸城烤煙煙絲C3F在該實(shí)驗(yàn)條件下含水率隨時(shí)間的變化規(guī)律，預(yù)測其干燥過程。表1實(shí)驗(yàn)條件<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求1、一種在線測定煙草干燥特性及動(dòng)力學(xué)分析方法，其特征在于該方法包括以下步驟首先對卷煙原料進(jìn)行樣品前處理，然后調(diào)試煙草熱濕處理特性在線分析裝置，當(dāng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的氣氛溫濕度環(huán)境時(shí)，稱取一定量的樣品放入天平籃子，進(jìn)行對流干燥實(shí)驗(yàn)，同時(shí)在線記錄樣品質(zhì)量和表面溫度等數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化情況，最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析，獲得定性表示干燥特性的干燥曲線和定量表征干燥速率的有效擴(kuò)散系數(shù)和表觀活化能等動(dòng)力學(xué)參數(shù)。全文摘要一種在線測定煙草干燥特性及動(dòng)力學(xué)分析方法，其特征在于該方法包括以下步驟首先對卷煙原料進(jìn)行樣品前處理，然后調(diào)試煙草熱濕處理特性在線分析裝置，當(dāng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的氣氛溫濕度環(huán)境時(shí)，稱取一定量的樣品放入天平籃子，進(jìn)行對流干燥實(shí)驗(yàn)，同時(shí)在線記錄樣品質(zhì)量和表面溫度等數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化情況，最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析，獲得定性表示干燥特性的干燥曲線和定量表征干燥速率的有效擴(kuò)散系數(shù)和表觀活化能等動(dòng)力學(xué)參數(shù)；本發(fā)明的有益效果是可以獲得定性表示干燥特性的干燥曲線和定量表征干燥速率的有效擴(kuò)散系數(shù)和表觀活化能等動(dòng)力學(xué)參數(shù)，為卷煙加工提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。文檔編號(hào)G01N25/56GK101131344SQ20071014748公開日2008年2月27日申請日期2007年9月14日優(yōu)先權(quán)日2007年6月5日發(fā)明者劉朝賢,堵勁松,張?zhí)m曉,斌李,兵王,王宏生,閆亞明申請人:中國煙草總公司鄭州煙草研究院