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    ( 福建中煙工業公司技術中心，福建 廈門 361022) 曾強，李清華，周躍飛，林志平
                         
    曾強（1978-）男，碩士，漢族，河南信陽人。畢業于中國煙草總公司鄭州煙草研究院，專修煙草工藝專業，現就職于福建中煙工業公司技術中心，主要從事卷煙加工工藝研究工作。

    摘要：根據設備控制系統的差異，現有白肋煙烘焙設備可分為熱風對流式、微波輻射式。主要分析了現有三層、單層、流化床隧道式烘焙機的結構特點，并針對處理過程中熱風對流系統的控制方式、物料的運動狀態、設備的控制方法等，指出了采用流化床隧道式白肋煙烘焙機處理過程中，其熱風系統控制分布較均勻，物料始終能處于懸浮翻滾狀態，物料受熱面積大大提高，且過程控制精度較好，有利于物料含水率和溫度的穩定，對于改善提高白肋煙處理質量有著明顯的可比優勢。

    關鍵詞：白肋煙；烘焙方式

    Abstract: Tccording to the difference of device control system, the current burley toaster can be divided into the hot wind convection style and microwave radiation style. The structure characters of three-layer, single-layer, fluidized bed tunnel toaster are analyzed and compared in this paper. The benefit of fluidized bed tunnel roasting machine is referred according to the control style of convection system, the movement state of materials, and control methods of device. The main advantages of this control system include the uniform distribution of hot air system, the suspension state of materials, the bigger heated area of material, and the improved accuracy. Therefore, it could improve quality of burley tobacco.

    Key words: Burley; roasting type

    白肋煙作為混合型卷煙的主要原料，白肋煙的處理品質決定了混合型卷煙產品的質量。白肋煙烤機即指白肋煙加工線上用于對白肋煙進行高溫處理的工藝控制設備。

    1 白肋煙烤機控制系統介紹

    加料后的白肋煙在高溫烘焙過程中，通過氣流與煙葉之間熱焓的傳遞，促使以棕色化反應為主的化學反應的發生，產生香味物質并去除白肋煙葉中的刺激性和雜氣成分，從而達到改善煙葉吸味品質的目的[1]。根據現有烘焙設備控制系統的差異，可分為熱風對流式、微波輻射式；從設備控制結構上來講，目前所使用的白肋煙烤機又可細分為以下四種。

    1.1 三層式白肋煙烤機控制系統

    三層式白肋煙烤機設備主要由干燥段、冷卻段、回潮段組成，如傳統的COMAS白肋煙三層式烘焙機，其干燥段如圖1所示。干燥段由上、中、下三層中間機架及兩側機架組成。葉片平鋪在三層網帶上，每層輸送網帶之間用斜隔板1分開，將其由上至下分為高溫層、中溫層、低溫層烘干區。在一側機架內對應每層輸送網帶配置三組加熱器，三層共九組加熱器。在另一側，每層輸送網帶上方設有回風調節百葉窗5，用來調節風量的大小。在下層輸送網帶的右下側每個單元內設有一個循環風機。三層式白肋煙烤機熱風系統的溫度梯度方向與葉片傳遞方向相反，即加熱空氣溫度是從下至上呈遞增式，分布極其不均勻。
           
                 1、斜隔板  2、上層加熱器  3、中層加熱器  4、下層加熱器 
                5、百葉窗  6、循環風機  7、補風口  8、排潮口
                            圖1  三層式白肋煙烤機干燥段截面
    1.2 單層式白肋煙烤機控制系統

    單層式白肋煙烘焙機與三層式白肋煙烤機烘焙控制方式大致相同，也由干燥段、冷卻段、回潮段組成，但其干燥段僅為一層，如Legg、Hauni、Proctor、秦皇島及日本產白肋煙烤機[2]，其干燥段如圖2所示。干燥段可分為三個小區，其中，在干燥段設有空氣加熱器，軸流風機將加熱后的熱風送入網帶上方或下方，使熱風向上或向下循環作用于物料使之干燥脫水。在熱風進口處有內置的熱風溫度傳感器和外置的 PID 溫度調節器相連接組成熱風溫度自控裝置，自動調節熱風溫度使之在設定范圍內，從而保證物料經處理后達到一定的水分要求。干燥段內熱風大部分可循環使用，少部分通過排風管道排出，并從進風管道補充一定風量。

    操作人員可根據天氣情況等因素，手動控制排風管道內閥門，對熱風濕度進行粗略地調節[3]。

    1.3 微波式白肋煙烤機控制系統

    微波是一種頻率極高的電磁波，微波加熱的控制原理是使分子在超高頻快速震蕩下相互磨擦、碰撞、擠壓生熱，其獨特的分子內加熱方式具有加熱均勻、快速、清潔、高效節能的特點。此外，微波對于化學反應的非熱效應現象已被化學工作者所認識[4]。目前，微波輻射早已被廣泛應用于化學、食品、橡膠等工業，在煙草工業的應用尚處于試驗研究階段，如已有微波輻射烘烤用于梗絲膨脹、煙草薄片加工、煙絲膨脹[5]。微波快速加熱及非熱效應加速化學反應的特點，使其應用于烘焙處理白肋煙具有了可能性[6]。
            
                     1、孔板 2、隔板 3、下導風孔板 4、循環風機 
                     5、加熱器 6、下導風孔板 7、軌道 8、排潮口
                               圖2 單層式白肋煙烤機干燥段
    1.4 流化床隧道式白肋煙干燥機控制系統

    在設備的控制結構上，流化床隧道式白肋煙干燥機與上述三種烘焙機相比存在較大的差異，其熱風進風口設置在流化床頂部縱向中間的位置，熱風回風管道的進風口設置在流化床頂部的兩側。當利用該設備對白肋煙進行干燥過程中，熱風以縱向的方式進人流化床頂部，并通過在流化床頂部下面均布的熱風支管排出，自上而下對流化床面上的物料進行干燥[7]。需要特別指出的是，白肋煙物料在干燥過程中始終能處于懸浮相對運動的狀態，熱風分布更加均勻，受熱面積大大提高，物料的含水率及溫度的控制也更加靈活、精確，更有利于白肋煙處理質量的穩定提高。
                
                          1、排潮管 2、熱風支管 3、流化床 4、加熱器
                         5、離心風機 6、進風口 7、回風管 8、熱風管道
                                  圖3  流化床隧道式白肋煙干燥機

    2 控制系統的對比分析

    （1）三層式。由于白肋煙品質特性及加工工藝配方的不同，傳統的三層式白肋煙烘焙機控制方式已不能滿足工藝要求。其弊端主要表現在：①三層加熱器進風面積相同，且熱風溫度相互關聯，即：第二層的進風溫度是第一層的出風溫度，第三層的進風溫度是第二層的出風溫度，第二層出風溫度的改變受第一層加熱器的制約，第三層出風溫度的改變同時受第一、第二層加熱器的制約。與此同時，無論采用何種控制調節手段，上、中、下三層熱風溫度都是從下至上遞增式增加，這就從根本限制了白肋煙加工處理工藝的靈活性；②由圖1可以看出，大部分的循環風在設備內部沿著特定的路徑，即循環風機→加熱器→網帶→百葉窗→循環風機進行循環，只有少部分的風從上層排潮口直接排掉，然后又有同樣多的新風進入循環過程。由于循環風機本身的特性，循環風被風機從進風口吸入，從出風口排出，風經過一定的距離后有較大的壓損。因此，網帶上方接近百葉窗一側的風壓要低于網帶下方遠離百葉窗一側。根據流體從高壓到低壓流動的直線性，熱風就會從進風口到回風百葉窗沿直線方向穿過網帶，從而造成靠近百葉窗的部分網帶風量較大，而遠離百葉窗的部分網帶風量較小，導致熱風在網帶上分布十分不均勻，烘焙出口白肋煙物料含水率穩定性較差，烘焙后白肋煙物料在橫向截面上兩側的含水率差異一般高達3.0%~3.5%，如表1所示（數據源自廈門煙草工業有限責任公司，下同）；③由于進料薄厚分布的不均勻，也會造成出口物料含水率波動較大。

    （2）單層式。根據現有的設備資料顯示以及多次工藝試驗表明：采用現行的單層式白肋煙烘焙機干燥出口含水率可控制在4~8%，而當煙片干燥到此水分時，煙片脆性增大，大部分水分已基本喪失，表觀上呈現出了上、中、下煙片含水率基本保持一致、均勻性較好的“假象”。但當加工要求不需要控制到上述較低水分時，必須通過調整設備加工參數，比如降低工藝氣溫度或網帶速度來滿足工藝要求，但處理后煙片上、中、下含水率很難以保持一致，無法從根本上消除煙片含水率均性較差這一“瓶頸”。此外，白肋煙干燥一區、二區、三區濕度控制是通過控制各區排潮開度來實現的，工作時只能顯示和調控熱風溫度而不能精確控制熱風濕度，這對于改善并提高烘焙后白肋煙的加工質量有較大的局限性。
              
                                  表1  三種熱風對流式白肋煙烘焙設備對比
           

    （3）微波式。采用微波烘焙控制方式不僅可以提高白肋煙的品質，并且快速、高效、節能。這一方面是由于微波的熱效應作用，使反應物迅速升溫，加速了Miallard反應等一系列反應的進行[8]；另一方面是微波的非熱效應作用，即反應物在微波的超高頻震蕩下，分子瞬間被激活，分子之間相互碰撞、磨擦的機會極大增加，反應變得復雜快速，產生了更多的致香物質。但目前對于微波烘焙控制方式的研究還僅限于試驗階段，尚未進入大規模的工業化驗證，特別是微波烘焙對白肋煙化學成分變化特別是香味物質變化的影響，還有待進一步深入研究。

    （4）流化床隧道式。與上述三種烘焙方式相比，流化床隧道式烘焙控制方式具有獨特的優勢。采用該設備加工白肋煙物料主要有幾下特點：①傳統的白肋煙烘焙一區、二區是上吹風，三區是下吹風。加料后的白肋煙在不銹鋼網帶帶動下，經過不同溫度控制的三個烘焙區，物料在熱風的作用下被烘焙和干燥。在整個過程中，物料與傳送帶保持相對靜止；而采用流化床隧道式烘焙機進行烘焙控制過程中，流化床的兩個烘干區，由槽體上部熱風管吹出的熱風吹拂產生渦流，使被干燥物料上下翻滾，熱風與物料充分混合，同時被烘焙和干燥。在整個處理過程中，物料是在運動的狀態下被干燥，這與相對靜止狀態下的傳統烘焙控制方式相比，熱風分布更加均勻，且物料受熱面積大大提高，物料含水率的穩定性得到明顯提升；②傳統白肋煙烘焙區的溫度控制范圍是90~160℃，入口含水率控制范圍是32~38%，烘焙后含水率控制范圍是4~8%，由手動設置各區溫度來滿足烘焙后的含水率；而流化床隧道式氣流溫度控制范圍是80~160℃，入口含水率控制范圍32~40%，工藝參數可調范圍有所提高，且可根據產品需要進行預先設定，其干燥烘焙后的含水率由設備PID控制達到其工藝指標要求，整個加工處理過程中反饋控制時間較短，其物料溫度、含水率的控制精度明顯優于傳統式白肋煙烤機。

    3 結語

    （1）根據設備控制系統的差異，現有白肋煙烘焙設備可分為熱風對流式、微波輻射式。

    （2）現有熱風對流式烘焙機可包括三層、單層、隧道流化床式等烘焙設備。通過對比分析對流式熱風控制系統的運行方式、物料的運動狀態、設備的控制方法等，指出了幾種設備在熱風控制系統分布的均勻性、加工處理時間、加工處理后白肋煙質量等方面存在較大的差異。現有三層式、單層式白肋煙烘焙機在加工過程控制中，熱風分布不均勻，物料受熱面積較小，導致出口含水率及溫度的波動較大，白肋煙處理質量的穩定性較差。

    （3）流化床隧道式白肋煙干燥機設備熱風控制方式采用下吹風式，過程中熱風分布較均勻，物料始終能處于翻滾懸浮狀態，受熱面積大大提高，且過程控制精度較好，有利于物料含水率和溫度的穩定，對于改善提高白肋煙處理質量有著明顯的可比優勢。

    參考文獻：

    [1] 國家煙草專賣局. 卷煙工藝規范[M]. 2002.

    [2] 堵勁松, 王宏生等. 溫濕度對白肋煙處理質量的影響[J]. 中國煙草學報,2001(3): 1-5.

    [3] 張麗霞, 張軍英. 國產單層白肋煙處理技術的應用[J]. 自動化博覽,2006(5): 52-54.

    [4] 楊偉祖, 李雪梅, 邱曄等. 微波烘烤對烤煙梗絲填充力及內在化學成分的影響[J]. 中國煙草學報, 1997(4): 1-3.

    [5] 邱紀青, 傅淑英, 鄭新章等. 國內外煙草膨脹技術與設備研究進展[J]. 煙草科技, 1999(6): 4-5.

    [6] 李耀光, 董順德, 李國棟等. 利用微波烘焙白肋煙實驗分析[J]. 黑龍江煙草, 2001(4): 18-19.

    [7] 陶智麟. 3種流化床梗絲干燥設備熱風系統對比[J]. 煙草科技, 2007(2):14-16.

    [8] 王加強, 楊生平, 楊偉祖. 微波加速Maillard反應實驗[J]. 煙草科技,1995(1): 18-19.

     摘自《自動化博覽》2010年第八期