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

    摘要：根據(jù)設(shè)備控制系統(tǒng)的差異，現(xiàn)有白肋煙烘焙設(shè)備可分為熱風(fēng)對流式、微波輻射式。主要分析了現(xiàn)有三層、單層、流化床隧道式烘焙機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并針對處理過程中熱風(fēng)對流系統(tǒng)的控制方式、物料的運(yùn)動狀態(tài)、設(shè)備的控制方法等，指出了采用流化床隧道式白肋煙烘焙機(jī)處理過程中，其熱風(fēng)系統(tǒng)控制分布較均勻，物料始終能處于懸浮翻滾狀態(tài)，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(wěn)定，對于改善提高白肋煙處理質(zhì)量有著明顯的可比優(yōu)勢。

    關(guān)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(zhì)決定了混合型卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量。白肋煙烤機(jī)即指白肋煙加工線上用于對白肋煙進(jìn)行高溫處理的工藝控制設(shè)備。

    1 白肋煙烤機(jī)控制系統(tǒng)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(yīng)為主的化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，產(chǎn)生香味物質(zhì)并去除白肋煙葉中的刺激性和雜氣成分，從而達(dá)到改善煙葉吸味品質(zhì)的目的[1]。根據(jù)現(xiàn)有烘焙設(shè)備控制系統(tǒng)的差異，可分為熱風(fēng)對流式、微波輻射式；從設(shè)備控制結(jié)構(gòu)上來講，目前所使用的白肋煙烤機(jī)又可細(xì)分為以下四種。

    1.1 三層式白肋煙烤機(jī)控制系統(tǒng)

    三層式白肋煙烤機(jī)設(shè)備主要由干燥段、冷卻段、回潮段組成，如傳統(tǒng)的COMAS白肋煙三層式烘焙機(jī)，其干燥段如圖1所示。干燥段由上、中、下三層中間機(jī)架及兩側(cè)機(jī)架組成。葉片平鋪在三層網(wǎng)帶上，每層輸送網(wǎng)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(qū)。在一側(cè)機(jī)架內(nèi)對應(yīng)每層輸送網(wǎng)帶配置三組加熱器，三層共九組加熱器。在另一側(cè)，每層輸送網(wǎng)帶上方設(shè)有回風(fēng)調(diào)節(jié)百葉窗5，用來調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小。在下層輸送網(wǎng)帶的右下側(cè)每個單元內(nèi)設(shè)有一個循環(huán)風(fēng)機(jī)。三層式白肋煙烤機(jī)熱風(fēng)系統(tǒng)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(huán)風(fēng)機(jī)  7、補(bǔ)風(fēng)口  8、排潮口
                            圖1  三層式白肋煙烤機(jī)干燥段截面
    1.2 單層式白肋煙烤機(jī)控制系統(tǒng)

    單層式白肋煙烘焙機(jī)與三層式白肋煙烤機(jī)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(chǎn)白肋煙烤機(jī)[2]，其干燥段如圖2所示。干燥段可分為三個小區(qū)，其中，在干燥段設(shè)有空氣加熱器，軸流風(fēng)機(jī)將加熱后的熱風(fēng)送入網(wǎng)帶上方或下方，使熱風(fēng)向上或向下循環(huán)作用于物料使之干燥脫水。在熱風(fēng)進(jìn)口處有內(nèi)置的熱風(fēng)溫度傳感器和外置的 PID 溫度調(diào)節(jié)器相連接組成熱風(fēng)溫度自控裝置，自動調(diào)節(jié)熱風(fēng)溫度使之在設(shè)定范圍內(nèi)，從而保證物料經(jīng)處理后達(dá)到一定的水分要求。干燥段內(nèi)熱風(fēng)大部分可循環(huán)使用，少部分通過排風(fēng)管道排出，并從進(jìn)風(fēng)管道補(bǔ)充一定風(fēng)量。

    操作人員可根據(jù)天氣情況等因素，手動控制排風(fēng)管道內(nèi)閥門，對熱風(fēng)濕度進(jìn)行粗略地調(diào)節(jié)[3]。

    1.3 微波式白肋煙烤機(jī)控制系統(tǒng)

    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(dú)特的分子內(nèi)加熱方式具有加熱均勻、快速、清潔、高效節(jié)能的特點(diǎn)。此外，微波對于化學(xué)反應(yīng)的非熱效應(yīng)現(xiàn)象已被化學(xué)工作者所認(rèn)識[4]。目前，微波輻射早已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、食品、橡膠等工業(yè)，在煙草工業(yè)的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)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(yīng)加速化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)，使其應(yīng)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(dǎo)風(fēng)孔板 4、循環(huán)風(fēng)機(jī) 
                     5、加熱器 6、下導(dǎo)風(fēng)孔板 7、軌道 8、排潮口
                               圖2 單層式白肋煙烤機(jī)干燥段
    1.4 流化床隧道式白肋煙干燥機(jī)控制系統(tǒng)

    在設(shè)備的控制結(jié)構(gòu)上，流化床隧道式白肋煙干燥機(jī)與上述三種烘焙機(jī)相比存在較大的差異，其熱風(fēng)進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在流化床頂部縱向中間的位置，熱風(fēng)回風(fēng)管道的進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在流化床頂部的兩側(cè)。當(dāng)利用該設(shè)備對白肋煙進(jìn)行干燥過程中，熱風(fēng)以縱向的方式進(jìn)人流化床頂部，并通過在流化床頂部下面均布的熱風(fēng)支管排出，自上而下對流化床面上的物料進(jìn)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(yùn)動的狀態(tài)，熱風(fēng)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(zhì)量的穩(wěn)定提高。
                
                          1、排潮管 2、熱風(fēng)支管 3、流化床 4、加熱器
                         5、離心風(fēng)機(jī) 6、進(jìn)風(fēng)口 7、回風(fēng)管 8、熱風(fēng)管道
                                  圖3  流化床隧道式白肋煙干燥機(jī)

    2 控制系統(tǒng)的對比分析

    （1）三層式。由于白肋煙品質(zhì)特性及加工工藝配方的不同，傳統(tǒng)的三層式白肋煙烘焙機(jī)控制方式已不能滿足工藝要求。其弊端主要表現(xiàn)在：①三層加熱器進(jìn)風(fēng)面積相同，且熱風(fēng)溫度相互關(guān)聯(lián)，即：第二層的進(jìn)風(fēng)溫度是第一層的出風(fēng)溫度，第三層的進(jìn)風(fēng)溫度是第二層的出風(fēng)溫度，第二層出風(fēng)溫度的改變受第一層加熱器的制約，第三層出風(fēng)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(diào)節(jié)手段，上、中、下三層熱風(fēng)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(huán)風(fēng)在設(shè)備內(nèi)部沿著特定的路徑，即循環(huán)風(fēng)機(jī)→加熱器→網(wǎng)帶→百葉窗→循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)行循環(huán)，只有少部分的風(fēng)從上層排潮口直接排掉，然后又有同樣多的新風(fēng)進(jìn)入循環(huán)過程。由于循環(huán)風(fēng)機(jī)本身的特性，循環(huán)風(fēng)被風(fēng)機(jī)從進(jìn)風(fēng)口吸入，從出風(fēng)口排出，風(fēng)經(jīng)過一定的距離后有較大的壓損。因此，網(wǎng)帶上方接近百葉窗一側(cè)的風(fēng)壓要低于網(wǎng)帶下方遠(yuǎn)離百葉窗一側(cè)。根據(jù)流體從高壓到低壓流動的直線性，熱風(fēng)就會從進(jìn)風(fēng)口到回風(fēng)百葉窗沿直線方向穿過網(wǎng)帶，從而造成靠近百葉窗的部分網(wǎng)帶風(fēng)量較大，而遠(yuǎn)離百葉窗的部分網(wǎng)帶風(fēng)量較小，導(dǎo)致熱風(fēng)在網(wǎng)帶上分布十分不均勻，烘焙出口白肋煙物料含水率穩(wěn)定性較差，烘焙后白肋煙物料在橫向截面上兩側(cè)的含水率差異一般高達(dá)3.0%~3.5%，如表1所示（數(shù)據(jù)源自廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，下同）；③由于進(jìn)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(jù)現(xiàn)有的設(shè)備資料顯示以及多次工藝試驗(yàn)表明：采用現(xiàn)行的單層式白肋煙烘焙機(jī)干燥出口含水率可控制在4~8%，而當(dāng)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(xiàn)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(dāng)加工要求不需要控制到上述較低水分時，必須通過調(diào)整設(shè)備加工參數(shù)，比如降低工藝氣溫度或網(wǎng)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(qū)、二區(qū)、三區(qū)濕度控制是通過控制各區(qū)排潮開度來實(shí)現(xiàn)的，工作時只能顯示和調(diào)控?zé)犸L(fēng)溫度而不能精確控制熱風(fēng)濕度，這對于改善并提高烘焙后白肋煙的加工質(zhì)量有較大的局限性。
              
                                  表1  三種熱風(fēng)對流式白肋煙烘焙設(shè)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(zhì)，并且快速、高效、節(jié)能。這一方面是由于微波的熱效應(yīng)作用，使反應(yīng)物迅速升溫，加速了Miallard反應(yīng)等一系列反應(yīng)的進(jìn)行[8]；另一方面是微波的非熱效應(yīng)作用，即反應(yīng)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(jī)會極大增加，反應(yīng)變得復(fù)雜快速，產(chǎn)生了更多的致香物質(zhì)。但目前對于微波烘焙控制方式的研究還僅限于試驗(yàn)階段，尚未進(jìn)入大規(guī)模的工業(yè)化驗(yàn)證，特別是微波烘焙對白肋煙化學(xué)成分變化特別是香味物質(zhì)變化的影響，還有待進(jìn)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(dú)特的優(yōu)勢。采用該設(shè)備加工白肋煙物料主要有幾下特點(diǎn)：①傳統(tǒng)的白肋煙烘焙一區(qū)、二區(qū)是上吹風(fēng)，三區(qū)是下吹風(fēng)。加料后的白肋煙在不銹鋼網(wǎng)帶帶動下，經(jīng)過不同溫度控制的三個烘焙區(qū)，物料在熱風(fēng)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(jī)進(jìn)行烘焙控制過程中，流化床的兩個烘干區(qū)，由槽體上部熱風(fēng)管吹出的熱風(fēng)吹拂產(chǎn)生渦流，使被干燥物料上下翻滾，熱風(fēng)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(yùn)動的狀態(tài)下被干燥，這與相對靜止?fàn)顟B(tài)下的傳統(tǒng)烘焙控制方式相比，熱風(fēng)分布更加均勻，且物料受熱面積大大提高，物料含水率的穩(wěn)定性得到明顯提升；②傳統(tǒng)白肋煙烘焙區(qū)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(shè)置各區(qū)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(shù)可調(diào)范圍有所提高，且可根據(jù)產(chǎn)品需要進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，其干燥烘焙后的含水率由設(shè)備PID控制達(dá)到其工藝指標(biāo)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(yōu)于傳統(tǒng)式白肋煙烤機(jī)。

    3 結(jié)語

    （1）根據(jù)設(shè)備控制系統(tǒng)的差異，現(xiàn)有白肋煙烘焙設(shè)備可分為熱風(fēng)對流式、微波輻射式。

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

    （3）流化床隧道式白肋煙干燥機(jī)設(shè)備熱風(fēng)控制方式采用下吹風(fēng)式，過程中熱風(fēng)分布較均勻，物料始終能處于翻滾懸浮狀態(tài)，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(wěn)定，對于改善提高白肋煙處理質(zhì)量有著明顯的可比優(yōu)勢。

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     摘自《自動化博覽》2010年第八期