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    ( 福建中烟工业公司技术中心，福建 厦门 361022) 曾强，李清华，周跃飞，林志平
                         
    曾强（1978-）男，硕士，汉族，河南信阳人。毕业于中国烟草总公司郑州烟草研究院，专修烟草工艺专业，现就职于福建中烟工业公司技术中心，主要从事卷烟加工工艺研究工作。

    摘要：根据设备控制系统的差异，现有白肋烟烘焙设备可分为热风对流式、微波辐射式。主要分析了现有三层、单层、流化床隧道式烘焙机的结构特点，并针对处理过程中热风对流系统的控制方式、物料的运动状态、设备的控制方法等，指出了采用流化床隧道式白肋烟烘焙机处理过程中，其热风系统控制分布较均匀，物料始终能处于悬浮翻滚状态，物料受热面积大大提高，且过程控制精度较好，有利于物料含水率和温度的稳定，对于改善提高白肋烟处理质量有着明显的可比优势。

    关键词：白肋烟；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

    白肋烟作为混合型卷烟的主要原料，白肋烟的处理品质决定了混合型卷烟产品的质量。白肋烟烤机即指白肋烟加工线上用于对白肋烟进行高温处理的工艺控制设备。

    1 白肋烟烤机控制系统介绍

    加料后的白肋烟在高温烘焙过程中，通过气流与烟叶之间热焓的传递，促使以棕色化反应为主的化学反应的发生，产生香味物质并去除白肋烟叶中的刺激性和杂气成分，从而达到改善烟叶吸味品质的目的[1]。根据现有烘焙设备控制系统的差异，可分为热风对流式、微波辐射式；从设备控制结构上来讲，目前所使用的白肋烟烤机又可细分为以下四种。

    1.1 三层式白肋烟烤机控制系统

    三层式白肋烟烤机设备主要由干燥段、冷却段、回潮段组成，如传统的COMAS白肋烟三层式烘焙机，其干燥段如图1所示。干燥段由上、中、下三层中间机架及两侧机架组成。叶片平铺在三层网带上，每层输送网带之间用斜隔板1分开，将其由上至下分为高温层、中温层、低温层烘干区。在一侧机架内对应每层输送网带配置三组加热器，三层共九组加热器。在另一侧，每层输送网带上方设有回风调节百叶窗5，用来调节风量的大小。在下层输送网带的右下侧每个单元内设有一个循环风机。三层式白肋烟烤机热风系统的温度梯度方向与叶片传递方向相反，即加热空气温度是从下至上呈递增式，分布极其不均匀。
           
                 1、斜隔板  2、上层加热器  3、中层加热器  4、下层加热器 
                5、百叶窗  6、循环风机  7、补风口  8、排潮口
                            图1  三层式白肋烟烤机干燥段截面
    1.2 单层式白肋烟烤机控制系统

    单层式白肋烟烘焙机与三层式白肋烟烤机烘焙控制方式大致相同，也由干燥段、冷却段、回潮段组成，但其干燥段仅为一层，如Legg、Hauni、Proctor、秦皇岛及日本产白肋烟烤机[2]，其干燥段如图2所示。干燥段可分为三个小区，其中，在干燥段设有空气加热器，轴流风机将加热后的热风送入网带上方或下方，使热风向上或向下循环作用于物料使之干燥脱水。在热风进口处有内置的热风温度传感器和外置的 PID 温度调节器相连接组成热风温度自控装置，自动调节热风温度使之在设定范围内，从而保证物料经处理后达到一定的水分要求。干燥段内热风大部分可循环使用，少部分通过排风管道排出，并从进风管道补充一定风量。

    操作人员可根据天气情况等因素，手动控制排风管道内阀门，对热风湿度进行粗略地调节[3]。

    1.3 微波式白肋烟烤机控制系统

    微波是一种频率极高的电磁波，微波加热的控制原理是使分子在超高频快速震荡下相互磨擦、碰撞、挤压生热，其独特的分子内加热方式具有加热均匀、快速、清洁、高效节能的特点。此外，微波对于化学反应的非热效应现象已被化学工作者所认识[4]。目前，微波辐射早已被广泛应用于化学、食品、橡胶等工业，在烟草工业的应用尚处于试验研究阶段，如已有微波辐射烘烤用于梗丝膨胀、烟草薄片加工、烟丝膨胀[5]。微波快速加热及非热效应加速化学反应的特点，使其应用于烘焙处理白肋烟具有了可能性[6]。
            
                     1、孔板 2、隔板 3、下导风孔板 4、循环风机 
                     5、加热器 6、下导风孔板 7、轨道 8、排潮口
                               图2 单层式白肋烟烤机干燥段
    1.4 流化床隧道式白肋烟干燥机控制系统

    在设备的控制结构上，流化床隧道式白肋烟干燥机与上述三种烘焙机相比存在较大的差异，其热风进风口设置在流化床顶部纵向中间的位置，热风回风管道的进风口设置在流化床顶部的两侧。当利用该设备对白肋烟进行干燥过程中，热风以纵向的方式进人流化床顶部，并通过在流化床顶部下面均布的热风支管排出，自上而下对流化床面上的物料进行干燥[7]。需要特别指出的是，白肋烟物料在干燥过程中始终能处于悬浮相对运动的状态，热风分布更加均匀，受热面积大大提高，物料的含水率及温度的控制也更加灵活、精确，更有利于白肋烟处理质量的稳定提高。
                
                          1、排潮管 2、热风支管 3、流化床 4、加热器
                         5、离心风机 6、进风口 7、回风管 8、热风管道
                                  图3  流化床隧道式白肋烟干燥机

    2 控制系统的对比分析

    （1）三层式。由于白肋烟品质特性及加工工艺配方的不同，传统的三层式白肋烟烘焙机控制方式已不能满足工艺要求。其弊端主要表现在：①三层加热器进风面积相同，且热风温度相互关联，即：第二层的进风温度是第一层的出风温度，第三层的进风温度是第二层的出风温度，第二层出风温度的改变受第一层加热器的制约，第三层出风温度的改变同时受第一、第二层加热器的制约。与此同时，无论采用何种控制调节手段，上、中、下三层热风温度都是从下至上递增式增加，这就从根本限制了白肋烟加工处理工艺的灵活性；②由图1可以看出，大部分的循环风在设备内部沿着特定的路径，即循环风机→加热器→网带→百叶窗→循环风机进行循环，只有少部分的风从上层排潮口直接排掉，然后又有同样多的新风进入循环过程。由于循环风机本身的特性，循环风被风机从进风口吸入，从出风口排出，风经过一定的距离后有较大的压损。因此，网带上方接近百叶窗一侧的风压要低于网带下方远离百叶窗一侧。根据流体从高压到低压流动的直线性，热风就会从进风口到回风百叶窗沿直线方向穿过网带，从而造成靠近百叶窗的部分网带风量较大，而远离百叶窗的部分网带风量较小，导致热风在网带上分布十分不均匀，烘焙出口白肋烟物料含水率稳定性较差，烘焙后白肋烟物料在横向截面上两侧的含水率差异一般高达3.0%~3.5%，如表1所示（数据源自厦门烟草工业有限责任公司，下同）；③由于进料薄厚分布的不均匀，也会造成出口物料含水率波动较大。

    （2）单层式。根据现有的设备资料显示以及多次工艺试验表明：采用现行的单层式白肋烟烘焙机干燥出口含水率可控制在4~8%，而当烟片干燥到此水分时，烟片脆性增大，大部分水分已基本丧失，表观上呈现出了上、中、下烟片含水率基本保持一致、均匀性较好的“假象”。但当加工要求不需要控制到上述较低水分时，必须通过调整设备加工参数，比如降低工艺气温度或网带速度来满足工艺要求，但处理后烟片上、中、下含水率很难以保持一致，无法从根本上消除烟片含水率均性较差这一“瓶颈”。此外，白肋烟干燥一区、二区、三区湿度控制是通过控制各区排潮开度来实现的，工作时只能显示和调控热风温度而不能精确控制热风湿度，这对于改善并提高烘焙后白肋烟的加工质量有较大的局限性。
              
                                  表1  三种热风对流式白肋烟烘焙设备对比
           

    （3）微波式。采用微波烘焙控制方式不仅可以提高白肋烟的品质，并且快速、高效、节能。这一方面是由于微波的热效应作用，使反应物迅速升温，加速了Miallard反应等一系列反应的进行[8]；另一方面是微波的非热效应作用，即反应物在微波的超高频震荡下，分子瞬间被激活，分子之间相互碰撞、磨擦的机会极大增加，反应变得复杂快速，产生了更多的致香物质。但目前对于微波烘焙控制方式的研究还仅限于试验阶段，尚未进入大规模的工业化验证，特别是微波烘焙对白肋烟化学成分变化特别是香味物质变化的影响，还有待进一步深入研究。

    （4）流化床隧道式。与上述三种烘焙方式相比，流化床隧道式烘焙控制方式具有独特的优势。采用该设备加工白肋烟物料主要有几下特点：①传统的白肋烟烘焙一区、二区是上吹风，三区是下吹风。加料后的白肋烟在不锈钢网带带动下，经过不同温度控制的三个烘焙区，物料在热风的作用下被烘焙和干燥。在整个过程中，物料与传送带保持相对静止；而采用流化床隧道式烘焙机进行烘焙控制过程中，流化床的两个烘干区，由槽体上部热风管吹出的热风吹拂产生涡流，使被干燥物料上下翻滚，热风与物料充分混合，同时被烘焙和干燥。在整个处理过程中，物料是在运动的状态下被干燥，这与相对静止状态下的传统烘焙控制方式相比，热风分布更加均匀，且物料受热面积大大提高，物料含水率的稳定性得到明显提升；②传统白肋烟烘焙区的温度控制范围是90~160℃，入口含水率控制范围是32~38%，烘焙后含水率控制范围是4~8%，由手动设置各区温度来满足烘焙后的含水率；而流化床隧道式气流温度控制范围是80~160℃，入口含水率控制范围32~40%，工艺参数可调范围有所提高，且可根据产品需要进行预先设定，其干燥烘焙后的含水率由设备PID控制达到其工艺指标要求，整个加工处理过程中反馈控制时间较短，其物料温度、含水率的控制精度明显优于传统式白肋烟烤机。

    3 结语

    （1）根据设备控制系统的差异，现有白肋烟烘焙设备可分为热风对流式、微波辐射式。

    （2）现有热风对流式烘焙机可包括三层、单层、隧道流化床式等烘焙设备。通过对比分析对流式热风控制系统的运行方式、物料的运动状态、设备的控制方法等，指出了几种设备在热风控制系统分布的均匀性、加工处理时间、加工处理后白肋烟质量等方面存在较大的差异。现有三层式、单层式白肋烟烘焙机在加工过程控制中，热风分布不均匀，物料受热面积较小，导致出口含水率及温度的波动较大，白肋烟处理质量的稳定性较差。

    （3）流化床隧道式白肋烟干燥机设备热风控制方式采用下吹风式，过程中热风分布较均匀，物料始终能处于翻滚悬浮状态，受热面积大大提高，且过程控制精度较好，有利于物料含水率和温度的稳定，对于改善提高白肋烟处理质量有着明显的可比优势。

    参考文献：

    [1] 国家烟草专卖局. 卷烟工艺规范[M]. 2002.

    [2] 堵劲松, 王宏生等. 温湿度对白肋烟处理质量的影响[J]. 中国烟草学报,2001(3): 1-5.

    [3] 张丽霞, 张军英. 国产单层白肋烟处理技术的应用[J]. 自动化博览,2006(5): 52-54.

    [4] 杨伟祖, 李雪梅, 邱晔等. 微波烘烤对烤烟梗丝填充力及内在化学成分的影响[J]. 中国烟草学报, 1997(4): 1-3.

    [5] 邱纪青, 傅淑英, 郑新章等. 国内外烟草膨胀技术与设备研究进展[J]. 烟草科技, 1999(6): 4-5.

    [6] 李耀光, 董顺德, 李国栋等. 利用微波烘焙白肋烟实验分析[J]. 黑龙江烟草, 2001(4): 18-19.

    [7] 陶智麟. 3种流化床梗丝干燥设备热风系统对比[J]. 烟草科技, 2007(2):14-16.

    [8] 王加强, 杨生平, 杨伟祖. 微波加速Maillard反应实验[J]. 烟草科技,1995(1): 18-19.

     摘自《自动化博览》2010年第八期