基于增量式PID算法的香精施加系统设计

为解决加热不燃烧烟草制品生产过程中香精施加量无法根据薄片质量变化进行实时调控的问题,设计了一种基于增量式PID算法的香精施加系统。该系统由称重单元、螺杆泵、喷嘴、流量传感器等组成,通过称重单元实时获取薄片质量数据,根据理论计算模型确定香精施加量,基于增量式PID算法驱动螺杆泵定量输出香精至喷嘴中,利用流量传感器对香精施加量实时反馈,实现香精精准施加。验证结果表明,当薄片质量发生变化时,香精施加量可快速调整,最大超调量为1%,最长调整时间为1.8 s,系统具有较好的跟踪性能;施加量检测值与理论值的偏移率为0.23%~0.52%,施加量组内波动为3.11%~4.17%,系统可实现香精的准确、均匀、稳定施加。

气相色谱-质谱法测定加热卷烟气溶胶中14种焦甜香成分

建立气相色谱-质谱法测定加热卷烟气溶胶中14种焦甜香成分释放量。采用直线型吸烟机,在HCI(加拿大深度)抽吸模式下对加热卷烟进行抽吸,采用剑桥滤片对加热卷烟气溶胶进行捕集,用二氯甲烷溶液萃取剑桥滤片,萃取液经过滤后用气相色谱-质谱法测定,以选择离子监测(SIM)模式采集质谱数据,以D8-苯乙酮作为内标定量分析。14种焦甜香化合物的质量浓度在0.1~80μg/mL范围内线性关系良好,相关系数均不小于0.998,方法检出限为0.004~0.028μg/mL,定量限为0.012~0.093μg/mL。空白样品加标回收率为85.0%~110.0%,测定结果的相对标准偏差为5.84%~9.48%(n=5)。该方法简单快速、测定结果准确可靠,适用于加热卷烟气溶胶中14种焦甜香成分的定量测定。

感应加热卷烟烟具用电磁屏蔽材料

本研究采用COMSOL有限元软件仿真能量转换效率随屏蔽材料磁导率的变化规律,结果表明,当μ″=0时,μ'越大,能量转换效率越高;当μ″≠0,则存在μ'与μ″的最佳匹配值。根据仿真结果,选取合适的屏蔽材料,在感应加热卷烟烟具保持谐振状态,且发热体温度满足要求的基础上,采用功率分析仪测试烟具1个工作循环的能耗。测试结果表明:在240~320 kHz频率范围内,采用铁氧体材料,μ'越高,效果越优。当μ'为220时,可将1个工作循环能耗由978.14 J降至833.40 J,能量转转效率提升14.80%。采用纳米晶材料,当μ=2064-j349时,性能最优,1个工作循环能耗可降至811.30 J,能量转换效率提升17.06%,随μ'及μ″的进一步提高,能耗逐渐增大,此规律与仿真结果一致。因此,通过合理选择电磁屏蔽材料可提高感应加热卷烟烟具的能量转换效率。

高发射率发热针对加热卷烟温度及气溶胶释放的影响

为探索辐射传热对中心加热卷烟温度分布和气溶胶释放的影响,在不锈钢外壳发热针表面涂覆硅氧烷涂层制备辐射传热型发热针,测定两种发热针的发射率,对两种发热针加热时烟支的温度场和实际温度进行模拟和测量,同时检测和分析加热过程中烟支的气溶胶释放情况。结果表明:硅氧烷涂层发热针和不锈钢外壳发热针的发射率分别为90%和10%;采用相同温度曲线加热200 s后,与不锈钢外壳发热针相比,硅氧烷涂层发热针加热的烟支内部平均温度更高(154.1℃),且与加热元件的温差更小,温度分布更均匀;使用硅氧烷涂层发热针加热时,烟支气溶胶中总粒相物、烟碱和甘油释放量比不锈钢外壳发热针加热时分别提升了42.8%、17.6%和44.5%。综上,辐射传热型高发射率发热针对提高中心加热卷烟的加热效率具有重要作用,相关研究数据可为加热卷烟器具的设计和改进提供理论指导和数据支撑。

不同位置及加香水平对加热卷烟释放行为的影响

【目的】探索不同位置及加香水平对加热卷烟释放行为的影响。【方法】通过控制单支加热卷烟香精总量在一定的允差范围内,设计6组薄荷味加热卷烟并考察了烟碱、丙三醇、薄荷醇和N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺(WS-23)的释放规律。【结果】(1)对于烟碱和丙三醇,6组加热卷烟中烟碱的释放率和转移率都要大于丙三醇。(2)对于薄荷醇和WS-23,6组加热卷烟的释放率和转移率均存在较大差异,其中1#、2#、5#加热卷烟的释放率和转移率较高。释放率和转移率的波动受加热卷烟各段加香差异的影响。(3)每种成分的释放量均表现出先增大再减小的趋势,其中5#加热卷烟表现出相对较好的稳定性。

典型电加热卷烟与传统卷烟烟气粒相成分比较研究

【背景和目的】加热卷烟具有烟草的感官特征,但由于受热方式不同,香气风格特征与传统卷烟存在较大区别。为明确加热卷烟烟气组成特征,开展代表性产品烟气成分对比研究。【方法】通过在线液相色谱-气相色谱/质谱联用系统对代表性的传统卷烟及加热卷烟产品进行烟气成分分析。【结果】(1)4种加热卷烟烟气成分种类和含量均低于传统卷烟。(2)4种不同类型加热卷烟产品烟气组成差异不大,但HTP-1烟气组分特征接近于混合型卷烟。(3)加热卷烟烟气特征香气成分包括大马酮、羟基丙酮、糠醇、γ-丁内酯、β-石竹烯、植醇、芳樟醇等,体现了加热卷烟烟草本香、烘焙、烤甜香的典型风格特征。【结论】4种代表性的加热卷烟烟气组成总体上属于传统卷烟烟气组成的子集,同时具有自身的特征。烟气组成是影响加热卷烟和传统卷烟烟气风格特征差异的主要原因。

加热烟草制品(HTPs)气溶胶成分的MD-GC/MS分析

【目的】了解加热烟草制品(HTPs)气溶胶成分特点。【方法】采用中心切割二维气相色谱-质谱法,对17个典型的HTPs气溶胶成分进行了分析。【结果】(1)HTPs气溶胶的主要成分与普通卷烟烟气相近,但释放量较低,其中66.7%的成分种类在HTPs气溶胶中的每口释放量小于卷烟烟气释放量的10%;(2)HTPs气溶胶中占比最高的成分为甘油(35.8%),烟碱(25.7%),1,2-丙二醇(10.8%),乙酸(3.1%),糠醛(3.1%)等;苯甲醇、苯乙醇、茄酮、新植二烯等成分释放量与卷烟烟气较为接近;(3)不同种类HTPs气溶胶主要成分基本一致,但含氧裂解产物和酚类物质的释放量差别较大。

基于层次分析法的加热卷烟感官评价指标筛选及其权重建立

为建立更加准确、全面的加热卷烟感官评价方法,选择10款代表性加热卷烟产品开展感官评吸,基于口味提出并筛选感官描述词,利用层次分析法确定最终感官评价指标及其权重。结果表明:经评吸、筛选和整理,得到烟雾量、香味、灼热感、余味、谐调、杂气、劲头、浓度、均匀性、刺激性共10个描述词,可用于加热卷烟感官评价;参考传统评价指标对这些描述词进行合并、删减后,最终确定加热卷烟感官评价指标重要度排名前6位的为香味、烟气、劲头、刺激性、余味和均匀性,其权重分别为25%、30%、10%、10%、15%和10%。该加热卷烟感官评价指标及权重的建立,有助于合理、综合、直观地评价各款加热卷烟产品的感官品质。

薄荷醇在加热卷烟中的迁移行为研究

目的探究卷烟中加香香味物质在烟支中的迁移行为。方法设计并制备7组薄荷型加热卷烟样品,通过定期分析烟支各段中薄荷醇相对质量来考察其迁移行为。结果随着贮存时间的延长,3种贮存条件下烟支各段中薄荷醇相对质量呈现不同幅度的变化,其中冷藏条件下相对质量变化幅度小于其他2种条件,更利于样品的贮存。同一贮存条件下,烟支各段中香精施加量影响其相对质量的变化趋势及幅度,当该段香精施加量越多时,其相对质量呈现降低趋势且降低幅度越大,反之则呈现升高趋势且升高幅度越大。通过动力学拟合可知,烟支各段中薄荷醇的迁移行为符合伪一级动力学方程,其较好地描述了薄荷醇在烟支中的迁移过程。结语研究为探索加香香味物质在卷烟中的迁移行为提供了思路,可用于加香型卷烟产品的设计开发与贮存。

热重法快速测定加热不燃烧卷烟中水分的含量

在氮气氛围下对加热不燃烧卷烟进行热失重分析以计算其含水率。试验结果表明:热重法测定的样品含水率与气相色谱法的测定结果比对偏差在0.574%~5.731%,试验精度高;热重法测定的样品平行样相对偏差在0.005%~1.855%,试验重复性好;热重法测试时样品量仅需5~10 mg,测试时长为4 min左右,试验简单高效。

加热烟草制品(HTPs)烟气中吡嗪和吡啶类物质分布及影响因素研究

【目的】探讨吡嗪和吡啶类物质在HTPs烟气中的生成、分布及影响因素。【方法】抽吸后采用剑桥滤片和水溶液分别捕集烟气粒相物和气相物,使用GC/MS测定其中的吡嗪和吡啶类物质含量,并研究烟叶类型、加热温度对生成量的影响。【结果】(1)HTPs烟气中吡啶类物质以吡啶为主,吡嗪类物质以2-甲基吡嗪和二甲基吡嗪为主,在不同品牌HTPs烟气中含量差异明显;(2)吡嗪和吡啶类物质在HTPs烟气气相物中的分布比例明显高于传统卷烟,尤其是分子量较小的吡啶和2-甲基吡嗪;(3)相同温度下,吡嗪和吡啶类物质生成量排序为白肋烟>晾晒烟、香料烟>烤烟,上部烟叶>中部烟叶>下部烟叶,云87>K326、红大,白肋烟、晒红烟和上部烟叶生成的吡啶和2-甲基吡嗪在气相物中的分布比例明显高于其他类型烟叶原料。(4)加热温度提高有利于吡嗪和吡啶类物质生成,吡嗪类在气相物中的分布比例降低。【结论】提高HTPs中白肋烟、上部烟叶等的用量,可增加烟气中吡啶和吡啶的生成量及其在气相物中的分布比例,适中的加热温度可使烟气中吡嗪含量及其气相物中的分布比例均处于较高水平,研究结果可为加热卷烟产品设计和烟气评价提供参考。

加热烟草制品(HTPs)烟具的电池管理系统(BMS)综述

作为新型烟草制品领域最具发展潜力的产品,以IQOS为代表的加热烟草产品(Heated Tobacco Products,HTPs)发展迅猛,为了进一步促进国内企业HTPs产品研发,本文围绕HTPs烟具的电池管理系统(Battery management system,BMS)剖析了国内外部分烟草公司现有烟具BMS的设计方案、功能参数,综述了BMS总框架、电池温度估计方法、SOC(State of charge)估计方法、SOH(State of health)估计方法、SOF(State of function)估计方法、SOE(State of energy)估计方法、IBS(Intelligent battery sensor)参数检测与信息存储、故障诊断报警方面的理论研究和技术要点,总结了研究难点,结合理论研究和存在问题,为今后的研究开发提出了建议。

滤嘴通风对加热卷烟气溶胶物理特性及其温度的影响

为研究滤嘴通风对加热卷烟气溶胶释放的影响,制备了滤嘴空腔段通风孔数量分别为0、2、4、6、8的1^(#)—5^(#)加热卷烟样品,分别采用微探针取样原位气溶胶表征方法和热电偶测温法考查了通风孔数量对气溶胶物理特性和温度的影响规律。结果表明:滤嘴通风改变了气溶胶的粒径分布,通风孔后气溶胶的粒数浓度和体积浓度随通风孔数量的增加呈降低趋势,5^(#)样品气溶胶体积浓度相较于1^(#)样品降低了57.4%,通风减小了气溶胶的粒数中值粒径,但其随通风孔数量的变化规律不显著;通风孔后气溶胶的温度随通风孔数量的增加呈降低趋势,5^(#)样品气溶胶温度相较于1^(#)样品降低了23.0℃;通风孔前、后气溶胶体积浓度与温度均呈现中轴线处高,且沿径向随距离增大逐渐降低的分布趋势。

加热卷烟叶丝等温热失重及关键成分释放特性分析

为在加热过程中有效调控叶丝关键成分含量,在180℃、200℃和220℃加热温度下,利用宏量型烟草高温热转化热重技术考查加热温度对加热卷烟叶丝(含水率1.5%)热失重过程及关键成分热释放特性的影响。结果表明:升高加热温度,会增加叶丝质量分数变化值,提高叶丝质量分数变化率,降低叶丝热失重过程的稳定性;当加热温度分别为200℃和220℃时,各关键成分的质量分数变化值和变化率由大到小依次为烟碱、甘油、水分、其他成分,其中烟碱基本完全释放;当加热温度为180℃时,叶丝关键成分质量分数变化值和变化率由大到小依次为烟碱、水分、甘油、其他成分,其中烟碱、甘油、水分的质量分数变化值较高,其他成分的质量分数变化值较低。

气相色谱-质谱法测定加热卷烟呼出烟气中苯酚

建立加热卷烟呼出烟气中苯酚的气相色谱质谱测定方法。采用真空辅助捕集装置对抽烟者呼出烟气进行捕集,用气相色谱质谱联用法对呼出烟气中苯酚进行定量分析。苯酚的质量浓度在0.004~0.50μg/mL的范围内线性关系良好,相关系数为0.9995,检出限为0.0008μg/mL,定量限为0.0026μg/mL。测定结果的相对标准偏差为3.21%(n=6),加标回收率为81.8%~88.9%。在吸烟机上模拟抽烟者抽吸参数抽吸加热卷烟吸入烟气中苯酚的含量,并研究了苯酚的人体截留率。结果表明抽吸加热卷烟后,人体呼出烟气中苯酚的含量显著低于吸入加热卷烟烟气以及抽吸传统卷烟后呼出烟气中苯酚的含量,人体对苯酚的截留率为79.9%~97.8%,平均截留率为94.0%,与抽吸传统卷烟时人体对苯酚的截留率接近。

加热卷烟调香常用12种醛酮类香料的熔融及热解特性研究

为了解香料在加热卷烟中的热解特性,以12种醛酮类单体香料为研究对象,采用非等温热重法(TG)、差示扫描量热法(DSC)以及Coats-Redfern法和?atava-?esták法2种动力学分析方法对其熔融行为和热解行为进行分析。结果表明:(1)12种醛酮类单体香料的热重微分(DTG)曲线均表现出1个明显的失重峰,在其对应的DSC曲线上均表现出明显的吸热现象;(2)12种醛酮类单体香料均能在300℃前完成热解;(3)基于Coats-Redfern法和?atava-?esták法的分析结果显示,三维扩散模型D3可以较好地描述12种醛酮类香料的热解反应机制,12种醛酮类香料热解过程的活化能在89.51~236.99 kJ/mol,指前因子(A)在2.07×10~8~2.02×10^(23)min^(-1),其中胡椒醛、邻甲氧基肉桂醛、乙基香兰素、甲基环戊烯醇酮和山楂花酮熔融过程的活化能在239.07~412.24 kJ/mol,lg A在24.66~30.54;(4)对12种醛酮类香料的热解特性进行聚类分析发现,在平方欧式距离为10时聚为3类。综上,12种醛酮类香料的热解特性具有较大差异,但均能在加热卷烟的加热温度下完成热解。

低氧加热状态下温度对加热卷烟用再造烟叶热转化的影响

为探究低氧条件下加热温度对烟草热解释放物及固相残余物理化结构演变的影响规律,使用管式炉反应器实现低氧条件下不同加热温度再造烟叶烟气成分捕集及固相残余物制备,通过GC-MS分析系统完成代表性烟气成分检测,并采用多种分析表征技术检测固相残余物的微观结构和化学组成。结果表明:再造烟叶受热过程中,甘油、丙二醇、烟碱等基础物质受热后多直接转移至烟气气溶胶中,巴豆醛、羟基丙酮、异戊二烯等随温度升高释放量增加,萘随温度升高释放量降低,愈创木酚、甲酚、苯酚、2,3-丁二酮、1-羟基-2-丁酮、2(5H)-呋喃酮等随温度变化呈现波动性,烟气中以异戊二烯为代表的低温裂解挥发性化合物相对含量随温度的升高而增加;固相残余物纤维骨架灰化程度随温度的升高而增加,370℃之前再造烟叶主要以低沸点物质的挥发/蒸馏及半纤维素和纤维素的脱羟/脱羧反应为主,随温度升高热解过程中存在氧化反应,且再造烟叶表面上更稳定的含氧官能团相对含量突增。

实际加香方式下13种正构烷烃类化合物在加热卷烟中的转移行为

按照正常生产条件,在芯材薄片生产环节加入13种正构烷烃类化合物制备加热卷烟,建立了适用于加热卷烟芯材、滤嘴和主流烟气粒相物中正构烷烃类化合物的GC-MS分析方法,通过测定加热卷烟中正构烷烃类化合物的含量、释放量和逐口释放量,研究了正构烷烃类化合物在加热卷烟中的转移行为。结果表明:1)13种正构烷烃类化合物主流烟气粒相转移率为0~53.5%、滤嘴截留率为12.6%~50.0%、烟支持留率为0.2%~35.4%、烟芯残留率为6.4%~29.3%、散失率为0.6%~81.5%;随着相对分子质量增大及沸点升高,正构烷烃类化合物主流烟气粒相物转移率、滤嘴截留率均呈先升高后降低趋势,烟芯残留率逐渐升高,烟支持留率先升高后趋于稳定;烟支持留率和滤嘴截留率与化合物沸点在一定范围内呈现较好的正相关关系。2)正构烷烃类化合物随抽吸口数增多,其逐口释放量呈先增大后减小趋势,但释放量最大值出现的口序不一致,化合物沸点越低,其释放量最大值出现的口序越早。3)正构烷烃类化合物逐口释放量的变异系数范围为0.28~0.44,十三烷(沸点235℃)和十四烷(沸点254℃)的逐口释放量变异系数较小,逐口释放稳定性较好。综合正构烷烃类化合物在加热卷烟中的烟支持留率、主流烟气粒相物转移率、逐口释放稳定性等评价数据,提出了适用于加热卷烟的添加剂沸点范围为250℃左右的建议。

不同调制方式对加热卷烟烟叶原料质量及安全性的影响

为筛选适宜加热卷烟烟叶原料的调制方式,以烤烟品种K326为试验材料,按加热卷烟感官评价方式进行综合评价,系统分析了晾制、晒制、冷冻干燥、烘烤和明火熏蒸5种不同调制方式条件下烟叶的化学成分、香气前体物和TSNA含量及加热卷烟感官质量评吸的相关关系。结果表明,在加热卷烟烟叶原料感官评吸中,明火熏蒸烟叶与烘烤烟叶相当,感官评价总分显著优于晾制、晒制和冷冻干燥,其中明火熏蒸评吸总分最高,为60.65。不同调制方式对烟叶常规化学成分的影响很大,明火熏蒸处理烟叶的还原糖、总氮和烟碱含量均为最高,分别达到24.46%、2.17%、2.88%;明火熏蒸与烘烤烟叶的多酚类物质含量相近且高于其他调制方式,其新绿原酸、绿原酸和芸香苷的含量分别较其他3种调制方式提高了42.61%~86.36%、41.80%~115.81%、28.57%~33.33%;而冷冻干燥烟叶的质体色素几乎未分解,明火熏蒸烟叶的叶绿素a、叶绿素b和β-胡萝卜素含量仅比晒制高;除冷冻干燥外,明火熏蒸处理烟叶的TSNA总量最低,仅有507.00 ng/g。通过多重相关性分析发现,明火熏蒸烟叶的总糖、还原糖、烟碱、多酚类物质以及TSNA等含量与加热卷烟烟叶感官评吸质量达到显著正相关。因此,明火熏蒸烟叶可作为加热卷烟特色烟叶的原料类型。

电加热卷烟传热传质数值模拟研究现状

为给后续研究和产品开发提供参考,汇总分析了电加热卷烟传热传质数值模拟相关研究。结果表明:(1)热源模拟多涉及热、电、磁等物理场的耦合,对片状热源的模拟结果均表明加热体前段温度高于中部和后段;(2)烟草材料体系热物性预测模型的准确度较高,验证温度范围与工作温度尚有差距,烟气成分释放多通过化学反应表征;(3)烟支模拟均采用了多孔介质模型,部分考虑了传热传质的耦合和局部非平衡换热,非平衡换热系数、材料热物性等条件有一定差异。未来或可从模拟条件的微观层面优化及验证、热源与烟支的耦合研究等方面进行拓展和深化。