一、接装纸和成形纸的搭配使用
接装纸和成形纸是烟支滤嘴段的重要组成部分,对于通风滤嘴卷烟,结构图见图4-1。
图4-1 通风滤嘴结构简图
滤嘴通风的定义为从接装纸部分(不包括测试密封环遮住的部分和接装纸与烟条搭接的部分)进入的空气量。抽吸时,滤嘴通风能够提供烟支每口抽吸时较为稳定的稀释气流,有效地减少了燃烧锥的抽吸容量。随着抽吸容量的减少,抽吸时所燃烧的烟丝量就减少。相应地,烟气气相含量和粒相含量与通风度成正比例地减少。在烟支物理参数不变的情况下,滤嘴段的通风度大小由接装纸和成形纸透气度来决定。因此,根据卷烟目标设计,要选择合理的接装纸和成形纸搭配。通常,先选择并固定一个较大透气度的成形纸,再通过接装纸透气度的变化来调整烟气稀释率。滤嘴通风是卷烟工业中广泛用来降低烟气量的一种手段。
对于通风滤嘴的设计,可以用如图4-2所示的简单电路模拟图来描述通风滤嘴的烟气流速。电路图中的电阻表示滤嘴、烟条和通风区对流速的阻力。通风气流与烟条和通风滤嘴上游段(与烟条相邻)平行。对此电路图进行测试使我们清楚地看到,穿过平行路径的总流量(即电流)等于滤嘴通风孔下游段(唇端)流量的总和。通风阻力增大,将引起通风气流流量的减小,卷烟上游流径(包括烟条和滤嘴上游段)气流流量阻力增大。因为滤嘴通风度定义为通过通风孔的流量占总流量的百分数,所以通风孔的阻力增加将使滤嘴通风度减小。相反地,增加上游流径的阻力将增加滤嘴通风度。滤嘴设计者通过选择一种适宜的方法和滤材来改进通风孔的阻力,以获得通风量满意的通风区。一般情况下,不能通过改变阻力来调节通风度,但是在通风滤嘴设计中又必须考虑上游流径的阻力,因为它影响接装纸和成形纸的性能,而且它的变化又会影响通风度的变化。对图4-2的电路图描述如下,滤嘴唇端的总流量(Ft)是通风区流量(Fv)和卷烟上游段流量(Fu)的总和。
通风度(D)定义为通过通风区的流量占总流量的百分数。
图4-2 滤嘴通风体系的电路模拟简图
通风区的流阻(Rv)是通风区压降(pv)的函数。而通风区压降是通风区各组分(即接装纸打孔、成形纸、轴向滤嘴组分)压降的总和
卷烟上游段的阻力(Ru)是上游段压降(pu)的函数,而上游段压降则是烟条压降(pr)和滤嘴上游段压降(puf)的总和。
用下面这个经验公式来描述流量和压降的关系。
事实表明,Pv/Fv= pu/Fu,合并式(4-1)、式(4-2)和式(4-3)可以发现,在标准气体流速下,稀释作用与上游段压降、通风区压降密切相关:
值得注意的是,公式(4-6)仅适用于压降/流量成线性关系的通风区和上游段。尽管这种描述不太确切,但该公式与它在早期用于证明通风度随上游段压降增加或通风区压降减小而增加这一现象一样有用。
事实上,通风区各压降与流量均呈非线性关系。烟条压降(卷烟上游段压降的一部分)也和流量呈非线性关系。由于非线性关系的存在,用数学法精确预测通风度比上述方法要复杂一些。此外,根据通风区各组分压降和卷烟上游段压降可以建立一个非常有用的计算通风度的模型。这种模型考虑了接装纸、成形纸、滤嘴对通风区压降的影响。这些都有助于通风度的正确计算,并且因其考虑了各组分对通风度的影响,因而有助于开发新材料。
二、接装纸和成形纸透气度对滤嘴通风度的影响
滤嘴通风度是卷烟的一个重要物理指标,其大小主要受成形纸透气度和接装纸透气度影响。聂聪等选用了4个接装纸透气度(98,388,778,1110CU),5个成形纸透气度(3363,4025,5400,10250,14950CU),设计了不同的接装纸、成形纸透气度搭配,测定滤嘴段的通风度,进行拟合回归,得到结果如图4-3所示。从图中可以看出,滤嘴通风度和接装纸、成形纸透气度呈现明显正相关的关系。从成形纸透气度3363~14950CU中的任意一条曲线上可以看到,随着接装纸透气度增加,滤嘴段透气度都呈明显上升趋势。固定接装纸透气度,研究不同成形纸透气度对滤嘴通风度影响时,可以看到,当接装纸透气度在100CU时,无论成形纸透气度是3363CU,还是14950CU,滤嘴通风度几乎集中在10%左右,差异不明显。随着接装纸的透气度增加,滤嘴通风度在不同成形纸透气度条件下的差异越来越大。所以,如果使用普通成形纸(透气度很低),那么接装纸透气度再大也不起作用,因为从接装纸打孔处进入的空气,不能透过成形纸与主流烟气混合稀释烟气。反之,如果接装纸、成形纸的透气度均较大,在卷烟接装过程中不易被卷烟机吸风鼓吸牢而影响卷烟接装率,同时,滤嘴通风过大,烟气会过度稀释,导致烟气平淡无味。所以,为了使接装纸、成形纸透气度对卷烟滤嘴通风度的影响达得较好的控制,符合卷烟的设计需求,通常选用较高透气度的成形纸和较低透气度的接装纸搭配使用。
图4-3 接装纸和成形纸透气度对滤嘴通风度的影响
实验数据表明,接装纸和成形纸对于滤嘴段通风的影响,符合如下规律:
y = 2.43Ln(x1) Ln(x2)- 10.48Ln(x1)- 2.57Ln(x2) + 21.15(r=0.9602,特别显著)
式中 y——总稀释率,%;
x1——成形纸透气度,CU;
x2——接装纸透气度,CU。(www.daowen.com)
于川芳等选用了6个接装纸透气度(208,434,647,850,1064,1236CU),9个成形纸透气度(2988,4890,5394,6739,7416,10430,11710,23110,32460CU),设计了不同的接装纸、成形纸透气度搭配,测定滤嘴段的通风度,进行拟合回归,得到结果如下图所示。如图4-4所示,回归方程分别为:
成形纸透气度2988CU,y=16.708ln(x)-63.291(R=0.9659,特别显著)
成形纸透气度4890CU,y=17.399ln(x)-64.375(R=0.9850,特别显著)
成形纸透气度5394CU,y=18.271ln(x)-68.218(R=0.9875,特别显著)
成形纸透气度6739CU,y=19.660ln(x)-74.772(R=0.9861,特别显著)
成形纸透气度7416CU,y=18.777ln(x)-69.362(R=0.9888,特别显著)
成形纸透气度10430CU,y=20.176ln(x)-78.058(R=0.9830,特别显著)
成形纸透气度11710CU,y=20.801ln(x)-79.854(R=0.9849,特别显著)
成形纸透气度23110CU,y=21.785ln(x)-83.940(R=0.9931,特别显著)
成形纸透气度32460CU,y=22.221ln(x)-85.956(R=0.9896,特别显著)
式中 x——接装纸透气度,CU;
y——总稀释率,%。
经再次回归,得到下列方程:
y = 2.43ln(x1) ln(x2)-10.48ln(x1)-2.57ln(x2) +21.15(R = 0.9602,特别显著)
式中 x1——成型纸透气度,CU;
x2——接装纸透气度,CU;
y——总稀释率,%。
在试验范围内利用上述方程可以直接计算出成形纸透气度、接装纸透气度和总稀释率的关系,明确接装纸和成形纸透气度对滤嘴通风度的影响。
图4-4 成形纸和接装纸透气度对滤嘴通风度的影响
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