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【科研故事】读书《烟草干燥工艺学》连载⑭

已有 1135 次阅读 2022-10-19 16:14 |个人分类:【科研故事】|系统分类:科研笔记

抽上一支FARSTAR自然烟气卷烟(NSC),思考一下这几天的工作。周六就是国庆日,我们会有一个长假。看到高中群里我们班长发了母校开封高中120周年校庆的消息,海外、北京、上海各地校友纷纷祝贺的视频,回忆满满,高中毕业也近30年,一直以来,作为开封高中的学生都是满满的骄傲和自豪,每每想到高中生活,忘不了班主任陈福来老师经常的教诲:“学数学,就是做数学,杯(开封音,意“笔”)不离手,手不离杯(意“笔”)”,仿佛依然在耳边,一直激励着我,作为一名持长期主义科研工作者的逐渐形成了 “作为科研工作者,不宜度长假” 的习惯,享受“发现的乐趣”。那么我就在我的实验室遥祝“开封高中120年校庆,两个甲子,生日快乐,为国家培养越来越多的栋梁之才。”

今天一大早有朋友给发来一篇来自德国烟草展的一篇全面报道,报告了顺带在这次国际烟草展上的一张图片,为了造成一定的传播,我们现场发了技术宣传单,如图1所示,虽然不全,也被现场的记者或者媒体发现,并记录在了全面报告的文件上,我们就这么“低调”让世界暂时认知了“去氧加热技术”构象下的自然烟气产品。虽然不甚理想,因为某些原因我们的产品实物没有第一时间到达,报道中用词是错误的,如果做到“去氧”,就不会存在对流换热技术,希望我们能够有更多的机会向世界讲出我们创新的故事,尽管如此,我们认为也是起到了一定的宣传作用,慢慢来吧,未来可期。

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1 “去氧加热技术”构象下的自然烟气产品(Natural Smoke Cigarette, NSC)

 

本周一,我们进行了一整天的研究生同学的中期和开题报告,整体表现良好,也获得了一定的锻炼,从报告整理、总结,再到演讲,收获很多,同学们正在以饱满的热情投入到激动人心的科研道路上。目前在实验室中,有研二和研三一共有3位同学是我直接指导的学生,在上周六的组会中我们进行了试讲,也告诉他们,开题和中期的汇报不仅仅是对同学们的一次检阅,也是考核老师是不是把学生带好了。这么多年中,一位位学生的倾力加入我的研究团队,也使得我科研工作不断深入,能够讲出更多新的科研故事。

从这十几次对《烟草干燥工艺学》这本书的领读中,其实我并不是特别介绍了书中的内容,主要从我日常工作生活的角度尽多的讲出我从事科研工作的一些方法和体会,分享一些个人觉得比较有价值的经验,期待能够对学生和关注我们科研工作的朋友们带来新的思路。三位同学,有两位是研三,一位是研二,其中研二两位同学一位是我在做传统烟草的科研工作,一位是新型烟草领域。传统烟草我们科研工作的重点在于对质量指标体系和认知水平上的提升,我们在很多在制品质量指标上提出了“堆积状态下流变特征”这一新的概念,并着力开发一些检测和表征方法,并且适时的和相关我们关注的质量指标进行关联,如图2所示流变特征的模型构建,已经取得了一定的效果,接着将持续努力的进行好这项工作。一位同学在新型烟草领域就是根据我们的对自然烟气卷烟(NSC)逐口抽吸和基本原理构象要求,开发新的逐口抽吸烟气捕集装置,如图3所示,各方面性能对比表现优异。研二我只有一个同学,当然就放在了自然烟气卷烟(NSC)相关研究领域,也有一个很强的创新计划,就是将控制论的方法应用到提升消费者体验产品的研发中,如图4所示,是我们简单的一个计划中的试验设计,还没有完全做成,就先透露这么多了。在这些工作中其实体现了我长期以来的一个观点:“我们工程师的创新其实来自于各种知识间的有效链接”

 

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2 流变特征的模型构建

 

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3 适配自然烟气卷烟(NSC)特征的逐口抽吸烟气捕集装置

 

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4我们简单的一个计划中的试验设计

 

我们重新回到《烟草干燥工艺学》这本书的背后故事,上期介绍了我们将热重式干燥装置命名为“烟草热湿处理在线分析仪”,最初在2003年时我刚刚进入烟草行业,那时候考虑的多数是如何表达干燥速率,如何用干燥速率表达烟草原料或者是在制品在吸湿和干燥特性的个性化差异,以便我们寻找更加合适的加工条件,干燥的影响无非是干燥速率、温度,有时候我们会增加一些密度和相关化学成分的变化,考察化学成分的变化我们也是以总包的石油醚提取物为标识,说到这里其实这与我们的假设条件相违背,这是我们工作的不足,以后介绍到相关工作时,我还会介绍我们如何应对了这种不足。

上篇故事主要介绍了“烟草热湿处理在线分析仪”测量干燥动力学,随着工作的不断开展,科学研究也就开始“内卷”,我们不仅要把水拿到,看看对流干燥拿掉水的速度是什么,我们还想看到是不是能够加快或者寻找一些不同的加热方式来达到干燥的目的,此时很容易想到,我们尝试用红外和微波给热实施,我们就真的尝试了起来。回到这一章节的接下来的工作,我们在“烟草热湿处理在线分析仪”中增加的红外给热(如图5所示)和微波给热方式(如图6所示)来形成复合干燥过程,最初的目的没有别的,就是强化,一个是热直接作用于烟草表面,一个是热直接作用于烟草内部的水分子振动,功率的变化可以分析复合传热干燥对烟草干燥动力学(也就是快慢的影响),同时我们仍然会使用“热湿处理在线分析仪”所使用的基本假设,这是在重复一遍这一基本假设“在可控的干燥环境中重量的变化都是来源于水分的增加或者减少”。当然这里关心的当然还是是干燥速率、表面温度,密度和化学成分(石油醚提取物总量),这个时候,我真的没有过多关注过烟碱的变化,我们尚不敏感,我们只是测试烟碱作为原料是否稳定的一个判据。在此时创新工作就是做了“加法”。在红外干燥器上我们还调控了负压。

 

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5 热重式红外干燥箱(可调压力)

 

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6 热重式微波干燥装置结构示意图(微波形成需要一系列庞大的装置)

 

至此,我们的“加法”创新还没有结束,由于我们还有很多同行也逐步发现,在烟草在制品干燥的初期,速度可以快一些,提高效率,后期速度可以慢一些,保证香气或者相关有效易挥发成分不过多散失,目前这套工艺对于新型烟草原料的加工成为热点,也是我们重点关注和研发的领域。我们就继续做“加法”。我们围绕水的脱除从“一段式”,变化成了“多段式”,让新工艺的持续研发成为可能,这个“加法”所开发的装置也可能是我们实验室看起来最“土”的一个装备,如图7所示。此时干燥过程的获取和上述讲到的“热重式”就有本质的区别,水分的测量不是通过重量,当然完全可以通过重量检测,通常我们是直接取样测定烟草或者烟草在制品中含水率(读书连载中有描述)。因为我们的被测样品要在两个反应环境间“跳”来“跳”去。当然这种实验工作的难度要高于“热重式”的固定床反应器,如图8所示,变条件下的两段与单段干燥的对比数据。

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7 多段式对流固定床干燥装置

 

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8 改变条件下的两段与单段干燥的对比数据

 

故事每天都在持续精彩,今天就到这里的,本周六就是国庆节了,衷心祝愿“我们的祖国繁荣昌盛!祖国母亲生日快乐!”




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