一种卷烟烟气中主要成分含量的分析方法技术

本发明专利技术提供一种卷烟烟气中主要成分含量的分析方法，包括以下步骤：步骤S1，确定卷烟的基础参数；步骤S2，根据步骤S1中卷烟的基础参数计算出卷烟的原始参数；步骤S3，根据步骤S1中卷烟的基础参数和步骤S2中卷烟的原始参数计算出卷烟的相对参数；步骤S4，根据步骤S2中卷烟的原始参数和步骤S3中卷烟的相对参数，从而计算获得卷烟烟气中主要成分含量值。本发明专利技术提供的一种卷烟烟气中主要成分含量的分析方法，能应用于计算机中，计算配方、辅材和卷烟结构变动对主流烟气的影响，可以较准确的计算卷烟烟气中主要成分的含量，无需对现有卷烟生产加工设备进行改造，无需进行大量重复性的前期预试验，具有方便、快捷的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种卷烟烟气中主要成分含量的分析方法
本专利技术属于卷烟
，涉及一种卷烟烟气中主要成分含量的分析方法。
技术介绍
自上世纪50年代，为了提高卷烟产品的质量，加速产品的设计速度，优化产品的体验，国内外开展了大量的相关研究。国外卷烟企业大多从第一性的物理化学规律入手，在细分领域例如卷烟纸透气规律、滤棒过滤能力、卷烟的燃烧机理等进行了相关研究，形成了对卷烟燃烧过滤机理的整体认识；国内的研究一般基于统计试验，分析一些特定的辅材、卷制参数的组合，达到一定的主流烟气的预测功能。但是由于影响卷烟烟气的因素太多，两者都没有把整个卷烟的燃烧规律组合成一个整体，也没有形成基于卷烟全参数的分析方法。具体的说，卷烟烟气组成及其含量受烟丝组分、烟支结构、卷接材料参数、燃烧条件等因素的共同影响，涉及到烟叶生产、烟丝加工、卷制设备、产品设计等多个环节。为了准确预测卷烟主流烟气，达到卷烟设计的预期目标，行业中已做了大量的研究工作。CN105628646公开了一种卷烟在线焦油预测及预警方法，该方法利用红外光采集烟丝成分，构建焦油含量的预测模型，通过因子分析计算上下限值形成预警阈值。但是该方法受环境影响较为显著，在数据过程中测量精度偏差较大。CN106108107公开了一种基于卷烟结构与物性参数的卷烟总通风率、滤嘴通风率以及吸阻的模型化设计方法以卷烟结构特征参数和卷烟物性特征参数为变量，以卷烟总通风率、滤嘴通风率，以及吸阻为目标函数，通过调整卷烟结构与物性参数获得一种满足卷烟设计要求的优化方法。但是该方法只获得卷烟通风率和吸阻，并不能更深入地研究卷烟烟气主要成分的含量。因此如何综合叶组配方、卷接辅材和卷制结构等卷烟设计中使用的指标，并形成基于第一性的物理方法对卷烟设计有重大价值，这也对降低企业成本具有现实意义。此外，采用单因素实验设计方法研究卷烟烟气组成和含量，一般不能很好地满足卷烟烟气组成和含量的设计要求，因为卷烟的叶组配方和卷烟结构参数是相互作用的，共同决定了卷烟产品。所以基于叶组配方和卷制结构这两方面，构建卷烟烟气组成和含量的分析方法是十分必要的。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种卷烟烟气中主要成分含量的分析方法，基于卷烟基础参数和相关参数的算法模型，能够有效、准确地分析卷烟烟气中主要成分的含量，以便对叶组配方和卷制结构作进一步的调整，提高了卷烟设计效率。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种卷烟烟气中主要成分含量的分析方法，包括以下步骤：步骤S1，确定卷烟的基础参数；优选地，步骤S1中，所述卷烟的基础参数包括但不限于烟丝种类、烟丝重量、烟支段长度、烟支圆周、滤棒长度、滤棒压降、接装纸透气度、接装纸孔带总宽度、接装纸宽度、接装纸外孔带距边、成形纸透气度、卷烟纸透气度、卷烟纸助燃剂含量、卷烟纸克重、尼古丁过滤系数、焦油过滤系数。所述卷烟的基础参数均为卷烟的常规数据，可测量获得。步骤S2，采用阴燃时间递推法，根据步骤S1中卷烟的基础参数计算出卷烟的原始参数；优选地，步骤S2中，所述卷烟的原始参数包括但不限于原始阴燃时间、原始口数、每口燃烧原始长度、每口燃烧原始重量、每口燃烧原始剩余长度。优选地，步骤S2中，所述卷烟的原始参数的计算，包括以下步骤：步骤S21，确定烟丝种类后，按公式(1)计算原始阴燃时间，所述公式(1)为：t1＝73.3×l1+279×c-33.1×a-19.5×mc+6.86×ps+11.7×pe+6.49×pp+10.4×pl，其中，t1为原始阴燃时间，s；l1为烟支段长度，cm；c为烟支圆周，cm；a为卷烟纸助燃剂含量，％；mc为卷烟纸克重，g/m2；ps为梗丝比例，％；pe为膨丝比例，％；pp为薄片比例，％；pl为叶丝比例，％。上述所述梗丝比例、膨丝比例、薄片比例、叶丝比例均为卷烟的设定数值，均属于设计人员可获得的固定数据参数值。步骤S22，通过原始阴燃时间按公式(2)计算原始口数，所述公式(2)为：n＝0.0121×t1+0.487，其中，n为原始口数，口；t1为原始阴燃时间，s。步骤S23，通过原始阴燃时间和原始口数，按公式(3)、(4)、(5)计算每口燃烧原始长度，所述公式(3)为：v＝l1/t1，其中，v为阴燃速度，cm/s；l1为烟支段长度，cm；t1为原始阴燃时间，s；所述公式(4)为：t2＝58×n，其中，t2为实际阴燃时间，s；n为原始口数，口；所述公式(5)为：l2＝v×(t1-t2)/n，其中，l2为每口燃烧原始长度，cm；v为阴燃速度，cm/s；t1为原始阴燃时间，s；t2为实际阴燃时间，s；n为原始口数，口。步骤S24，通过每口燃烧原始长度，按公式(6)计算每口燃烧原始重量，所述公式(6)为：m2＝m1×l2/l1，其中，m2为每口燃烧原始重量，g；m1为烟丝重量，g；l2为每口燃烧原始长度，cm；l1为烟支段长度，cm。更优选地，所述每口燃烧原始重量按公式(a)、(b)分别计算尼古丁的原始计算重量、焦油的原始计算重量，所述公式(a)为：m3＝m2×nic，其中，m3为尼古丁的原始计算重量，g；m2为每口燃烧原始重量，g；nic为烟丝的尼古丁经验系数，设定为1.11。所述烟丝的尼古丁经验系数nic是调节不同叶组尼古丁释放量的系数；所述公式(b)为：m4＝m2×tar，其中，m4为焦油的原始计算重量，g；m2为每口燃烧原始重量，g；tar为烟丝的焦油经验系数，设定为1.22。所述焦油经验系数tar是调节不同叶组焦油释放量的系数。步骤S25，通过每口燃烧原始长度，按公式(7)、(8)计算每口燃烧原始剩余长度，所述公式(7)为：l3[1]＝l1-l2，其中，l3[1]为第1口的每口燃烧原始剩余长度，cm；l1为烟支段长度，cm；l2为每口燃烧原始长度，cm；所述公式(8)为：l3[i]＝l3[i-1]-58v-l2，其中，l3[i]为第i口的每口燃烧原始剩余长度，i＝2,…,n，cm；l3[i-1]为第i-1口的每口燃烧原始剩余长度，i＝2,…,n，cm；v为阴燃速度，cm/s；l2为每口燃烧原始长度，cm。所述公式(7)、(8)为迭代算法。优选地，步骤S2中，所述阴燃时间递推法是指，通过卷烟的原始阴燃时间(只与烟丝种类、卷制结构、卷烟纸相关)计算出卷烟燃烧的原始口数，并以此进一步计算出卷烟燃烧时每口燃烧原始长度和每口燃烧原始重量，再一步得到卷烟每口的尼古丁和焦油原始计算重量(假设卷烟烟丝均匀分布)，并计算获得卷烟每口的每口燃烧原始剩余长度。优选地，步骤S2中，所述卷烟的原始参数是在忽略接装纸打孔条件下计算的参数。所述接装纸打孔条件是指把接装纸的孔用胶布堵住的情况。步骤S3，采用压降匹配回归算法，根据步骤S1中卷烟的基础参数和步骤S2中卷烟的原始参数计算出卷烟的相对参数；优选地，步骤S3中，所述卷烟的相对参数包括但不限于相对口数、每口燃烧相对剩余长度、每口燃烧相对重量。优选地，步骤S3中，所述卷烟的相对参数是在接装纸打孔条件下计算的参数。优选地，步骤S3中，所述卷烟的相对参数的计算，包括以下步骤：步骤S31，按公式(9)计算相对口数，所述公式(9)为：rn＝l1/(l6avg+58v)，其中，rn为相对口数，口；l1为烟支段长度，cm；l6av本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卷烟烟气中主要成分含量的分析方法，包括以下步骤：步骤S1，确定卷烟的基础参数；步骤S2，采用阴燃时间递推法，根据步骤S1中卷烟的基础参数计算出卷烟的原始参数；步骤S3，采用压降匹配回归算法，根据步骤S1中卷烟的基础参数和步骤S2中卷烟的原始参数计算出卷烟的相对参数；步骤S4，采用烟丝逐口释放‑过滤方程，根据步骤S2中卷烟的原始参数和步骤S3中卷烟的相对参数，从而计算获得卷烟烟气中主要成分含量值。

【技术特征摘要】
1.一种卷烟烟气中主要成分含量的分析方法，包括以下步骤：步骤S1，确定卷烟的基础参数；步骤S2，采用阴燃时间递推法，根据步骤S1中卷烟的基础参数计算出卷烟的原始参数；步骤S3，采用压降匹配回归算法，根据步骤S1中卷烟的基础参数和步骤S2中卷烟的原始参数计算出卷烟的相对参数；步骤S4，采用烟丝逐口释放-过滤方程，根据步骤S2中卷烟的原始参数和步骤S3中卷烟的相对参数，从而计算获得卷烟烟气中主要成分含量值。2.根据权利要求1所述的一种卷烟烟气中主要成分含量的分析方法，其特征在于，所述卷烟的基础参数包括但不限于烟丝种类、烟丝重量、烟支段长度、烟支圆周、滤棒长度、滤棒压降、接装纸透气度、接装纸孔带总宽度、接装纸宽度、接装纸外孔带距边、成形纸透气度、卷烟纸透气度、卷烟纸助燃剂含量、卷烟纸克重、尼古丁过滤系数、焦油过滤系数。3.根据权利要求1所述的一种卷烟烟气中主要成分含量的分析方法，其特征在于，步骤S2中，所述卷烟的原始参数包括但不限于原始阴燃时间、原始口数、每口燃烧原始长度、每口燃烧原始重量、每口燃烧原始剩余长度；所述卷烟的原始参数的计算，包括以下步骤：步骤S21，确定烟丝种类后，按公式(1)计算原始阴燃时间，所述公式(1)为：t1＝73.3×l1+279×c-33.1×a-19.5×mc+6.86×ps+11.7×pe+6.49×pp+10.4×pl，其中，t1为原始阴燃时间，s；l1为烟支段长度，cm；c为烟支圆周，cm；a为卷烟纸助燃剂含量，％；mc为卷烟纸克重，g/m2；ps为梗丝比例，％；pe为膨丝比例，％；pp为薄片比例，％；pl为叶丝比例，％；步骤S22，通过原始阴燃时间按公式(2)计算原始口数，所述公式(2)为：n＝0.0121×t1+0.487，其中，n为原始口数，口；t1为原始阴燃时间，s；步骤S23，通过原始阴燃时间和原始口数，按公式(3)、(4)、(5)计算每口燃烧原始长度，所述公式(3)为：v＝l1/t1，其中，v为阴燃速度，cm/s；l1为烟支段长度，cm；t1为原始阴燃时间，s；所述公式(4)为：t2＝58×n，其中，t2为实际阴燃时间，s；n为原始口数，口；所述公式(5)为：l2＝v×(t1-t2)/n，其中，l2为每口燃烧原始长度，cm；v为阴燃速度，cm/s；t1为原始阴燃时间，s；t2为实际阴燃时间，s；n为原始口数，口；步骤S24，通过每口燃烧原始长度，按公式(6)计算每口燃烧原始重量，所述公式(6)为：m2＝m1×l2/l1，其中，m2为每口燃烧原始重量，g；m1为烟丝重量，g；l2为每口燃烧原始长度，cm；l1为烟支段长度，cm；步骤S25，通过每口燃烧原始长度，按公式(7)、(8)计算每口燃烧原始剩余长度，所述公式(7)为：l3[1]＝l1-l2，其中，l3[1]为第1口的每口燃烧原始剩余长度，cm；l1为烟支段长度，cm；l2为每口燃烧原始长度，cm；所述公式(8)为：l3[i]＝l3[i-1]-58v-l2，其中，l3[i]为第i口的每口燃烧原始剩余长度，i＝2,…,n，cm；l3[i-1]为第i-1口的每口燃烧原始剩余长度，i＝2,…,n，cm；v为阴燃速度，cm/s；l2为每口燃烧原始长度，cm。4.根据权利要求3所述的一种卷烟烟气中主要成分含量的分析方法，其特征在于，步骤S24中，所述每口燃烧原始重量按公式(a)、(b)分别计算尼古丁的原始计算重量、焦油的原始计算重量，所述公式(a)为：m3＝m2×nic，其中，m3为尼古丁的原始计算重量，g；m2为每口燃烧原始重量，g；nic为烟丝的尼古丁经验系数，设定为1.11。所述烟丝的尼古丁经验系数nic是调节不同叶组尼古丁释放量的系数；所述公式(b)为：m4＝m2×tar，其中，m4为焦油的原始计算重量，g；m2为每口燃烧原始重量，g；tar为烟丝的焦油经验系数，设定为1.22。所述焦油经验系数tar是调节不同叶组焦油释放量的系数。5.根据权利要求1所述的一种卷烟烟气中主要成分含量的分析方法，其特征在于，步骤S3中，所述卷烟的相对参数包括但不限于相对口数、每口燃烧相对剩余长度、每口燃烧相对重量；所述卷烟的相对参数的计算，包括以下步骤：步骤S31，按公式(9)计算相对口数，所述公式(9)为：rn＝l1/(l6avg+58v)，其中，rn为相对口数，口；l1为烟支段长度，cm；l6avg为平均相对燃烧长度，cm；v为阴燃速度，cm/s；步骤S32，按公式(10)、(11)计算每口燃烧相对剩余长度，所述公式(10)为：l7[1]＝l1-l6[1]，其中，l7[1]为第1口的每口燃烧相对剩余长度，cm；l1为烟支段长度，cm；l6[1]为第1口通风后的相对燃烧长度，cm；所述公式(11)为：l7[i]＝l7[i-1]-58v-l6[i]，其中，l7[i]为第i口的每口燃烧相对剩余长度，i＝2,…,n，cm；l7[i-1]为第i-1口的每口燃烧相对剩余长度，i＝2,…,n，cm；v为阴燃速度，cm/s；l6[i]为第i口通风后的相对燃烧长度，i＝1,…,n，cm；步骤S33，按公式(12)计算每口燃烧相对重量，所述公式(12)为：rm2[i]＝m1×l6[i]/l1，其中，rm2[i]为每口燃烧相对重量，即第i口燃烧相对重量，i＝1,…,n，g；m1为烟丝重量，g；l6[i]为第i口通风后的相对燃烧长度，i＝1,…,n，cm；l1为烟支段长度，cm。6.根据权利要求5所述的一种卷烟烟气中主要成分含量的分析方法，其特征在于，步骤S31中，所述平均相对燃烧长度按公式(c)计算，所述公式(c)为：l6avg＝Simga(l6[i])/n，其中，l6avg为平均相对燃烧长度，cm；Simga为连加符号∑，是对数组l6[i]求和；l6[i]为第i口通风后的相对燃烧长度，i＝1,…,n，cm；n为原始口数，口；所述第i口通风后的相对燃烧长度按公式(d)计算，所述公式(d)为：l6[i]＝qi[i]/17.5×l2，其中，l6[i]为第i口通风后的相对燃烧长度，i＝1,…,n，cm；qi[i]为在第i口的卷烟燃烧入口流速qi值，i＝1,…,n，ml/s；l2为每口燃烧原始长度，cm；所述在第i口的卷烟燃烧入口流速qi值按公式(e)计算，所述公式(e)为：qi[i]＝0.9×(17.5-q[i])，其中，qi[i]为在第i口的卷烟燃烧入口流速qi值，i＝1,…,n，ml/s；q[i]为在第i口的长度l3[i]时的滤嘴的通风流速q值，i＝1,…,n，ml/s；所述第i口的卷烟燃烧入口流速符合公式(f)中的流速恒等式，所述公式(f)为：qi[i]+qc[i]+q[i]＝17.5，其中，qi[i]为在第i口的卷烟燃烧入口流速qi值，i＝1,…,n，ml/s；qc[i]为在第i口的过卷烟纸的流速qc值，i＝1,…,n，ml/s；q[i]为在第i口的长度l3[i]时的滤嘴的通风流速q值，i＝1,…,n，ml/s；所述滤嘴的流量速度按公式(g)中的回归压降匹配方程计算，所述公式(g)为：q＝FindRoot[ptpw[q]＝pr[q]+pre[q]+pf[q]，q->0]，其中，q为通过滤嘴的流量速度，ml/s；FindRoot为通过初始值(q->0)搜索方程的数值解，ml/s；q->0是指q趋向于0；ptpw[q]为接装纸和成形纸组合在流速q下的压降函数，cmH2O；pr[q]为烟支段考虑卷烟纸透气度在流速q下的压降函数，cmH2O；pre[q]为流速为q时的交叉段卷烟压降函数，cmH2O；pf[q]为流速为q时的滤棒压降函数，cmH2O。7.根据权利要求6所述的一种卷烟烟气中主要成分含量的分析方法，其特征在于，所述接装纸和成形纸组合在流速q下的压降函数按公式(h)计算接装纸-成形纸压降-流量函数，所述烟支段考虑卷烟纸透气度在流速q下的压降函数按公式(i)计算含卷烟纸通风条件下的压降-流量函数，所述流速为q时的交叉段卷烟压降函数按公式(j)计算无卷烟纸通风条件下烟支的压降-流量函数，所述流速为q时的滤棒压降函数按公式(k)计算滤棒的压降-流量函数，所述公式(h)为：ptpw[q]＝(q/c)2×(2.56×108/a22+3.6×104/a32)，其中，ptpw[q]为接装纸和成形纸组合在流速q下的压降函数，cmH2O；q为通过滤嘴的流量速度，ml/s；c为烟支圆周，cm；a2是成形纸透气度，CU；a3是接装纸透气度，CU；所述公式(i)为：pr[q]＝pre0×Tanh(Sqrt(a1×c×l3[i]×pre0×(7×10-5+2.9×10-6×(17.5-q)))/Sqrt(a1×c×l3[i]×pre0×(7×10-5+2.9×10-6×(17.5-q)))，其中，pr[q]为烟支段考虑卷烟纸透气度在流速q下的压降函数，cmH2O；pre0为烟支段忽略卷烟纸透气度的压降值，cmH2O；Tanh为双曲正切函数；Sqrt为根号函数；a1为卷烟纸透气度，CU；c为烟支圆周，cm；l3[i]为第i口的每口燃烧原始剩余长度，i＝2,…,n，cm；q为通过滤嘴的流量速度，ml/s；所述公式(j)为：pre[q]＝0.143×(1-E)2×l5×(17.5-q)/E3/s，其中，pre[q]为流速为q时的交叉段卷烟压降函数，cmH2O；E为烟丝孔隙率，设定为0.76；l5为接装纸与卷烟纸的交叉长度，cm；s为卷烟截面积，cm2；所述公式(k)为：pf[q]＝k×(17.5-q)×l4，其中，pf[q]为流速为q时的滤棒压降函数，cmH2O；k为滤棒压降系数，cmH2O*s/cm3；q为通过滤嘴的流量速度，ml/s；l4为接装纸打孔前段滤棒长度，cm。所述滤棒压降系数是根据滤棒压降和滤棒长度计算获得，每个滤棒单元均具有相对应的滤棒压降和滤棒长度。8.根据权利要求7所述的一种卷烟烟气中主要成分含量的分析方法，其特征在于，所述烟支段忽略卷烟纸透气度的压降值按公式(l)计算，所述公式(l)为：pre0＝2.5×(1-E)2×l3[i]/E3/s，其中，pre0为烟支段忽略卷烟纸透气度的压降值，cmH2O；E为烟丝孔隙率，设定为0.76；l3...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓炯，罗佳，汪旭，
申请(专利权)人：上海烟草集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海,31