烟叶原料热解特性预测方法技术

本发明专利技术公开了一种烟叶原料热解特性预测方法，主要设计构思在于，借助成熟的算法架构建立烟叶原料的化学信息数据以及反应条件，即热解升温速率与热失重曲线的非线性复杂关系，最终构建能够能体现烟叶种类以及升温速率变化对烟叶热解特性影响的通用性热解模型，以用来对实测烟草原料进行热解特性预测。即利用通用性热解模型，能够依据烟叶的化学特性，通过给定烟叶的化学组成信息及升温速率数值，对任一原料在不同升温速率下的热失重、热失重微分曲线以及热解动力学方程进行准确预测，大大降低热失重分析实验的工作量，并可作为有效的化学反应动力学模块，与卷烟抽吸过程涉及的质量、能量和动量传递方程相结合，辅助卷烟燃烧计算模型的构建。计算模型的构建。计算模型的构建。

【技术实现步骤摘要】
烟叶原料热解特性预测方法


[0001]本专利技术涉及烟草原料
，尤其涉及一种烟叶原料热解特性预测方法。

技术介绍

[0002]在本领域内，烟叶原料的通用性热解模型能为卷烟燃烧计算模型的建立提供准确的动力学模块，其直接决定卷烟燃烧计算模型的可靠性。借助卷烟燃烧计算模型，可了解卷烟抽吸过程中一般实验方法不能测定或者难以准确测定的物理化学过程，掌握相关参数变化后烟气组分分布规律，对卷烟的生产、加工与设计具有重要的指导意义。
[0003]卷烟抽吸过程中燃烧锥不同位置的升温速率差异较大，升温速率和烟草种类是影响原料热解特性的最主要因素，如何体现原料化学成分差异以及升温速率变化对烟叶热解特性的影响是建立通用性热解模型的关键所在。原料的热解特性通常利用热分析方法进行研究，即分析原料在某种温度程序条件下的热失重情况来对其热解反应特性进行表征。
[0004]例如业内目前提出的方案中，固定升温速率条件下的热失重微分曲线为基础，用数学方法计算升温速率β对其他升温速率条件下热失重曲线的影响，进而对该固定升温速率下热失重微分曲线方程进行基于β数值的校正，建立了能反映升温速率影响的烟叶热解模型。但这种方法只能在原有方程的基础上同时对多种升温速率进行整体的最优化校正，预测精度有限，并且这种方法只能对一种固定的烟叶原料进行分析，考虑到卷烟牌号众多，涉及的烟叶原料种类繁杂，该方法通用性不强，未能体现烟叶原料种类对热解特性的影响。

技术实现思路

[0005]鉴于上述，本专利技术旨在提供一种烟叶原料热解特性预测方法，以解决前述提及的技术问题。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供了一种烟叶原料热解特性预测方法，其中包括：
[0008]获取烟草热失重曲线，并基于烟草热失重曲线得到热失重微分曲线；
[0009]采集烟草原料的化学指标，包括工业分析数据以及元素分析数据；
[0010]根据所述热失重微分曲线以及所述化学指标，构建烟叶通用热解模型；所述烟叶通用热解模型用于表征烟叶原料的化学成分差异及升温速率变化对烟叶热解特性的影响；
[0011]将实测得到的被测烟草样本化学指标，输入至所述烟叶通用热解模型，得到对应该被测烟草样本在不同升温速率条件下的预测结果。
[0012]在其中至少一种可能的实现方式中，所述烟叶通用热解模型采用预设的极限随机森林模型架构。
[0013]在其中至少一种可能的实现方式中，所述构建烟叶通用热解模型包括：
[0014]基于所述热失重微分曲线的差异性，对烟草样本进行分层处理；
[0015]根据分层结果随机抽取样本，构建测试集以及训练集；
[0016]基于训练集对极限随机森林模型进行训练，其中，模型输入数据为所述化学指标
以及既定的若干升温速率。
[0017]在其中至少一种可能的实现方式中，所述预测方法还包括：对所述烟叶通用热解模型进行验证。
[0018]在其中至少一种可能的实现方式中，所述验证的方式包括：对经过参数调优及训练后的所述烟叶通用热解模型在测试集上进行模型准确性验证。
[0019]在其中至少一种可能的实现方式中，所述获取烟草热失重曲线，并基于烟草热失重曲线得到热失重微分曲线包括：
[0020]在氮气氛围下对原料样品进行脱水预处理；
[0021]将预处理后的原料样品分别以预设范围内的多种升温速率升温至预设的目标温度，记录各升温速率下的烟草热失重曲线；
[0022]对烟草热失重曲线进行微分，得到对应的热失重微分曲线。
[0023]在其中至少一种可能的实现方式中，所述工业分析数据包括：灰分、挥发分以及固定碳的含量。
[0024]在其中至少一种可能的实现方式中，所述元素分析数据包括：碳元素、氢元素、氧元素、氮元素以及硫元素的含量。
[0025]在其中至少一种可能的实现方式中，所述预测结果包括：热失重微分预测曲线及热失重预测曲线。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的主要设计构思在于，借助成熟的算法架构建立烟叶原料的化学信息数据以及反应条件，即热解升温速率与热失重曲线的非线性复杂关系，最终构建能够能体现烟叶种类以及升温速率变化对烟叶热解特性影响的通用性热解模型，以用来对实测烟草原料进行热解特性预测。基于本专利技术提出的通用性热解模型，能够依据烟叶的化学特性，也即是给定烟叶的化学组成信息及升温速率数值，对任一原料在不同升温速率下的热失重、热失重微分曲线以及热解动力学方程进行准确预测，大大降低热失重分析实验的工作量，并可作为有效的化学反应动力学模块，与卷烟抽吸过程涉及的质量、能量和动量传递方程相结合，辅助卷烟燃烧计算模型的构建。
附图说明
[0027]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步描述，其中：
[0028]图1为本专利技术实施例提供的烟叶原料热解特性预测方法的流程示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例提供的某烟草样本在多个升温速率下的热解DTG曲线示意图；
[0030]图3为本专利技术实施例提供的烟草差异度分布的示意图；
[0031]图4为本专利技术实施例提供的基于训练集样本多升温速率下DTG曲线的超参数优化结果的示意图；
[0032]图5为本专利技术实施例提供的不同升温速率下模型在训练集和测试集上的性能比对示意图；
[0033]图6为本专利技术实施例提供的测试集样品在400K/mi n升温速率下的模型预测DTG与实验结果的对比示意图；
[0034]图7为本专利技术实施例提供的测试集样品在400K/min升温速率下的模型预测DTG积
分所得TG与实验结果的对比示意图。
具体实施方式
[0035]下面详细描述本专利技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。
[0036]本专利技术提出了一种烟叶原料热解特性预测方法的实施例，具体来说，如图1所示，其中包括：
[0037]步骤S1、获取烟草热失重曲线；
[0038]具体地，可以利用热分析仪，在氮气氛围下将样品在100℃保持5
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30min，进行脱水预处理；之后，将预处理后的样品分别以10～400K/min范围内的多种升温速率升温至900℃，记录每种升温速率条件下的烟草热失重(热重法Thermogravimetry，TG)曲线；接着，还可以对该曲线进行微分处理得到对应的热失重微分(微商热重分析DTG曲线，TG曲线对温度或时间的一阶导数得到的曲线)曲线。进一步地，可以重复该过程，对多种烟草在多种升温速率条件下TG、DTG曲线进行采集。
[0039]步骤S2、采集烟草原料的化学指标，包括工业分析数据以及元素分析数据；
[0040]在实际操作中，可以分别利用工业分析仪、元素分析仪对烟草的工业分析数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种烟叶原料热解特性预测方法，其特征在于，包括：获取烟草热失重曲线，并基于烟草热失重曲线得到热失重微分曲线；采集烟草原料的化学指标，包括工业分析数据以及元素分析数据；根据所述热失重微分曲线以及所述化学指标，构建烟叶通用热解模型；所述烟叶通用热解模型用于表征烟叶原料的化学成分差异及升温速率变化对烟叶热解特性的影响；将实测得到的被测烟草样本化学指标，输入至所述烟叶通用热解模型，得到对应该被测烟草样本在不同升温速率条件下的预测结果。2.根据权利要求1所述的烟叶原料热解特性预测方法，其特征在于，所述烟叶通用热解模型采用预设的极限随机森林模型架构。3.根据权利要求2所述的烟叶原料热解特性预测方法，其特征在于，所述构建烟叶通用热解模型包括：基于所述热失重微分曲线的差异性，对烟草样本进行分层处理；根据分层结果随机抽取样本，构建测试集以及训练集；基于训练集对极限随机森林模型进行训练，其中，模型输入数据为所述化学指标以及既定的若干升温速率。4.根据权利要求3所述的烟叶原料热解特性预测方法，其特征在于，所述预测方...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭钰涵，韦皓，王辉，毕一鸣，李海锋，杜芳琪，黄杰，曹得坡，沈羽东，吴继忠，邢江宽，罗坤，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：