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【科研故事】读书《烟草干燥工艺学》连载①

已有 1462 次阅读 2022-9-23 16:14 |个人分类:【科研故事】|系统分类:科研笔记

抽上一支FARSTAR-NSC,是时候开启阅读这本《烟草干燥工艺学》了,万事开头难,第一批获得赠书的朋友们想必一定拿到了这本书,在推介这本书时,我曾经介绍到该书集成了我们实验室近20年一直努力从基础理论,实验技术开发,中试实验应用验证到实际生产线应用等领域的一系列工作,同时我也介绍并说明过烟草干燥过程是卷烟加工过程中重要的研究方向,包括目前我们在加热卷烟工艺研发领域依然持续推进该领域工作的开展。干燥这件事并不是一个新鲜事物,如何利用我们构建的方法和研发的特有仪器装备,为行业科技人员,应用工程师以及新进入的卷烟企业的同行们深入工作进行整体赋能,则这本书就会体现他应有的价值,当然也体现了我们这20年勤奋工作所取得研究成果的价值。

我们团队始终有一个观点,”所有重要的信息应该免费提供给有需要的人“,这就是分享的价值,也是我们实验室持续推进烟草工艺科研工作的最大动力。所以这里我使用微信公众号进行书籍的阅读目的不是卖书,是为了讲好科研故事进行分享,当然大家可以在各大网站进行购买,同时更可以和我保持联系,我们持续赠阅,赠给有需要的人,由于没有谈判经验,由于版权的要求,PDF电子书不能分享。如果大家喜欢我们的这种分享,可以转帖推荐身边从事相关领域的同仁们关注“烟草工艺学术交流”公众号。或者一键三连支持我们。

这本书开启后,首先建议了解一下我们这本书是在讲什么?其次关注作者想告诉读者什么样的信息?再次,我们在书中所建立的方法合理性,是归纳总结还是根据一些理论、计算和实验方法进行推演等等?最后,最重要的是读了这本书对我们理解工艺方向有没有帮助,对我们的实际工作有没有关联?当然要达到最后一点有时候需要和我们联系,共同探讨未尽事宜以及未来我们可以往哪里走。

“质疑一切,这不仅是一项好的忠告,这是至关重要的主张”,带着问题进行阅读,不仅自己能够提高,同时对我们自身也是一种提高,作者和读者间的相互成长将带给我们从业者对未来工作的激情和创造力。

卷烟工艺学是将卷烟原料和卷烟材料加工成产品的方法和技术,这是放之四海而皆准而皆准的基本定义,回顾烟草干燥过程的基本理解是脱除烟草中多余的水分以便获得合格的在制品质量,对叶片而言,增加出片率,水分高一些,但过高带来不必要的能耗以及烟草在制品微观结构的变化,进而可能影响下一个工序;对于烟丝,减少造碎,获得优异的填充能力。水分也可以高一些,但不必要的麻烦是和叶片有着一样的约束条件;对于烟梗的利用,制作成梗丝也是如此。

“最睿智的人在每一尺度上看到万物之间的互相关联,并选择出能创造出最多价值的事物”,

上述过程中对各个尺度上的认知是该书的基本结构,本书架构了三个篇内容,每一篇涵盖了四个章节的内容,首先从干燥过程的发生时基本的物理过程是水分的迁移,水分迁移的动力来自于相内或者相间的浓度差,“万物皆数”,浓度差可以使用摩尔浓度或者质量浓度。物质迁移的质量通量就是来自这一天然属性-分子的热运动(自然“力”),我喜欢的詹姆斯·克拉克·麦克斯韦James Clerk Maxwell在1859年完美解决了该问题(麦克斯韦分子热运动分布律,式1所示),尽管他描述电磁学理论(麦克斯韦方程组)使他更加的有名,宏观表现上应用性的表达是由阿道夫·菲克(Adolf Fick)在1858年完成的,所发现的菲克定律是指在不依靠宏观的混合作用发生的传质现象时,描述分子扩散过程中质量通量与浓度梯度之间关系的定律(式2所示)。虽然早于麦克斯韦分子热运动分布律,但其中的有效扩散系数,连同传热傅里叶定律(1822年)和牛顿粘性定律(1687年)中的导热系统和粘性系数可以通过分子平均速度和分子平均自由程解决(质量传递、热量传递和动量传递被麦克斯韦统一),式3所示。这是构建传递现象的理论基础。

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让我们重新回到第一篇,干燥过程需要获得的是质量通量,正如式2所示,通量表达的是单位面积单位时间内通过的物质的量,干燥过程就可以理解为,多长时间能够脱除多少水分的问题,这个问题与有效扩散系数有关,当然与浓度差(浓度梯度有关),这里至少可以认为存在以下几个过程,第一,烟草内部的水分如何向表面迁移,它遵从什么样一个性质;第二,表面水分向表面薄层气相迁移,它将遵从什么性质;第三,表面薄层气相如何向主流气相迁移。回答好这个问题需要我们对气相,在干燥过程中就是指我们的干燥介质,另外对固相,烟草干燥过程中就是烟草本身,干燥介质与烟草本身的性质,干燥介质需要了解浓度差产生的原因和机制,如何用数学表达,烟草性质,主要是水分在其中的迁移,这里有效扩散系数的获取就至关重要啦。所以说,如何表达气相性质,利用湿空气的性质,因为即使是绝干的空气经过干燥物料后,都会有水分向气相进行迁移。我们应用实际中湿空气性质又是如何检测获得并进行表达的就变得非常重要了,所以我们通过两个章节表述这些方法和技术。干空气容纳水的能力以及分子运动快慢与温度密切相关(式1充分表达了这个情况),所以在测试方法中我们增加的这个方面的叙述,如果有读者感觉这里太轻松了,可以轻松略过。但对于烟草原料的性质就较为复杂,我们使用一章的篇幅,叙述了,如何理解烟草物料中的水分迁移,以及迁移过程的数学表达。很多从事过多年的读者一定有一个基本的认识,烟草中水的赋存形态有结合水和自由水两种,其实这个理解有一定的片面性,其原因是由于在含水量大或者比较低的情况下,干燥速度是会发生一定的变化。如何理解这种变化,我们将该过程的研究提炼到实验室,开发了热湿处理在线分析仪,用少量的样品创造一定的干燥介质开展这部分实验工作,取得了比较好的效果,最重要的是表达了宏观角度下的干燥动力学特征,当然就可以获得有效扩散系数。在本篇的第四章中,我们谈到了如何表达热湿过程对烟草处理的强度概念,并使用数学语言表达的这种强度概念,并阐述了强度表达情境下与在制品宏观质量间的关系,这个是宏观量上的变化,并不涉及具体的机理。

这是第一篇的基本内容,就是对干燥过程所涉及的干燥物烟草和干燥介质湿空气性能指标的检测技术及方法进行阐述,另外增加对烟草干燥过程中表现,围绕菲克定律中的浓度差(自然力)以及烟草水分迁移时的有效扩散系数进行检测与表达,最后将宏观干燥强度指标进行了定义,并以宏观的质量与干燥强度(来自于干燥的过程量)进行对比分析。力争让读者在第一篇中没有任何具体工序导引下鸟瞰干燥的基本原理,涉及的主要因素,以及未来在质量表达上的影响关系等有一个具体的掌握,为在后续部分应用以及模拟计算的持续理解开个头,期望能开个好头。

这次就先讲这么多,期待大家能够不要在意我的文字,而充分了解我们这本书要告诉读者的主题思想,这是我们胜利,更是读者的胜利。未完待续!




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