专业化烘烤设备的运用

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1、第四章烟叶烘烤设备的智能化控制系统4.1 引言烟叶烘烤就是要将烟草在全部农艺过程中形成和积累的优良性状充分显露发挥出来，是生产优质烟叶至关重要的技术环节， 也是我国目前生产水平下最薄弱的环节， 甚至成了增进烟叶内在和外观品质的制约因素。烤烟烘烤环节存在的效率低、劳动强度高、消耗大、烘烤技术不易掌握， 产品质量不易得到保证等问题。 因此，必须研究和采用先进的技术和设备来准确落实科学的烘烤工艺，提高烤烟质量，提高烟草行业的经济效益。最近，我国引进了一批优良品种，同美国、巴西合作，加强了栽培技术及田间管理技术，烟叶质量有了一定的提高， 与此同时也吸收了部分国外先进烤烟调制技术。 但是从我国的国情分析

2、，美国、日本普遍采用的集装箱式自动化烘烤调制技术。因此价格昂贵、单烟消耗量大， 而我国烟叶初烤大都在农村且是单户进行， 在较长一段时间内很难在我国推广。 从当前我国烟草生产现状来看， 烤烟烘烤调制技术相对比较落后， 是影响烤烟质量的重要因素。因此，研究适合国情的烤烟烘烤调制智能化系统是当务之急。4.1.1 国外烤烟烘烤调制技术20 世纪 50 年代中期， 美国北卡罗莱纳州立大学农业工程系约翰逊(W. HJohnson) 等研究了烟叶在堆积变黄过程中的变化，1957 年他们在实验室研究了堆积烘烤的实验装置，1958年他们又进行了中间试验并获得成功，并于1960 年设计成适合于生产的烤烟设备，并提

3、出了密集烘烤相应的烘烤工艺。试验结果证明， 这种密集烘烤设备， 对叶片变黄及干燥均有利，可有效节省劳力和原料，具有值得推广的优越性，从而揭开了密集烘烤设备发展的新篇章。其后密集烘烤设备的研究不断取得突破。1969 年，日本鹿儿岛烟草试验场在实践中发现了一个新的烘烤工艺方法，即将湿球温度控制在38，按照一定工艺的要求升干球温度。根据这一原理，山中弘久和川上嘉通二人成功研制出湿球温度自动控制系统，实现了烟叶烘烤自动化。1974 年，日本三洲产业株式会社研制出了气流上升式密集烘烤装置。1976 年，鲍威尔 (POWELL) 公司又成功研制出771型气流上升式堆积烘烤设备，将烟叶直接堆积于大箱进行烘烤

4、，用油或煤气做原料，采用温湿度自控系统，实现了烟叶烘烤的机械化和自动化。1977 年北卡州立大学的石格斯(C.WSuggs)发表了大箱式密集烘烤研究报告。同年约翰逊(W. H. Johnson) 又发表了气流横吹式密集烤房的研究报告，使大箱式烘烤得到进一步改善。在密集烤房不断发展应用的过程中，密集烘烤设备和工艺不断改进和完善，显示出节省烘烤用工、节约原料、 提高劳动生产效率、热能利用率和烟叶烘烤质量，热效率可达 51.4%，节省劳动用工 63%，节约原料 63%，缩短烘烤时间 40h，显示出了巨大的优越性。因此，密集烤房在世界各产烟国家得到迅速推广应用。近年来，美国、加拿大、日本等发达国家的密

5、集烘烤普及率已达50%以上，津巴布韦、巴西、南非的应用面积也达到或超过50%，这些主要生产烤烟的国家基本上淘汰了普通烤房，使用自动化或半自动化密集烤房。4.1.2 国内烤烟烘烤调制技术20 世纪 70 年代初期以前， 烤烟生产水平很低，烟叶烤房十分简陋，形似农村普通住房，称为自然通风气流上升式烤房。自然通风气流上升式烤房的基本特点是结构和建造简单，成本较低， 烘烤过程升温排湿较快，但往往由于供热设备和排湿设备安装不合理造成烤房内温度不均匀，影响烟叶烘烤质量。20 世纪 80 年代，进行了大量的烤房研究与改造，并推广了容量 150 竿左右的小型烤房。到90 年代，中国烟叶公司组织有关科研单位研究

6、并在全国推广烤烟三段式烘烤技术， 使我国烟叶烘烤工艺能够与国际先进技术接轨，同时加快普通烤房标准化改造步伐，满足先进烘烤工艺的需要。近年来，我国烟草生产的突出特点 ：一是中式卷烟的发展迫切需要进一步提高烟叶品质，尤其是烟叶外观等级质量与内在香气的一致性；二是烤烟整体生产水平普遍提高，集约化育苗、平衡施肥、三段式烘烤等技术得到全面推广应用；三是烟草种植向适度规模发展，一些主产烟区烤烟生产逐渐向专业化、职业化发展；四是烟叶生产的可持续发展，要求加强烟田基础建设， 降低劳动强度， 减少生产用工和烤烟生产成本，提高烟农种烟效益和种烟积极性。在这四个方面中， 均涉及了烟叶的烘烤问题。 包括烘烤工艺和烘烤

7、设备两方面因素， 尤其是烘烤设备相对陈旧落后，不能准确落实先进的三段式烘烤工艺指标要求。其主要问题 ：大部分烤房容量偏小 ；烤房性能较差，一些烤房存在升温升不上、保温保湿保不住、排湿排不出，不能准确控制温湿度等; 烘烤能源消耗多，烤烟成本过高:烤房设备简陋，烧火和通风排湿操作困难，不利于烤烟规模化生产的需要。近几年， 烟叶烘烤科学研究紧紧围绕提高烟叶烘烤质量、降低烘烤劳动强度、减少烤烟用工投入和能源消耗，己做了大量的试验和生产示范探索，为适度规模化、专业化、规范化生产提供了技术支撑。 不少研究人员研制并在生产中试验示范了普通烤房的温湿度自控技术与设备。 普通烤房温度和供热系统的自控或半自控，主

8、要通过对燃料燃烧所需要的助燃空气量的调节来实现， 湿度控制则通过调节排湿门开启大小来实现。普通烤房温湿度的自控或半自控系统由温湿度传感器、控制装置、循环热风机、排湿窗及排湿风机、鼓风机等构成。目前，我国以煤为能源的密集烤房发展很快， 形式多样， 有砖混结构、 板块组装形式等，烧蜂窝煤或散煤， 气流上升或气流下降式， 使用烟夹夹烟或烟竿编烟。 密集烤房装烟密度为传统烤房的 24 倍。密集烤房实行强制通风和热风循环， 使烤房内温湿度更均匀， 以利于烟叶均匀变黄和干燥 ;将人工控制烤房温湿度改为自动控制，实现了烟叶烘烤温湿度的精准调控，体现出省工、热能利用率和烟叶品质提高等优越性。然而，由于我国烟叶

9、初烤大都在农村进行，而且是分散性，还不具备密集烘烤，大都是采用普通烤房进行烟叶烘烤。4.2烟叶烘烤调制原理烟叶烘烤的主要目的是通过对烤房内温湿度的有计划控制，以显现和确定采收烟叶叶片的潜在质量。烘烤既是一个干燥过程，又是一个生物化学过程。在烘烤过程中，伴随着烟叶的脱水、变黄、干燥，叶内进行了复杂的生理化学变化，经过合理的烘烤控制，烟叶的外观状态和内在质量得到符合于工业需要的定向调控，一些良好的化学和生物学变化形成的化合物得到优化和保留， 形成卷烟的初级原料。烘烤条件要随着采收烟叶的变化而调整。烘烤控制程序同时也因烤房、烟品种、叶片部位、采收和烘烤时气候条件、烟叶的成熟度和采收时水分含量等因素的

10、变化而不同。一个烘烤过通常需要 120h150h 才能完成。 烘烤过程控制的主要变量是烘烤的环境温度、相对湿度、 风速以及这些变量的时间变化，通过对这些变量的调控来调控叶片的温度和水分，进而影响和决定烟叶生物化学变化的速度和程度，形成特定的烟叶质量。在烘烤中烟叶的外观形态发生两个十分明显的变化。一是烟叶颜色由黄绿色变化。黄色，这是形成最佳烟叶质量需要的目标颜色，间接反映了烟叶内在质量的状况，颜色的深浅与烘烤过程中的湿度控制密切相关，如果控制失误，还可能继续发展变为褐色、深棕褐色，降低烟叶的质量和价格 ;二是烟叶由含水量 80%90% 的膨胀状态变凋萎、叶片全干直到干筋。烟叶的这两个变化， 反映

11、了烟叶内在化学组成的变化过程。一方面是有机物质的转化、分解和某些小分子物质缩合的生化变化，需要在酶的作用下完成，这是酶促过程， 另一方面是水分蒸发和散失的物理过程， 反映烟叶外观状态的变化。烟叶水分蒸发的干燥过程， 除了需要一定的叶组织温度和环境温度外，还需要逐渐降低环境的相对湿度。烟叶在烘烤过程中酶促和干燥两个过程是密切相连，相辅相成的，其中有些时间内是相互关联着的。前期，当烟叶失去部分水分时，酶促作用大，强烈进行，烟叶的脱水给酶促作用创造了适宜的条件，到了后期，环境温度升高，相对湿度降低，烟叶水分排出减少，又限制了叶内酶的活性和作用，使叶内生化变化逐渐减弱，直至终止，从而固定了烟叶的外观颜

12、色和内在质量。烟叶烘烤的全过程中，存在着两个速度：一是酶活性变化速度，代表着烟叶组织内有机物质的转化程度 ；二是干燥速度，代表了烟叶水分的散失，同时也表明叶内的生化转化能否继续进行。烟叶烘烤的所有控制措施，就在于创造适宜的条件，合理调整两个变化速度，使之能相互配合，同步进行。在变黄过程中，要促进酶的活动，需要较低的温度和较高的相对湿度，但在初期必须使叶片本身丧失一定量的水分而凋萎。当对品质不利的淀粉大量分解转化为对吸食有利的糖， 芳香类化合物产生和增加，蛋白质和叶绿素分解使叶片变黄达到一定程度以后，就应采取逐步提高温度和降低相对湿度的方法，迅速排除水分，加速叶片干燥，终止酶的活动，将烟叶的黄色

13、固定下来。当叶片全部变黄后，把叶片烤干，并使烟叶特有的香味最大程度地保留下来。总体来讲， 烟叶烘烤过程是控促结合的生物化学变化过程。烟叶烘烤前期， 叶内存在有一定量的水分， 是烟叶变黄和内在物质转化等生理化学变化所必需的条件，同时控制水分一定量的散失，造成提高淀粉酶、蛋白酶活性的环境条件，促进绿色变黄色，大分子物质分解转化为适宜于烟叶质量提高的小分子物质和香气前提物质。在后期， 逐步提高温度和促进失水，又是逐渐减弱酶的活性， 控制外观颜色和内在物质继续转化或促进小分子物质聚合形成和固定烟叶质量的必要手段，这就是烘烤过程中的有促有控，控促结合。4.2.1 烟叶烘烤的技术要点目前，因烘烤不当造成的

14、烤烟经济损失在 20%30% ，主要是挂灰、青筋或黄片、青筋、烟叶正背面色差过大等。针对这种情况，通过大量实验，总结出几种特殊烟叶的烘烤，要点如下：1.旱天烟 “ 稀编烟，稠装炕 ”。在烘烤时要先拿色，后拿水，以防烤青。一是烘烤时起点温度要高，可提到 39 ；二是变黄时间宜晚，烟叶变黄程度要稍高，定色阶段前期升温要慢消除残余青色，后期升温要加快；三是整个烘烤过程湿球温度宜稍高。2.涝天烟 ，在烘烤中要先拿水，后拿色，解决烤黑。要“ 稀编烟，稀装烟”。一是变黄期温度要达到3940 ，干湿球温度差要达到34，转火时变黄程度宜低；二是定色期烧火要稳，升温要准，排湿要快，每2 小时升 1，达到4648，并充分延长，使烟叶完全变黄，达到小卷筒，此后以每2 小时升温 1左右，至5455 ，实现全炕干片。3.返青烟 ，长期干旱后遇透雨，烟叶出现返青， 不要急于采烤， 要等二次落黄后再采烤。要“稀编烟，稀装炕”，高温变黄，低温变色。一是点火后要以每小时1 速度提升干球温度到 40左右，干湿球温度差达到3，保持较快的变黄速度，变黄程度宜低不宜高；二是要充分延长4647时间， 使湿球稳定在37，使低棚烟叶完全变黄且达