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吸烟与健康是烟草行业在前进过程中面临的主要挑战之一,系统而深入地研究烟草干燥工艺与热解燃烧特性,探究烟气中有害成份的形成过程以及各种变量对烟气组份分布的影响,并建立卷烟燃烧数学模型。通过模型模拟各变量对卷烟燃烧内部温度场分布、浓度场分布和卷烟烟气中主要有害成分释放量的影响。以卷烟减害为目的,根据卷烟燃烧模型反馈的信息,为烟草的干燥工艺、低危害卷烟的配方设计以及卷烟辅材料开发设计提供科学依据,这也是烟草行业从经验研究上升到理论研究的必然趋势。 本项目主要包括三方面的内容:烟草干燥工艺优化、烟草热解燃烧特性研究,以及卷烟燃烧数学模型的建立。具体研究内容如下: (1)在实验室水平建立烟草烘箱干燥实验平台,研究了不同的干燥温度以及不同前处理过程(水洗、碱洗和酸洗)对烟叶成分以及热解燃烧特性的影响。结果表明,当烘箱干燥温度达到150℃以上,烟草中大量的糖分发生分解并转化生成新的更难分解的物质;预处理过程会造成烟草中钾、总植物碱、水溶性总糖、还原糖含量有不同程度的降低,并最终影响烟草的热解燃烧行为。 (2)建立了烟草热解燃烧的基本动力学模型,模型的模拟结果和实验结果拟合较好,并通过有无催化条件下热重实验以及动力学参数的对比,从动力学的角度说明了该催化剂可阻碍半纤维素,纤维素和木质素的热解反应,并促进焦炭的氧化反应,因此可以有效降低卷烟烟气中的CO。对基本的烟草热解燃烧反应动力学模型进行修正,已达到模拟多种升温速率条件下(25、50、75、100、125、150、175、200℃/min)的转化率变化,这将为卷烟燃烧数学模型提供更为合适的烟草热解燃烧反应动力学方程。 (3)运用Fluent软件模拟了卷烟阴燃过程中不同时刻的温度场分布,烟气中氧气、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气的浓度分布,热解前驱体的变化,升温速率以及水蒸气的传递等,并将模拟得到的卷烟阴燃线性燃烧速度和卷烟内部最高温度值与实验值进行了对比。模拟结果与实验结果拟合较好,从一定程度上说明了该模型的合理性。本模型还考虑了在水蒸气向后传递的过程中,由于燃烧锥后端温度较低,水蒸气会发生冷凝。研究了冷凝对水份的影响,展示了水份的变化,证明了卷烟燃烧过程中冷凝对水份产生了较大影响。