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安东帕PSA助力于测量烟草粉末的粒度分布

安东帕PSA助力于测量烟草粉末的粒度分布

2022/5/11 11:16:09

自20世纪50年代以来,由于雪茄的普及,制造商们开始注重生产过程的成本效益。机器制作的雪茄模仿手工制作的雪茄的成分,也包括茄芯、茄套和茄衣。在这种情况下,茄芯一般由切碎的烟叶组成,也称为短茄芯,其价格比整片烟叶便宜,并且成品更均匀。由于整片烟叶对于机制雪茄来说太脆弱,因此茄套和茄衣通常都是由均质烟叶(HTL)组成的。HTL由细磨的烟草粉末制成,将其与水和纤维素混合成纸浆,然后卷成薄片。HTL增强的抵抗力和均匀性使其非常适合于自动化雪茄制造。此外,HTL有助于控制雪茄的燃烧速率,这是消费者满意度的一个重要标准

 

实验设置

本文研究了HTL生产厂家提供的两种不同的烟草粉末材料。其中一种是粉末状烟草,用于HTL制造雪茄茄套(此后称为“茄套”材料),另一种用于制造雪茄茄衣(“茄衣”材料)。

 

图1:PSA 1190 L/D与自动进样器附件

在安东帕PSA 1190 L/D上,在室温(约25℃)下进行了湿法和干法模式的测量。自动进样器附件(图1)负责取样。茄套和茄衣分别测试3个独立样本,每个样本测量3次。使用夫琅和费近似来计算粒子大小。完整的仪器设置详见表1。

 

表1:烟草粉末材料湿法和干法模式测量参数设置

茄套材料的测试

 

图2:以湿法模式测量的茄套材料。上图:单一代表性体积加权的粒度分布。下图:三个独立样本叠加图,每个样本测量三次。

图2显示了以水为溶剂,湿法模式下测量的茄套材料的粒径分布。此外,三个样本的三次重复结果(共9个测量值)如图2所示。体积加权的D值和相对标准差(RSD)见表2。

 

表2:湿法模式下测量的茄套材料的体积加权D值和相对标准差。第一次:所有样品首次测量运行的平均值。第二和第三次:所有样品的第二次和第三次测量的平均值。

对于所有三个独立的测量样本,叠加图(图2,下图)显示了随着测量次数的增加,粒径向较小粒径轻微偏移(见表2)。这表明,由搅拌器引起的机械应力破坏了一些较大的颗粒。在测量前对样品池进行超声处理,可以显著提高这种效果(数据未显示),从而证实了烟草粉末的易碎性。因此,所有的湿法模式的测量都是在没有超声的情况下进行的。

为了在干法模式下测量茄套材料,使用了专利的干射流分散(也称为文丘里分散)。与观察到的湿法分散情况类似,烟草粉末对空气压力引起的破碎非常敏感,因为不断增加的文丘里压力会使分布向小颗粒大小倾斜(数据未显示)。然而,当使用250 mbar的低文丘里压力进行测量时,颗粒破碎是有限的。因此,这里提出的所有干法测量都是使用这种压力进行的。

 

图3:以干法模式测量的茄套材料:代表性的体积加权粒径分布。

图3显示了干法模式下所测得的粒径分布。三个独立样本的体积加权D值和相对标准差(RSD)见表3。

 

表3:干法模式测得的茄套样品体积加权D值和相对标准偏差。三个独立样本的均值

用干法测量得到的粒度结果比用湿法测量得到的要稍微低一些。对于D90值来说,这一点尤为明显,在干法模式下(128 μm)比在湿法模式下(第一次运行169 μm)低25%。

茄衣材料的测试

 

图4:湿法模式下测得的茄衣材料。上图:代表基于体积加权的粒度分布。下图:三个独立样本叠加图,每个样本测量三次

图4显示了在湿法模式下测量的茄衣材料的典型粒径分布,以及三个独立样本上的三个重复的叠加图。体积加权D值和相对标准差(RSD)见表4。

 

表4:湿法模式下测得的茄衣材料体积加权D值及相对标准差。第一次:所有样品首次测量运行的平均值。第二次和第三次:所有样品的第二次和第三次测量的平均值

对于这个样品,观察到与茄套材料相同的效果。3次重复结果中,第1次结果比第2次和第3次的颗粒尺寸更大,表明了随着测试次数的增加,颗粒破碎。

 

图5:在干法模式下测量的茄衣材料:具有代表性的体积加权粒径分布

图5显示了在文丘里压力为250 mbar的干法模式下测量得到的粒径分布。从三个连续测量值中计算出相应的体积加权D值和相对标准差(RSD),如表5所示。

 

表5:干法模式测得的茄衣材料体积加权D值及相对标准差。平均值来自3个独立样本

正如观察到的茄套样品,通过干法测量得到的颗粒尺寸比通过湿法测量得到的要小。对于大颗粒尤其如此,干法模式下的D90值比湿法模式下下降26%就证明了这一点。

有趣的是,无论是在湿法模式还是在干法模式下,茄衣材料的颗粒尺寸都低于茄套。特别是,茄衣材料的D90值明显低于茄套的D90值,说明茄衣材料的大颗粒含量比茄套少。

结论

通过实验,我们证明了安东帕PSA能够测量烟草粉末的粒度分布,在湿法和干法模式下具有很高的重复性。然而,对极容易破碎的颗粒必须小心地施加尽可能少的机械应力。在干法模式下,通过使用慢速搅拌分散和放弃使用超声来实现。在干法模式下,在低文丘里压力(250 mbar)下分散粉末也可以减少破碎。

总的来说,茄衣比茄套材料含有更小的颗粒,并且粒度分布略窄。这表明这两种材料非常适合它们各自的用途。事实上,作为茄套的HTL应该是高度抗机械应力的,茄衣HTL,使雪茄的最终外观,理想状态下应该是薄,光滑和柔软的。由于茄衣材料比茄套更细、更均匀,我们可以假设其对应的HTL将比其较粗的对应HTL更薄、更光滑。

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王静
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