一种烟草燃烧热解烟雾释放量测量装置及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种烟草燃烧热解烟雾释放量测量装置及测量方法，属于烟草烟气测 量技术领域。
【背景技术】
[0002] 无论是常规卷烟、低温卷烟还是电子烟，其在抽吸时都会产生可见烟雾气溶胶。烟 雾气溶胶释放量直接影响到卷烟感官质量，因此，有必要对卷烟烟雾气溶胶释放量及其影 响因素进行评价和研宄，以便于对不同卷烟制品的烟雾释放量进行针对性调控。目前，测量 烟雾释放量的方法主要有称重法、重力沉降法、显微镜观察法、惯性冲击法、消光法等。相对 于称重法、重力沉降法、显微镜观察法以及惯性冲击法对气溶胶先采集后测量的离线研宄 手段，电子低压冲击法以及消光法具有实时性好、精度高等优点，其安装使用及维护均比离 线手段简便得多。但电子低压冲击法的设备昂贵，还需要烟气进行高度稀释，因此，消光法 具有较高性价比。
[0003] 已有的针对烟雾释放特性评价的公开报道中，如中国专利CN101788447A和中国 专利CN101373176A，基本是针对卷烟制品，因此，第一步是制备实验卷烟，这给烟雾释放量 影响因素的研宄带了极大不便。通过构建合适的模拟卷烟燃烧热解装置，并将其与基于消 光原理的烟雾释放量测试仪联用，来分析卷烟主要成分在不同燃烧热解环境下烟雾释放 量，无疑是一种既方便又高效的方法。
[0004] 当前，模拟卷烟燃烧热解环境的装置主要有热重分析仪、常规管式炉和稳态管式 炉。但热重分析仪和常规管式炉难以使烟草燃烧热解处于稳态，基于可控等值比原理的稳 态管式炉可通过控制样品供应速度、空气供应速度和温度而使燃烧热解处于相对稳定的状 态，如中国专利CN103926342A所记载，实现了卷烟燃烧热解环境的准确模拟，为烟气化学 成分、烟雾释放量的准确定量分析提供的保障，但是，关于烟草燃烧热解烟雾释放量的测量 方法未见公开报导。
【发明内容】
[0005] 本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种烟草燃烧热解烟雾释放量 的测量装置及测量方法，以实现对烟草在不同燃烧热解环境下烟雾释放量的准确测量。
[0006] 本发明解决技术问题采用如下技术方案：
[0007] 本发明烟草燃烧热解烟雾释放量测量装置的结构特点是：
[0008] 设置具有温度控制器的环形加热炉，石英管置于所述环形加热炉内的一端为加热 端，另一端为非加热端，在所述非加热端设有密封件，石英舟置于所述石英管中，并能够沿 石英管的轴向匀速移动，在所述密封件上设置有一级进气口；所述石英管以其加热端管端 为出气端，所述出气端接入在冷却混合箱中，在所述冷却混合箱上分别设置有排气口及二 级进气口；
[0009] 设置由入射光发射器和出射光接收器组成的烟雾密度计，所述入射光发射器和出 射光接收器分处在所述稀释混合箱的两侧对射位置上，并分别与计算机进行信号连接。 [0010] 本发明烟草燃烧热解烟雾释放量测量装置的结构特点也在于：在所述石英管的外 部设置步进电机，所述石英舟是在所述步进电机的推动下在石英管中匀速移动，所述步进 电机与石英舟之间的传动通道设置在密封件上。
[0011] 利用本发明装置实现烟草燃烧热解烟雾释放量测量的方法的特点是按如下步骤 进行：
[0012] 步骤1 :计算理论耗氧量；
[0013] 对于烟草进行元素分析获得其中C、H、0、S和N元素的质量分数，设定烟草中由C、 H、0、S和N各元素组成的化合物为CxHyOzSpN q，则烟草在氧气中恰好充分燃烧的化学式为：
【主权项】
1. 一种烟草燃烧热解烟雾释放量测量装置，其特征是： 设置具有温度控制器的环形加热炉（6)，石英管（3)置于所述环形加热炉（6)内的一 端为加热端，另一端为非加热端，在所述非加热端设有密封件（0)，石英舟（4)置于所述石 英管（3)中，并能够沿石英管（3)的轴向匀速移动，在所述密封件（0)上设置有一级进气口 (1);所述石英管（3)以其加热端管端为出气端，所述出气端接入在冷却混合箱（7)中，在所 述冷却混合箱（7)上分别设置有排气口（9)及二级进气口（8); 设置由入射光发射器（101)和出射光接收器（102)组成的烟雾密度计（10)，所述入射 光发射器（101)和出射光接收器（102)分处在所述稀释混合箱（7)的两侧对射位置上，并 分别与计算机（11)进行信号连接。
2. 根据权利要求1所述的烟草燃烧热解烟雾释放量测量装置，其特征是：在所述石英 管（3)的外部设置步进电机（2)，所述石英舟（4)是在所述步进电机（2)的推动下在石英管 (3)中匀速移动，所述步进电机⑵与石英舟⑷之间的传动通道设置在密封件（0)上。
3. -种利用权利要求1所述装置实现烟草燃烧热解烟雾释放量测量的方法，其特征是 按如下步骤进行： 步骤1 :计算理论耗氧量； 对于烟草进行元素分析获得其中C、H、0、S和N元素的质量分数，设定烟草中由C、H、0、S和N各元素组成的化合物为CxHy0zSpNq，则烟草在氧气中恰好充分燃烧的化学式为：
其4
S烟草中C、H、0、S和N元素充分燃烧热解时所需氧 气的体积为
其中：b为C、H、0、S和N五种元素的质量分数总和；M为CxHy0zSpNq的分子量，M= 12x+y+16z+32p+14q;R为理想气体常数；P为被测气体压力；T为被测气体温度；由于烟草 中C、H、0、S和N的总质量占烟草质量的90%以上，因此，将所述视为烟草充分燃烧的 理论耗氧量，则1克烟草充分燃烧热解时理论空气消耗量为：Ven= +0. 21 设定烟草的理论供应速率（v烟草）理论为lg/min， 则空气的理论流量（v)ait即为VenL/min，并有
步骤2:计算空气的实际流量和烟草的实际供应速率 根据等值比公式表征的等值比0为
令外为根据实验设定的等值比，选取等值比供为=外，由式（1)计算获得烟草的实 际供应速率与空气的实际流量之比为：
其中，L为石英舟的长度，v为石英舟的推进速率，W为均匀铺在长度为L的石英舟上 的烟草的质量 由式（1)和式（2)计算获得空气的实际流1
步骤3 :设定环形加热炉的温度为I；、一级进气口的空气流量为（v 、二级进气 口的空气流量为V2、石英舟的推进速率为v，将质量为W的烟草样品均匀铺在长度为L石 英舟上，开始实验并由烟雾密度计实时测量冷却混合箱中烟雾的单位光路长度上的光密度 队;所述质量为W的烟草样品是指按照标准GB/T16447-2004完成预处理的烟草样品； 步骤4 :计算单位质量烟草燃烧热解烟雾释放量； 选取单位光路长度上的光密度队随时间变化波动在± 30 %以内的区间视为稳态区间， 计算获得光密度队在稳态区间中的平均值
；其中，&和12分别是稳 态区间的起点时刻和终点时刻；则烟草燃烧热解的烟雾质量光密度为：
以所述烟雾质量光密度Dm作为单位质量烟草在温度为T^、等值比为％时燃烧热解烟 雾释放量的衡量参数。
【专利摘要】本发明公开了一种烟草燃烧热解烟雾释放量测量装置及测量方法，其特征是设置具有温度控制器的环形加热炉，石英管置于环形加热炉内的一端为加热端，另一端为非加热端，在非加热端设有密封件，石英舟置于石英管中，并能够沿石英管的轴向匀速移动，在密封件上设置有一级进气口；石英管以其加热端管端为出气端，出气端接入在冷却混合箱中，在冷却混合箱上分别设置有排气口及二级进气口；设置烟雾密度计实时测量冷却混合箱中烟雾光密度。本发明利用可控等值比法实现空气流量、烟草供应量和温度的调控，进而控制烟草燃烧热解状态，结合经典消光原理实现烟草在燃烧热解状态下烟雾释放量的准确测量。
【IPC分类】G01N21-61
【公开号】CN104807785
【申请号】CN201510246194
【发明人】周顺, 王孝峰, 宁敏, 徐迎波, 何庆, 张亚平, 田振峰, 陈开波
【申请人】安徽中烟工业有限责任公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月14日