煙草生物質(zhì)對流干燥內(nèi)部濕分賦存狀態(tài)及擴(kuò)散特性研究.pdf

1、為探討煙草材料干燥過程中內(nèi)部濕分的賦存狀態(tài)及遷移情況，本文采用低場核磁LF–NMR手段檢測并獲取新鮮煙葉及3種煙草在制品的自旋–自旋弛豫時間 T2反演譜，分析了不同煙草材料中濕分賦存狀態(tài)及影響因素。為進(jìn)一步探討干燥過程中不同煙草材料內(nèi)部水分賦存狀態(tài)的變化情況，分別對新鮮煙葉及3種煙草在制品進(jìn)行 T2反演譜、MRI成像及失重曲線檢測，對比分析不同煙草材料在干燥過程中水分狀態(tài)的變化規(guī)律。同時，研究建立了煙草材料對流干燥傳熱傳質(zhì)模型，可描述對

2、流干燥過程中水分在煙草材料中的擴(kuò)散行為。
　　通過試驗研究和模型分析，課題主要得出如下結(jié)論：
　　(1)對比分析了新鮮煙葉及葉絲、梗絲、再造煙葉3種煙草在制品的T2反演譜特征峰，通過特征峰弛豫時間、幅值分析了不同煙草材料中水分賦存狀態(tài)。新鮮煙葉T2反演譜呈現(xiàn)弛豫時間在3.511 ms、75.646 ms的兩個弛豫峰，分別對應(yīng)于內(nèi)部賦存的半結(jié)合水和結(jié)合水。在10％~35%含水率范圍內(nèi)，煙草在制品的T2反演譜圖通常呈現(xiàn)2~4個質(zhì)

3、子信號峰，其中弛豫時間在0.01~10 ms范圍T21主峰反映了煙草中水分的氫質(zhì)子弛豫信號強(qiáng)度，弛豫時間在1~100 ms范圍的T22、T23、T24峰反映了煙草油分物質(zhì)中的氫質(zhì)子弛豫信號強(qiáng)度。
　　(2)通過對比分析不同含水率條件及天然/再造兩種煙草材料 T2反演譜特征峰，探討了含水率、微觀結(jié)構(gòu)對煙草在制品內(nèi)部濕分賦存狀態(tài)的影響。隨著煙草材料含水率的增大，葉絲、梗絲、再造煙葉絲的T21峰弛豫時間逐漸增大，煙草材料中遷移性較強(qiáng)的水

4、分比例增大。T21弛豫峰面積與不同煙草材料含水率均存在顯著的線性相關(guān)，該 T2反演信號可用于煙草材料含水率的定量分析。與再造煙葉相比，天然煙草材料中30μm以上細(xì)胞尺度上的孔隙被破壞后，水分弛豫時間明顯減小，表明天然煙草材料中水分賦存狀態(tài)受其微觀多孔結(jié)構(gòu)影響明顯。
　　(3)采用在線T2反演譜分析、MRI成像考察了新鮮煙葉烘烤過程中水分賦存狀態(tài)的變化，并探討了水分狀態(tài)與干燥過程水分?jǐn)U散的相關(guān)性。新鮮煙葉50~90℃烘烤過程中，內(nèi)部

5、濕分 T2反演譜特征峰的弛豫時間逐漸減小，即水分活動性逐漸降低。濕基含水率低于73~77%時，對應(yīng)的弛豫時間降低明顯。在相同含水率條件下，片煙干燥溫度較高時，其內(nèi)部濕分的活動性也較強(qiáng)。片煙干燥過程中隨含水率的降低，內(nèi)部水分的活動性逐漸減弱，導(dǎo)致其后續(xù)干燥過程中水分的擴(kuò)散蒸發(fā)速率逐漸降低。
　　(4)采用在線T2反演譜分析考察了葉絲、梗絲、再造煙葉絲干燥過程中水分賦存狀態(tài)的變化，并探討了反演譜特征峰變化與干燥過程水分?jǐn)U散的相關(guān)性。三

6、種在制品干燥過程中，T2反演譜中濕分特征峰的幅值逐漸降低，其中葉絲干燥過程中弛豫時間降低幅度更大，這表明葉絲干燥過程中其內(nèi)部水分結(jié)合狀態(tài)的變化更為顯著。與新鮮煙葉烘烤過程類似，三種煙草在制品干燥過程中，濕分特征峰弛豫時間與干燥速率的變化一致，即均隨干燥速率的降低而減小。
　　(5)采用 COMSOL多物理場模擬軟件，建立了煙草材料干燥傳熱傳質(zhì)模型，用于描述煙草在制品干燥過程內(nèi)部濕分?jǐn)U散特征。該干燥傳熱傳質(zhì)模型采用了連續(xù)介質(zhì)流假設(shè)，