1.本发明涉及一种基于恒定干燥速率的快速水分检测方法，是利用烟丝在特定范围内具有恒定干燥速率的快速水分检测方法，可在10-30分钟内测量出烟丝的水分，从而达到相较于传统烘箱法测量水分减少时间的目的。
背景技术：2.烟草加工过程中，会历经多个湿热处理工序，如回潮、加料、烘丝等处理工序，及时获取烟丝含水率是实现烟草加工过程中生产条件精准调控的基础。目前行业通用方法是利用烘箱法(yc/t 31-1996)加热2小时，温度(100
±
2)℃。烘箱法缺点在于测量时间过长，无法对水分测量进行及时反馈。除此之外，还有气相色谱法(gb/t 23203.1-2008)、卡尔费休法(gb/t 23203.2-2008)可以测量卷烟中的水分，这些方法的特点均是操作较为繁琐，时间较长，不适合卷烟工业企业使用。
3.因此研究一种快速准确的水分测量方法对于指导在线生产有着巨大的帮助。
技术实现要素：4.本发明的目的正是基于上述现有技术状况而提出的一种基于恒定干燥速率的快速水分检测方法，是利用烟丝在特定范围内具有恒定干燥速率的快速水分检测方法，通过获取烟丝在相应环境条件下设定时间内烟丝吸附/脱附质量变化曲线，基于10分钟内样品质量变化情况预测烟丝初始干基含水率。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
6.一种基于恒定干燥速率的快速水分检测方法，是借助可调控环境条件的温湿度仪器，获取烟丝在设定环境条件下质量变化曲线；通过水分散失规律建立样品初始干基含水率与样品质量变化曲线的数学模型，再利用特定时间范围内的样品质量变化曲线即可实现快速测量烟丝样品的初始干基含水率。
7.所述可调控环境条件的温湿度仪器是指可调控环境温度、相对湿度的热湿分析仪或吸附脱附仪。
8.所述热湿分析仪为中国专利号zl 200510107366.x、zl 200720090560.6、zl 201020539746.7中所公开的装置。
9.所述吸附脱附仪为中国专利号zl 201210267723.9、zl 201510307227.5、zl 201911284693.0、zl 201911283062.7中所公开的装置。
10.本发明方法的具体步骤如下：
11.步骤一：烟丝水分吸附/脱附特性研究，获取所需环境条件下样品s1平衡干基含水率me及脱水速率公式的斜率k。
12.采用规定方法(采用行业标准yc/t 31-1996烟草及烟草制品试样的制备和水分的测定-烘箱法测定)测定样品s1湿基含水率mw、干基含水率md，单位为％d。
[0013][0014][0015]
式中mw为s1样品绝对含水量(即样品中水分的质量)，单位g；md为s1样品干基质量，单位g。
[0016]
借助热湿分析仪(或吸附脱附仪)获取所需环境条件下烟丝实现水分吸附或脱附平衡的质量变化曲线，基于质量变化曲线得到烟丝平衡干基含水率me。
[0017][0018]
式中me为样品达到吸附或脱附平衡对应的质量，单位g；m0为样品初始质量，单位g。
[0019]
由上得到样品s1于t时刻下干基含水率m
t
及相对干基含水率mr。
[0020][0021]
由newton模型可得
[0022][0023]
变形为
[0024]mt
＝me+(m
d-me)e-kt
(6)
[0025]
可得恒速率干燥模型
[0026][0027][0028]
通过(7)式作图得到不同水分和脱水速率的关系。经过观察发现在5％-25％区间内呈现线性分布，可认为-k在该设定环境条件下为定值，斜率即为-k。
[0029]
步骤二：加工过程中烟丝待测样s2初始干基含水率md方程推导。
[0030]
由(6)可得，
[0031][0032]
变形为
[0033]mt
＝-(m
w-me)
·
exp(-k
·
t)+me+md(9)
[0034]mt
为t时刻样品总重量，mw为待测样品里初始水分质量，md为样品干基质量，me为平衡时样品含水质量。
[0035]
(9)式中的exp(-k
·
t)已知，利用不同时刻样品的重量变化数据作图，斜率即为-(m
w-me)，常数项即为me+md，因为，所以(9)式常数项可以写为(1+me)md，由于me已知，即可求出md。
[0036]
利用(10)、(11)式，可最终求出初始干基含水率md[0037]mw
＝m
0-md10)
[0038][0039]
步骤三：加工过程中烟丝样品对应工序初始干基含水率预测。
[0040]
从加工现场取一定质量烟丝样品，置于设定温度、湿度的热湿分析仪(或吸附脱附仪)中获取烟丝样品在该环境条件下随时间变化的吸附/脱附质量变化曲线。收集10min数据即可。忽略该条件下影响因素对k的作用，仅与时间相关，由式(11)预测出烟丝样品初始干基含水率md。
[0041]
上述步骤一、步骤二仅需在拟定测试条件时进行单次实验，获取该条件下所需各参数值，在此基础上开展待测烟丝系列样品的含水率预测。
[0042]
本发明的优点在于：借助可调控环境条件的热湿分析仪(也可用吸附脱附仪,两种仪器都可以，只要保证同一个试验流程采用同一只仪器即可)，快速获取烟丝在设定环境条件下质量变化曲线，并由此预测烟丝品初始干基含水率。该方法仅需通过测定该环境条件下烟丝的平衡干基含水率，即可实现在线生产过程中烟丝样品的初始干基含水率。
附图说明
[0043]
图1为不同初始水分的干燥速率曲线。
[0044]
图2为待测样品恒定干燥速率模型的线性拟合。
具体实施方式
[0045]
本发明以下结合实施例(附图)做进一步描述：
[0046]
设置温度60℃，湿度0％，利用吸附脱附仪对干基水分为15.15％的样品进行干燥，根据(7)式进行计算得出不同初始水分的干燥速率曲线，如图1所示，利用线性方程进行拟合，得出斜率k为-1.13e-3。
[0047]
取干基水分为24.61％的待测样品1.0048g，放入吸附脱附仪进行干燥(干燥条件与以上相同)，做待测样品质量随着时间的变化规律(如图2示)，即利用(9)式来进行拟合并求解，可求出常数0.8259，已知me＝0.025，
[0048][0049]
得到初始干基水分为24.7％。可以看出计算结果与真实结果仅相差0.09％，表明该方法精度较高。
技术特征：1.一种基于恒定干燥速率的快速水分检测方法，其特征在于：是借助可调控环境条件的温湿度仪器，获取烟丝在设定环境条件下质量变化曲线；通过水分散失规律建立样品初始干基含水率与样品质量变化曲线的数学模型，再利用特定时间范围内的样品质量变化曲线，即可实现快速测量烟丝样品的初始干基含水率。2.根据权利要求1所述的基于恒定干燥速率的快速水分检测方法，其特征在于：所述可调控环境条件的温湿度仪器是指可调控环境温度、相对湿度的热湿分析仪或吸附脱附仪。3.根据权利要求2所述的基于恒定干燥速率的快速水分检测方法，其特征在于：所述热湿分析仪为中国专利号zl200510107366.x、zl200720090560.6、zl201020539746.7中所公开的装置。4.根据权利要求2所述的基于恒定干燥速率的快速水分检测方法，其特征在于：所述吸附脱附仪为中国专利号zl201210267723.9、zl201510307227.5、zl201911284693.0、zl201911283062.7中所公开的装置。5.根据权利要求1所述的基于恒定干燥速率的快速水分检测方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一：烟丝水分吸附/脱附特性研究，获取所需环境条件下样品s1平衡干基含水率m
e
及脱水速率公式的斜率k采用规定方法(即采用行业标准yc/t31-1996烟草及烟草制品试样的制备和水分的测定-烘箱法测定)测定样品s1湿基含水率m
w
、干基含水率m
d
，单位为％；单位为％；式中m
w
为s1样品绝对含水量(即样品中的水分的质量)，单位g；m
d
为s1样品干基质量，单位g；借助热湿分析仪(或吸附脱附仪)获取所需环境条件下烟丝实现水分吸附或脱附平衡的质量变化曲线，基于质量变化曲线得到烟丝平衡干基含水率m
e
式中m
e
为样品达到吸附或脱附平衡对应的质量，单位g；m0为样品初始质量，单位g；由上得到样品s1于t时刻下干基含水率m
t
及相对干基含水率mr，由newton模型可得变形为m
t
＝m
e
+(m
d-m
e
)e-kt
(6)可得恒速率干燥模型
通过(7)式作图得到不同水分和脱水速率的关系；经过观察发现在5％-25％区间内呈现线性分布，可认为-k在该设定环境条件下为定值，斜率即为-k；步骤二：加工过程中烟丝待测样s2初始干基含水率m
d
方程推导由(6)可得，变形为m
t
＝-(m
w-m
e
)
·
exp(-k
·
t)+m
e
+m
d
(9)m
t
为t时刻样品总重量，m
w
为待测样品里初始水分质量，m
d
为样品干基质量，m
e
为平衡时样品含水质量；(9)式中的exp(-k
·
t)已知，利用不同时刻样品的重量变化数据作图，斜率即为-(m
w-m
e
)，常数项即为m
e
+m
d
,因为，所以(9)式常数项可以写为(1+m
e
)/m
d
，由于m
e
已知，即可求出m
d
；利用(10)、(11)式，可最终求出初始干基含水率m
d
m
w
＝m0|m
d
(10)步骤三：加工过程中烟丝样品对应工序初始干基含水率预测从加工现场取一定质量烟丝样品，置于设定温度、湿度的热湿分析仪(或吸附脱附仪)中获取烟丝样品在该环境条件下随时间变化的吸附/脱附质量变化曲线，收集10min数据即可；忽略该条件下影响因素对k的作用，仅与时间相关，由式(11)预测出烟丝样品初始干基含水率m
d
。6.根据权利要求5所述的基于恒定干燥速率的快速水分检测方法，其特征在于：上述步骤一、步骤二仅需在拟定测试条件时进行单次实验，获取该条件下所需各参数值，在此基础上开展待测烟丝系列样品的含水率预测。
技术总结一种基于恒定干燥速率的快速水分检测方法，其特征在于：是借助可调控环境条件的温湿度仪器，获取烟丝在设定环境条件下质量变化曲线；通过水分散失规律建立样品初始干基含水率与样品质量变化曲线的数学模型，再利用特定时间范围内的样品质量变化曲线即可实现快速测量烟丝样品的初始干基含水率。本发明的优点在于：借助可调控环境条件的热湿分析仪或吸附脱附仪，快速获取烟丝在设定环境条件下质量变化曲线，并由此预测烟丝品初始干基含水率。该方法仅需通过测定该环境条件下烟丝的平衡干基含水率，即可实现在线生产过程中烟丝样品的初始干基含水率。始干基含水率。始干基含水率。
技术研发人员：王乐 毕思强 李斌 付丽丽 黄锋 郭亮 张齐 郭中雅
受保护的技术使用者：中国烟草总公司郑州烟草研究院
技术研发日：2022.05.02
技术公布日：2022/7/4
