CC BY
58
THERMODYNAMIC BASIS OF MODELING OF ALCOHOL PRODUCTION FUSEL MIXTURE SEPARA HON
KH.R SIYUKHOV 1, R.N. PANESH 1, T.A. USTYUZHANINOVA 1, T.G. KOROTKOVA 2
1 Maikop State Technological University,
191, Pervomaiskaya st., Maikop, 352700; e-mail: [email protected]
2 Kuban State Technological University,
2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; e-mail: [email protected]
Experimental information about distillation (in column of batch operation) of fusel fraction with a little ethyl alcohol residual content was shown. Fractions with enhanced content of 1-propanol which give phases with varying from computed with NRTL structure were obtained. Reasons of this deviation were found and a method which ensures better fit of experimental and computed data was offered.
Key words: vapor-liquid balance, liquid-liquid balance, 1-propanol, isobutanol, isoamylol, NRTL method.
663.97.051.82
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАСЧЕТА ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОДЕРЖАНИЯ НИКОТИНА В ДЫМЕ СИГАРЕТ
И.А. РЕЗНИЧЕНКО, В.П. ПИСКЛОВ
Всероссийский научно-исследовательский институт табака, махорки и табачных изделий Россельхозакадемии, 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 42; тел./факс: (861) 252-16-12
Впервые в России проведены исследования, позволяющие расчетным путем определить содержание никотина в дыме сигарет. Расчет проводится на основании данных о содержании никотина в табачной мешке и конструктивных пара -метров сигарет.
Ключевые слова: содержание никотина в дыме, сигаретная бумага, степень вентиляции фильтра.
Содержание никотина в дыме сигарет является одним из строго нормируемых показателей безопасности курительных изделий. С каждым годом наблюдаются тенденции к ужесточению этих показателей и введению новых нормативов качества. Для обеспечения перехода к новым нормативам необходимо научное обоснование, позволяющее осуществлять оценку пригодности табака и вспомогательных материалов для получения продукции с заданными параметрами качества и безопасности. Таким средством научно-технического контроля продукции могут стать расчетные методы прогнозирования содержания смолы и никотина в дыме сигарет.
Основной фактор, влияющий на содержание никотина в дыме сигарет, - содержание никотина в табачной мешке. При закупке сырья применяются различные методы анализа содержания никотина в табачном сырье, как стандартные - спектрофотометрический, газохроматографический, так и экспресс-метод определения никотина в табачном сырье [1]. Содержание никотина в табачной мешке обладает свойством аддитивности [2], т. е., зная компонентный состав табачной мешки и содержание никотина в каждом из компонентов, производитель может рассчитать содержание никотина в табачной мешке.
Для регулирования содержания никотина в дыме сигарет современные производители применяют не только изменение состава табачной мешки, но и конструктивные параметры сигарет: сигаретную бумагу с
различной воздухопроницаемостью, фильтры с различной удерживающей способностью, вентилируемые фильтры.
Цель настоящих исследований - изучение влияния конструктивных элементов на содержание никотина в дыме и создание алгоритма прогнозирования содержания никотина в дыме сигарет. Исследования проводили с использованием современных методов анализа - газовой хроматографии, спектрофотометрии - в соответствии с требованиями российских стандартов ГОСТ и международных стандартов ИСО, прокуривание образцов осуществлялось на линейной курительной машине Cerulean SM450.
На первом этапе исследований изучено влияние воздухопроницаемости сигаретной бумаги на выход никотина в дым. Благодаря естественной пористости сигаретной бумаги обеспечивается доступ воздуха в зону горения и вентиляция сигареты - разбавление дыма воздухом при затяжке. На степень вентиляции сигареты также оказывает влияние плотность табачного жгута - при увеличении плотности табачного жгута степень вентиляции сигареты при равной воздухопроницаемости сигаретной бумаги будет снижаться [3].
Для выявления зависимости степени вентиляции сигареты от воздухопроницаемости бумаги в образцах сигарет с различной сигаретной бумагой и плотностью табачного жгута измерили степень вентиляции сигареты. В результате регрессионного анализа данных получено уравнение
СВС = 0,1703 • ВП + 3,1262,
(1)
где СВС - степень вентиляции сигареты, %; ВП - воздухопроницае -мость сигаретной бумаги, ед. Кореста; коэффициент корреляции г = 0,94.
Затем были отобраны образцы сигарет с воздухопроницаемостью сигаретной бумаги от 23 до 115 ед. Кореста. В отобранных образцах определили содержание никотина в табачной мешке и вес сигарет.
Для дальнейших расчетов данные по никотину в дыме, выраженные в мг/сиг., привели к одной размерности с данными по никотину в табаке, выраженными в процентах, по формуле
^дым, % = (Ждым, мг/сиг. • 100)/ т п
(2)
где ^ДЬ1м, % - никотин в дыме в процентах; Лдым, мг/сиг. - никотин в дыме в мг/сиг.; тпр - масса прокуренной части сигареты, мг.
Образцы прокурили на курительной машине, содержание никотина в дыме определили хроматографически и в результате регрессионного анализа выявили зависимость влияния степени вентиляции сигареты на содержание никотина в дыме.
Л^дым = Маб / (0,1077 • СВС + 5,3836),
(3)
где ^дым, ^таб - никотин в дыме и табаке, %; коэффициент корреляции г = 0,84.
На втором этапе исследований было изучено влияние удерживающей способности фильтра на выход никотина в дым сигарет. Известно [4], что основной характеристикой эффективности фильтрации является сопротивление затяжке фильтра, на которое оказывают влияние такие параметры как толщина волокна, плотность набивки, угол гофрирования волокна, геометрические размеры фильтра.
Для изучения влияния сопротивления затяжки фильтра на выход никотина в дым образцы сигарет с невентилируемым фильтром различных коммерческих марок прокурили на курительной машине с фильтром и без фильтра. По результатам прокуривания и хроматографического анализа дыма была рассчитана удерживающая способность фильтров. В образцах измерили сопротивление затяжке фильтров.
В результате регрессионного анализа получили формулу для расчета удерживающей способности фильтра по сопротивлению затяжке
Я = 0,3039 АР + 14,084,
(4)
Л2 = л - (М/100) • Я,
(5)
тина в дым. Вентилируемый фильтр снижает выход дыма не только благодаря фильтрации частиц, но и за счет разбавления дыма воздухом, протягиваемым через перфорацию фильтра во время затяжки [5].
Были отобраны различные марки сигарет со степенью вентиляции фильтра от 7 до 77%. Сигареты прокурили по двум режимам: с открытыми вентиляционными отверстиями и с закрытыми вентиляционными отверстиями. Содержание никотина в дыме определяли хроматографически.
В результате регрессионного анализа получена формула для расчета выхода никотина в дым сигарет с вентилируемым фильтром
N2 = N! / (2 • 10 5 • СВФ3 - 0,0018 • СВФ2 +
+ 0,0442 СВФ + 0,6991), (6)
где N 27, N1 - содержание никотина в дыме сигарет с вентилируемым и с невентилируемым фильтром, мг/сиг.; СВФ - степень вентиляции фильтра, %; коэффициент корреляции г = 0,97.
Анализ экспериментальных данных прокуривания сигарет с вентилируемым фильтром показал, что при степени вентиляции фильтра более 30%, влияние воздухопроницаемости сигаретной бумаги становится незначительным. Для подтверждения этого вывода был проведен специальный эксперимент. В сигаретах без вентиляции механическим способом на фильтр наносили различное количество вентиляционных отверстий. При этом степень вентиляции фильтра изменялась от 17 до 72%. Для каждого значения степени вентиляции фильтра оценили значение степени вентиляции сигареты. Эксперимент подтвердил, что при степени вентиляции фильтров более 30% вклад сигаретной бумаги в общую степень вентиляции сигареты несущественен.
Для сигарет со степенью вентиляции фильтров более 30% на основании данных прокуривания образцов сигарет была получена обобщенная зависимость влияния степени вентиляции на выход никотина в дым.
После регрессионного анализа и преобразований получили уравнение
Л •р = Л т€б -
(0,7228 -СеС+ 29,9)Лт€б 100
(7)
где АР - сопротивление затяжке фильтра, мм вод. ст.; Я - удержи -вающая способность фильтра, %; коэффициент корреляции г = 0,96.
В этом случае расчет содержания никотина в дыме сигарет с невентилируемым фильтром осуществляется по формуле
где N1, N2 - содержание никотина в дыме сигарет без фильтра и с фильтром, мг/сиг.
Третий этап исследований был посвящен изучению влияния степени вентиляции фильтров на выход нико-
где N^3 - прогнозируемое содержание никотина в дыме, мг/сиг., - содержание никотина в табаке, %; коэффициент корреляции г = 0,84.
Приведенные выше уравнения позволяют прогнозировать содержание никотина в дыме сигарет. Исходными параметрами являются:
содержание никотина в табачной мешке, %; вес табака, г;
длина табачного штранга, мм; длина прокуриваемой части, мм; воздухопроницаемость сигаретной бумаги; сопротивление затяжке фильтра, мм вод. ст.; степень вентиляции фильтра, %.
В общем виде на основе полученных уравнений разработан алгоритм прогнозирования содержания никотина в дыме сигарет (рисунок).
Для проверки достоверности предложенных уравнений прогнозирования были отобраны образцы сигарет по каждому из трех типов: без фильтра, с невенти-лируемым и с вентилируемым фильтром. Образцы прокурили на курительной машине. Результаты экспериментальных данных сравнили с данными прогнозирования (таблица).
Предлагаемый алгоритм прогнозирования позволяет с достаточно высокой степенью достоверности определять содержание никотина в дыме расчетным путем на основе данных о содержании никотина в табачном сырье. Это позволит производителю существенно снизить затраты на изготовление экспериментальных образцов сигарет и значительно ускорить процесс создания новых видов продукции.
ЛИТЕРАТУРА
1. ОСТ 10-052-94. Стандарт отрасли. Метод экспрессного определения никотина в табачном сырье. - М. : Изд-во Минсельхозпрод России, 1994. - 14 с.
2. Кочеткова С.К., Писклив В.П. Экспресс-метод опреде -ления никотина в табачном сырье и прогнозирование содержания никотина в дыме // Современное состояние табачной отрасли и усиление ее научного обеспечения в Российской Федерации и странах СНГ : Материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Краснодар, 2000. -С. 282-286.
3. Selke William A., Mathews John. The Permeability of Cigarette Papers and Cigarette Ventilation // Beitrage zur Tabakforschung International. - 1978. - B. 9. - H. 4. - Р. 193-200.
4. Dw yer R.W., A bel S.G. The efficiencies of cellulose acetate filters // Beitrage zur Tabakforschung International. - 1986. -Vol. 13. - № 5. - Р. 243-253.
Таблица
Тип сигарет Количество образцов Отношение прогно -за к фактическому значению
Без фильтра 27 1,104
С невентилируемым
фильтром 49 1,083
С вентилируемым
фильтром 22 1,143
5. Browne C.L., Keith C.H., Allen R.E. The Effect of Filter Ventilation on the Yield and Composition of Mainstream and Sidestream Smokes // Beitrage zur Tabakforschung International. - 1980. - Vol. 10. -№ 2. - Р. 81-90.
Поступила 13.05.09 г.
ELABORA TION OF CALCULA TIONS ALGORITHM FOR PROGNOSTICA TION OF NICOTINE CONTENT IN CIGARETTE SMOKE
I.A. REZNICHENKO, V.P. PISKLOV
All-Russian Scientific-Research Institute of Tobacco, Makhorka and Tobacco Products of All-Russian Academy of Agriculture,
42, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; ph./fax: (861) 252-16-12
Scientific researches are conducted for the first time in Russia, they permit to determine nicotine content in smoke by calculation on the basis of data constructive cigarette parameters.
Key words: nicotine content in smoke, cigarette paper, degree of filter ventilation.
