烟草的燃烧与热解特性
烟草化学试题
一名词解释（每小题2分，共10分）1烟草平衡水分：烟叶的吸湿性使烟叶在任一空气温湿度条件下含水量相应的保持在一定的水平上，这种含水量与周围空气的温湿度保持着一定的平衡关系，即烟叶表面水蒸汽压力与周围空气中水蒸气分压力相平衡时的烟叶汗水率。
2烟草挥发性碱：可以挥发的那部分胺类含氮化合物，主要包括氨，胺酰胺和游离烟碱。
3烟草灰分：烟草样品经初步灰化后放在特制的高温炉中，在500-550°C的高温下灼烧灰化，发生一系列变化，水分及挥发物质以气态逸散，有机物质分解后，与有机物本身的氧和空气中的氧生成二氧化碳，氮的氧化物和水分而散失，残留的灰分包括金属的氧化物、氯化物、碳酸盐等，即为烟草总灰分。
4尼古丁值：总尼古丁/游离尼古丁，该值越大，烟叶苦辣味越轻。
5 Strecker降解反应：二羰基化合物与氨基酸作用，产生一个很活泼的氨基酮和比氨基酸少一个碳原子的醛，并释放出CO2。
1烟叶吸湿性：烟叶能依空气温湿度的变化，从空气中吸收水分或向空气中散发水分，这种性能称为烟叶的吸湿性。
2烟草生物碱：烟草中的一类碱性含氮杂环化合物。
4 多酚值：多酚/（糖+多酚），该值越大，烟叶颜色越深。
5 Amadori分子重排：羰胺缩合产物N-葡萄糖基胺在酸性条件下经过分子重排形成1-氨基-1-脱氧-2-酮糖的过程。
1还原糖：具有半缩醛羟基的单糖或低聚糖2F2蛋白：可溶性蛋白质中去除叶绿体蛋白剩余的部分4尼古丁值：总尼古丁/游离尼古丁5侧流烟气：阴燃时产生的烟气1水溶性糖：烟草中的单糖、二糖和其他低聚糖都具有水溶性，对烟草品质影响基本相同，测定时用同样的方法提取，把它们统称为水溶性糖2 F1蛋白：叶绿体蛋白或核酮糖-1，5-二磷酸羧化/加氧酶3烟草生物碱：烟草中的一类碱性含氮杂环化合物，具有生理活性4施木克值：水溶性糖/蛋白质5主流烟气：吸燃产生的烟气。
1还原糖：分子结构中含有缩醛羟基的具有还原性的单糖或低聚糖。
4糖氮比：水溶性糖/总氮。
卷烟烟气的形成及其理化性质
2 侧流烟气气溶胶的形成机制 ：
侧流烟气微粒来源于热解蒸馏区中形成的 浓聚蒸汽，这种蒸汽通过局部蚀解的卷烟 纸向烟支外扩散；蒸汽一旦离开燃烧锥便 受到骤然降温和稀释作用，从而冷凝为侧 流烟气中气溶胶微粒。
（Golay, P., A. Guardet, and R. Regamey., 1959）
(三)喷射撞击捕集器 这种装置是根据喷射撞击原理工作的，烟 气气溶胶在高速下通过微孔使其撞击在距 离很近的一块平面上。
(四)冷阱
(五)固体吸附剂
用于烟气分析的固体吸附剂 (F. Dabe., and C. R. Green., 1985)
3调节时间：抽吸前调节卷烟主要是调 节烟支的平衡水分。一般48ｈ的调节时
间足够达到水分平衡。平衡标准：试样
质量3ｈ内的相对变化不大于0.2％。
二 主流烟气的收集
(一)剑桥滤片 剑桥滤片（Cambridge filter）是用有机 黏合剂（聚丙烯酸酯）固定起来的玻璃纤 维滤片。在标准吸烟条件下剑桥滤片能保 留99.7%的烟碱 。
2.抽吸频率和持续抽吸时间 每口抽吸持续时间为2.0ｓ±0.05
抽吸频率：每抽吸1口（2ｓ），停顿58ｓ，然 后再抽下一口，也就是说，1min完成一次循环： 包括抽吸2ｓ，阴燃58ｓ。
3抽吸容量：在标准的吸烟环境里，1KPa降 装置，每口抽吸标准容量为35mL±0.15mL。
4抽吸流量图：未点燃卷烟在标准吸烟机上 的抽吸流量图应为钟形，最大流量在81.2s之间。
搅拌式捕集器 （本图选自第36届国际烟草化学家研究讨论会论文选）
（Harris, J. L. 等，1978）
烟草化学试题
一名词解释〔每题2分，共10分〕烟草平分：烟叶的吸湿性使烟叶在任一空气温湿度条件下含水量相应的保持在一定的水平上，这种含水量与周围空气的温湿度保持着一定的平衡关系，即烟叶外表水蒸汽压力与周围空气中水蒸气分压力相平衡时的烟叶含水率。
烟草挥发性碱：可以挥发的那局部胺类含氮化合物，主要包括氨，胺酰胺和游离烟碱。
烟草灰分：烟草样品经初步灰化后放在特制的高温炉中，在500-550°C的高温下灼烧灰化，发生一系列变化，水分及挥发物质以气态逸散，有机物质分解后，与有机物本身的氧和空气中的氧生成二氧化碳，氮的氧化物和水分而散失，残留的灰分包括金属的氧化物、氯化物、碳酸盐等，即为烟草总灰分。
尼古丁值：总尼古丁/游离尼古丁，该值越大，烟叶苦辣味越轻。
Strecker降解反响：二羰基化合物与氨基酸作用，产生一个很活泼的氨基酮和比氨基酸少一个碳原子的醛，并释放出CO2。
烟叶吸湿性：烟叶能依空气温湿度的变化，从空气中吸收水分或向空气中散发水分，这种性能称为烟叶的吸湿性。
烟草生物碱：烟草中的一类碱性含氮杂环化合物。
多酚值：多酚/〔糖+多酚〕，该值越大，烟叶颜色越深。
Amadori分子重排：羰胺缩合产物N-葡萄糖基胺在酸性条件下经过分子重排形成1-氨基-1-脱氧-2-酮糖的过程。
复原糖：具有半缩醛羟基的单糖或低聚糖F2蛋白：可溶性蛋白质中去除叶绿体蛋白剩余的局部尼古丁值：总尼古丁/游离尼古丁侧流烟气：阴燃时产生的烟气水溶性糖：烟草中的单糖、二糖和其他低聚糖都具有水溶性，对烟草品质影响根本一样，测定时用同样的方法提取，把它们统称为水溶性糖F1蛋白：叶绿体蛋白或核酮糖-1，5-二磷酸羧化/加氧酶烟草生物碱：烟草中的一类碱性含氮杂环化合物，具有生理活性施木克值：水溶性糖/蛋白质主流烟气：吸燃产生的烟气。
复原糖：分子构造中含有缩醛羟基的具有复原性的单糖或低聚糖。
糖氮比：水溶性糖/总氮。
焦油：总凝聚物中扣除生物碱和水分所剩余的局部。
卷烟烟气的形成及其理化性质解读
四、主要化学反应
1水分：烟支燃吸过程中，100℃时，自由 水挥发出来，进入烟气；150℃时吸附水释 放出来，进入烟气。
2含杂原子的有机物 分子中碳和杂原子（O S N）等形成的键比 C－C和C－H键弱，高温时先断裂，因此含 氧化合物先在裂解时释放出来，如CO2 CO H2O，其次是H2S和NH3
3 芳香族化合物 芳环热稳定性较高，在热解区，侧链和官 能团比较不温度先从苯环上断裂下来，进 一步分解成气体或挥发产物，冷凝后液化； 芳核彼此缩合或聚合形成稠环化合物。 4自由基反应 在烟支抽吸过程中存在自由基反应
温度（℃） 主要化学反应 产物 类型 900-600 氧化放热 气相物：CO CO2 CH4 H2O2 自由基，少量有机物
600-100 贫氧条件下的 气、液、固三相并存的气溶胶： 吸热反应、热 许多复杂的烟气成分都在这里 解、聚合、缩 生成：焦油、烟碱 合
低于100
粒相物和可凝 聚蒸汽的冷凝 和过滤
１）冷凝作用 ２）晶核作用 3）聚合作用
１）冷凝作用：发生在烟丝上的冷凝作用。 主流烟气进入低温冷凝区后，被稀释空气 冷却，或者被较冷的烟丝冷却，烟气中沸 点高，挥发性低的物质在烟丝上冷却，从 气态转化为液态形成气溶胶的微粒
２）晶核作用：发生在固体颗粒上的冷凝 作用叫晶核作用。高温燃烧过程会使一些 物质以固体颗粒的形式直接进入烟气气流 中，这些固体颗粒就形成了烟气的冷凝核 心（又叫晶核）。 3）聚合作用：在高温条件下，若干个小分 子物质之间相互聚合形成更大分子量的大 分子物质的反应。未饱和有机物和苯环较 易发生聚合作用。
5 旁通区：燃烧锥底部周围的高温燃烧区， 该区燃烧温度最高，燃烧所需的空气大部 分从这个地方通过，所以叫旁通区。
6 堵塞效应（du se）：燃烧锥的中间部 分，形成了一个致密不透气的碳化体，气 流不易从这里通过，所以成为堵塞效应。 是相对于旁通区而言的
烟粉和烟丝的热解燃烧特性及反应动力学分析
烟粉和烟丝的热解燃烧特性及反应动力学分析GUO Gaofei;LIU Chaoxian;LI Bin;ZHANG Ke;WANG Jing;OU Mingyi;LOU Yuanfei;CHEN Liangyuan;ZHU Wenkui【摘要】为了解尺寸对烟草原料热解燃烧动力学特性的影响,利用宏量型烟草高温热转化热重分析仪分析了不同切丝宽度烟丝及其粉碎后烟粉的热解燃烧特性,并使用Coats-Redfern法计算了样品在热解或燃烧过程中各失重阶段的动力学参数.结果表明:①烟粉的最大热解失重速率显著高于烟丝,而0.8~1.2 mm范围内3种不同切丝宽度对烟丝的热解失重速率影响不明显;②烟粉在燃烧过程中,生物质三组分热转化导致的挥发分析出与燃烧反应失重峰在DTG曲线中合并为1个失重峰,而烟丝在该热转化过程表现为3个独立的失重阶段;③烟粉的起燃温度Ti高于烟丝、燃尽温度Tb显著低于烟丝,其综合燃烧特性指数S为4.75×10-7 %2·min-2·℃-3,而3种切丝宽度烟丝的S值在2.63×10-7~2.99×10-7 %2·min-2·℃-3范围内变化,且切丝宽度越小综合燃烧特性指数越高;④Coats-Redfern法热解动力学结果显示,在Zone 2对应的小分子有机物热解温度范围内,烟粉的热解动力学主要由2级化学反应控制,而烟丝主要受三维扩散控制.烤烟尺寸越小其燃烧性越好,且与烟粉相比,烟丝在热转化过程中受到更加显著的传热传质阻力的影响.%In order to investigate the effects of tobacco size on its pyrolysis and combustion properties, tobacco strands of different widths and tobacco powder were tested by a macro-thermogravimetric analyzer. The kinetic parameters of the samples at different pyrolysis/combustion stages were calculated by Coats-Redfern method. The results showed that: 1) The maximum weight loss rate of tobacco powder was significantly higher than that of tobacco strands. Within the test range of 0.8-1.2 mm, the strand widths did not affectweight loss rate obviously. 2) The devolatilization and combustion of three biomass components (hemicellulose, cellulose and lignin) in tobacco powder combined into one peak in DTG curves, rather than three independent peaks in those of tobacco strands. 3) Tobacco powder featured higher light-off temperature and significantly lower burn-out temperature than those of tobacco strands. The combustion characteristic indexes of tobacco powder was 4.75× 10-7 % 2·min-2·℃-3, that of tobacco strands ranged from 2.63×10-7 to 2.99×10-7 % 2·min-2·℃-3, negatively correlated to cut width. 4) The pyrolysis kinetic analysis of Coats-Redfern method indicated that the pyrolysis of tobacco powder was mainly controlled by a second-order chemical reaction in Zone 2 within the pyrolysis temperature range of small molecule organic matter, while the pyrolysis of tobacco strands was dominated by a three-dimensional diffusion. The samples of flue-cured tobacco of smaller size features better combustibility, and the thermal conversion reaction of tobacco strands was influenced more significantly by its resistance to heat and mass transfer.【期刊名称】《烟草科技》【年(卷),期】2019(052)006【总页数】9页(P90-98)【关键词】烟草;热解;燃烧;宏量热重分析仪;热重分析法;动力学分析【作者】GUO Gaofei;LIU Chaoxian;LI Bin;ZHANG Ke;WANG Jing;OU Mingyi;LOU Yuanfei;CHEN Liangyuan;ZHU Wenkui【作者单位】Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC, Zhengzhou 450001, China ;Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC, Zhengzhou 450001, China ;Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC, Zhengzhou 450001, China ;Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC, Zhengzhou 450001, China ;Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC, Zhengzhou 450001, China ;Technology Center, China Tobacco Guizhou Industrial Co., Ltd., Guiyang 550009, China;Technology Center, China Tobacco Guizhou Industrial Co., Ltd., Guiyang 550009, China;Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC, Zhengzhou 450001,China ;Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC, Zhengzhou 450001, China【正文语种】中文【中图分类】TS412卷烟在抽吸过程中会发生一系列复杂的化学反应，包括富氧区的烟丝燃烧反应和贫氧区的烟丝热解反应，在此过程中其内部温度从室温快速升至950℃左右［1-2］。
生物质烟梗热解和燃烧特性研究
ｓ （ １ ５ Ｋ ／ ｍ ｉ ｎ ） ＞ Ｓ （ ２ ０ Ｋ ／ ｍ ｉ ｎ ） ＞Ｓ （ １ ０ Ｋ ／ ａ ｒ ｉ ｎ ） ＞Ｓ （ ５ Ｋ ／ ｍ ｉ ｎ ） ； 同时考察粒径对燃烧特性指数的影响得 出 Ｓ （ ０ ． １ ８ ０ ｍ ｍ）＞ ｓ （ ０ ． ２ ５ ０ ｍ ｍ） ＞ Ｓ （ ０ ． ４ ２ ５ ｍ ｍ） 。用 Ｏ ｚ ａ ｗ ａ法计 算生物质烟梗的表观活化 能， 得 出生物质 烟梗热 解反 应 时的活化能 大于燃
ｒ ０ ｂ ａ ｃ ｃ ｏ Ｓ ｔ ａ ｌ ｋ
ＺＨＯＮＧ Ｘｉ ａ ｎ－ ｆ ａ ｎｇ ’ ’ Ｌ Ｉ Ｕ Ｃ ｈ ｕ ｎ — ｂ ｏ 。 ＷＡＮ Ｇ Ｋｕ ｎ — ｍｉ ａ ｏ ，Ｚ ＨＡＮＧ Ｔ ａ ｏ ，ＨＡＮ Ｊ ｉ ｎ ｇ — ｍｅ ｉ ，
， ，
Ｃ ＨＥ Ｎ Ｙｏ ｎ ｇ － ｋ ｕ ａ ｎ ，Ｗ ＡＮＧ Ｙａ － ｍｉ ｎ ｇ ，ＭＩ ＡＯ Ｍｉ ｎ ｇ ． ｍｉ ｎ ｇ ，Ｌ Ｉ Ｕ Ｚ ｈ ｉ — ｈ ｕ ａ ，
・
研 究报 告—— 生物质 能源 ・
生 物 质 烟 梗 热 解 和 燃 烧 特 性 研 究
钟仙 芳 ， 刘春 波 ， 王 昆淼 ， 张 涛 ， 韩敬 美 ，
陈 永 宽 ，王 亚 明 ， 缪 明 明 ，刘 志华
（ １ ． 云南烟草科 学研 究院 云 南省烟草化学重点 实验 室，云 南 昆明 ６ ５ ０ １ ０ ６ ； ２ ． 昆明理 工大学 化学工程学 院，云 南 昆明 ６ ５ ０ ２ ２ ４ ） 摘 要： 以生物质烟梗 为材料 ， 对其燃烧特性进行 了研 究。采用热重分析仪 同步 热分析技 术考察升温速 率和粒径对 生物
【精品】卷烟烟气的形成及其理化性质(精)
卷烟烟气的形成及其理化性质(精)第十章卷烟烟气的形成及其理化性质20世纪50年代以来，随着吸烟与健康问题的提出，对卷烟烟气的形成机制和烟气理化特性的研究，已普遍开展。
特别是70年代以来，在烟支燃烧状态的测定和烟气化学成分的分离鉴定等方面都取得了显著的进展。
新的仪器设备、先进的分离鉴定技术，为这些研究创造了有利条件。
研究烟气理化特性的目的是显而易见的，即对卷烟烟气进行分析研究，以深入了解卷烟燃烧特性和烟气的化学组成，为探讨人们吸入烟气后所受到的刺激和影响提供线索。
同时也只有在对烟气化学性质研究的基础上，才能采取有效的方法，既尽量减少烟气中的有害成分，又保持充足的香味和适当的劲头，研制开发出把对健康危害降到最低水平而又为消费者乐意接受的卷烟产品。
第一节烟支的燃烧卷烟烟支主要是由烟草、添加剂、卷烟纸、滤嘴等构成的，其中最重要的是烟草。
当烟支在高温条件下燃烧（或燃吸）时，内部化学成分发生一系复杂变化，从而形成卷烟烟气。
烟草作为一种天然材料，在燃烧过程中由于温度和氧气供应量的不同，其燃烧机制不同，产生烟气的化学成分也不同。
烟气中有数千种化合物，大约仅有1/3的化合物直接来自烟草，其余则是燃烧过程中产生的化合物，许多成分含量极微。
一、主流烟气和侧流烟气烟支被点燃后，首端立即生成炭，从而形成了卷烟的燃烧系统。
燃烧部分的固体物质形成一个椎体——燃烧锥，燃烧锥与未燃烧卷烟之间有一条黑色的炭线。
抽吸时椎体底部外围的烟草被燃烧掉，炭线后移，椎体变长。
暂停抽吸时，椎体阴燃而变短，直至与空气达到热平衡为止。
于是抽吸卷烟时有两种燃烧方式—吸燃和阴燃，由此相应地产生了主流烟气（mainstream smoke简写为MS）和侧流烟气( sidestream smoke,简写为SS) (见图10-1)。
烟支被抽吸时，大部分气流是从燃烧锥底部周围进入，烟支燃烧形成气溶胶，从烟支尾端冒出的烟气流，称为主流烟气。
主流烟气进入吸烟者的口腔，用吸烟机吸烟时主流烟气进入吸烟机。
烟草废弃生物质热解实验研究
烟草废弃生物质热解实验研究采用热重分析方法，以氮气为载气对不同粒径烟梗、烟杆和玉米秸秆等生物质进行不同升温速率下的热解实验，分析出烟梗在不同条件下的失重情况，并与烟杆和玉米秸秆进行对比分析。
研究显示：烟梗热解主要由水分析出，低沸点化合物析出，半纤维素、纤维素热解析出挥发分，木质素热解和生物炭的形成五个热重阶段组成。
升温速率的提高会导致挥发分析出困难、峰值向高温区移动、而析出量增大；在相同的热解条件下，烟梗的热稳定性最好；随着粒径的减小，烟梗在低温区的热解持续时间缩短，热解能力变差，析出挥发分减少。
标签：热重分析；生物质；热解；升温速率；粒径化石染料的广泛使用对环境的危害已广为人知：一是二氧化碳造成的温室效应；二是二氧化硫所引起的酸雨污染；三是氮氧化物，这些都带来了严重的环境污染和气候变化问题。
据资料显示[1]，2012至2013年我国的进口原油接近2.7亿吨，对外的依存度超过了55%，煤炭进口3.2亿吨，供需矛盾的出现势必会严重影响国家的石油安全。
化石能源的枯竭和环境的恶化严重制约着当今社会的发展，而生物质能以其独特的特点（可再生性，低二氧化碳排放，几乎不排放二氧化硫）跃然纸上。
因此，科学高效地利用生物质能源必将成为解决我国能源环境的有力措施之一。
在刚出台的十三五规划中也承诺在2030年实现减排65%，非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右，其中也提到了加快发展生物质能的要求。
现阶段最常见的生物质能源利用方式是生物质气化、燃烧将其转化为高效洁净能源产品或燃料物质。
烟草业是贵州省的支柱产业。
常年种植烤烟20万公顷左右，产量40万吨左右，约占全国烤烟总量的20%，是全国烤烟生产的第二大省。
这就导致每年势必会有大量的烟草废弃物出现，而它们得不到高效利用就会造成资源浪费。
近年来，大多数烟草废弃物的研究都着重于提取烟碱、植物蛋白和茄尼醇，制备活性炭、堆肥和生物质类燃料等[3]，而很少有关于烟草废弃物热解特性的研究。