СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СМОЛЫ В ДЫМЕ СИГАРЕТ
METHOD TO PREDICT TAR CONTENT IN CIGARETTE FUMES

Предлагаемый способ предназначен для определения содержания смолы в дыме сигарет различных конструкций и может быть использован для оперативного контроля и сравнительной оценки качества сигарет, которые позволят осуществить подбор табачной мешки и вспомогательных материалов и изготовить сигаретную продукцию с требуемым содержанием смолы в дыме сигарет.
Нормирование содержания смолы в дыме сигарет осуществляется в соответствии с ГН 2.3.2.1377-03 и составляет для сигарет с фильтром - 14 мг/сигарету; для сигарет без фильтра - 16 мг/сигарету.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ прогнозирования содержания сухого конденсата в табачном дыме (Писклов В.П. Методика прогнозирования содержания сухого конденсата в табачном дыме [Текст] / В.П.Писклов, С.К.Кочеткова // Современное состояние табачной отрасли и усиление ее научного обеспечения в Российской Федерации и странах СНГ: матер. Международ, науч.-практ.конф. - Краснодар, 2000. - с.278-281.), заключающийся в том, что определяют содержание пиролизата в табачном сырье, определяют воздухопроницаемость сигаретной бумаги сигарет без фильтра и в зависимости от группы проводят расчет содержания смолы (Y), мг/сиг, в дыме по формуле:
Y=(0,273*Р-6,089)*К, где
Р - содержание пиролизата в табаке, мг/г;
К - поправочный коэффициент.
При этом:
для 1 группы ВП < 10 ед. CORESTA
К=1,10
для 2 группы ВП 15-20 ед. CORESTA
К=1,00
для 3 группы ВП 20-30 ед. CORESTA
К=0,90
для 4 группы ВП 30-50 ед. CORESTA
К=0,85
для 5 группы ВП 50-70 ед. CORESTA
К=0,77
тр.
тр
Затем сравнивают прогнозируемое содержание смолы в дыме сигарет Y с требуемым значением Y, если Y=Y=±20%, то полученный результат считают положительным, в случае неравенства результат считают отрицательным.
ф
Для прогнозирования содержания смолы в дыме сигарет с фильтром измеряют длину сигареты, фильтра и длину окурка, определяют удерживающую способность фильтра. После чего определяют содержание смолы в дыме сигарет с фильтром (Y, мг/сиг.) по формуле
ф
сиг
ок
Y=((0,273*Р-6,089)*(1-1)*(100-К)*К)/47*100,
где
Р - содержание пиролизата в табачном сырье, мг/г;
сиг
1 - длина сигареты, мм;
ок
1 - длина окурка, мм;
К - поправочный коэффициент;
R - удерживающая способность фильтра, %;
при этом
К=5,152+0,422*ΔР,
где
ΔР - сопротивление затяжке фильтра, мм вод.ст.
ф
тр
ф
тр
Далее сравнивают прогнозируемое содержание смолы в дыме сигарет Y с требуемым значением Y, если Y=Y±20%, то полученный результат считают положительным, в случае неравенства результат считают отрицательным.
Существенным недостатком описанного способа является учет только геометрических размеров сигареты, а вес сигареты при равной длине может сильно отличаться, т.к. современные табачные мешки, включающие восстановленный табак, расширенную жилку, взорванную жилку, обладают различной заполняющей способностью. В этой связи возможны существенные различия между прогнозируемым и фактическим содержанием смолы в дыме сигарет, т.к. содержание смолы в дыме сигарет зависит от количества сгоревшего табака. Другим недостатком является то, что верхней границей воздухопроницаемости сигаретной бумаги в приведенных группах является величина 70 ед. CORESTA, в то время как современными производителями сигарет широко используются сигаретные бумаги, воздухопроницаемость которых 100 и выше ед. CORESTA. Кроме того, в настоящее время более 90% выпускаемых сигарет с фильтром имеют вентилируемый фильтр, однако в приведенном способе степень вентиляции фильтра не учитывается, что является серьезным недостатком.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности и быстроты определения содержания смолы в дыме сигарет различных конструкций для оценки соответствия сигарет требуемым параметрам показателей безопасности табачного дыма при производственном контроле и возможность прогнозирования содержания смолы при разработке новых марок сигарет.
Технический результат достигается тем, что в способе прогнозирования содержания смолы в дыме сигарет, включающем определение содержания пиролизата в табачной мешке, предназначенной для изготовления сигарет; воздухопроницаемости сигаретной бумаги и расчет прогнозируемого содержания смолы в дыме сигарет без фильтра; удерживающей способности фильтра в сигаретах с фильтром, длины сигареты, фильтра и окурка; расчет прогнозируемого содержания смолы в дыме сигарет с фильтром; сравнение прогнозируемого и требуемого значений содержания смолы в дыме сигарет с фильтром и без фильтра и окончательный вывод о соответствии результата прогноза требуемому содержанию смолы в дыме при условии, что прогнозируемое содержание смолы составляет±20% от требуемого, согласно изобретению воздухопроницаемость сигаретной бумаги учитывают через степень вентиляции сигареты (СВС,%), которую определяют по формуле:
дым
где ВП - воздухопроницаемость сигаретной бумаги, ед. Кореста, рассчитывают прогнозируемое содержание смолы в дыме сигарет без фильтра (S1, мг/сиг.) по формуле:
где Р - содержание пиролизата в табаке, %;
пр
m - вес прокуренного табака, г
таб
где m - вес табака в сигарете, г; при этом
штр
1 - длина табачного штранга, мм;
сиг
1 - длина сигареты, мм;
ок
1 - длина окурка, мм,
для сигарет с фильтром рассчитывают удерживающую способность фильтра (R, %) по формуле:
где ΔР - сопротивление затяжке фильтра, мм вод. ст.,
дым
после чего рассчитывают прогнозируемое содержание смолы в дыме сигарет с фильтром (S2, мг/сиг.) по формуле
дым
где S1 - содержание смолы в дыме сигарет без фильтра, мг/сиг.,
дым
для сигарет с вентилируемым фильтром определяют степень вентиляции фильтра (СВФ, %) и рассчитывают прогнозируемое содержание смолы в дыме сигарет с вентилируемым фильтром (S3, мг/сиг.) по формуле
дым
где S2 - содержание смолы в дыме сигарет с фильтром, мг/сиг.
Сопоставление заявленного решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в табачной отрасли, позволяет выявить в нем признаки, отличающие заявленное решение тем, что при определении содержания смолы в дыме сигарет различных конструкций учитывают вес сгоревшего табака; воздухопроницаемость сигаретной бумаги учитывают через степень вентиляции сигареты; удерживающую способность фильтра рассчитывают через сопротивление затяжке фильтра; учитывают степень вентиляции фильтра.
До настоящего времени все существующие способы прогнозирования содержания смолы в дыме сигарет не позволяли учесть весь комплекс факторов, влияющих на содержание смолы в дыме сигарет различных конструкций. Объективного комплексного способа прогнозирования содержания смолы в дыме сигарет различных конструкций не существовало. Поэтому предлагаемый способ необходим и актуален.
В предлагаемом способе определение содержания смолы в дыме сигарет осуществляется с учетом массы сгоревшего табака и геометрических размеров сигареты, а в прототипе учитываются только геометрические размеры. Для табачных мешек, содержащих табак, расширенную жилку, восстановленный табак и обладающих различной заполняющей способностью, такой способ определения содержания смолы в дыме не применим, т.к. полученные результаты не являются сопоставимыми ввиду различного веса сгоревшего табака при равных геометрических размерах сигарет. Это является существенным отличительным признаком, позволяющим получить сопоставимые результаты прогнозирования содержания смолы в дыме сигарет различных конструкций.
Учет влияния воздухопроницаемости сигаретной бумаги через общую степень вентиляции сигареты позволяет получить более корректные результаты прогнозирования, т.к. при равной воздухопроницаемости сигаретной бумаги степень вентиляции сигареты может варьироваться в зависимости от плотности табачного жгута.
Определение удерживающей способности фильтра через его сопротивление затяжке легко выполнимо в условиях производственных лабораторий.
Впервые получены зависимости, позволяющие получить прогноз содержания смолы в дыме сигарет с вентилируемым фильтром.
Предлагаемый способ позволяет более точно выполнить прогнозирование содержания смолы в дыме сигарет, т.к. решена комплексная задача по учету всех факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на содержание смолы в дыме сигарет различных конструкций, от оценки табачной мешки до вспомогательных материалов.
В совокупности существенные признаки предлагаемого способа позволяют оперативно определять содержание смолы в дыме сигарет различных конструкций.
Способ осуществляют следующим образом.
В табачной мешке определяют содержание пиролизата. Определяют плотность табачного жгута, рассчитывают вес табачного жгута. Задают длину сигареты, фильтра, окурка. Определяют воздухопроницаемость сигаретной бумаги, сопротивление затяжке фильтра, степень вентиляции фильтра. Способ прогнозирования содержания смолы в дыме сигарет осуществляют по схеме (см. чертеж).
После определения значений исходных данных рассчитывают прогнозируемое содержание смолы в дыме сигарет. Рассчитывают общую степень вентиляции сигареты (СВС, %) по формуле:
где ВП - воздухопроницаемость сигаретной бумаги, ед. Кореста.
дым
Для сигарет без фильтра рассчитывают прогнозируемое содержание смолы в дыме (S1, мг/сиг.) по формуле
где Р - содержание пиролизата в табаке, %;
пp
m - вес прокуренного табака, г, при этом
таб
где m - вес табака в сигарете, г;
штр
1 - длина табачного штранга, мм;
сиг
1 - длина сигареты, мм;
ок
1 - длина окурка, мм,
дым
дым
затем сравнивают прогнозируемое содержание смолы в дыме сигарет без фильтра S1 с требуемым значением S и делают окончательный вывод о соответствии результата прогноза требуемому содержанию смолы в дыме при условии, что прогнозируемое содержание смолы составляет ±20% от требуемого.
Для сигарет с фильтром рассчитывают содержание смолы в главной струе дыма, пришедшей на фильтр, по формуле (2), определяют удерживающую способность фильтра по формуле
где R - удерживающая способность фильтра, %,
ΔР - сопротивление затяжке фильтра, мм вод ст.,
дым
после чего рассчитывают прогнозируемое содержание смолы в дыме сигарет с фильтром (S2, мг/сиг.) по формуле:
дым
где S1 - содержание смолы в дыме сигарет без фильтра, мг/сиг.,
дым
дым
затем сравнивают прогнозируемое содержание смолы в дыме сигарет с фильтром S2 с требуемым значением S и делают окончательный вывод о соответствии результата прогноза требуемому содержанию смолы в дыме при условии, что прогнозируемое содержание смолы составляет ±20% от требуемого.
Для сигарет с вентилируемым фильтром определяют степень вентиляции фильтра (СВФ, %) и рассчитывают прогнозируемое содержание смолы в дыме сигарет с вентилируемым фильтром по формуле:
дым
дым
-5
3
2
S3=S2/(6*10*CBФ-0,005*CBФ+0,1349*CBФ+0,1051),
дым
где S2 - содержание смолы в дыме сигарет с фильтром, мг/сиг.;
дым
дым
затем сравнивают прогнозируемое содержание смолы в дыме сигарет с вентилируемым фильтром S3 с требуемым значением S и делают окончательный вывод о соответствии результата прогноза требуемому содержанию смолы в дыме при условии, что прогнозируемое содержание смолы составляет ±20% от требуемого.
Примеры осуществления способа
Пример 1. Сигарета без фильтра
Исходные данные
Содержание пиролизата в мешке 118,8 мг/г
Воздухопроницаемость сигаретной бумаги 50 ед. CU
Длина сигареты 70 мм; длина окурка 23 мм
Масса сигареты 0,72 г; масса табака 0,68 г
Требуемое содержание смолы в дыме сигарет 9 мг/сиг.
При заданных параметрах степень вентиляции сигареты по формуле (1)
СВС=0,1703*50+3,1262=11,6412%
Масса прокуренного табака по формуле (3)
пр таб
m=0,68/70*(70-23)=0,4566 г
Содержание смолы в дыме сигарет без фильтра по формуле (2)
дым
S1=118,8*0,46/(0,3146*11,64+0,7545)=12,37 мг/сиг.
дым
дым
Таким образом, при использовании заданной конструкции сигарет прогнозируемое содержание смолы в дыме 12,37 мг/сиг. Что не отвечает требованиям S1=S±20%. Для получения продукции с заданным содержанием смолы в дыме необходимо внести изменения в состав табачной мешки или использовать бумагу с большей воздухопроницаемостью. Для получения продукции с заданным значением содержания смолы в дыме приняли решение изменить воздухопроницаемость сигаретной бумаги, новая воздухопроницаемость сигаретной бумаги 70 ед. CU, тогда
при заданных параметрах степень вентиляции сигареты по формуле (1)
СВС=0,1703*70+3,1262=15,0472%
Масса прокуренного табака по формуле (3)
пр таб
m=0,68/70*(70-23)=0,4566 г
Содержание смолы в дыме сигарет без фильтра по формуле (2)
дым
S1=118,8*0,46/(0,3146*15,05+0,7545)=9,95 мг/сиг.
Следовательно, требуемое содержание смолы в дыме можно получить, используя сигаретную бумагу с воздухопроницаемостью 70 ед. CU.
Пример 2
Сигарета с фильтром
Исходные данные
Содержание пиролизата в мешке 110,4 мг/г
Воздухопроницаемость сигаретной бумаги 40 ед. CU
Длина сигареты 83 мм; длина фильтра 27 мм; длина окурка 35 мм
Масса сигареты 0,78 г; масса фильтра 0,20 г; масса табака 0,55 г
Сопротивление затяжке фильтра 60 мм вод.ст.
Требуемое содержание смолы в дыме сигарет 8 мг/сиг.
При заданных параметрах степень вентиляции сигареты по формуле (1)
СВС=0,1703*40+3,1262=9,9382%
Масса прокуренного табака по формуле (3)
пр таб
m=(0,55*(83-35))/(83-27)=0,4714 г
Содержание смолы в дыме сигарет без фильтра по формуле (2)
дым
S1=110,4*0,47/(0,3146*9,94+0,7545)=13,37 мг/сиг.
Удерживающая способность фильтра по формуле (4)
S
R=0,3046*60+21,105=39,4%
Содержание смолы в дыме сигарет с фильтром по формуле (5)
дым
S2=13,37-((13,37/100)*39,4)=8,10 мг/сиг.
дым
дым
Таким образом, при использовании заданной конструкции сигарет прогнозируемое содержание смолы в дыме 8,10 мг/сиг. Что отвечает требованиям S2=S±20%.
Пример 3. Сигарета с вентилируемым фильтром
Исходные данные
Содержание пиролизата в мешке 120,6 мг/г
Воздухопроницаемость сигаретной бумаги 70 ед. CU
Длина сигареты 83 мм; длина фильтра 27 мм; длина окурка 35 мм
Масса сигареты 0,81 г
Масса фильтра 0,22 г
Масса табака 0,56 г
Сопротивление затяжке фильтра 90 мм вод.ст.
Степень вентиляции фильтра 50%
Требуемое содержание смолы в дыме сигарет 3 мг/сиг.
При заданных параметрах степень вентиляции сигареты по формуле (1)
СВС=0,1703*70+3,1262=15,0472%
Масса прокуренного табака по формуле (3)
пр таб
m=0,56/(83-27)*(83-35)=0,4800 г
Содержание смолы в дыме сигарет без фильтра по формуле (2)
дым
S1=120,6*0,48/(0,3146*15,05+0,7545)=10,54 мг/сиг.
Удерживающая способность фильтра по формуле (4)
S
R=0,3046*90+21,105=48,5%
Содержание смолы в дыме сигарет с фильтром по формуле (5)
дым
S2=10,54-((10,54/100)*48,5)=5,42 мг/сиг.
Содержание смолы в дыме сигарет с вентилируемым фильтром по формуле (6)
-5
3
2
S3дым=5,42/(6*10*50-0,005*50+0,134*50+0,105)=3,01 мг/сиг.
дым
Таким образом, при использовании заданной конструкции сигарет прогнозируемое содержание смолы в дыме 3,01 мг/сиг. Что отвечает требованиям S3=Sдым±20%.
Результаты испытаний способа показали высокую сходимость и воспроизводимость результатов прогнозирования содержания смолы в табачном дыме (табл.1). Для проверки достоверности разработанного способа прогнозирования использовали образцы сигарет различных типов (без фильтра - 39 образцов, с фильтром - 52 образца, с вентилируемым фильтром - 50 образцов), в которых определили физико-химические показатели, содержание смолы в дыме расчетным методом и в результате прокуривания на курительной машине.
Таблица 1Отношение прогнозируемой величины к фактической, выраженное в долях для разных конструкций сигарет
Тип сигарет
Средняя величина отношения прогнозируемого содержания смолы в дыме к фактическому
Без фильтра
0,996
С фильтром
0,809
С вентилируемым фильтром
1,028
Применение предлагаемого способа прогнозирования содержания смолы в дыме сигарет позволяет получить достоверные результаты для сравнительной оценки качества сигарет, которые позволяют осуществить подбор табачной мешки и вспомогательных материалов с целью изготовления сигарет с требуемым содержанием смолы в дыме.
Предлагаемый способ прогнозирования содержания смолы в дыме сигарет прошел проверку в исследовательских лабораториях ГНУ ВНИИТТИ в 2006-2009 г.г. и рекомендован к внедрению в отрасли.