研发必懂：HNB（加热不燃烧）新型烟草产生烟气气溶胶的原理

HNB（Heat-Not-Burn）新型烟草加热技术是一种通过加热烟草而不是燃烧烟草来产生烟气气溶胶的技术。这种技术的底层逻辑和科学依据主要涉及以下几个方面：

一、基本原理

1. 热传导与热对流：

   • HNB技术通过加热设备将热量传递给烟草，使烟草中的有效成分（如尼古丁、香料等）在较低温度下释放出来。热传导和热对流是主要的热量传递方式。

   • 热传导是指热量通过直接接触传递，而热对流是指热量通过流体（如空气）传递。在HNB设备中，加热元件通常与烟草直接接触，通过热传导将热量传递给烟草，也同步通过热对流的方式将热量传递给烟草。

2. 汽化与挥发：

   • 当烟草被加热到一定温度时，其中的挥发性成分（如尼古丁、香料等）会从液态或固态转变为气态，这一过程称为汽化或挥发。

   • 汽化的温度通常在200°C至350°C左右，远低于传统燃烧烟草的温度（约800°C）。这使得HNB技术能够在不燃烧烟草的情况下释放有效成分。

3. 气溶胶形成：

   • 汽化后的成分在空气中部分会冷凝，从而形成气溶胶，即由微小液滴和蒸汽组成的混合物。气溶胶的形成涉及多个物理化学过程，包括液滴的形成、蒸汽的扩散和气溶胶的稳定化。

二、科学依据

1. 热力学原理：

   • 热传导方程：热传导过程可以用热传导方程描述，即 q=-k∇T，其中 
      是热流密度，
      是材料的热导率，∇T是温度梯度。

   • 汽化潜热：烟油从液态转变为气态需要吸收汽化潜热，这一过程可以用热力学公式Q=m*Lv
      描述，其中 
      是吸收的热量，
      是烟油的质量，Lv是汽化潜热。

2. 流体力学原理：

   • 液滴形成：在加热过程中，烟草中的挥发性成分气化后冷凝形成微小液滴，这一过程可以用雷诺数（Re）和欧伯特数（Oh）描述，分别表示惯性力与黏性力的比值和惯性力与表面张力的比值。

   • 蒸汽扩散：汽化后的烟油蒸汽在空气中扩散，这一过程可以用菲克定律描述，即J = -D*∇C，其中J 是扩散通量，D是扩散系数，∇C 是浓度梯度。

3. 化学反应：

   • 热分解：烟草在加热过程中会发生热分解，生成多种化学物质，如醛类、酮类和烃类等。这些物质的生成与温度、加热时间和烟草的成分有关。

   • 气溶胶成分：气溶胶的主要成分包括尼古丁、香料和其他挥发性有机化合物。这些成分在加热过程中会发生复杂的化学反应，影响气溶胶的组成和性质。

三、影响因素

1. 加热温度：

   • 加热温度是影响HNB技术的关键因素。温度过高会导致烟草过度分解，产生有害物质；温度过低则可能导致有效成分无法充分释放。

   • 通常，HNB设备的加热温度通常控制在200°C至400°C之间，以确保有效成分的释放和气溶胶的形成。

2. 加热时间：

   • 加热时间也会影响气溶胶的形成。过短的加热时间可能导致有效成分释放不足，过长的加热时间则可能导致烟草过度分解。

   • 通常，HNB设备的加热时间控制在几分钟内，以确保有效成分的充分释放。

3. 烟草成分：

   • 烟草的成分（如尼古丁含量、香料种类等）会影响气溶胶的组成和性质。不同种类的烟草在加热过程中会释放不同的化学物质，影响气溶胶的口感和安全性。

4. 设备设计：

   • HNB设备的设计（如加热元件的材料、结构和加热方式）也会影响气溶胶的形成。优化设备设计可以提高加热效率，改善气溶胶的形成和口感。

四、实际应用

1. 优化加热设备：

   • 通过优化加热设备的设计，可以提高加热效率，确保烟草在最佳温度下释放有效成分。例如，采用先进的加热元件和温度控制系统，可以精确控制加热温度和时间。

2. 改进烟草配方：

   • 通过改进烟草的配方，可以调整其加热过程中的化学反应，优化气溶胶的组成和性质。例如，添加特定的香料和添加剂可以增强气溶胶的风味和稳定性。

3. 温度控制技术：

   • 采用先进的温度控制技术，可以精确控制加热温度，确保烟草在最佳温度下释放有效成分。例如，温度控制芯片和算法可以实现对加热温度的实时监测和调节。

五、总结

HNB新型烟草加热技术通过加热烟草而不是燃烧烟草，利用热传导、汽化和气溶胶形成等物理化学过程，释放烟草中的有效成分。这一技术的底层逻辑和科学依据涉及热力学、流体力学和化学反应等多个领域。通过优化加热设备、改进烟草配方和采用先进的温度控制技术，可以提高气溶胶的形成效率和口感，同时减少有害物质的生成。这些科学依据和技术手段为HNB技术的研发和应用提供了重要的理论支持和实践指导。

来源：雷博士创新