Researchers must know: How HNB (heat-not-burn) new tobacco produces smoke aerosol

HNB (Heat-Not-Burn) is a new tobacco heating technology that produces smoke aerosol by heating tobacco instead of burning it. The underlying logic and scientific basis of this technology mainly involve the following aspects:

1. Basic principles

1. Heat conduction and heat convection：

   • 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. Vaporization and Volatilization：

   • 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. Aerosol formation：

   • 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。

2. Scientific Basis

1. Thermodynamic principles：

   • 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. Principles of fluid mechanics：

   • 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. Chemical reactions：

   • 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。

3. Influencing factors

1. Heating temperature：

   • 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. Heating time：

   • 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. Tobacco ingredients：

   • 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. Equipment Design：

   • 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。

IV. Practical Application

1. Optimizing heating equipment：

   • 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. Improving tobacco formulations：

   • 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. Temperature Control Technology：

   • 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。

V. Conclusion

HNB new tobacco heating technology releases the active ingredients in tobacco by heating tobacco instead of burning it, using physical and chemical processes such as heat conduction, vaporization and aerosol formation. The underlying logic and scientific basis of this technology involve multiple fields such as thermodynamics, fluid mechanics and chemical reactions. By optimizing heating equipment, improving tobacco formulations and adopting advanced temperature control technology, the efficiency and taste of aerosol formation can be improved, while reducing the generation of harmful substances. These scientific bases and technical means provide important theoretical support and practical guidance for the research and development and application of HNB technology.

来源：雷博士创新