On an Optimal Choice of Pre-Perforated Tipping Paper and Porous Plug Wrap Paper

Abstract

SUMMARYTo minimize the effect of permeability variations of tipping and plug wrap paper on the degree of filter ventilation and consequently on the smoke yields, a mathematical model for the flow through a layered structure of perforated tipping paper and porous plug wrap paper was derived. The output of the model was compared to experimental data and a very good agreement was found. A statistical investigation revealed that measured permeability values of tipping and plug wrap papers are normally distributed. Furthermore, it was shown that the statistical distribution of the total permeability of the layered structure cannot be distinguished from a normal distribution at reasonable levels of statistical significance. Based on these investigations and on the mathematical model, expressions for the expected value and the coefficient of variation of the total permeability were derived. It was shown that in spite of the non-linear model the difference between the exact expected total permeability and a simple estimate calculated from the expected permeabilities of tipping and plug wrap is sufficiently small, such that for all practical purposes this estimate can be used. The coefficient of variation of the total permeability was then minimized. The solution of this optimisation problem delivered practically applicable design rules for the permeabilities of tipping and plug wrap papers. It was shown that the minimal coefficient of variation of the total permeability is lower than the coefficient of variation of the permeability of tipping and plug wrap paper. Typically an optimal design can be achieved by choosing the tipping paper permeability between 10% and 50% higher than the total permeability. A simple example demonstrated the usefulness of this approach. [Beitr. Tabakforsch. Int. 21 (2005) RESUMEAfin de minimiser l'influence des variations de la perméa-bilité du papier à cigarette et du papier de gainage du filtre sur le degré de ventilation du filtre ainsi que sur les rendements de la fumée, un modèle mathématique a été dévelop-pé décrivant le flux traversant un papier à cigarette perforé et un papier de gainage poreux. Les résultats de ce modèle sont en bon accord avec les valeurs mesurées. Une analyse statistique montre une distribution normale des valeurs de perméabilité du papier à cigarette et du papier de gainage. Cela permet de supposer que la distribution de la perméabilité totale du modèle mathématique ne peut pas être distinguée d'une distribution normale à un niveau significatif. Sur la base de ces recherches et du modèle mathématique, des expressions pour la valeur attendue et du coefficient de variation de la perméabilité totale ont été déduites. Malgré un modèle non-linéaire, la différence entre la perméabilité totale attendue et la valeur estimative, résultant des perméa-bilités attendues du papier à cigarette et du papier de gainage est si minime qu'elle peut être négligée. Le coefficient de variation de la perméabilité a donc été minimisé. Le résultat de ce problème d'optimisation permet ...