關欣,朱波,張東,高依萍,畢思強,郭亮,韓帥,蒙建寶

(1.山東中煙工業(yè)有限責任公司 青島卷煙廠,山東 青島,266100;2.山東中煙工業(yè)有限責任公司 青州卷煙廠,山東 濰坊,262500;3.廣西中煙工業(yè)有限責任公司 南寧卷煙廠,廣西 南寧,530001)

潤葉加料工序是卷煙制絲生產(chǎn)的關鍵工序之一[1]。潤葉加料工序的工藝任務是按照配方設計的要求將料液準確均勻地添加到煙片或煙絲上,提高煙片(絲)的內(nèi)在品質和提高煙片(絲)的耐加工性,并使煙片的水分和溫度適當增加[2-3]。在制品經(jīng)過潤葉加料工序的過程,其常規(guī)化學成分、物理質量和卷煙產(chǎn)品的感官質量都有著顯著的變化[4]。煙葉經(jīng)過加料后,能夠充分發(fā)揮煙葉原料的使用價值、改善由于葉組配方缺陷帶來的感官不足、提升卷煙產(chǎn)品內(nèi)在質量[5-6]。近年來,越來越多的研究機構和卷煙企業(yè)加強如何對提高潤葉加料工序料液有效利用率的研究[7-8]。料液有效利用率是指加料后煙片實際吸收的料液質量與實際加料料液質量之比,該過程中滾筒筒壁粘連料液、隨排潮系統(tǒng)排走的潮氣中含有的料液以及損失在熱風系統(tǒng)管路中的料液,都會使料液有效利用率降低[9]。料液在生產(chǎn)過程中的損失會造成料液未能按照配方的要求準確施加到煙葉中,從而直接影響卷煙的抽吸品質[10]。為確保加料工序的加工質量,須對潤葉加料工序的料液有效利用率進行監(jiān)測。目前測定方法多采用1,2-丙二醇作為標記物的方法,即Q=q物/(q料·w)·100%((Q為料液有效利用率(%),q物為物料中的標記物1,2-丙二醇含量(%),q料為料液中的標記物1,2-丙二醇含量(%),w為料液施加比例(%))[11]。該方法不適用于生產(chǎn)過程中的在線監(jiān)測,也降低了卷煙制絲過程的生產(chǎn)效率。因此,對潤葉加料入口物料狀態(tài)、料罐料液狀態(tài)及潤葉加料機出口物料狀態(tài)進行研究,分析出口流量、流量穩(wěn)定時間、料液實際質量、加料前物料質量、含水率以及生產(chǎn)時間的關系,建立潤葉加料料液有效利用率的數(shù)學模型,旨在生產(chǎn)過程中對料液有效利用率進行在線監(jiān)測,為潤葉加料工序的工藝優(yōu)化,設備缺陷改進,過程料液吸收情況等提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料、設備與儀器

1.1 實驗材料

山東中煙工業(yè)有限責任公司青島卷煙廠“泰山(宏圖)”牌號正常生產(chǎn)煙絲;香精香料(配方要求所用的糖料);1,2-丙二醇(頤中集團)。

1.2 設備與儀器

SJ1523型加料機(流量:4 800 kg/h,昆明船舶設備集團有限公司);TM710型在線水分儀(精度:0.1%,美國NDC紅外技術公司);普通電子臺秤(精度0.01 kg,上海權衡工貿(mào)有限公司);7890A-5975C型氣質聯(lián)用儀(美國安捷倫科技有限公司)。

2 出口物料質量的測量方法

2.1 出口物料頭料階段流量變化的時間段測定

從滾筒出口有物料出時計時,每隔6 s進行一次取樣,將每6 s內(nèi)取出的煙葉總質量進行稱重,以取出的煙葉質量保持穩(wěn)定不變時,以到達穩(wěn)定的第一個時間點終止。分別對同牌號3批次樣品進行統(tǒng)計,以出口物料流量隨出料時間的變化進行曲線繪制。滾筒出口有物料出時到穩(wěn)定的第一個時間點為止的時間即為頭料階段的時間。

2.2 出口物料穩(wěn)定階段的流量的測定

在生產(chǎn)過程中間時間時,不間斷連續(xù)取樣10次,對每連續(xù)6 s取出的煙葉進行稱重,通過取樣質量與時間計算出口物料穩(wěn)定階段的流量。

2.3 出口物料尾料階段流量變化的時間段測定

從滾筒出口物料由穩(wěn)定到減少的第一個時間點計時,每隔6 s進行一次取樣,將每6 s內(nèi)取出的煙葉總質量進行稱重,直至出口物料質量為零時為終止。分別對同牌號3批次樣品進行統(tǒng)計,以出口物料流量隨出料時間的變化進行曲線繪制。滾筒出口物料開始減少時到穩(wěn)定的出口物料為零為止的時間即為尾料階段的時間。

2.4 生產(chǎn)總時間的測定

從滾筒出口有物料出時計時,直至出口物料質量為零時為終止。所用的時間即為生產(chǎn)總時間。

3 料液有效利用率的計算方法

潤葉加料工序料液從料罐經(jīng)雙介質噴嘴噴出,對葉片進行均勻準確加料。在此過程中,會出現(xiàn)滾筒筒壁粘連料液、料液隨排潮系統(tǒng)排走的以及料液損失在熱風系統(tǒng)管路中等情況發(fā)生,都會造成料液的損失。出口物料經(jīng)過了加料和適當?shù)幕爻焙?總質量較加料前有所增加。不同的傾斜角度、不同的滾筒尺寸、不同的含水率、不同的滾筒轉速,使出口物料流量曲線不一樣。通過研究出口物料的變化特性,來確定葉片吸收料液的程度,進而求得料液的有效利用率。

3.1 工藝流程

4 800kg/h葉片處理段生產(chǎn)線工藝流程圖見圖1。

3.2 潤葉加料出口物料的變化特性

選擇同牌號3批次樣品進行試驗,統(tǒng)計出口流量與時間的對應關系。如圖2所示,t頭為頭料階段出口物料由零到達物料流量穩(wěn)定的時間;t尾為尾料階段出口物料流量由穩(wěn)定到達零的時間。如圖3所示F1為出口物料穩(wěn)定階段的流量。

選擇同牌號3批次樣品頭料階段和尾料階段的出口物料流量數(shù)據(jù)進行線性回歸分析。頭料階段,在出口物料穩(wěn)定前,物料流量隨時間呈線性正相關,相關系數(shù)分別為0.998、0.997、0.999;尾料階段,物料流量隨時間呈線性負相關,相關系數(shù)分別為0.919、0.934、0.933。出口物料流量在非料頭和非料尾階段基本保持穩(wěn)定。

由于需要計算物料的增加質量,需要通過物料的干基物質進行換算。圖4為頭料和尾料階段出口物料流量關系與含水率關系的對比,由圖4可知,不同批次頭料階段出口物料流量由零到達流量穩(wěn)定的時間一致,尾料階段出口物料流量由穩(wěn)定到達流量為零的時間也一致。不同批次頭料階段出口物料含水率曲線一致,尾料階段出口物料含水率曲線也一致。并且不同批次頭料階段出口物料流量由零到達流量穩(wěn)定的時間與出口物料含水率由零點到達含水率穩(wěn)定的時間相同不同批次尾料階段出口物料流量由穩(wěn)定到達流量為零的時間與出口物料含水率由穩(wěn)定到達零點的時間相同。

3.3 料液有效利用率的計算方法

因在頭料階段物料流量隨時間呈線性正相關,過程中物料流量基本為直線,尾料階段物料流量隨時間呈線性負相關,為計算方便,將變化曲線近似看作直線,以滾筒出口物料流量隨時間變化的規(guī)律作圖。整體形狀為梯形,通過計算陰影梯形面積計算加料出口總質量。如圖5所示。

式中:M1為出口物料總質量;F1出口物料穩(wěn)定時的流量;t頭為頭料階段出口物料流量由零到達流量穩(wěn)定的時間;t尾為尾料階段出口物料流量由穩(wěn)定到達流量為零的時間。

物料經(jīng)過加料滾筒后,含水率有適當增高,并且又吸收了絕大部分的料液,出口物料質量總體增加,根據(jù)滾筒前后物料質量(干物質)守恒:

式中:M0為加料前物料質量;M物為出口物料增加的料液重量;M水為出口物料增加水分的質量。

將式(1)代入式(2)得:

式中:m2為頭料階段的平均含水率;m1為出口物料穩(wěn)定后的平均含水率;m3為尾料階段的平均含水率;m0為加料前物料的平均含水率。

將式(4)代入式(3)得:

在實際生產(chǎn)過程中,料罐中的料液只按照糖料配方比例進行加料,由于料液質量相對過少,生產(chǎn)過程中不能很好的對煙葉進行施加料液。所以在配料時,要根據(jù)實際生產(chǎn)滿足設備對煙葉施加料液的實際情況按照配方要求進行料液與水的配比進行配料。

式中:M實為按配方要求實際料液質量;M罐為生產(chǎn)過程中每批次料罐減少的質量;W為料罐中料液所占的比例。

式中:Q為料液的有效利用率。

將式(5)、式(6)代入式(7)得:

4 生產(chǎn)驗證

以青島卷煙廠4 800 kg/h潤葉加料機為例,在所有參數(shù)一致的前提下,生產(chǎn)5批次泰山(宏圖)分別對料液有效利用率采用標記物的方法和料液有效利用率的計算方法進行F檢驗,結果見表1。由表1可知,最大相對誤差為1.66%,F值為 0.17,P=0.687＞0.05,說明通過料液有效利用率的計算方法可以代表料液有效利用率的實測值。

表1 不同批次料液有效利用率標記物法、計算法的F檢驗結果

5 結論

根據(jù)出口流量、流量穩(wěn)定時間、料液實際質量、加料前物料質量、含水率以及生產(chǎn)時間的關系,建立潤葉加料料液有效利用率的數(shù)學模型,得到料液有效利用率的計算方法。該方法較傳統(tǒng)的1,2-丙二醇作為標記物的方法操作簡單,并且在生產(chǎn)過程中對料液有效利用率可以進行在線監(jiān)測。該方法計算得到的料液有效利用率與1,2-丙二醇作為標記物的方法進行F檢驗,最大相對誤差為1.66%,F值為0.17,P=0.687＞0.05,計算結果可代表實測值。該方法可應用于料液有效利用率的在線監(jiān)測,為潤葉加料工序的工藝優(yōu)化,設備缺陷改進,過程料液吸收情況等提供數(shù)據(jù)支持。