摘要：卷煙用香精香料的配置，是煙草生產(chǎn)過程中一項(xiàng)關(guān)鍵工藝步驟。鑒于此，研發(fā)了一種基于自動(dòng)溫控系統(tǒng)的煙用料液攪拌罐，通過在攪拌罐內(nèi)附設(shè)加熱裝置，并對(duì)加熱裝置進(jìn)行自動(dòng)控制，解決了以往料液配制過程中混合時(shí)間長、混合不均勻、溫度不穩(wěn)定等問題，有效保證了煙用料液的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：香精香料;煙用料液;攪拌罐;自動(dòng)溫控

中圖分類號(hào)：TS43" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2024）24-0045-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.24.011

0" " 引言

在卷煙制造加工過程中需要用到各類煙用料液，即香精香料。常用的香精香料多為酒精、糖類與水配制而成的溶液，為了節(jié)約配制時(shí)間，需要攪拌罐來加速介質(zhì)溶解，提高溶液混合均勻度。煙用料液混合均勻度很大程度上影響著煙用料液的質(zhì)量及后續(xù)卷煙產(chǎn)品整體風(fēng)味的穩(wěn)定性，但是當(dāng)前煙草企業(yè)中廣泛使用的煙用料液攪拌罐多不附帶加溫系統(tǒng)，或加溫系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng)，導(dǎo)致料液配制過程混合時(shí)間長，經(jīng)常出現(xiàn)混合不均勻、溫度不穩(wěn)定等問題，攪拌效果難以滿足生產(chǎn)需求。

針對(duì)香精香料配制過程中遇到的問題，擬通過加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新，提高生產(chǎn)效率，降低成本[1]。本文提出了一種帶有自動(dòng)溫控系統(tǒng)的煙用料液攪拌裝置，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、混合效率高、溫度控制準(zhǔn)確的特點(diǎn)，能夠有效提升煙用料液的質(zhì)量與卷煙產(chǎn)品的風(fēng)味穩(wěn)定性，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

1" " 設(shè)計(jì)原理

煙用料液攪拌槳的設(shè)計(jì)主要是基于溫度傳感與控制技術(shù)，系統(tǒng)通過溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測料液的溫度，并將數(shù)據(jù)傳輸至控制器，控制器根據(jù)溫度預(yù)設(shè)值與實(shí)際溫度之間的偏差，自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱或冷卻裝置的輸出功率，以保持料液溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)波動(dòng)。

2" " 關(guān)鍵技術(shù)

1）溫度傳感技術(shù)：采用高精度溫度傳感器，確保實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測攪拌罐內(nèi)料液的溫度變化。

2）智能控制技術(shù)：運(yùn)用PID或其他先進(jìn)控制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱或冷卻裝置輸出功率的精確調(diào)節(jié)，確保溫度控制的穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性。

3）加熱與冷卻裝置：根據(jù)具體工藝需求，選擇合適的加熱裝置（如蒸汽管道等）和冷卻裝置（如冷卻水循環(huán)等），確保攪拌罐內(nèi)料液溫度的有效調(diào)節(jié)。

4）攪拌裝置：設(shè)計(jì)合理的攪拌機(jī)構(gòu)，確保料液在攪拌過程中能夠充分混合，同時(shí)避免產(chǎn)生局部高溫或低溫區(qū)域。

3" " 系統(tǒng)組成

自動(dòng)溫控系統(tǒng)的煙用料液攪拌罐主要由以下幾部分組成：

1）攪拌罐罐體：攪拌罐采用雙層夾套設(shè)計(jì)，內(nèi)層為耐腐蝕、易清洗的不銹鋼材質(zhì);外層為高效保溫層，以減少熱量散失。罐體頂部設(shè)有進(jìn)料口、排氣口及人孔，便于料液加入、氣體排出及罐內(nèi)維護(hù)。罐底設(shè)有出料口，并配備精密閥門控制。攪拌裝置采用多層槳葉結(jié)構(gòu)，結(jié)合變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，確保料液在攪拌過程中形成復(fù)雜的流動(dòng)模式，提高攪拌均勻性。

2）攪拌控制系統(tǒng)：攪拌控制系統(tǒng)采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)攪拌裝置，通過PLC控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和攪拌時(shí)間，實(shí)現(xiàn)攪拌速度的精確調(diào)節(jié)和攪拌程序的靈活設(shè)置。系統(tǒng)可根據(jù)攪拌工藝要求預(yù)設(shè)多種攪拌模式，如低速預(yù)混、高速均質(zhì)等，以滿足不同料液的攪拌需求。此外，系統(tǒng)還具備攪拌過載保護(hù)和自動(dòng)停機(jī)功能，確保攪拌過程的安全可靠進(jìn)行。

3）自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)：自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)由高精度溫度傳感器、加熱/冷卻元件（如加熱管、冷水循環(huán)系統(tǒng)等）、溫控儀表及PLC控制器組成。溫度傳感器安裝在攪拌罐內(nèi)多個(gè)關(guān)鍵位置，以獲取全面的溫度數(shù)據(jù)。PLC控制器根據(jù)溫度傳感器反饋的信號(hào)，通過先進(jìn)的PID控制算法或更高級(jí)的模糊控制算法調(diào)節(jié)加熱/冷卻元件的輸出功率，使攪拌罐內(nèi)溫度精確維持在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。同時(shí)，系統(tǒng)還具備超溫報(bào)警和自動(dòng)斷電保護(hù)功能，以確保生產(chǎn)安全。

4）智能化管理系統(tǒng)：智能化管理系統(tǒng)通過觸摸屏人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)與PLC控制器的無縫連接，方便操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)嚢韫薜倪\(yùn)行狀態(tài)、調(diào)整工藝參數(shù)、進(jìn)行故障診斷和排除。系統(tǒng)還具備數(shù)據(jù)記錄和分析功能，可自動(dòng)記錄攪拌過程中的溫度、攪拌速度、攪拌時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)，并生成詳細(xì)的生產(chǎn)報(bào)告和數(shù)據(jù)分析圖表。這些數(shù)據(jù)為生產(chǎn)管理和工藝優(yōu)化提供了有力支持。

4" " 機(jī)械方案設(shè)計(jì)

本次研發(fā)的煙用料液自動(dòng)控溫?cái)嚢铇猍2]如圖1所示，其中中空攪拌軸1如圖2所示，設(shè)置在中空攪拌軸1上的攪拌座2如圖3所示，設(shè)置在攪拌座上的葉輪3如圖4所示;中空攪拌軸1內(nèi)部設(shè)置有可與外部溫度顯示裝置6相連接的測溫模塊，以及可與外部供熱系統(tǒng)7相連接的加熱模塊。測溫模塊包含嵌設(shè)在中空攪拌軸1中下段內(nèi)壁上的溫感芯片41，加熱模塊包含循環(huán)管道52，該管道呈環(huán)狀均勻分布在中空攪拌軸1內(nèi)壁的四周。

攪拌槳巧妙構(gòu)建了料液混合與自動(dòng)溫控的雙重功能體系，能夠?qū)崟r(shí)精準(zhǔn)捕捉煙用料液的溫度變化，并將數(shù)據(jù)即時(shí)傳輸至外部溫度顯示裝置，熱水在循環(huán)管道內(nèi)流暢循環(huán)，對(duì)攪拌過程中的煙用料液進(jìn)行均勻加熱，有效克服了傳統(tǒng)攪拌罐中溫度分布不均的難題。自動(dòng)控溫?cái)嚢铇ㄟ^測溫與加熱模塊的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煙用料液溫度的精準(zhǔn)控制與高效混合，為卷煙制造過程中的香精香料配制提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，顯著提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

煙用料液控溫?cái)嚢铇ㄖ锌諗嚢栎S、設(shè)置在中空攪拌軸上的攪拌座和設(shè)置在攪拌座上的葉輪，中空攪拌軸內(nèi)部設(shè)置有可與外部溫度顯示裝置相連接的測溫模塊和可與外部供熱系統(tǒng)相連接的加熱模塊，葉輪的設(shè)計(jì)考慮了流體力學(xué)原理，達(dá)到了高效、低能耗的攪拌效果。攪拌軸采用中空設(shè)計(jì)，不僅減輕了整體重量，中空結(jié)構(gòu)還有助于熱量的均勻傳遞。攪拌過程中，溫感芯片可實(shí)時(shí)測量煙用料液的溫度，并傳送至外部溫度顯示裝置上，便于觀測人員隨時(shí)查看并調(diào)控溫度;由外部蒸汽機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的蒸汽[3]（如熱空氣、熱稀有氣體等）輸送至中空的攪拌軸內(nèi)部，與煙用香料進(jìn)行熱交換。測溫模塊和加熱模塊的配合使用可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控溫，促使煙用糖類快速溶解，料液充分混合均勻，提高了料液的均一性和穩(wěn)定性。精確的溫度控制有助于保持料液的化學(xué)特性和物理特性，從而提升料液的品質(zhì)。

綜上所述，該控溫?cái)嚢铇ㄟ^測溫與加熱模塊的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煙用料液的溫度精準(zhǔn)控制與高效混合，為卷煙制造過程中的香精香料配制提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，顯著提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

5" " 電氣方案設(shè)計(jì)

圖5為自動(dòng)溫控系統(tǒng)電氣部分示意圖[4]，該系統(tǒng)為閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。其中電子溫度輸入模塊由液晶顯示屏、數(shù)字輸入鍵盤、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路等部分構(gòu)成，用戶根據(jù)生產(chǎn)要求在數(shù)字輸入鍵盤上輸入所需溫度值，輸入數(shù)值會(huì)同步在液晶顯示屏上顯示，同時(shí)經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)[5]。模擬信號(hào)e1（t）與料液溫度檢測裝置反饋信號(hào)e0（t）比較后，形成輸入信號(hào)e（t）=e1（t）-e0（t），經(jīng)由控制放大電路放大，控制電磁閥打開，熱水進(jìn)入攪拌器循環(huán)管道，料液被加熱。

當(dāng)電子溫度輸入模塊模擬信號(hào)與反饋信號(hào)相等時(shí)，即e1（t）=e0（t），輸入信號(hào)e（t）=e1（t）-e0（t）=0，電磁閥關(guān)閉，料液停止加熱。

圖5中控制放大電路采用PID控制電路，當(dāng)系統(tǒng)受到外界干擾時(shí)，輸出信號(hào)能快速收斂，保證料液溫度穩(wěn)定。

6" " 使用效果

為驗(yàn)證該攪拌罐的料液溫度控制效果及料液攪拌效果，廣州卷煙廠配香中心采用新型帶自動(dòng)溫控系統(tǒng)的攪拌罐和傳統(tǒng)開環(huán)溫控系統(tǒng)攪拌罐進(jìn)行煙用料液攪拌，兩種攪拌罐配制相同溶液[6]，且容量相等，分別進(jìn)行10次實(shí)驗(yàn)，記錄料液溫度及攪拌均勻所需時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，攪拌完成時(shí)間對(duì)比如圖6所示，攪拌完成料液溫度如圖7所示。

從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，新型帶自動(dòng)溫控系統(tǒng)的攪拌罐在煙用料液配制中可以更加快速地完成料液均勻溶解，而且攪拌完成后料液溫度穩(wěn)定，對(duì)于保證料液品質(zhì)，提高煙草生產(chǎn)工藝指標(biāo)精度有明顯的優(yōu)勢。

7" " 結(jié)束語

該新型攪拌罐已在廣州卷煙廠配香車間應(yīng)用，效果良好，大大提高了煙用料液配制的工作效率和準(zhǔn)確性。同時(shí)，由于該裝置加工難度及成本不大，且易放便攜，有利于在不同的卷煙廠或灌裝點(diǎn)推廣使用，具有較好的使用價(jià)值。

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