再造煙葉低濃打漿工藝研究

薛洋

摘 要：由于技術(shù)限制及商業(yè)保密，國(guó)內(nèi)造紙法煙草薄片打漿工藝相關(guān)報(bào)道較少，主要參照造紙行業(yè)打漿工藝和設(shè)備，工藝存在一些缺陷。文章介紹了一種雙磨盤磨漿機(jī)的選型及煙草薄片生產(chǎn)工藝特點(diǎn)、流程、標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際打漿生產(chǎn)過程應(yīng)用中，效果良好，具備一定的應(yīng)用推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：煙草薄片；低濃磨漿工藝；雙盤磨磨漿機(jī)；生產(chǎn)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TS452.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）27-0009-02

1 前 言

煙草薄片主要采用造紙法薄片生產(chǎn)工藝技術(shù)，而我國(guó)造紙法煙草薄片生產(chǎn)工藝研究起步晚，其生產(chǎn)過程中存在效率低、能耗高、質(zhì)量差、效果不穩(wěn)定等技術(shù)問題，就總體造紙法薄片生產(chǎn)線及設(shè)備分析，總體性能協(xié)調(diào)性差，產(chǎn)能匹配性不強(qiáng)，影響了薄片生產(chǎn)的連續(xù)性，這也致使國(guó)內(nèi)煙草薄片生產(chǎn)能耗成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)外造紙法薄片。

2 煙草薄片工藝分析

2.1 煙草薄片工藝介紹

煙草屬茄科植物，世界范圍內(nèi)廣泛種植，而煙葉廢棄物主要包括煙梗、碎末、混合片等約占煙草的三成左右，以前處理工藝中，這些均作為廢棄物進(jìn)行丟棄處理，對(duì)資源及環(huán)境造成重大浪費(fèi)和污染。近些年來通過煙草廢棄物料進(jìn)行再加工生產(chǎn)工藝，制造成煙葉添加物或者制成片狀或絲狀的接近、甚至優(yōu)于天然煙葉的再生產(chǎn)品等產(chǎn)品即煙草薄片，將煙草薄片充分利用，根據(jù)不同需求添加到卷煙中，有效的改善了卷煙的品質(zhì)，提高了卷煙等級(jí)，降低了卷煙焦油含量，有助于卷煙內(nèi)在品質(zhì)的提高，這種技術(shù)有利于減少煙草有害成分，達(dá)到降焦減害的目的。另外有效的降低了成本，又節(jié)約了資源，減少浪費(fèi)，有利于保護(hù)環(huán)境[1]。

2.2 造紙法煙草薄片工藝流程

煙草薄片生產(chǎn)制造工藝中，多采用造紙法煙草薄片。造紙法煙草薄片的制造流程顧名思義是按照造紙技術(shù)的基本原理抄造煙草薄片。其生產(chǎn)工藝可采用一步法和兩步法工藝，隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，目前對(duì)于二步法工藝進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，一步法已經(jīng)逐步被取代，如圖1所示。

圖1中，兩步法工藝其工作原理為把煙梗、煙末等廢棄原料加水浸泡后，萃取分離可溶物和不溶物，不溶物經(jīng)過制漿磨漿處理后，在紙機(jī)上抄制制造成基片，可溶物萃取液經(jīng)加熱、真空濃縮后加料調(diào)香，利用表面施膠或涂布裝置浸入基片中，經(jīng)過干燥、打片后制成煙草薄片。

總結(jié)兩步法工藝流程為：原料處理→浸泡萃取與分離→可溶物濃縮→制漿磨漿→抄造→干燥→打片包裝。

浸泡萃取環(huán)節(jié)，一般是把煙末、煙梗采用水直接萃取的分類萃取方法。經(jīng)過萃取后的煙末、煙梗在進(jìn)行磨漿處理，處理完成以后把漿料送到紙機(jī)上抄造成形，在經(jīng)過濃縮、加香等處理后分2次涂布到薄片片基上，最后形成煙草薄片[2]。

3 煙草薄片制漿技術(shù)及設(shè)備

3.1 打漿工藝特點(diǎn)及流程

打漿作為造紙法煙草薄片生產(chǎn)過程中的一道關(guān)鍵工序，其目的是利用磨片的摩擦和搓揉作用處理經(jīng)過提取擠干后的固體物料，形成分絲、細(xì)纖維化的漿料，使其具備適應(yīng)抄紙機(jī)抄造生產(chǎn)和產(chǎn)品品質(zhì)需求的質(zhì)量要求。打漿過程中磨漿設(shè)備選型、工藝參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)造紙法煙草薄片產(chǎn)品物理指標(biāo)有重要影響，包括抗張強(qiáng)度、松厚度、吸收性、涂布率等，打漿質(zhì)量的優(yōu)劣還直接影響到后續(xù)的生產(chǎn)過程，包括車速、紙機(jī)濕部脫水性能、成品率等重要指標(biāo)。

3.2 低濃制漿工藝參數(shù)研究

由于流量和壓力為設(shè)定值，不會(huì)對(duì)漿料的纖維分布和分絲帚化率產(chǎn)生直接影響，所以這里我們只對(duì)濃度和功率進(jìn)行研究。

3.2.1 濃度對(duì)漿料質(zhì)量的影響

低濃制漿定義：2%～8%纖維濃度；研究旨在發(fā)現(xiàn)濃度與漿料纖維長(zhǎng)度、寬度、和分絲帚化率的相關(guān)性，并尋找適合煙草漿制漿的濃度范圍。

①制漿濃度對(duì)漿料長(zhǎng)度分布的影響。

將一級(jí)制漿濃度梯度設(shè)定為4.0%，4.5%，5.0%；二級(jí)制漿濃度設(shè)定為3.8%；三級(jí)制漿濃度設(shè)定為2.7%；打漿工藝流程采用和控制方式采用既定方案；設(shè)備采用安德里茨磨漿機(jī)和磨盤，總共進(jìn)行三組在線中試實(shí)驗(yàn)。如圖2所示。

對(duì)圖2進(jìn)行趨勢(shì)分析，得出初步結(jié)論：隨著打漿濃度上升，200～585 um的纖維比例呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；而585～1 196 um的纖維比例呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；超過1 196 um的纖維分布與漿濃的關(guān)系不顯著。即便是低濃狀態(tài)下的制漿，但由于濃度的改變，仍然可以看到濃度變化對(duì)纖維分布帶來的影響，即制漿濃度與漿料中的短纖維含量呈負(fù)相關(guān)。這一點(diǎn)可以得到理論解釋：如果濃度越低，纖維含量越少，磨片對(duì)刀頭的切斷作用就會(huì)增加，短纖維含量隨之增加。

根據(jù)此中試結(jié)果，可以得出制漿濃度工藝參數(shù)應(yīng)設(shè)定在盡量靠近上限的范圍，即8%。但同時(shí)我們觀察到：隨著濃度的增加，漿池內(nèi)的攪拌效果呈下降趨勢(shì)，且對(duì)濃調(diào)儀的影響也越來越顯著，濃度的波動(dòng)也隨之增大；在濃度提升至5%后，獎(jiǎng)池內(nèi)的漿料出現(xiàn)分層現(xiàn)象，且流動(dòng)性大大降低，這嚴(yán)重影響了低濃制漿穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)。

②制漿濃度對(duì)漿料纖維寬度的影響。

將一級(jí)制漿濃度梯度設(shè)定為4.0%，4.5%，5.0%；二級(jí)制漿濃度設(shè)定為3.8%；三級(jí)制漿濃度設(shè)定為2.5%，總共進(jìn)行三組在線中試實(shí)驗(yàn)。如圖3所示。

通過上圖的分析，得出初步結(jié)論：雖然纖維平均寬度變化很小，但是隨著制漿濃度的提升，纖維寬度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，即濃度與纖維寬度呈負(fù)相關(guān)。這一點(diǎn)可以得到理論解釋：濃度越高，纖維含量越多，纖維與纖維之間的壓饋和揉搓作用更顯著，其分絲帚化作用越強(qiáng)烈，纖維寬度越小。

③制漿濃度對(duì)帚化率。

將一級(jí)制漿濃度梯度設(shè)定為4.0%，4.5%，5.0%；二級(jí)制漿濃度設(shè)定為3.8%；三級(jí)制漿濃度設(shè)定為2.7%，總共進(jìn)行三組在線中試實(shí)驗(yàn)。如圖4所示。

通過上圖的分析，得出初步結(jié)論：制漿濃度越高，漿料纖維帚化率越高，即漿料纖維帚化率與制漿濃度呈正相關(guān)。由于漿濃超過5%后，在現(xiàn)有設(shè)備條件下攪拌極不均勻，同時(shí)會(huì)造成濃度控制極不穩(wěn)定。所以低濃制漿的濃度控制應(yīng)以5%為上限，盡量靠近5%，以保證濃度控制穩(wěn)定性為前提。

經(jīng)過工廠長(zhǎng)期實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐摸索，發(fā)現(xiàn)一級(jí)制漿濃度設(shè)定在4.5%～4.8%既能滿足對(duì)纖維長(zhǎng)度、寬度和帚化率的需要，又能保證制漿過程的穩(wěn)定性；二級(jí)制漿濃度也需要在降低的情況下盡量保證處在較高的水平，通過生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，其控制在4.0%～4.2%較為合適；由于精漿濃度的設(shè)定需要考慮到流漿箱濃度的因素，且其主要作用在于勻整漿料，所以其設(shè)定值不能與流漿箱濃度差異太大，經(jīng)過生產(chǎn)時(shí)間摸索，認(rèn)為精漿濃度控制在2.5%～2.7%較為合適[3]。

3.2.2 打漿功率對(duì)漿料質(zhì)量的影響

打漿功率的研究基于單位時(shí)間內(nèi)同樣的絕干纖維通過量，旨在發(fā)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)對(duì)漿料纖維長(zhǎng)度、寬度、帚化率的影響，并尋找適合煙草漿制漿的功率范圍。

對(duì)于打漿功率分配的總體思路為高→中→低，其原理是基于煙草纖維脆弱的特性以及打漿過程應(yīng)盡量減少纖維切斷保證纖維分絲帚化的原則。由于打漿濃度梯度為高→中→低，在前期基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上，我們發(fā)現(xiàn)在低濃狀態(tài)下，纖維更易被切斷；高濃狀態(tài)下，纖維更易分絲帚化。所以在二級(jí)和精漿相對(duì)較低的濃度下，應(yīng)該盡量避免高功率重進(jìn)刀；而在一級(jí)打漿相對(duì)濃度較高的情況下盡可能多的完成打漿的過程[4]。

在此原則基礎(chǔ)上，以一級(jí)打漿功率作為控制變量，二級(jí)和三級(jí)打漿功率為固定因素，研究打漿功率與漿料纖維長(zhǎng)度、寬度和帚化率之間的關(guān)聯(lián)性。將一級(jí)制漿濃度梯度設(shè)定為4.8%；二級(jí)制漿濃度設(shè)定為4.1%；三級(jí)制漿濃度設(shè)定為2.7%；打漿工藝流程采用和控制方式采用4.1.1.1以及4.1.1.2中的方案；設(shè)備采用安德里茨磨漿機(jī)和磨盤；功率設(shè)定為一級(jí)凈功率100 kW、90 kW、80 kW，二級(jí)凈功率90 kW，三級(jí)凈功率50 kW，總共進(jìn)行三組在線中試實(shí)驗(yàn)。如圖5所示。

通過上圖的分析，得出初步結(jié)論：隨著打漿功率提升，200～585 um長(zhǎng)度的纖維比例呈上升狀態(tài)，而585～1 196 um長(zhǎng)度的纖維比例呈下降趨勢(shì)，即功率與漿料纖維的短纖維含量呈正相關(guān)，與中長(zhǎng)纖維含量呈負(fù)相關(guān)。這一現(xiàn)象的理論解釋為：在纖維總量一定的情況下，隨著打漿功率的提升其部分中長(zhǎng)纖維轉(zhuǎn)化為短纖維。所以打漿功率的設(shè)定思路應(yīng)為：在滿足打漿度要求的前提下，功率設(shè)定應(yīng)盡量小，而且應(yīng)盡量平均分配到所有參與打漿的設(shè)備上，這樣才不會(huì)出現(xiàn)短板效應(yīng)。

4 結(jié) 語

造紙法煙草薄片作為煙草原料綜合利用的重要手段，也是卷煙產(chǎn)品降焦減害穩(wěn)定卷煙產(chǎn)品質(zhì)量、提高卷煙產(chǎn)品抗波動(dòng)能力的重要途徑和方法，據(jù)統(tǒng)計(jì)，造紙法煙草薄片的燃燒性、填充性好，糖等化學(xué)成分含量低，純薄片煙支焦油量?jī)H為7～8 mg/支。而采用雙磨磨漿機(jī)等設(shè)備技術(shù)，保證了原料纖維在磨漿區(qū)內(nèi)得到充分摩擦、揉搓、分絲，提升了漿料纖維的長(zhǎng)寬比及降低粗度，同時(shí)有利于造紙法煙草薄片漿料質(zhì)量的穩(wěn)定提高，滿足紙機(jī)生產(chǎn)正常運(yùn)行，有效提升煙草薄片產(chǎn)品品質(zhì)，降低能源消耗，具有較為重大的意義。

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