柔性風選機關鍵工藝參數(shù)優(yōu)化

康金嶺

韋小玲

王建生

謝柳金

唐林濤

黃文鎮(zhèn)

(廣西中煙工業(yè)有限責任公司柳州卷煙廠，廣西 柳州 545005)

柔性風選機關鍵工藝參數(shù)優(yōu)化

康金嶺

韋小玲

王建生

謝柳金

唐林濤

黃文鎮(zhèn)

(廣西中煙工業(yè)有限責任公司柳州卷煙廠，廣西 柳州 545005)

優(yōu)化柔性風選機的關鍵工藝參數(shù)，可提高梗簽剔除率，從而提高產(chǎn)品純凈度。通過對設備的主要工藝參數(shù)進行顯著性分析，確定主要影響參數(shù)后，進行全因子試驗，應用響應曲面法進行分析找到最佳控制模型，并應用模型進行實際生產(chǎn)驗證后確定最佳參數(shù)組合。結果表明，柔性風選機的3個主要參數(shù)(工藝風速、風門開度和針輥頻率)中，工藝風速和風門開度對梗簽剔除率有顯著影響，且當工藝風速19.0 m/s、風門開度11.5%時，即可達到控制目標(梗簽剔除率穩(wěn)定控制在90%內)。

柔性風選機風速；風門開度；梗簽剔除率

在卷煙生產(chǎn)過程中，煙絲的質量對于卷制煙支質量的影響顯著[1]，特別是煙絲中的梗簽，煙絲中含有梗簽會造成煙支重量不均勻、刺破等，會直接影響到卷煙的燃燒性能和吸食質量[2]。為此，煙絲中的梗簽含量則成為一項重要的煙絲質量指標。在葉絲干燥后采用柔性風選工藝，不僅可以有效剔除梗簽，同時可以分離出煙絲中的其他雜物如濕團和煙垢等，從而提高葉絲的純凈度、松散程度和均勻性，有利于后續(xù)工序的加工。對于在葉絲干燥后采用柔性風選工藝的研究，主要是針對增加此工藝后對產(chǎn)品質量影響的分析和對于卷煙吸食效果的影響，如鄭俊立等[3]研究后發(fā)現(xiàn)使用柔性風選工藝可以有效提高煙絲純凈度；張文海[4]研究后發(fā)現(xiàn)使用柔性風選工藝可以提高卷制煙支吸阻的穩(wěn)定性，同時對感官質量影響不明顯。但對此設備的工藝參數(shù)配套性研究較少，本試驗參照前人[5-8]的方法，對柔性風選機的工藝參數(shù)進行優(yōu)化以達到更佳的工藝效果。本研究根據(jù)柔性風選設備特性,擬先分析工藝風速、風門開度和針輥頻率等工藝參數(shù)的影響顯著性，再用試驗設計方法找到關鍵工藝參數(shù)的最佳組合，達到提高梗簽剔除率的目的。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

烤煙片煙：真龍某牌號(A)配方，廣西中煙工業(yè)有限責任公司；

葉絲柔性風選機：FS417HS型，徐州眾凱機電設備制造有限公司；

風速儀：testo 400型，德圖儀器國際貿易(上海)有限公司；

電子天平：PL203-IC型，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.2 單因素試驗

1.2.1 工藝風速 在其它工藝條件不變的前提下，分別設定工藝風速為14，24 m/s，每生產(chǎn)300 kg物料，對應收集柔性風選機的剔除梗簽量。用雙樣本T檢驗方法分析其顯著性。

1.2.2 風門開度 在其它工藝條件不變的前提下，分別設定風門開度8%，20%，每生產(chǎn)300 kg物料，對應收集柔性風選機的剔除梗簽量。用雙樣本T檢驗方法分析其顯著性。

1.2.3 針輥頻率 在其它工藝條件不變的前提下，分別設定針輥頻率30，50 Hz，每生產(chǎn)300 kg物料，對應收集柔性風選機的剔除梗簽量。用雙樣本T檢驗方法分析其顯著性。

1.3 全因子試驗

在前期試驗過程中發(fā)現(xiàn)風門開度設置在8%～16%時較好，故選擇工藝風速的高低水平為14，24 m/s，風門開度的高低水平為8%，16%。按照兩因子的全因子加5個中心點進行試驗設計，決定利用相同配方下的試驗牌號卷煙進行9批試驗，每批投料均為6 800 kg，在其它工藝條件不變前提下，對工藝風速和風門開度進行試驗，對應收集柔性風選批梗簽剔除量數(shù)據(jù)，進行全因子分析。

1.4 統(tǒng)計分析

用Minitab軟件進行分析，用雙樣本T檢驗方法分析參數(shù)的影響顯著性，進行全因子分析后采用CCC(中心復合序貫設計)設計擬合一個完整的響應曲面模型，找到參數(shù)最優(yōu)組合。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 工藝風速 首先對2組數(shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗，P值均>0.05，無法拒絕原假設，可以認為數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。其次進行2組數(shù)據(jù)的等方差檢驗，P值>0.05，無法拒絕原假設，可認為2組數(shù)據(jù)方差相等。

在正態(tài)性檢驗和等方差檢驗后，進行雙樣本T檢驗，P值<0.05(見表1)，說明工藝風速對梗簽剔除量有顯著影響。

2.1.2 風門開度 首先對2組數(shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗，P值均>0.05，無法拒絕原假設，可以認為數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。其次進行2組數(shù)據(jù)的等方差檢驗，P值>0.05，無法拒絕原假設，可認為2組數(shù)據(jù)方差相等。

在正態(tài)性檢驗和等方差檢驗后，進行雙樣本T檢驗，P值<0.05(見表1)，說明風門開度對梗簽剔除量有顯著影響。

2.1.3 針輥頻率 首先對2組數(shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗，P值均>0.05，無法拒絕原假設，可以認為數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。其次進行2組數(shù)據(jù)的等方差檢驗，P值>0.05，無法拒絕原假設，可認為2組數(shù)據(jù)方差相等。

在正態(tài)性檢驗和等方差檢驗后，進行雙樣本T檢驗，P值<0.05(見表1)，說明針輥頻率工藝風速對梗簽剔除量無顯著影響。

2.2 全因子試驗分析

對工藝風速和風門開度2個顯著因子進行全因子試驗，試驗順序及結果見表2。

用Minitab軟件進行分析，對試驗進行ANOVA分析(見表3)，工藝風速和風門開度2個因子P值均<0.05，說明2個因子顯著，與單因子分析的結論一致。但數(shù)據(jù)彎曲一欄顯示P值<0.05，說明試驗數(shù)據(jù)有明顯的彎曲。

表1 單因子顯著性試驗分析結果表

表2 全因子試驗數(shù)據(jù)表

需要對表2補星號點試驗(見表4)，再對其進行曲面法分析。因試驗各方面條件與上次一致，因此可以直接一起進行分析，不區(qū)分區(qū)組。全部點構成CCC設計進行分析，擬合一個完整的響應曲面模型。

對試驗進行ANOVA分析(見表5)，從分析數(shù)據(jù)得出以下結論：ANOVA表中的梗簽總效果回歸項的P值均<0.05，表明本模型總體是有效的；失擬項的P值均>0.05，可以判定本模型并沒有失擬現(xiàn)象；工藝風速和風門開度及他們的平方項都是顯著的，且交互作用都不顯著。

本試驗的響應變量梗簽剔除率宜接近90%，因為如果梗簽剔除過多，會有較多合格煙絲同時被剔除，造成不必要浪費，從等值線圖(見圖1)可以看出試驗范圍確實有一個范圍。

在試驗前首先確定了批理論梗簽含量。對該牌號烘絲后(柔性風選前)葉絲10批次，按每批隨機取2個1 000 g的樣品進行梗簽含量測定。經(jīng)統(tǒng)計，烘后葉絲梗簽含量為0.15%左右，按每批雙喜投料6 800 kg計算，柔性風選批理論梗簽剔除量應為10.20 kg。根據(jù)理論值，設定梗簽剔除量為9.0 kg。利用響應優(yōu)化器進行多響應曲面分析求最佳解(見圖2)，顯示當工藝風速19.0 m/s、風門開度11.68%時，梗簽剔除量為9 kg。

表3 響應值的方差分析表?

? **. 高度顯著，P<0.01；*. 顯著，P<0.05。

表4 條件優(yōu)化試驗第二批數(shù)據(jù)記錄表

表5 響應值的方差分析表?

? **. 高度顯著，P<0.01；*. 顯著，P<0.05。

圖1 梗簽量與工藝風速、風門開度的等值線圖

圖2 響應優(yōu)化器

2.3 驗證實驗結果

設定工藝風速19.0 m/s、風門開度11.5%，連續(xù)生產(chǎn)5個批次進行驗證，5批次葉絲的平均剔除梗簽量為9.05 kg，說明參數(shù)設定合理，達到了預期目標。

3 結論

在葉絲干燥后采用柔性風選工藝，可以提高煙絲的均勻性，使煙絲盡快定型，同時有效地剔除梗簽、濕團、焦塊等雜物。本研究通過對柔性風選機的主要工藝參數(shù)進行分析，開展全因子試驗，找到滿足梗簽剔除率90%要求的最佳參數(shù)組合。通過單因子分析試驗可知，柔性風選機的工藝風速和風門開度對于梗簽剔除率有顯著影響，而針輥頻率的影響不顯著。對于試驗牌號來講，當工藝風速19.0 m/s、風門開度11.5%時，可以有效地剔除90%的梗簽。

理論上不同牌號的煙絲組成不同，物料在通過該工序的過程中所受到的作用力也是不同的?？梢葬槍Σ煌纳a(chǎn)牌號，按照本研究方法進行試驗，找到各牌號適合的加工參數(shù)組合。當然，結合生產(chǎn)線的生產(chǎn)情況，為了避免對設備進行頻繁調整，也可以在找出主要生產(chǎn)牌號的參數(shù)后，統(tǒng)一選取一套較佳工藝參數(shù)組織實施生產(chǎn)。

本次研究只是針對工藝風速、風門開度和針輥頻率3個行業(yè)內公認的參數(shù)進行了研究，未能對其他參數(shù)的影響作用進行研究，其他參數(shù)可作為后續(xù)的研究方向。

[1] 劉德強, 賈洋, 王樂軍, 等. 煙絲結構對煙支卷制質量的影響[J]. 安徽農業(yè)科學,2010(32): 18 589-18 590.

[2] 曾靜, 李斌, 馮志彬, 等. 卷煙機剔除梗絲中含絲量的檢測[J]. 煙草科技, 2012(8): 5-10.

[3] 鄭俊立, 王根旺, 宋克強, 等. 柔性風選對卷煙質量的影響[J]. 中國高新技術企業(yè), 2013(1): 68-69.

[4] 張文海. 柔性風選在多種卷煙品牌中的應用[J]. 安徽農學通報, 2013(18): 123-136.

[5] 李永杰, 張淑華, 朱令宇. 柔性風選工藝在卷煙烘絲工序的效果論證[J]. 廣西輕工業(yè), 2009(8): 18-19.

[6] 資文華, 王慧, 番紹軍, 等. 干冰膨脹煙絲加工過程參數(shù)優(yōu)化研究[J]. 煙草科技, 2008(1): 8-18.

[7] 康金嶺, 黃賢飛, 劉遠濤, 等. 預處理工藝對煙?；赝嘎实挠绊慬J]. 食品與機械, 2012, 28(6): 205-240.

[8] 韋小玲, 康金嶺. 管板式烘絲機工藝參數(shù)對卷煙香氣的影響[J]. 食品與機械, 2012, 28(6): 193-196.

Optimization on key parameters of tobacco flexible winnowing machine

KANGJin-ling

WEIXiao-ling

WANGJian-sheng

XIELiu-jing

TANGLin-tao

HUANGWen-zhen

(GuangxiTobaccoIndustryLimitedLiabilityCompanyLiuzhouCigaretteFactory,Liuzhou,Guangxi545005,China)

Optimized the key technical parameters of the flexible winnowing machine, to improve the sign out rate and the product purity. By the significant analysis on the main process parameters of equipment, determined the main parameters which influence the whole factor test, and the application of response surface method was used to find the best control model. And applied the model to the actual production after validation, to determine the best parameter combination. Results: Among the three main parameters of flexible winnowing machine technology, for the wind speed, throttle opening and the frequency of needle roller, the wind speed and the throttle opening has a significant influence on the sign out rate. When the wind speed was 19.0 m/s, the throttle opening was 11.5%, the target control could be achieved. When the wind speed of flexible winnowing machine was controlledin 19.0 m/s, and the opening of the throttle was controlled in 11.5%, the sign out rate can be controlled within the 90% target, stable.

flexible winnowing machine;process wind speed; throttle opening; the frequency of needle roller; Sign out rate

康金嶺(1978—)，男，廣西中煙工業(yè)有限責任公司工程師，學士。E-mail: kanggaofeng@sohu.com

2017—04—08

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.07.023