煙用爆珠脈沖滴制裝置的改進

陳帥偉，蘇海建，任 浩，杜文杰，孫帥帥，劉 群，胡蘇林，張新龍，王志勇，韓宜廷

（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，山東濟南 250014）

“爆珠添加”技術(shù)是一種卷煙過濾嘴生產(chǎn)成型技術(shù)，在過濾嘴的生產(chǎn)過程中復(fù)合添加1?；蛘叨嗔Ｒ啄笃频南阄赌z囊，實現(xiàn)在卷煙吸食過程中人為可控的特色香味釋放，減少外界環(huán)境對吸味的影響和造成的香精損失，豐富卷煙吸食口味，實現(xiàn)吸食過程的保潤增濕[1]。爆珠滴制工序是整個爆珠生產(chǎn)線的核心，其中爆珠滴制機是工序的主要核心設(shè)備,脈沖爆珠滴制機是行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)爆珠的專用設(shè)備，現(xiàn)有脈沖滴制設(shè)備滴制方式通常是直接通過切割液將膠液切斷，切斷后的膠丸跌落入循環(huán)液中，這個過程由于爆珠受力不均衡，容易導(dǎo)致爆珠變形、爆珠內(nèi)產(chǎn)生小氣泡，甚至出現(xiàn)爆珠被打碎的現(xiàn)象[2]。

近年來，隨著爆珠卷煙的熱銷，針對爆珠技術(shù)在卷煙中的應(yīng)用研究已有部分報道，但由于爆珠滴制設(shè)備多為制藥企業(yè)滴丸設(shè)備改造而來，暫時還沒有專業(yè)生產(chǎn)爆珠滴制設(shè)備的企業(yè)，尚未發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究文獻[3]。為此，結(jié)合同心滴制生產(chǎn)工藝與脈沖滴制數(shù)學(xué)模型，設(shè)計出一種新型脈沖切割滴制裝置，使脈沖作用力能夠同步均勻地在同心流柱周圍施加，提高切割精度，使其發(fā)生均勻的形變，進而達到提高爆珠壁材的均勻度、爆珠的圓度和爆珠成品品質(zhì)的目的。

1 問題分析

1.1 脈沖壓力

目前脈沖滴制設(shè)備滴制方式通常是直接通過切割液將膠液切斷，切斷后的膠丸跌落入循環(huán)液中，這個過程由于爆珠受力不均衡，容易導(dǎo)致爆珠變形、爆珠內(nèi)產(chǎn)生小氣泡，甚至出現(xiàn)爆珠被打碎的現(xiàn)象。對于脈沖爆珠滴制機而言，脈沖壓力的控制是保證爆珠大小均一、產(chǎn)品一致性的重要因素。脈沖壓力過小，爆珠分不開，形成雙粒丸；脈沖壓力大，則爆珠會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，切口變壞，而且爆珠的外壁變得不均勻，若壓力過大，則爆珠容易被打碎，呈微小顆粒，并與冷卻液一起在管道內(nèi)流動而聚積在各個部位，引起管道堵塞，影響正常爆珠滴制，而且嚴(yán)重影響產(chǎn)品的合格率。如果壓力繼續(xù)升高，超過極限值，還會導(dǎo)致脈動泵連接軸扭斷，以至于無法進行正常生產(chǎn)。

傳統(tǒng)爆珠成型方法示意圖見圖1。

圖1 傳統(tǒng)爆珠成型方法示意圖

1.2 設(shè)備參數(shù)

目前，爆珠成型裝置內(nèi)沒有回液容器、導(dǎo)流片、溢流圈，故在實際生產(chǎn)中存在以下問題：首先，原有結(jié)構(gòu)不能夠使得循環(huán)液液面平衡，不能將液面固定某一高度處不變，進而會導(dǎo)致循環(huán)液流動所產(chǎn)生拉力不均勻；其次，由于原有結(jié)構(gòu)沒有導(dǎo)流片，循環(huán)液流入玻璃漏斗時，流動不均勻、不充分，會形成漩渦，會有扭力產(chǎn)生，嚴(yán)重影響爆珠成型的效率和成品率；此外，原有方式是直接通過切割液將膠液切斷，切斷后的爆珠跌落入循環(huán)液中，這個過程中由于爆珠受力不均衡，容易導(dǎo)致爆珠變形、爆珠內(nèi)產(chǎn)生小氣泡，甚至出現(xiàn)爆珠被打碎的現(xiàn)象。

1.3 穩(wěn)定系統(tǒng)

爆珠生產(chǎn)過程中，爆珠膠液隨著生產(chǎn)的進行膠液在不斷減少，膠液的液面也隨之降低，膠液液面的降低直接影響爆珠滴制滴頭處膠液出口的壓力，從而影響批次爆珠的品質(zhì)穩(wěn)定。傳統(tǒng)爆珠滴制設(shè)備沒有配備完善的膠液補充設(shè)備和膠液液面穩(wěn)定系統(tǒng)，爆珠生產(chǎn)過程中人為補充膠液，會破壞膠液穩(wěn)定性，且在傾倒膠液的同時會產(chǎn)生大量氣泡，膠液的補充導(dǎo)致爆珠生產(chǎn)設(shè)備個別參數(shù)需要重新調(diào)節(jié)標(biāo)定，影響生產(chǎn)效率。

2 改進方法

2.1 環(huán)形切割

根據(jù)同心滴制生產(chǎn)工藝與脈沖滴制數(shù)學(xué)模型，通過改變原有切割方式，創(chuàng)新性地將單一方向切割改為環(huán)形切割，在不切斷同心流柱的基礎(chǔ)上，使液柱被定頻脈沖擠壓成串珠狀。

環(huán)形脈沖切割裝置整體設(shè)計見圖2。

環(huán)形脈沖切割滴制裝置包括壁材膠液箱、芯材膠液箱、滴頭、冷卻柱及脈沖裝置。壁材膠液與芯材香精在滴頭中形成同心流柱，芯材在內(nèi)層，壁材膠液在外層，向同心流柱施加若干個沿同心流柱周向均勻分布的同步脈沖作用力，將同心流柱切割成為串珠狀，爆珠落入冷卻循環(huán)液中，在冷卻循環(huán)液中斷裂，在表面張力的作用下迅速形成單珠，即可得到初步成型的爆珠，經(jīng)過冷卻液定型作用，最終沿運輸管道進入收集裝置。

圖2 環(huán)形脈沖切割裝置整體設(shè)計

2.2 滴頭結(jié)構(gòu)

由液滴直徑與成型前射流直徑的數(shù)學(xué)模型，噴孔半徑是爆珠粒徑大小的決定性參數(shù)。噴孔的內(nèi)外徑比和內(nèi)壁粗糙度直接影響爆珠成丸效果。相同流速下，內(nèi)外半徑比的增大將促進液柱的成型。為了獲得良好的成型效果，應(yīng)該最大程度地增加噴孔的內(nèi)外半徑比。

2.3 噴射壓力

在爆珠滴制過程中，漏斗中的循環(huán)液平面高度與切割口相平，壁材膠液和芯材香精形成同心流柱后經(jīng)過膠液滴頭流出，經(jīng)過環(huán)形脈沖切割裝置切割口處，將同心流柱切割成一段相連的串珠狀形狀的膠液柱體后，落入漏斗中；同時循環(huán)液從循環(huán)液入口進入后，經(jīng)過導(dǎo)流片進入漏斗中，同心流柱被下落的循環(huán)冷凝液所產(chǎn)生的拉力拉斷，進而冷卻收縮形成爆珠。其中，切割液噴射壓力值是爆珠流暢滴制的重要影響因素之一，通過相關(guān)試驗驗證，壓力值為0.02～0.10 MPa時，此新型滴制方式較原有滴制方式在滴制過程中切割液的力量更加均勻、柔和，可將同心流柱均勻地切割成球體，使爆珠大小均一、芯材含量穩(wěn)定，對爆珠的滴制過程達到了精準(zhǔn)控制，實現(xiàn)了爆珠同質(zhì)化生產(chǎn)，保證了產(chǎn)品一致性。

2.4 膠液補充裝置

增加一個膠液補充裝置，目的是維持膠液恒定高度、控制滴頭處的壓力恒定、增強膠囊滴制的穩(wěn)定性、提高膠囊產(chǎn)品品質(zhì)。此裝置的膠液儲存槽有一個溢流口，膠液通過蠕動泵緩慢補充至膠液槽中，且將蠕動泵所使用的管子做保溫特殊處理，以保持膠液良好的流動性。

3 結(jié)論

通過改變原有切割方式，增加切割液盤、切割體、漏斗、回液容器、膠液滴頭、溢流圈、切割蓋等輔助裝置，優(yōu)化滴頭結(jié)構(gòu)和切割液噴射壓力，此新型滴制方式較原有滴制方式在滴制過程中切割液的力量更加均勻、柔和，可將同心流柱均勻地切割成球體，循環(huán)液能夠吸收一定量的脈沖力，起到緩沖作用，避免出現(xiàn)爆珠中存在氣泡的現(xiàn)象，使爆珠大小均一，保證了循環(huán)液流動時所產(chǎn)生的拉力平衡，芯材含量穩(wěn)定，實現(xiàn)了爆珠同質(zhì)化生產(chǎn)，保證了爆珠產(chǎn)品的品質(zhì)。