潤葉加料工序料液有效利用率的計(jì)算方法

關(guān)欣,朱波,張東,高依萍,畢思強(qiáng),郭亮,韓帥,蒙建寶

(1.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 青島卷煙廠,山東 青島,266100;2.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 青州卷煙廠,山東 濰坊,262500;3.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)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(guān)鍵工序之一[1]。潤葉加料工序的工藝任務(wù)是按照配方設(shè)計(jì)的要求將料液準(zhǔn)確均勻地添加到煙片或煙絲上,提高煙片(絲)的內(nèi)在品質(zhì)和提高煙片(絲)的耐加工性,并使煙片的水分和溫度適當(dāng)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(xué)成分、物理質(zhì)量和卷煙產(chǎn)品的感官質(zhì)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(zhì)量[5-6]。近年來,越來越多的研究機(jī)構(gòu)和卷煙企業(yè)加強(qiáng)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(shí)際吸收的料液質(zhì)量與實(shí)際加料料液質(zhì)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(fēng)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(zhǔn)確施加到煙葉中,從而直接影響卷煙的抽吸品質(zhì)[10]。為確保加料工序的加工質(zhì)量,須對潤葉加料工序的料液有效利用率進(jìn)行監(jiān)測。目前測定方法多采用1,2-丙二醇作為標(biāo)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(biāo)記物1,2-丙二醇含量(%),q料為料液中的標(biāo)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(jī)出口物料狀態(tài)進(jìn)行研究,分析出口流量、流量穩(wěn)定時間、料液實(shí)際質(zhì)量、加料前物料質(zhì)量、含水率以及生產(chǎn)時間的關(guān)系,建立潤葉加料料液有效利用率的數(shù)學(xué)模型,旨在生產(chǎn)過程中對料液有效利用率進(jìn)行在線監(jiān)測,為潤葉加料工序的工藝優(yōu)化,設(shè)備缺陷改進(jìn),過程料液吸收情況等提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料、設(shè)備與儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

山東中煙工業(yè)有限責(zé)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(tuán))。

1.2 設(shè)備與儀器

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

2 出口物料質(zhì)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(jì)時,每隔6 s進(jìn)行一次取樣,將每6 s內(nèi)取出的煙葉總質(zhì)量進(jìn)行稱重,以取出的煙葉質(zhì)量保持穩(wěn)定不變時,以到達(dá)穩(wěn)定的第一個時間點(diǎn)終止。分別對同牌號3批次樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì),以出口物料流量隨出料時間的變化進(jìn)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(diǎn)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(jìn)行稱重,通過取樣質(zhì)量與時間計(jì)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(diǎn)計(jì)時,每隔6 s進(jìn)行一次取樣,將每6 s內(nèi)取出的煙葉總質(zhì)量進(jìn)行稱重,直至出口物料質(zhì)量為零時為終止。分別對同牌號3批次樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì),以出口物料流量隨出料時間的變化進(jìn)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(jì)時,直至出口物料質(zhì)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(jì)算方法

潤葉加料工序料液從料罐經(jīng)雙介質(zhì)噴嘴噴出,對葉片進(jìn)行均勻準(zhǔn)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(fēng)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(dāng)?shù)幕爻焙?總質(zhì)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(zhuǎn)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(jìn)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(jìn)行試驗(yàn),統(tǒng)計(jì)出口流量與時間的對應(yīng)關(guān)系。如圖2所示,t頭為頭料階段出口物料由零到達(dá)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(dá)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(jìn)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(guān),相關(guān)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(fù)相關(guān),相關(guān)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(jì)算物料的增加質(zhì)量,需要通過物料的干基物質(zhì)進(jìn)行換算。圖4為頭料和尾料階段出口物料流量關(guān)系與含水率關(guān)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(dá)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(dá)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(dá)流量穩(wěn)定的時間與出口物料含水率由零點(diǎn)到達(dá)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(dá)流量為零的時間與出口物料含水率由穩(wěn)定到達(dá)零點(diǎn)的時間相同。

3.3 料液有效利用率的計(jì)算方法

因在頭料階段物料流量隨時間呈線性正相關(guān),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(fù)相關(guān),為計(jì)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(jì)算陰影梯形面積計(jì)算加料出口總質(zhì)量。如圖5所示。

式中:M1為出口物料總質(zhì)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(dá)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(dá)流量為零的時間。

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

式中:M0為加料前物料質(zhì)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(zhì)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(shí)際生產(chǎn)過程中,料罐中的料液只按照糖料配方比例進(jìn)行加料,由于料液質(zhì)量相對過少,生產(chǎn)過程中不能很好的對煙葉進(jìn)行施加料液。所以在配料時,要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)滿足設(shè)備對煙葉施加料液的實(shí)際情況按照配方要求進(jìn)行料液與水的配比進(jìn)行配料。

式中:M實(shí)為按配方要求實(shí)際料液質(zhì)量;M罐為生產(chǎn)過程中每批次料罐減少的質(zhì)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(yàn)證

以青島卷煙廠4 800 kg/h潤葉加料機(jī)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(biāo)記物的方法和料液有效利用率的計(jì)算方法進(jìn)行F檢驗(yàn),結(jié)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(jì)算方法可以代表料液有效利用率的實(shí)測值。

表1 不同批次料液有效利用率標(biāo)記物法、計(jì)算法的F檢驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

根據(jù)出口流量、流量穩(wěn)定時間、料液實(shí)際質(zhì)量、加料前物料質(zhì)量、含水率以及生產(chǎn)時間的關(guān)系,建立潤葉加料料液有效利用率的數(shù)學(xué)模型,得到料液有效利用率的計(jì)算方法。該方法較傳統(tǒng)的1,2-丙二醇作為標(biāo)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(jìn)行在線監(jiān)測。該方法計(jì)算得到的料液有效利用率與1,2-丙二醇作為標(biāo)記物的方法進(jìn)行F檢驗(yàn),最大相對誤差為1.66%,F值為0.17,P=0.687＞0.05,計(jì)算結(jié)果可代表實(shí)測值。該方法可應(yīng)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(shè)備缺陷改進(jìn),過程料液吸收情況等提供數(shù)據(jù)支持。