膨脹煙絲分段式兩級風(fēng)選系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要：煙支中的梗簽會直接影響卷煙的產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)過干冰膨脹后密度變小，更難以剔除。為了高效剔除干冰膨脹后葉絲中的梗簽，提高膨脹葉絲的純凈度，本文針對工廠實際設(shè)計了膨脹煙絲分段式兩級風(fēng)選系統(tǒng)，包括設(shè)備設(shè)計原理、設(shè)備組成、電控以及操作內(nèi)容。試驗表明，采取該系統(tǒng)后，膨脹煙絲中梗簽和濕團(tuán)煙絲剔除率平均為2.04%，各指標(biāo)符合要求，并且占地面積較小、能耗低。

關(guān)鍵詞：膨脹煙絲；分段式兩級風(fēng)選；梗簽剔除

中圖分類號：TS 452" " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

目前，國內(nèi)、外學(xué)者對煙絲中梗簽剔除做了大量研究。陳勇進(jìn)[1]通過對二氧化碳膨脹煙絲風(fēng)選項目實施過程進(jìn)行分析，明確了膨脹煙絲風(fēng)選的特殊性，并陳述了整個系統(tǒng)的氣力計算，展示了一般膨脹煙絲風(fēng)選系統(tǒng)的建立過程，并對膨脹煙絲風(fēng)選的特殊性進(jìn)行了初步探討；王宇等[2]為提高風(fēng)選機的梗簽分離效果，設(shè)計了多級柔性風(fēng)選系統(tǒng)，并分析了影響浮選效果的主要參數(shù)。

煙草膨脹技術(shù)采用氟利昂、干冰和惰性氣體等作為膨脹介質(zhì)，盡可能地恢復(fù)新鮮煙葉在調(diào)制和干燥等加工過程中被收縮的煙草細(xì)胞體積。煙絲中的梗簽經(jīng)膨脹后密度變小，卷接機組的剔除裝置已不能滿足需要，迫切需要新的剔除方法。傳統(tǒng)的膨脹煙絲就地風(fēng)選，對剔除回潮后膨脹煙絲中的濕團(tuán)、干冰有顯著效果，但對剔除膨脹后的梗簽效果不佳[3]。而傳統(tǒng)葉絲風(fēng)選的二級風(fēng)選系統(tǒng)效果較好，但占地面積較大，不適合置于膨脹線上[4]。本文針對膨脹煙絲設(shè)計出一種新型的能實現(xiàn)流場控制的分段式風(fēng)選裝置，能進(jìn)行高精度風(fēng)選并解決此問題。該系統(tǒng)占地面積較小、精度較高，能夠有效解決膨脹煙絲中的梗簽和濕團(tuán)煙絲問題。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 工作原理

柔性風(fēng)選是卷煙廠制絲生產(chǎn)線上物料分離與長距離物料輸送的設(shè)備之一，用于膨脹葉絲的加工工藝，可有效提高葉絲純凈度。在風(fēng)選加工過程中，利用物料間或物料不同組分間懸浮速度的差異進(jìn)行物料分離，懸浮速度小于氣流速度的物料隨氣流上升，而懸浮速度大于氣流速度的物料則穿透氣流降落。對懸浮物料進(jìn)行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律可得ma=mg-R（m為物料的質(zhì)量；a為物料的加速度；R為空氣對物料的阻力；g為重力加速度）。當(dāng)物料的加速度a=0時，上式可寫成R=mg，即當(dāng)空氣的阻力等于物料的重力時，物料在氣流中處于懸浮狀態(tài)。因此，空氣的阻力等于物料的重力就是設(shè)計確定懸浮速度的條件，也是將膨脹葉絲、梗簽風(fēng)選分開的控制原理[5]。

本文設(shè)備包括機架、一級風(fēng)選裝置、二級風(fēng)選裝置、風(fēng)送管路、落料器和流場控制組件。流場控制組件設(shè)于一級振動輸送裝置和二級振動輸送裝置中至少一個的下方，用于控制一級風(fēng)選裝置和二級風(fēng)選裝置內(nèi)的流場。流場控制組件包括翻轉(zhuǎn)板和調(diào)節(jié)翻轉(zhuǎn)板轉(zhuǎn)動的調(diào)節(jié)手柄。翻轉(zhuǎn)板通過轉(zhuǎn)軸連接在一級風(fēng)選裝置和二級風(fēng)選裝置上。本文提供了一種能實現(xiàn)流場控制的分段式風(fēng)選裝置，通過對風(fēng)選區(qū)內(nèi)的氣體流場進(jìn)行控制來降低膨絲風(fēng)選風(fēng)力調(diào)節(jié)難度，提升風(fēng)選控制的穩(wěn)定性和物料風(fēng)選的效果。

膨脹煙絲通過拋料器進(jìn)入分選箱體后，先在一級風(fēng)選箱體內(nèi)垂直進(jìn)風(fēng)并對物料進(jìn)行浮選，利用其懸浮速度的差異選出混雜其中的輕的物料，較重、較大的物料由垂直風(fēng)選箱落到振動篩上，經(jīng)二級拋料輥拋入二級風(fēng)選箱內(nèi)進(jìn)行二次風(fēng)選。二級風(fēng)選后，合格物料與一級風(fēng)選物料匯總，由方管的低速風(fēng)送到柔性落料箱，物料由氣鎖排出并進(jìn)入下道工序。風(fēng)選出的梗簽等重雜物由振篩出口排至稱重裝置以統(tǒng)計質(zhì)量[6]。

1.2 設(shè)備組成

膨脹煙絲分段式兩級風(fēng)選系統(tǒng)主要由機架、一級風(fēng)選裝置、二級風(fēng)選裝置、風(fēng)送管路、落料器和流場控制組件組成（如圖1所示）。

1.3 膨脹煙絲分段式兩級風(fēng)選系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖1所示，一級風(fēng)選裝置和二級風(fēng)選裝置并排設(shè)在機架上。一級風(fēng)選裝置包括一級風(fēng)選箱體和一級振動輸送裝置。一級振動輸送裝置的進(jìn)料口位于一級風(fēng)選區(qū)的篩料口的下方。二級風(fēng)選裝置設(shè)于機架，包括二級風(fēng)選箱體和二級振動輸送裝置，二級振動輸送裝置的進(jìn)料口位于二級風(fēng)選區(qū)的篩料口的下方。一級風(fēng)選區(qū)、二級風(fēng)選區(qū)均為梯度風(fēng)選區(qū)。一級振動輸送裝置、二級振動輸送裝置可為振篩。振篩網(wǎng)面采用分段錯層式設(shè)計，以保證煙絲有充分的風(fēng)選空間。風(fēng)送管路包括一級風(fēng)送管路和二級風(fēng)送管路。一級風(fēng)送管路的一端與一級風(fēng)選區(qū)的出料口連通，二級風(fēng)送管路的一端與二級風(fēng)選區(qū)的出料口連通。一級風(fēng)送管路的另一端和二級風(fēng)送管路的另一端均與落料管的一端相連。落料管的另一端設(shè)有提供風(fēng)力的風(fēng)機。落料器設(shè)在落料管內(nèi)，為沉降式落料器。將落料器內(nèi)的物料和含塵氣體進(jìn)行分離，含塵氣體由除塵管路排入大氣。裝置的動力風(fēng)由風(fēng)機提供。

1.4 流場控制設(shè)備設(shè)計

一級風(fēng)選裝置和二級風(fēng)選裝置的示意圖如圖2所示。能實現(xiàn)流場控制的分段式風(fēng)選裝置包括補風(fēng)組件、一級風(fēng)送管路和二級風(fēng)送管路。補風(fēng)組件能夠?qū)σ患夛L(fēng)送管路和二級風(fēng)送管路內(nèi)的風(fēng)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。補風(fēng)組件包括風(fēng)速檢測裝置和補風(fēng)裝置。風(fēng)速檢測裝置用于檢測一級風(fēng)送管路或二級風(fēng)送管路內(nèi)的風(fēng)速。補風(fēng)裝置與風(fēng)速檢測裝置相連并調(diào)節(jié)一級風(fēng)送管路或二級風(fēng)送管路內(nèi)的風(fēng)速。

將一級風(fēng)選裝置和二級風(fēng)選裝置設(shè)置在同一機架上，可以有效減少占地面積。同時，設(shè)置流場控制裝置對風(fēng)選區(qū)內(nèi)的氣體流場進(jìn)行控制，可實現(xiàn)不同的流場控制功能，從而降低相關(guān)技術(shù)中的風(fēng)力調(diào)節(jié)難度，提升風(fēng)選控制的穩(wěn)定性和物料風(fēng)選效果。通過設(shè)置補風(fēng)組件，利用補風(fēng)組件對一級風(fēng)送管路和二級風(fēng)送管路進(jìn)行補風(fēng)，進(jìn)一步提升風(fēng)選控制的穩(wěn)定性和物料風(fēng)選效果。

能實現(xiàn)流場控制的分段式風(fēng)選裝置還包括第一閉風(fēng)裝置、第二閉風(fēng)裝置和第三閉風(fēng)裝置。第一閉風(fēng)裝置靠近風(fēng)選送料口，一級振動輸送裝置的出料口與第二閉風(fēng)裝置連通且第二閉風(fēng)裝置靠近二級振動輸送裝置的進(jìn)料口，第三閉風(fēng)裝置與風(fēng)選排料口連通。第一閉風(fēng)裝置為一級進(jìn)料裝置，位于一級振動輸送裝置上方。第二閉風(fēng)裝置為二級進(jìn)料裝置，位于二級振動輸送裝置上方，從而使進(jìn)入一級風(fēng)選裝置的物料（例如煙絲等），利用煙絲與梗簽的懸浮速度差并在風(fēng)力作用下實現(xiàn)分離，實現(xiàn)一級風(fēng)選初篩。而經(jīng)過初選后的梗簽和部分煙絲（例如絲團(tuán)、濕團(tuán)）則可以下沉至一級振動輸送裝置。二級風(fēng)選裝置的進(jìn)料口與一級振動輸送裝置的出料口連通，經(jīng)過一級初選后的物料可以通過一級振動輸送裝置輸送至二級風(fēng)選裝置內(nèi)進(jìn)行二次精度風(fēng)選。

流場控制組件如圖3所示。流場控制組件包括刻度盤，刻度盤固定在一級風(fēng)選裝置上，翻轉(zhuǎn)板通過轉(zhuǎn)軸連接在刻度盤上。刻度盤為圓形板狀結(jié)構(gòu)，刻度盤上設(shè)有弧形分布的刻度，進(jìn)行微調(diào)時沿著相對于豎直方向左、右擺動翻轉(zhuǎn)板，可精細(xì)調(diào)節(jié)一級風(fēng)選裝置中一級風(fēng)選箱內(nèi)和二級風(fēng)選裝置中一級風(fēng)選箱內(nèi)的流場。通過設(shè)置流場控制裝置，對風(fēng)選區(qū)內(nèi)的氣體流場進(jìn)行控制，可實現(xiàn)不同的流場控制功能，從而降低相關(guān)技術(shù)中的風(fēng)力調(diào)節(jié)難度，提升風(fēng)選控制的穩(wěn)定性和物料風(fēng)選效果。

一級均風(fēng)網(wǎng)板或二級均風(fēng)網(wǎng)板的示意圖如圖4所示。一級振動輸送裝置包括一級均風(fēng)網(wǎng)板，二級振動輸送裝置包括二級均風(fēng)網(wǎng)板，一級均風(fēng)網(wǎng)板的高度高于二級均風(fēng)網(wǎng)板的高度。一級均風(fēng)網(wǎng)板和二級均風(fēng)網(wǎng)板均相對于水平面傾斜布置。一級均風(fēng)網(wǎng)板的高度高于二級均風(fēng)網(wǎng)板的高度，可以使經(jīng)過一級均風(fēng)網(wǎng)板篩選過的煙絲運行到二級均風(fēng)網(wǎng)板上，方便二級均風(fēng)網(wǎng)板進(jìn)行再次篩選。

測試證實，經(jīng)過浮選可以獲得上升葉絲、沉降煙梗以及梗、絲混合物3種組分，分離物料中單體間的沉降速度比等于各單體密度與氣體密度差的平方根之比。氣流平均速度取決于混合物料的投料量、投料速度和分離管的寬度。隨著氣流速度的提高，在實際操作中需要仔細(xì)調(diào)整，才能得到膨脹葉絲和煙梗的理想的分離效果。因此在設(shè)計過程中，將風(fēng)選箱的后壁設(shè)計成可移動、調(diào)節(jié)的，通過調(diào)節(jié)前、后壁間的距離來達(dá)到改變風(fēng)速的目的[7]。

垂直風(fēng)選箱部件由管體和觀察窗組成，通過觀察窗可以清晰地看到物料的運行狀態(tài)。沉降式落料箱部件由上蓋、氣料分離裝置、箱體、觀察窗以及檢修門等組成。箱體的材料采用鏡面拉絲不銹鋼板制成。箱體側(cè)面均開一面觀察窗、一面安裝照明燈，以便于工作人員觀察物料在箱體內(nèi)的風(fēng)選情況，檢修門便于工作人員檢修。氣料分離裝置可以實現(xiàn)物料與氣的分離，可以抽拉拿出清理灰塵。從觀察窗可以清晰地看到柔性落料過程。檢修門用于在緊急堵料情況下清理箱體內(nèi)堆積的物料。出料氣鎖部件主要由機體、端蓋和轉(zhuǎn)子等組成。轉(zhuǎn)子用來封閉機體，在落料的同時不會漏氣并防止物料翻騰。噴吹部件由氣包和噴吹管等組成。氣包用于儲存壓縮空氣。恒壓式風(fēng)速在線檢測系統(tǒng)主要由文丘里管、風(fēng)速測量模塊、恒壓模塊和外殼部件等部件組成。靜態(tài)秤由截料門部件、稱重部件、分料部件、機架以及配套的氣動元件組成。

1.5 設(shè)備操作設(shè)計

作為整條生產(chǎn)線的一部分，分段式兩級風(fēng)選系統(tǒng)的電氣設(shè)備受生產(chǎn)線控制系統(tǒng)控制，不能夠單獨運行，可以分成自動、手動2種運行方式。自動運行時，設(shè)備順序啟動為出料氣鎖M6啟動→螺旋輸送機電機→一振動篩振動電機（同時啟動，方向相反）→拋料器減速機→循環(huán)風(fēng)機電機啟動→除塵風(fēng)機啟動→進(jìn)料振槽電機啟動。當(dāng)主控柜選擇手動后，允許單獨手動啟動電機，將本地開關(guān)從“ON”位置向右旋轉(zhuǎn)，此時電機啟動，將本地開關(guān)打到“OFF”位置，電機停止運行。

2 應(yīng)用效果

2.1 試驗設(shè)計

試驗材料為“特一類”膨脹煙絲（湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司）。設(shè)備包括FDFX12型膨脹煙絲分段式兩級風(fēng)選系統(tǒng)（湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司設(shè)計，徐州眾凱機電設(shè)備制造有限公司制造）和YQ-2型葉絲振動分選篩（鄭州煙草研究院）。根據(jù)2016版《卷煙工藝規(guī)范》中規(guī)定的方法，測定風(fēng)選前、后的煙絲結(jié)構(gòu)變化、含水率變化、風(fēng)選后純凈度、剔出梗簽量和含絲量。

2.2 數(shù)據(jù)分析

風(fēng)選測試數(shù)據(jù)見表1。本系統(tǒng)的梗簽和濕團(tuán)剔除率平均為2.04%，其含絲率平均值為4.05%（傳統(tǒng)葉絲二次風(fēng)選梗簽剔除率約為1.2%，其含絲率約為10%）。風(fēng)選后膨脹煙絲的純凈度（實測99.9%）≥99.5%，風(fēng)選后膨脹煙絲整絲率降低0.44%（≤1%）。風(fēng)選前、后碎絲率增加0.29%，風(fēng)選后膨脹煙絲含水率損失0.27%（≤0.5%）。各項指標(biāo)符合卷煙工藝規(guī)范要求。

2.3 設(shè)備運行狀況

運行中，本文系統(tǒng)風(fēng)機頻率為33Hz，一級風(fēng)選風(fēng)速為2.7m/s，二級風(fēng)選風(fēng)速為2.45m/s，風(fēng)選系統(tǒng)除塵風(fēng)量約為20000m3/h，傳統(tǒng)葉絲的二次風(fēng)選除塵風(fēng)量約為38000m3/h，節(jié)省約50%除塵風(fēng)量。風(fēng)選系統(tǒng)單機能耗為7kW，傳統(tǒng)葉絲二次風(fēng)選單機能耗約為36.2kW，約為傳統(tǒng)葉絲二次風(fēng)選單機能耗的20%。本系統(tǒng)大部分部件布置于空中，不占用地面空間，占地面積僅為12m2（含進(jìn)料設(shè)備），占地面積明顯減少，為膨脹線的工藝布置創(chuàng)造了良好條件。

3 結(jié)論

研究表明，與傳統(tǒng)葉絲二次風(fēng)選設(shè)備相比，本文設(shè)計的膨脹煙絲分段式兩級風(fēng)選系統(tǒng)的風(fēng)選效果顯著，梗簽和濕團(tuán)剔除率平均為2.04%，占地面積大顯著減少，為膨脹線的工藝布置創(chuàng)造了良好條件，能耗低，除塵風(fēng)量節(jié)省約50%，單機能耗下降了80%。

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通信作者：張楚安（1973-），男，湖北黃岡人，本科，高級工程師，研究方向為卷煙加工工藝。

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