造紙法再造煙葉單獨制絲關(guān)鍵工序加工條件對加工質(zhì)量的影響

鄧國棟，席年生，李洪濤，邊騰飛，劉德虎，徐大勇，堵勁松，張玉海*

1.鄭州煙草研究院煙草行業(yè)煙草工藝重點實驗室，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號 450001

2.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，山東省青島市嶗山區(qū)株洲路137號 266101

3.浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，杭州市西湖區(qū)科海路118號 310024

由于造紙法再造煙葉對于卷煙產(chǎn)品降焦減害、突出產(chǎn)品風(fēng)格特征、提升卷煙品質(zhì)具有重要作用，因此，提升造紙法再造煙葉加工質(zhì)量和使用效果一直是行業(yè)普遍關(guān)心的問題。目前，國內(nèi)卷煙企業(yè)大多采用造紙法再造煙葉與煙葉混合進行制絲加工，由于造紙法再造煙葉與煙葉的物理、化學(xué)等性質(zhì)不同［1-2］，兩者在回潮、切絲、干燥等制絲關(guān)鍵工序的加工特性存在差異，造成造紙法再造煙葉切絲質(zhì)量較差，利用率較低等問題。因此，現(xiàn)有混合加工工藝不能完全滿足精細化加工要求。而國內(nèi)外關(guān)于造紙法再造煙葉的研究主要集中在造紙法再造煙葉本身的制造加工工藝［3-6］，關(guān)于造紙法再造煙葉的單獨制絲加工工藝少見報道。因此，利用國內(nèi)目前僅有的兩條造紙法再造煙葉單獨制絲生產(chǎn)線分別研究了再造煙葉單獨制絲關(guān)鍵工序加工條件對加工質(zhì)量的影響，旨在進一步提高造紙法再造煙葉利用率、卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性及卷煙加工質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 材料、設(shè)備與儀器

選取KY-4，KY-5（杭州利群環(huán)保紙業(yè)有限公司）和瑞博斯（山東瑞博斯煙草有限公司）3 種造紙法再造煙葉作為試驗樣品。

利群紙業(yè)再造煙葉制絲生產(chǎn)線；山東中煙青州卷煙廠再造煙葉制絲生產(chǎn)線；SQ912 型薄片切絲機（昆明船舶集團有限責(zé)任公司）；SQ911 型薄片輥刀式切絲機（昆明煙機集團二機有限公司）；D51 型填充值測定儀（德國Factory densimeter 公司）；YQ22 型煙絲振動分選篩（鄭州煙草研究院）；JTY250-I 型煙草投影儀（深圳市恒信杰機電設(shè)備有限公司）；TM710 型在線水分儀（美國NDC 紅外技術(shù)公司），MX 2 型紅外測溫儀（美國Raytex 公司）；CS10122AB 型電熱鼓風(fēng)干燥箱（重慶銀河儀器有限公司）；PL3001-S 電子天平（感量：0.1 g，瑞士Mettler 公司）。

1.2 方法

1.2.1 切絲與烘絲試驗

根據(jù)造紙法再造煙葉單獨制絲特點，對單獨制絲過程的關(guān)鍵工序（切絲工序和烘絲工序）分別進行不同加工條件對加工質(zhì)量的影響研究。切絲工序研究了不同刀門壓力、不同物料含水率對切絲質(zhì)量的影響；烘絲工序研究了在保證物料出口含水率一致條件下不同干燥強度對烘后造紙法再造煙葉絲的質(zhì)量影響。研究過程中KY-4,KY-5 采用SQ911 型薄片輥刀式切絲機（昆明煙機集團二機有限公司）切絲，在杭州利群環(huán)保紙業(yè)再造煙葉制絲生產(chǎn)線進行試驗；瑞博斯采用SQ912 型薄片切絲機（昆明船舶集團有限責(zé)任公司）切絲，在山東中煙青州卷煙廠再造煙葉制絲生產(chǎn)線進行試驗。由于兩家切絲機制造企業(yè)本身設(shè)備結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)置的差異，5 個梯度的刀門壓力分別設(shè)定為：KY-4 和KY-5：0.18，0.22，0.26，0.30，0.34 MPa；瑞博斯：11，14，16，20，24 kN。

1.2.2 加工質(zhì)量指標(biāo)測定

（1）切絲寬度及合格率測定。參照《卷煙工藝測試與分析大綱》［7］中葉絲寬度取樣及測定方法，每組試驗取3 個樣品進行測定，每個樣品測試3 次，取平均值；當(dāng)再造煙葉絲寬度在設(shè)定切葉絲寬度±0.1 mm 范圍內(nèi)時，為寬度合格再造煙葉絲。

（2）跑片（或粘連并條）比例測定。每批樣品在設(shè)備運行穩(wěn)定情況下在設(shè)備出口隨機取樣3 次，每次取樣100 g 左右，分別稱量；將每個樣品中跑片（或粘連并條）的煙絲檢出，稱重并記錄，跑片（或粘連并條）比例按式（1）計算，3 個樣品平均值為該試驗樣品的跑片（或粘連并條）比例。

式中：Q1——跑片（粘連并條）比例（%，結(jié)果精確至0.01%）；m1——跑片（或粘連并條）煙絲質(zhì)量（g）；M1——被檢測樣品質(zhì)量（g）。

（3）卷曲度測定。每批樣品在設(shè)備運行穩(wěn)定情況下在設(shè)備出口隨機取樣3 次，每次取樣50 g 左右；從每個樣品中隨機取出50 根煙絲，分別測定自然狀態(tài)下煙絲卷曲時的最大長度，以及拉直后的最大長度，煙絲卷曲度按式（2）計算，3 個樣品平均值為該試驗樣品的卷曲度。

式中：J——煙絲卷曲度（%，結(jié)果精確至0.01%）；Hi——卷曲狀態(tài)下的煙絲最大長度（mm）；Li——拉伸后的煙絲長度（mm）。

（4）煙絲結(jié)構(gòu)及填充值的測定。煙絲結(jié)構(gòu)參照《卷煙工藝測試與分析大綱》［7］中煙絲結(jié)構(gòu)取樣及測定方法，每組試驗取3 個樣品進行測定，結(jié)果取平均值；煙絲填充值按YC/T152—2001《卷煙 煙絲填充值的測定》［8］方法進行，每組試驗取3 個樣品進行測定，結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 切絲刀門壓力對造紙法再造煙葉切絲質(zhì)量的影響

2.1.1 對切絲寬度和寬度合格率的影響

不同切絲刀門壓力條件下進行切絲，切絲寬度平均值和合格率分別見圖1 與圖2。其中，KY-4 和KY-5 再造煙葉切絲寬度設(shè)定值為0.90 mm，瑞博斯再造煙葉切絲寬度設(shè)定值為0.95 mm。由圖1 可知，在試驗范圍內(nèi)，再造煙葉切絲寬度平均值與刀門壓力沒有明顯的線性關(guān)系；由圖2 可知，在試驗范圍內(nèi)，再造煙葉切絲寬度合格率與刀門壓力沒有明顯的線性關(guān)系，但刀門壓力過低時，切絲寬度合格率下降。

圖1 切絲寬度平均值與刀門壓力關(guān)系

圖2 切絲寬度合格率與刀門壓力關(guān)系

2.1.2 對粘連并條比例的影響

不同切絲刀門壓力條件下切絲后，粘連并條比例檢測結(jié)果見圖3。由圖3 可知，在試驗范圍內(nèi)，測定粘連并條比例在2%以內(nèi)，隨切絲刀門壓力增加，切絲粘連并條比例呈增加趨勢，且隨著刀門壓力增加，切絲機噪聲增大，并伴隨一定的打刀現(xiàn)象。因此，從切絲粘連并條比例考慮，再造煙葉切絲過程中刀門壓力不宜過高。

圖3 不同切絲刀門壓力條件下切絲粘連并條比例

2.1.3 對跑片比例的影響

不同切絲刀門壓力條件下切絲后，煙絲跑片比例測定結(jié)果見圖4。由圖4 可知，在試驗范圍內(nèi)，再造煙葉切絲跑片比例在4.5%以內(nèi)；且隨刀門壓力的增加，切絲跑片比例呈逐漸減小趨勢。因此，從切絲跑片比例考慮，再造煙葉切絲過程中刀門壓力不宜過低。

圖4 切絲跑片比例與切絲刀門壓力關(guān)系

2.2 物料含水率對造紙法再造煙葉切絲質(zhì)量的影響

2.2.1 對切絲寬度和寬度合格率的影響

不同物料含水率條件下進行切絲，再造煙葉切絲寬度平均值和合格率見圖5 和圖6。其中，KY-4 和KY-5再造煙葉切絲寬度設(shè)定值為0.90 mm，瑞博斯再造煙葉切絲寬度設(shè)定值為0.95 mm。由圖5 可知，在試驗范圍內(nèi)，再造煙葉切絲寬度平均值與物料切絲含水率沒有明顯的線性關(guān)系。由圖6 可知，在試驗范圍內(nèi)，再造煙葉切絲寬度合格率與物料切絲含水率沒有明顯的線性關(guān)系，但不同種類的再造煙葉在相同切絲條件下，切絲寬度合格率存在差異，即不同的再造煙葉產(chǎn)品適宜的切絲條件不同。

圖5 切絲寬度平均值與物料切絲含水率關(guān)系

圖6 切絲寬度合格率與物料切絲含水率關(guān)系

2.2.2 對粘連并條比例的影響

不同物料含水率條件下進行切絲，切絲后粘連并條比例檢測結(jié)果見圖7。由圖可知，在試驗范圍內(nèi)，測定的粘連并條比例在6%以內(nèi)，隨再造煙葉切絲含水率的增加，切絲粘連并條比例呈現(xiàn)增加的趨勢；但過低的含水率條件下切絲，切絲飛灰情況嚴(yán)重，易造成生產(chǎn)環(huán)境污染。由于KY-4、KY-5 再造煙葉與瑞博斯再造煙葉所使用的切絲機不同，故在相同含水率條件下切絲，它們的粘連并條比例存在一定的差異。

圖7 不同物料含水率條件下切絲粘連并條比例

2.2.3 對跑片比例的影響

不同物料含水率條件下切絲后的煙絲跑片比例測定結(jié)果見圖8。由圖8 可知，在試驗范圍內(nèi)，再造煙葉切絲跑片比例在2%以內(nèi)；隨物料含水率的增加，切絲跑片比例略有減小；在相同物料含水率及切絲條件下，不同再造煙葉跑片情況略有差異。

圖8 切絲跑片比例與物料含水率關(guān)系

2.2.4 對飛灰程度的影響

再造煙葉是以煙末、煙梗、碎片等煙草物質(zhì)配以粘合劑等重新組合的產(chǎn)品，由于自身結(jié)構(gòu)特點，隨著物料含水率由低到高的增加，切絲過程的飛灰情況依次為較重、有、較輕、基本無。再造煙葉在較低物料含水率條件下進行切絲時，由于飛灰情況嚴(yán)重，易造成環(huán)境污染及后續(xù)的廢氣處理難度，且存在一定的安全隱患。但在切絲過程中，隨物料含水率增加，切絲機粘刀現(xiàn)象及排鏈打滑現(xiàn)象增加。因此，再造煙葉切絲過程應(yīng)根據(jù)物料差異及切絲機的不同選擇在合適的含水率條件下切絲。

2.3 葉絲干燥條件對造紙法再造煙葉烘絲質(zhì)量的影響

2.3.1 對再造煙葉絲卷曲度的影響

采用相同的刀門壓力切絲后，分別對不同來料含水率的再造煙葉絲進行干燥。為保證烘絲機出口物料含水率一致，隨來料含水率的增加，采用依次增強的干燥強度進行再造煙葉絲的干燥，圖9 為來料含水率不同時，再造煙葉絲干燥后卷曲度測定情況。由圖可知，隨干燥入口物料含水率的增加，干燥強度增大，干燥后再造煙葉絲卷曲度呈現(xiàn)增加趨勢。不同種類再造煙葉絲干燥后卷曲度存在差異，其中KY-4 和KY-5 由于入口物料含水率較低，干燥過程筒壁為預(yù)熱溫度，主要依靠熱風(fēng)進行干燥，兩者干燥后卷曲度在17%～23%之間；而山東瑞博斯再造煙葉由于入口物料含水率較高，干燥過程采用筒壁和熱風(fēng)復(fù)合干燥方式進行干燥，其卷曲度在23%～32%之間。因此，適當(dāng)增加干燥來料含水率至16.0%～20.0%，并采用筒壁結(jié)合熱風(fēng)的干燥加工條件有利于再造煙葉絲卷曲度的提高。

圖9 干燥條件對再造煙葉絲卷曲度的影響

2.3.2 對再造煙葉絲填充值的影響

隨來料含水率增加，為保證烘絲機出口物料含水率一致，采用依次增強的滾筒干燥條件進行再造煙葉絲干燥，在滾筒出口取樣對再造煙葉絲干燥后填充值進行測定，圖10 為再造煙葉絲干燥后填充值測定情況。由圖可知，隨干燥入口物料含水率的增加，干燥強度增大，干燥后再造煙葉絲填充值略有增加。不同種類再造煙葉絲干燥后填充值存在差異，其中瑞博斯再造煙葉絲干燥后填充值較KY-4 和KY-5 低，這可能是由于瑞博斯再造煙葉片形較小引起的。

圖10 干燥條件對再造煙葉絲填充值的影響

2.3.3 對再造煙葉絲結(jié)構(gòu)的影響

圖11 為再造煙葉絲經(jīng)不同干燥強度處理后整絲率測定情況。由圖可知，隨干燥入口物料含水率的增加，干燥強度增大，干燥后再造煙葉絲整絲率無明顯的變化規(guī)律。不同種類再造煙葉絲干燥后整絲率存在一定差異。其中瑞博斯再造煙葉絲干燥后葉絲整絲率明顯低于KY-4 和KY-5 再造煙葉絲，這與瑞博斯再造煙葉片形較小有關(guān)。

隨干燥來料含水率增加，為保證滾筒出口物料含水率一致，進行了不同干燥強度試驗，圖12 為再造煙葉絲經(jīng)不同干燥強度處理后碎絲率測定情況。由圖12 可知，隨干燥入口物料含水率的增加，在干燥入口含水率低于16.0%時，干燥后再造煙葉絲碎絲率減小，當(dāng)大于17.5%時，隨來料含水率增加，干燥后再造煙葉絲碎絲率增加。這可能是由于干燥入口含水率較高可能造成再造煙葉絲的解纖，從而造成碎絲率（含末量）略有增加。

圖11 干燥條件對再造煙葉絲整絲率的影響

圖12 干燥條件對再造煙葉絲碎絲率的影響

3 結(jié)論

（1）隨切絲機刀門壓力增加，造紙法再造煙葉絲跑片比例減少、粘連并條比例增加；切絲寬度與刀門壓力無明顯線性關(guān)系，刀門壓力過低，切絲合格率下降；

（2）隨切絲過程物料含水率的增加，造紙法再造煙葉絲跑片比例略有減少、粘連并條比例增加，飛灰情況逐漸減輕；切絲寬度和寬度合格率與物料含水率無明顯線性關(guān)系；

（3）隨烘絲加工強度的增加，烘后再造煙葉絲卷曲度增加、填充值略有增加，整絲率無明顯變化規(guī)律，碎絲率呈現(xiàn)先減小后增大趨勢；

（4）不同的造紙法再造煙葉在不同的切絲機上進行切絲時，適宜的刀門壓力和物料切絲含水率存在一定的差異。因此，應(yīng)綜合考慮切絲寬度合格率、粘連并條及跑片比例以及安全生產(chǎn)、環(huán)境衛(wèi)生等基礎(chǔ)上確定合適的切絲條件；不同的造紙法再造煙葉絲進行干燥時，應(yīng)綜合考慮再造煙葉絲的卷曲度和填充值的增加，以及可能造成的碎絲率增加及感官質(zhì)量的變化。

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