蒸汽噴射預(yù)回潮出料裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)用

劉加樹(shù)，楊 彬，周玉生

1.安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司蚌埠卷煙廠，安徽省蚌埠市長(zhǎng)豐路258號(hào) 233010

2.中國(guó)煙草總公司職工進(jìn)修學(xué)院，鄭州市鑫苑路7號(hào) 450008

3.秦皇島煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，河北省秦皇島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)龍海道67號(hào) 066000

CO2膨脹煙絲因具有降低煙草密度、提高煙絲填充值、降低卷煙焦油量、去除煙草雜氣、改善中低檔煙葉品質(zhì)等特點(diǎn)而被卷煙企業(yè)廣泛使用［1-2］。但膨脹煙絲在加工過(guò)程中造碎較大，為降低煙絲造碎國(guó)內(nèi)卷煙企業(yè)已進(jìn)行了許多改進(jìn)，如在冷卻振槽上增加噴射蒸汽裝置、濕空氣回潮設(shè)備［3］，適當(dāng)降低回潮機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速［4］等。同時(shí)對(duì)提高膨脹煙絲的耐加工性也進(jìn)行了研究，如膨脹煙絲回潮前的含水率［5］、冷端的煙絲浸漬時(shí)間［6］、采取正交試驗(yàn)法優(yōu)化冷熱端工藝參數(shù)［7-8］、對(duì)CO2膨脹煙絲進(jìn)行分類(lèi)加工［9］、設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)新型濕空氣回潮膨脹煙絲設(shè)備［10］等。上述改進(jìn)和研究都能不同程度地提高膨脹煙絲的耐加工性，減少膨脹煙絲造碎，其中采用新型濕空氣回潮膨脹煙絲設(shè)備應(yīng)用效果顯著。但在實(shí)際應(yīng)用中，冷卻振槽上噴射的蒸汽或霧化水只能被上層的膨脹煙絲吸收，中下部的膨脹煙絲不能吸收水分，造成膨脹煙絲回潮后含水率分布不均勻，當(dāng)蒸汽或霧化水過(guò)大時(shí)還會(huì)形成水漬煙絲現(xiàn)象。通過(guò)調(diào)整冷熱端工藝參數(shù)可以提高膨脹煙絲的整絲率和降低煙絲造碎，但具有一定的局限性，而采用濕空氣回潮設(shè)備應(yīng)用效果較好但投資過(guò)大。為此，采用蒸汽預(yù)回潮工藝設(shè)計(jì)了一種蒸汽噴射預(yù)回潮出料裝置，以進(jìn)一步提高膨脹煙絲的耐加工性和減少煙絲造碎。

1 存在問(wèn)題

CO2膨脹煙絲處理線上的主要工藝設(shè)備包括CO2浸漬器、升華器和煙絲回潮機(jī)［11］。煙絲經(jīng)過(guò)液態(tài)CO2浸漬后，通過(guò)進(jìn)料氣鎖進(jìn)入升華器，干冰煙絲在升華器內(nèi)與高溫工藝氣體接觸后體積迅速膨脹，膨脹干燥后的煙絲經(jīng)過(guò)切向分離器進(jìn)行氣料分離，由出料氣鎖進(jìn)入冷卻振槽和冷卻皮帶［12］，煙絲經(jīng)過(guò)冷卻進(jìn)入回潮機(jī)進(jìn)行回潮，生產(chǎn)出的合格膨脹煙絲的含水率為（12±0.5）%。升華器后端設(shè)備流程見(jiàn)圖1。

圖1 升華器后端設(shè)備流程圖

膨脹煙絲在出料氣鎖出口的含水率為4%～5%，而膨脹煙絲從出料氣鎖出口到回潮機(jī)之間要經(jīng)過(guò)冷卻振槽和冷卻皮帶［12］，相距20 m 左右，當(dāng)煙絲進(jìn)入回潮機(jī)時(shí)，皮帶機(jī)和回潮機(jī)之間有1 m 左右的落差，由此造成低含水率的膨脹煙絲在輸送過(guò)程中產(chǎn)生較大造碎。膨脹煙絲經(jīng)過(guò)冷卻振槽和冷卻皮帶冷卻后，進(jìn)入回潮機(jī)滾筒前的溫度為38～46 ℃，而回潮使用的水隨季節(jié)不同溫度在8～25 ℃之間變化。因此，水溫和膨脹煙絲之間存在著20～30 ℃差異，當(dāng)煙絲進(jìn)入回潮機(jī)滾筒時(shí)，直接遇到噴射的冷水，煙絲驟然收縮，從而降低了煙絲的填充值和膨脹率，并影響到膨脹煙絲的耐加工性。

2 改進(jìn)方法

2.1 系統(tǒng)組成

為提高膨脹煙絲的耐加工性，采用蒸汽預(yù)回潮工藝技術(shù)，在經(jīng)過(guò)改造的出料氣鎖裝置上增加一套蒸汽噴射系統(tǒng)，構(gòu)成蒸汽噴射預(yù)回潮出料裝置，見(jiàn)圖2。該裝置主要由蒸汽噴射系統(tǒng)和出料氣鎖組件構(gòu)成，既有蒸汽預(yù)回潮功能又能保證正常出料。其中，蒸汽噴射系統(tǒng)由氣動(dòng)薄膜閥、蒸汽流量計(jì)、汽水分離器、蒸汽管路系統(tǒng)等部分組成，改造前后出料氣鎖內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖2 蒸汽噴射預(yù)回潮出料裝置示意圖

圖3 改造前（a）后（b）出料氣鎖結(jié)構(gòu)示意圖

改進(jìn)后升華器后端設(shè)備流程見(jiàn)圖4。當(dāng)膨脹預(yù)熱結(jié)束后，過(guò)料生產(chǎn)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)液態(tài)CO2浸漬的煙絲由恒流量設(shè)備均勻送入升華器中，煙絲在升華器中與高溫工藝氣體接觸，溫度迅速提高，在溫差作用下，干冰快速升華，水分快速蒸發(fā)，煙絲得到膨脹，膨脹后的煙絲通過(guò)切向分離器與工藝氣流分離。膨脹煙絲進(jìn)入改造后的出料氣鎖內(nèi)，控制氣動(dòng)薄膜閥打開(kāi)，飽和蒸汽通過(guò)氣動(dòng)薄膜閥、蒸汽流量計(jì)，經(jīng)過(guò)管路系統(tǒng)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)接頭，再經(jīng)過(guò)均勻分布的加濕噴管把蒸汽釋放到刮板氣鎖的腔體內(nèi)，從而把經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)網(wǎng)分離進(jìn)入出料氣鎖刮板內(nèi)的膨脹煙絲加濕，達(dá)到預(yù)回潮目的。預(yù)回潮后的膨脹煙絲從出料氣鎖中落入冷卻振槽，煙絲含水率由原來(lái)的4%～5%增加到6%～7%。

圖4 改造后升華器后端設(shè)備流程圖

2.2 蒸汽流量控制和加濕噴管的確定

蒸汽噴射預(yù)回潮出料裝置的蒸汽流量由上位機(jī)設(shè)定，下位機(jī)PLC 采集蒸汽流量計(jì)反饋值，根據(jù)蒸汽流量反饋值與蒸汽設(shè)定值的比較計(jì)算結(jié)果，對(duì)氣動(dòng)薄膜閥開(kāi)度進(jìn)行PID 調(diào)節(jié)，使實(shí)際蒸汽流量與設(shè)定值趨于一致。由于膨脹煙絲通過(guò)定量帶對(duì)升華器進(jìn)行供料，膨脹后的煙絲流量相對(duì)穩(wěn)定，回潮機(jī)前電子皮帶秤流量基本在（670±50）kg/h 范圍內(nèi)。采用定量加蒸汽的方式可以使煙絲含水率波動(dòng)較小，改造前后膨脹煙絲含水率波動(dòng)范圍基本一致，均在±0.5%范圍內(nèi)。

改造后出料氣鎖中的加濕噴管共有8 組，每組由10根組成。每根加濕噴管的中部同一位置沿直徑均勻?qū)ΨQ(chēng)開(kāi)4 個(gè)φ0.5 mm 的噴射口，每組10 根加濕噴管在氣鎖軸上均勻分布，可以使膨脹煙絲加濕均勻，并對(duì)物料產(chǎn)生松散作用，避免膨脹煙絲在加濕過(guò)程中出現(xiàn)水漬煙絲。

2.3 膨脹煙絲預(yù)回潮后含水率

為計(jì)算膨脹煙絲加濕后的含水率，確定不同蒸汽流量和膨脹煙絲吸收水分增加值之間的關(guān)系，可根據(jù)設(shè)定的蒸汽流量F1獲得出料膨脹煙絲的增加水分百分比A，膨脹煙絲水分吸收能力用水分吸收系數(shù)ν表示，則：

式中：A——增加水分百分比；F1——蒸汽流量，kg/h；F2——煙絲流量，kg/h；v——水分吸收系數(shù)。

由此推導(dǎo)出蒸汽流量的計(jì)算公式：

式（1）可見(jiàn)，由于加入的蒸汽只能部分被膨脹煙絲吸收，蒸汽的水分吸收系數(shù)ν 需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。通過(guò)試驗(yàn)得到蒸汽流量F1和水分吸收系數(shù)ν的關(guān)系（圖5），蒸汽流量F1越小，水分吸收系數(shù)ν相對(duì)越大。分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，隨著蒸汽流量的增大，出料氣鎖出口煙絲含水率也相應(yīng)增大，煙絲整絲率明顯提高，碎絲率下降，填充值變化不大，出絲率增加。出料氣鎖出口煙絲含水率超過(guò)7%后，整絲率和出絲率變化不大。為防止因蒸汽量過(guò)大而產(chǎn)生水漬煙絲，蒸汽流量選用65 kg/h。需要增加的蒸汽流量由式（2）計(jì)算，當(dāng)膨脹煙絲含水率增加2 百分點(diǎn)左右時(shí)，出料氣鎖出口煙絲含水率可控制在6%～7%。

圖5 蒸汽流量和水分吸收系數(shù)關(guān)系

3 改進(jìn)效果

在蒸汽噴射預(yù)回潮出料裝置內(nèi)采用不加濕和加濕預(yù)回潮方法，選用同一配方不同批次膨脹煙絲分別進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 蒸汽噴射預(yù)回潮出料裝置應(yīng)用前后試驗(yàn)結(jié)果

可見(jiàn)，采用蒸汽噴射預(yù)回潮出料裝置對(duì)設(shè)備改造后，有效提高了膨脹煙絲的耐加工性，煙絲整絲率提高1.5 百分點(diǎn)，出絲率提高0.75 百分點(diǎn)，降低了生產(chǎn)消耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

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