卷煙加工過(guò)程中煙絲摻配均勻性影響因素分析及改進(jìn)

范磊，付永民，李少平

河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司許昌卷煙廠，河南省許昌市帝豪路688號(hào) 461000

卷煙加工過(guò)程中煙絲摻配均勻性影響因素分析及改進(jìn)

范磊，付永民，李少平*

河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司許昌卷煙廠，河南省許昌市帝豪路688號(hào) 461000

為改善批次內(nèi)煙絲實(shí)際摻配效果，保障最小單元各組分含量均勻一致，以瞬時(shí)精度為指標(biāo)，對(duì)加工過(guò)程中影響煙絲實(shí)際混合效果的各種因素進(jìn)行了分析，并對(duì)葉絲干燥后的篩分裝置和配比秤進(jìn)行了改進(jìn)。在篩分裝置的振篩上方設(shè)計(jì)安裝了松散裝置，以優(yōu)化葉絲結(jié)構(gòu)，提高葉絲松散度；在配比秤落料處設(shè)計(jì)安裝了勻料裝置，以解決堵料和物料流的連續(xù)性問(wèn)題。結(jié)果表明：①煙絲的松散度和瞬時(shí)流量的均勻性、穩(wěn)定性是影響煙支內(nèi)各組分含量一致性的關(guān)鍵因素；②改進(jìn)后煙絲瞬時(shí)摻配精度由1.84%降低到1.09%，煙支內(nèi)各組分實(shí)際含量偏差由1.30%降低到0.79%。提高了煙絲松散性，避免了煙絲結(jié)團(tuán)和堵料，有效提升了卷煙品質(zhì)的加工精度和過(guò)程控制能力。

煙絲；摻配；瞬時(shí)精度；篩分裝置；配比秤

在卷煙生產(chǎn)過(guò)程中，比例摻配是將梗絲、膨脹葉絲、再造煙絲、回收煙絲按照產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)要求，準(zhǔn)確、均勻地?fù)脚涞礁稍锶~絲中的工藝過(guò)程［1］，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品配方各組分煙絲含量均勻一致的關(guān)鍵工序，其摻配均勻性直接影響到卷煙產(chǎn)品內(nèi)在品質(zhì)的穩(wěn)定性［2］。目前煙草行業(yè)普遍以摻配精度作為考核指標(biāo)，即批次生產(chǎn)完成后，先計(jì)算實(shí)際總體摻配比例（整批摻配物累計(jì)流量與葉絲累計(jì)流量的比率），再用實(shí)際總體摻配比例和設(shè)定比例之差的絕對(duì)值與設(shè)定比例相除得到［1］。從計(jì)算公式可以看出該指標(biāo)屬于總體精度，本質(zhì)上是結(jié)果控制，并不能反映加工過(guò)程或批次內(nèi)各組分摻配是否均勻一致。隨著精細(xì)化、均質(zhì)化加工技術(shù)的提出和實(shí)施，行業(yè)內(nèi)對(duì)于最小單元（如煙支）品質(zhì)均勻一致的關(guān)注越來(lái)越多，而批次內(nèi)各煙絲組分瞬時(shí)摻配的均勻性是保證最小單元品質(zhì)均勻一致的關(guān)鍵條件。但現(xiàn)有研究大多集中在摻配混合效果的評(píng)價(jià)方面［3-8］，對(duì)于過(guò)程實(shí)時(shí)摻配效果的控制研究甚少。為此，以瞬時(shí)精度為指標(biāo)，對(duì)加工過(guò)程中影響摻配均勻性的因素進(jìn)行了分析及改進(jìn)，以滿足卷煙工藝加工過(guò)程中精準(zhǔn)控制的要求。

1 存在問(wèn)題

比例摻配一般為定比流量自動(dòng)控制［2］，其原理是以葉絲秤為主秤，梗絲、膨脹葉絲、再造煙絲等配比秤為從秤，生產(chǎn)時(shí)配比秤預(yù)先設(shè)定比例自動(dòng)跟蹤葉絲秤流量，并根據(jù)葉絲秤流量變化調(diào)整、穩(wěn)定各配比秤流量，達(dá)到不同組分煙絲按比例配方的目的。該摻配方式對(duì)總體摻配比例的控制能力較強(qiáng)，總體精度可控制在0.5%以內(nèi)，完全符合卷煙工藝規(guī)范要求［1］。但瞬時(shí)精度最高可達(dá)5%，平均值也在2%左右，表明加工過(guò)程中瞬時(shí)摻配比例不穩(wěn)定，波動(dòng)較大，均勻性較差。采用人工挑選煙支中梗絲組分的方法，計(jì)算得出煙支內(nèi)梗絲組分實(shí)際含量與配方設(shè)計(jì)要求相比偏差較大，平均偏差為1.30%，說(shuō)明實(shí)際摻配效果并不像總體精度反映的那么理想，無(wú)法滿足精細(xì)化加工要求。為此，以瞬時(shí)精度為指標(biāo)對(duì)生產(chǎn)中各因素進(jìn)行分析，得出影響摻配均勻性的原因有以下方面。

（1）比例摻配是以葉絲秤為基準(zhǔn)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤配比，葉絲流量的均勻穩(wěn)定是保證摻配精度的基礎(chǔ)［9-10］。而實(shí)際上葉絲經(jīng)干燥后溫度較高，輸送到摻配環(huán)節(jié)距離較短，葉絲得不到充分冷卻，松散性較差。另外，葉絲結(jié)構(gòu)中長(zhǎng)絲比例較高，＞3.35 mm的葉絲占70%以上，＞10 mm的葉絲占40%左右，最長(zhǎng)葉絲可達(dá)100 mm以上，這些長(zhǎng)絲在干燥過(guò)程中容易互相糾纏卷曲、交織在一起或形成結(jié)辮，在后續(xù)的物料輸送環(huán)節(jié)甚至?xí)纬筛鼮榫o密的結(jié)團(tuán)葉絲，從而使葉絲流量波動(dòng)增大。而配比秤的滯后性又導(dǎo)致對(duì)葉絲秤流量跟蹤調(diào)整不同步，使瞬時(shí)摻配誤差增大。同時(shí)，松散性差、結(jié)團(tuán)的葉絲不易與其他煙絲混合均勻，也直接影響到摻配效果。

（2）由于降焦減害和降低成本的需要，各卷煙企業(yè)在產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)時(shí)都加大了摻配物的摻配比例，特別是一些低檔煙，摻配比例達(dá)到30%左右。摻配流量的增大導(dǎo)致原配置的皮帶秤處理能力不足，在落料處容易造成堵料。而配比秤只能跟蹤葉絲秤流量，并不能控制葉絲秤，當(dāng)配比秤發(fā)生堵料時(shí)，葉絲秤不會(huì)同時(shí)停止，導(dǎo)致部分葉絲沒(méi)有摻配到摻配物。為保證總體精度，控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，使短時(shí)間內(nèi)摻配比例超出要求，影響批內(nèi)摻配的均勻性，造成實(shí)際摻配比例產(chǎn)生較大偏差。

（3）經(jīng)膨脹工藝處理過(guò)的梗絲和膨脹葉絲，結(jié)構(gòu)蓬松且質(zhì)量輕，尤其是梗絲成片狀，下落時(shí)斷斷續(xù)續(xù)不是連續(xù)的物料流。雖然按皮帶秤顯示流量計(jì)算摻配精度可以達(dá)到工藝要求，但實(shí)際摻配并不均勻一致。另外受條件限制，摻配物料如梗絲、膨脹葉絲和成品煙絲在同一貯絲室儲(chǔ)存，在相同溫濕度條件下，梗絲、膨脹葉絲吸濕性強(qiáng)，含水率較大，容易出現(xiàn)結(jié)餅現(xiàn)象。結(jié)餅的梗絲經(jīng)過(guò)配比秤時(shí)無(wú)法完全得到松散，從而使各組分實(shí)際含量偏差較大。

綜上所述，煙絲的松散程度和瞬時(shí)流量的均勻、連續(xù)、穩(wěn)定是影響瞬時(shí)精度和最小單元各組分實(shí)際摻配比例的關(guān)鍵因素。葉絲的松散度和均勻性主要受葉絲結(jié)構(gòu)的影響，而各摻配煙絲的松散度和連續(xù)性主要受其自身特性和設(shè)備能力的影響。

2 改進(jìn)方法

根據(jù)上述分析，為保證批次內(nèi)實(shí)際摻配效果，分別對(duì)葉絲干燥后篩分裝置和配比秤進(jìn)行了改進(jìn)，以提高煙絲松散性，避免煙絲結(jié)團(tuán)和堵料，使物料摻配流量連續(xù)、均勻，實(shí)現(xiàn)煙絲各組分含量均勻一致的目的。

2.1 葉絲篩分裝置

為優(yōu)化葉絲結(jié)構(gòu)，在烘后葉絲篩分裝置的振篩上方設(shè)計(jì)安裝了一個(gè)松散裝置，其作用：一是對(duì)來(lái)料葉絲進(jìn)行分流，使長(zhǎng)絲和短絲分離。長(zhǎng)絲易結(jié)團(tuán)、混合效果差，需要優(yōu)化處理；短絲和碎絲松散性較好，不需要再處理，以避免引起造碎。二是單獨(dú)對(duì)分離出的長(zhǎng)絲和結(jié)團(tuán)、結(jié)辮葉絲進(jìn)行充分松散，為摻配均勻提供保障。

松散裝置主要由一個(gè)松散輥3和數(shù)個(gè)撥絲輥2組成，見(jiàn)圖1。其中，松散輥設(shè)置在撥絲輥的側(cè)上方，撥絲輥按圖1中B方向同向轉(zhuǎn)動(dòng)，松散輥按B′方向做反向轉(zhuǎn)動(dòng)。撥絲輥與振動(dòng)電機(jī)4一起固定在機(jī)架上。松散輥和撥絲輥的設(shè)計(jì)相同（圖1下圖），均為布滿一定數(shù)量滾針的圓柱狀針輥，前后滾針間隔18°旋轉(zhuǎn)排列。數(shù)個(gè)撥絲輥成交叉狀并排安裝，通過(guò)鏈輪傳動(dòng)，可靈活調(diào)整松散輥和撥絲輥的位置和轉(zhuǎn)速，撥絲輥數(shù)量也可根據(jù)工藝要求進(jìn)行增減。

圖1 松散篩分裝置結(jié)構(gòu)圖

葉絲在進(jìn)行篩分前，由輸送振槽（皮帶）1沿A方向落在撥絲輥組上，并在撥絲輥的作用下沿A方向向前輸送，游離的短絲、碎絲在撥絲輥和振動(dòng)電機(jī)的共同作用下，從撥絲輥之間的間隙中落在篩分振槽上進(jìn)行篩分，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙絲的分流并避免造碎。而較長(zhǎng)葉絲和結(jié)團(tuán)、結(jié)辮的葉絲繼續(xù)沿A方向向前輸送，經(jīng)過(guò)反向轉(zhuǎn)動(dòng)的松散輥時(shí)被充分松散。

2.2 配比秤

為解決摻配煙絲（梗絲、膨脹葉絲）易結(jié)餅、堵料和物料流不連續(xù)等問(wèn)題，在配比秤落料處設(shè)計(jì)安裝了一個(gè)勻料裝置，見(jiàn)圖2。該裝置主要由固定機(jī)架2和撥料輥3組成，撥料輥分左右兩排，傾斜成“八”字型排列，分別逆時(shí)針和順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。撥料輥水平排列距離L1，L，L2和垂直排列距離L’均可根據(jù)物料結(jié)構(gòu)或流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，左右兩排撥料輥的夾角角度也可根據(jù)鋪料的均勻度進(jìn)行調(diào)整。

圖2 配比秤勻料裝置結(jié)構(gòu)圖

該裝置安裝于配比秤落料口正下方，當(dāng)摻配煙絲運(yùn)行到此處時(shí)，物料首先落在撥料輥上，被撥料輥帶動(dòng)分別沿兩排傾斜的撥料輥向下運(yùn)動(dòng)，既可避免物料堆積堵料，又可使蓬松的物料連續(xù)落下，較好地解決了堵料和物料流的連續(xù)性問(wèn)題。同時(shí)對(duì)煙絲還具有松散效果，實(shí)現(xiàn)了物料摻配的均勻性。

3 改進(jìn)效果

在相同設(shè)定流量和摻配比例條件下，改進(jìn)前后各隨機(jī)抽取1000 g葉絲采用抽屜式多層振動(dòng)篩檢測(cè)對(duì)比葉絲結(jié)構(gòu)的均勻性，見(jiàn)表1和表2。為驗(yàn)證實(shí)際摻配效果，各隨機(jī)抽取3批次煙絲，每60 s采集一次葉絲流量和梗絲流量，以梗絲流量與葉絲流量的比率計(jì)算出瞬時(shí)摻配比例，進(jìn)而計(jì)算出瞬時(shí)摻配精度，見(jiàn)表3。采用人工挑選煙支中梗絲組分的方法確認(rèn)最小單元各組分含量的均勻一致性，見(jiàn)表4。

表1 改進(jìn)前后葉絲結(jié)構(gòu)對(duì)比（%）

表2 改進(jìn)前后葉絲尺寸分布對(duì)比

表3 改進(jìn)前后摻配精度對(duì)比（%）

表4 改進(jìn)前后煙支內(nèi)梗絲組分實(shí)際含量與設(shè)計(jì)值偏差對(duì)比（%）

由表1可見(jiàn)，改進(jìn)后長(zhǎng)絲比例約降低8百分點(diǎn)，中絲比例提高6.12百分點(diǎn)，提高了葉絲結(jié)構(gòu)均勻性。由表2可見(jiàn)，改進(jìn)后＞10 mm和5～10 mm的過(guò)長(zhǎng)葉絲被有效打斷，避免了過(guò)長(zhǎng)葉絲在加工過(guò)程中糾纏卷曲、交織成團(tuán)等現(xiàn)象，改進(jìn)前葉絲結(jié)團(tuán)率每批次平均為5.6%，改進(jìn)后葉絲結(jié)團(tuán)現(xiàn)象基本消除。表3可見(jiàn)，在總體精度符合要求的情況下，瞬時(shí)精度平均值由1.84%降低到1.09%，標(biāo)準(zhǔn)偏差也由1.15%降低到0.61%，均勻性和穩(wěn)定性得到顯著提高。表4可見(jiàn)，煙支內(nèi)梗絲組分實(shí)際含量與設(shè)計(jì)值偏差由1.30%降低到0.79%，更加趨近于設(shè)計(jì)值。

4 結(jié)語(yǔ)

以瞬時(shí)精度為指標(biāo)，對(duì)加工過(guò)程中影響煙絲實(shí)際混合效果的各種因素進(jìn)行了分析，并增加了松散和勻料裝置。改進(jìn)后有效解決了配比秤堵料和物料流的連續(xù)性等問(wèn)題，保證了物料摻配流量的連續(xù)、均勻和穩(wěn)定，改善了批內(nèi)煙絲摻配精度和實(shí)際摻配效果，實(shí)現(xiàn)了煙絲各組分含量均勻一致，提高了卷煙內(nèi)在品質(zhì)的穩(wěn)定性。

［1］國(guó)家煙草專賣局.卷煙工藝規(guī)范［M］.北京：中央文獻(xiàn)出版社，2003.

［2］陳良元.卷煙生產(chǎn)工藝技術(shù)［M］.鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

［3］齊延鵬，何蓉，黃治，等.主成分分析法在配絲機(jī)配絲均勻性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.煙草科技，2010（7）：5-7.

［4］劉棟，羅登炎，李華杰，等.固體混合研究現(xiàn)狀及在煙草加工中的應(yīng)用展望［J］.中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，2011，17（3）：82-88.

［5］孔俊，胡立中，王毅.卷煙制絲工藝混合能力評(píng)價(jià)［C］//2009年中國(guó)煙草學(xué)會(huì)工業(yè)專業(yè)委員會(huì)煙草工藝學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.南寧：中國(guó)煙草學(xué)會(huì)，2009.

［6］杜啟云，蔡繼寶，陳廣平，等.化學(xué)常規(guī)指標(biāo)評(píng)價(jià)煙絲摻配均勻性研究［J］.化學(xué)工程與裝備，2010（5）：1-4.

［7］陳小明.煙絲摻配均勻性的近紅外光譜識(shí)別［J］.福建分析測(cè)試，2012（21）：59-62.

［8］王毅，李勝群，胡立中，等.煙草混合均勻度評(píng)價(jià)方法的研究［C］//2006年中國(guó)煙草學(xué)會(huì)工業(yè)專業(yè)委員會(huì)煙草工藝學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.鄭州：中國(guó)煙草學(xué)會(huì)，2006.

［9］劉峘.煙草加工中固體物料混合的探討［J］.煙草科技，2002（7）：6-8，35.

［10］韓向花，雷明，李向陽(yáng).穩(wěn)定梗絲摻配瞬時(shí)流量［C］//2010年中國(guó)煙草學(xué)會(huì)工業(yè)專業(yè)委員會(huì)煙草工藝學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.青島：中國(guó)煙草學(xué)會(huì)，2010.

Analysis and Improvement of Factors Influencing Blending Uniformity in Primary Processing

FAN Lei，F(xiàn)U Yongmin，and LI Shaoping*
Xuchang Cigarette Factory，China Tobacco Henan Industrial Co.，Ltd.，Xuchang 461000，Henan，China

In order to blend the cut tobacco in a processing batch more precisely and ensure blend consistency，all factors influencing blending processing were analysed on an instantaneous precision basis，and the screen for dried cut strips and proportioning weigher were improved.A loosening device was installed above the vibration screen to loosen tangled tobacco and optimize its size composition，and a spreader was installed at the discharge end of the proportioning weigher to avoid tobacco jam and ensure the continuity of tobacco flow.The results showed that：1）Tobacco loosening，the uniformity and stability of instantaneous flow were the key factors influencing the consistency of tobacco makeup in a cigarette；2）After improvement，the instantaneous blending precision reduced from 1.84%to 1.09%and the deviation of actual makeup in cigarettes decreased from 1.30%to 0.79%.Tobacco was well loosened and tobacco jam avoided，the quality control and process control in cigarette manufacturing were effectively improved.

Cut tobacco；Blending；Instantaneous precision；Screening device；Proportioning weigher

TS432

B

1002-0861（2014）11-0022-04

范磊（1977—），學(xué)士，工程師，主要從事卷煙工藝技術(shù)研究與質(zhì)量管理工作。E-mail：xcfan922@126.com。*

李少平E-mail：lsp1020@126.com

2014-05-15

責(zé)任編輯：曹娟E-mail：cj254@126.com

電話：0371-67672669