中濃壓力篩在煙草薄片生產(chǎn)中的應用

閆 瑛 樊新順 田曉輝 羅 沖 田泱源 張利濤 曹 銘 張書云

(河南卷煙工業(yè)煙草薄片有限公司，河南許昌，461000)

煙草薄片是以煙草加工過程中產(chǎn)生的碎煙片、煙梗、煙末等過程產(chǎn)物為原料，通過提取分離得到固體物料和提取液；固體物料用于制備煙草漿料，配加少部分植物纖維、填料等用造紙法抄造成基片；提取液經(jīng)濃縮調配制成涂布液，通過涂布工序涂布到基片中，然后通過烘干、分切過程制成煙草薄片[1]。在卷煙中添加適量的煙草薄片，一方面可以節(jié)約煙草原料，有效降低卷煙成本；另一方面可以在一定程度上調整和改善卷煙的物理性能和化學成分，從而有助于卷煙內在品質的提高，因具有以上優(yōu)勢，煙草薄片已逐漸成為中式卷煙原料不可或缺的一部分[2- 3]。煙草薄片漿料物理性能的優(yōu)劣直接影響煙草薄片產(chǎn)品的質量及生產(chǎn)運行穩(wěn)定性，尤其是在制漿工序中的控制方面[4]。本課題介紹了中濃壓力篩在煙草薄片制漿工序的應用必要性、中濃壓力篩的工作原理及結構和在煙草薄片生產(chǎn)中的應用情況。

1 中濃壓力篩的應用必要性

煙草薄片生產(chǎn)過程中采用的煙梗漿纖維微觀形態(tài)呈細長帶狀、壁薄、胞腔徑大，具有典型的草類原料纖維特征[5]，煙片和煙末漿基本為非纖維細胞組分，微觀形態(tài)粗短、壁薄、胞腔徑大，且雜質含量高[6- 7]。鑒于這種原料特性，煙草原料經(jīng)磨機打漿處理后會產(chǎn)生部分梗皮、大漿團以及疏解好的粗纖維束等纖維性雜質。這些纖維性雜質會嚴重影響成漿質量[8]，導致布漿不均勻，以致抄造的基片厚薄不一、孔洞等問題，進而直接影響煙草薄片的質量。為解決上述問題，部分煙草薄片企業(yè)選擇在打漿后配置漿料疏解設備，如高頻疏解機，在不切斷損傷纖維的前提下對這類纖維性雜質進行疏解，但成漿中仍存在一些過長、過大的纖維和纖維片或非纖維性雜質(砂石、磨片/破損掉落物等)無法處理，且疏解機盤片堅硬亦碎，若漿料中摻雜著雜質，盤片很容易損壞，對企業(yè)生產(chǎn)成本及運行連續(xù)、穩(wěn)定性帶來一定影響。也有一些企業(yè)選擇在高濃打漿(濃度18%)后配置低濃壓力篩(濃度1.5%)對不合格的纖維性雜質進行篩選，但漿料進入篩機前需要采用大量稀釋水進行稀釋，且通過篩機后還須增加漿料濃縮設備提高漿料濃度(至3%左右)達到成品漿料技術指標要求，這樣做會導致煙草物質流失嚴重，加大用水量，增加廢水處理負荷[9]。

中濃壓力篩是目前國內廣泛使用的一種新一代紙漿全封閉篩選設備，篩機為立式結構，主要由傳動裝置、筒體、筒蓋、篩鼓、旋筒式轉子、底座組成[10- 11]。中濃壓力篩在進漿濃度2.0%～3.8%的條件下可實現(xiàn)穩(wěn)定運行，處理后的合格漿料濃度為2.0%～3.7%，無需對其進行進一步濃縮便可滿足成品漿濃的要求[9，12]。與傳統(tǒng)低濃壓力篩相比，中濃壓力篩具有節(jié)能、節(jié)水、篩選效率高、生產(chǎn)維護費用較低等優(yōu)點[13]。該設備可以將漿料中的過長、過粗、過大的纖維性雜質(不合格漿料)篩選出來，通過尾漿管路返回打漿系統(tǒng)再次進行打漿處理，合格漿料通過良漿管路進入下一工序，同時配備有重渣管路[14]，可實現(xiàn)漿料系統(tǒng)中一些非纖維性雜質(砂石、磨片磨/破損掉落物等)的有效去除，是煙草薄片生產(chǎn)中漿料篩選、凈化的優(yōu)選設備。

2 中濃壓力篩的應用情況

2.1 調試總結

采用外流式中濃壓力篩，對經(jīng)過低濃打漿后的漿料進行篩選、凈化處理。在調試過程中，通過4次帶料調試，得出以下結論：①外流式中濃壓力篩的進漿濃度、進漿與良漿壓差、尾漿流量、尾漿濃度、良漿濃度是影響篩機正常運行的關鍵參數(shù)。②進漿濃度通過進漿管路上的稀釋水流量達到精準調節(jié)，以適合篩機正常運行。③進漿與良漿壓差能直觀反映篩機運行狀況，該數(shù)據(jù)也是篩機運行保護程序中的重要參數(shù)項，常規(guī)壓差設定值范圍為0～50 kPa，若篩機運行過程中，該壓差值超過一定上限值(根據(jù)實際運行情況可設定)，表明篩機出現(xiàn)進漿、出漿不平衡(堵漿)的問題，需要加大尾漿流量或減小尾漿濃度使進漿、良漿壓差降至正常運行范圍內。④尾漿流量和濃度控制一方面影響整個制漿工藝系統(tǒng)的處理能力，進而影響紙機運行車速及整個煙草薄片生產(chǎn)系統(tǒng)的處理能力及連續(xù)穩(wěn)定運行能力；另一方面因尾漿直接回流至磨機打漿前漿料儲罐，所以尾漿流量越大、濃度越高，經(jīng)二次打漿處理的纖維量越大，打漿前漿料儲罐的漿料濃度也會有所上升，尾漿管路上設計有稀釋水管路，尾漿濃度可以通過稀釋水流量達到精準調節(jié)。⑤良漿濃度代表了經(jīng)中濃壓力篩處理后合格漿料濃度，這一部分漿料進入下一工序，故該數(shù)據(jù)也是篩機運行過程中需要關注的關鍵參數(shù)。圖1～圖3分別是外流式中濃壓力篩結構設計示意圖、主視圖、左視圖，表1是外流式中濃壓力篩調試數(shù)據(jù)總結。

圖1 外流式中濃壓力篩結構設計示意圖

圖2 外流式中濃壓力篩主視圖

圖3 外流式中濃壓力篩左視圖

2.2 試運行

2.2.1 材料

煙草薄片漿料、基片及煙草薄片。

2.2.2 儀器及設備

外流式中濃壓力篩(WS81J)、纖維篩分儀(TMI)、肖伯爾式打漿度儀(TLS)、FA2004A 型電子天平(Mettler-toledo)、微控抗張強度儀(KZW- 300)、電熱恒溫鼓風干燥箱(DHG- 91012SA)、恒溫恒濕箱(Binder)。

2.2.3 檢測方法

纖維分布：取相當于10 g絕干纖維的漿料加入纖維篩分儀，按北歐SCAN M6(10 g樣品，水流15 min，流速10 L/min)的檢測方法進行檢測，在105℃條件下烘至絕干后稱量。打漿度：按照GB/T 3332—2004漿料打漿度的測定標準(肖伯爾-瑞格勒法)進行測定。濕重：采用框架法，即在肖伯爾打漿度儀的錐形蓋上，附加一個金屬框架，在測定打漿度的同時，測定掛在框架上的濕纖維的質量，即為濕重?；颗c煙草薄片定量、厚度和抗張強度分別按照GB/T 451.2—2002、GB/T 451.3—2002、GB/T 12914—2008 的方法進行測定。涂布率計算按公式(1)所示。

(1)

式中，M1為煙草薄片絕干質量，g；M0為基片絕干質量，g。

2.2.4 結果與分析

外流式中濃壓力篩試驗結束后，取樣品1#～4#，對設備試運行情況進行跟蹤，壓力篩使用前后漿料纖維篩分級分分布、漿料關鍵物理指標、煙草薄片物理指標分別如圖4、圖5和表2所示。

圖4 外流式中濃壓力篩使用前后漿料纖維篩分級分分布

由圖4可知，在煙草薄片打漿后增加外流式中濃壓力篩對漿料進行篩選后，<20目和80～300目漿料纖維百分比降低，降幅分別達到19.0%、50.6%，20～50目和50～80目漿料纖維百分比增加，增幅分別達到42.5%、10.2%，這表明打漿后漿料經(jīng)壓力篩處理后，過短、過長纖維在總纖維中的占比減小，漿料纖維分布集中度、均勻度顯著增加。

表1 外流式中濃壓力篩調試數(shù)據(jù)

表2 外流式中濃壓力篩使用前后煙草薄片物理指標

圖5 外流式中濃壓力篩使用前后漿料打漿度及濕重變化

由圖5可知，在煙草薄片生產(chǎn)過程中，在打漿后增加外流式中濃壓力篩對漿料進行篩選后，漿料平均打漿度有一定幅度增加，增幅為33.8%，漿料平均濕重有一定幅度降低，降幅為19.8%。分析可知，打漿后漿料經(jīng)過篩機處理，部分過長、過粗漿料纖維未通過篩機篩鼓，而是經(jīng)由篩機尾漿管路返回打漿前漿料儲罐進行了二次打漿處理，使得成品漿料中發(fā)生細纖維化纖維占比增加，部分纖維細纖維化程度增加。同時過長纖維經(jīng)過進一步切斷處理，進而導致煙草薄片漿料打漿度增加、濕重降低，且打漿度增加幅度大于濕重降低幅度。

由表2可知，在使用外流式中濃壓力篩后，基片定量、煙草薄片定量、厚度、涂布率變化幅度較小，均不超過±1.5%，煙草薄片抗張強度顯著增加，增幅達到19.4%，這與上述漿料打漿度、濕重變化情況吻合，說明外流式中濃壓力篩的使用可顯著增加煙草薄片漿料質量及其均勻性，減少紙機斷紙次數(shù)、增加紙機及整個煙草薄片生產(chǎn)系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

鑒于煙草薄片的涂布率是影響產(chǎn)品質量的關鍵指標，外流式中濃壓力篩投入使用后，在確保紙機及整個煙草薄片生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提下，下一步將從調整原料結構尺寸分布、打漿及流送上網(wǎng)工藝參數(shù)優(yōu)化提升等方面盡可能提升煙草基片及煙草薄片厚度、松厚度相關指標，進而保證涂布率在一定范圍內處于較高水平。

另外，本課題對煙草薄片制漿工藝中打漿后使用外流式中濃壓力篩替換高頻疏解機前后的能耗情況進行了對比，結果如表3所示，圖6、圖7分別為外流式中濃壓力篩使用前后制漿工藝流程圖。

表3 外流式中濃壓力篩使用前后能耗情況

注 電耗成本按0.78元/kWh計算。

圖6 外流式中濃壓力篩使用前制漿工藝流程圖

圖7 外流式中濃壓力篩使用后制漿工藝流程圖

由表3可知，使用外流式中濃壓力篩替換原高頻疏解機后，在運行時間相同的前提下，每天能節(jié)約用電798 kWh，約合人民幣622.4元，按河南卷煙工業(yè)煙草薄片有限公司每天生產(chǎn)煙草薄片50 t計算，噸產(chǎn)品耗電量降低16.0 kWh。

3 結 論

在煙草薄片低濃打漿后增加外流式中濃壓力篩對漿料進行篩選。

3.1 纖維長度<20目和80～300目的百分比降低，降幅分別達到19.0%、50.6%，20～50目和50～80目漿料纖維百分比含量增加，增幅分別達到42.5%、10.2%，表明打漿后漿料經(jīng)篩機處理后，過短、過長纖維在總纖維中的占比減小，漿料纖維結構分布集中度、均勻度顯著增加。漿料平均打漿度有一定幅度增加，增幅為33.8%，漿料平均濕重有一定幅度降低，降幅為19.8%，打漿度增加幅度大于濕重降低幅度。

3.2 基片定量、煙草薄片定量、厚度、涂布率變化幅度較小，均不超過±1.5%，抗張強度顯著增加，增幅達到19.4%，為減少紙機斷紙次數(shù)、增加紙機及整個煙草薄片生產(chǎn)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性提供了保障。

3.3 使用外流式中濃壓力篩替換原高頻疏解機后，在運行時間相同的前提下，每天能節(jié)約用電798 kWh，約合人民幣622.4元，噸產(chǎn)品耗電量降低16.0 kWh。