CO₂膨脹線預(yù)膨脹裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張卓

摘 要 CO2膨脹線熱端升華裝置是車間的關(guān)鍵設(shè)備，成品煙絲的主要質(zhì)量指標(biāo)都是依靠熱端升華裝置來(lái)完成。針對(duì)膨脹煙絲生產(chǎn)線升華后成品膨脹煙絲整絲率進(jìn)一步提高的問(wèn)題，可在熱端升華裝置進(jìn)料氣鎖進(jìn)口上方加以改進(jìn)，利用機(jī)械制圖，創(chuàng)新設(shè)計(jì)及裝配，設(shè)計(jì)出一套壓縮空氣噴吹裝置對(duì)從定量帶出口進(jìn)入進(jìn)料氣鎖的干冰煙絲進(jìn)行輕微噴吹。其目的是提高干冰煙絲的耐加工性，解決成品膨脹煙絲整絲率進(jìn)一步提高的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞 CO2膨脹 升華裝置 整絲率

中圖分類號(hào)：TS4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）11-0031-02

熱端升華裝置是CO2膨脹煙絲生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備，其作用是利用干冰升華的物理特性，完成煙絲的膨脹。經(jīng)過(guò)一定壓力的二氧化碳液體浸泡的干冰煙絲被均勻的送入升華器，在升華管中干冰煙絲與高溫空氣、干冰組成的高溫工藝氣體接觸。在輸送過(guò)程中，煙絲與工藝氣體充分混合并加熱，高溫氣流使煙絲中的干冰急劇升華、水分迅速蒸發(fā)，在兩者共同作用下，煙絲得到充分膨脹，煙絲中焦油等有害物質(zhì)的含量得到揮發(fā)，膨脹后煙絲的體積約為膨脹前的一倍，形成滿足工藝要求的膨脹煙絲。浸漬后的干冰煙絲耐加工性差，最終產(chǎn)出的成品膨脹煙絲的整絲率不會(huì)太高。

1 工作原理

干冰煙絲以恒定的流量通過(guò)進(jìn)料氣鎖進(jìn)入升華器中，再由升華器中的文丘里管進(jìn)入升華管，干冰煙絲一進(jìn)入升華管就被320℃左右的高溫工藝氣體以30m/s的速度送入升華段。在升華段干冰煙絲與工藝氣體充分混合并加熱，在高溫度差狀態(tài)下，干冰急劇升華，水分迅速蒸發(fā)，煙絲急劇膨脹。膨脹后的煙絲進(jìn)入切向分離器與工藝氣體分離，分離出來(lái)的工藝氣體進(jìn)入旋風(fēng)除塵器除塵，然后由工藝風(fēng)機(jī)送入燃燒爐加熱器，經(jīng)加熱器加熱后的工藝氣體進(jìn)入升華管路，循環(huán)使用。同時(shí)有一小部分氣體在工藝風(fēng)機(jī)出口排出，與來(lái)自冷卻振動(dòng)輸送機(jī)和冷卻皮帶輸送機(jī)的廢氣混合后由廢氣風(fēng)機(jī)送入預(yù)熱器預(yù)熱，然后送入燃燒爐的燃燒室，既能提供氧氣，又能將有害物質(zhì)燒掉，保護(hù)環(huán)境。被切向分離器分離出來(lái)的膨脹煙絲通過(guò)出料空氣鎖進(jìn)入冷卻振動(dòng)輸送機(jī)，再經(jīng)過(guò)冷卻皮帶輸送機(jī)（I、II）連續(xù)散熱降溫后，進(jìn)入滾筒式葉絲回潮機(jī)回潮，從回潮機(jī)中出來(lái)的成品膨脹煙絲含水率為12%±0.5% 。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

通過(guò)對(duì)升華裝置的工作原理和工作流程的分析，分析出低溫干冰煙絲脆性較大，耐加工性差是主要原因，最終產(chǎn)出的成品膨脹煙絲的整絲率有待提高。

據(jù)統(tǒng)計(jì)2016年10月份至12月份膨脹后煙絲的整絲率分別為：72.32%、72.28%、72.33%。雖然生產(chǎn)出的成品膨脹煙絲整絲率高于工藝標(biāo)準(zhǔn)值的72%，但是通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，兄弟單位的成品膨脹煙絲整絲率達(dá)到了73%，我車間的膨脹煙絲整絲率還有一定的提升空間。

3 存在的問(wèn)題現(xiàn)象

低溫干冰煙絲脆性較大，干冰煙絲在落入進(jìn)料氣鎖時(shí)與氣鎖翻板的撞擊會(huì)造成破碎，從而影響了成品煙絲的整絲率。

4 實(shí)施過(guò)程

要解決干冰煙絲脆性大，耐加工性差的問(wèn)題，就需借鑒干冰在常溫的條件下也會(huì)緩慢氣化這一原理，研發(fā)一種在快速膨脹前能將干冰煙絲進(jìn)行預(yù)先緩慢膨脹的裝置，提高高溫膨脹前煙絲的耐加工性。我們利用常溫氣體對(duì)浸漬好的干冰煙絲進(jìn)行噴吹，讓煙絲表面干冰進(jìn)行緩慢氣化，使干冰煙絲表面變得柔軟，從而提高了在進(jìn)入升華裝置前煙絲的耐加工性，我們將這樣的裝置稱為預(yù)膨脹裝置。[1]

4.1 設(shè)計(jì)預(yù)膨脹裝置

4.1.1 制定預(yù)膨脹裝置設(shè)計(jì)思路，在定量帶出口處下方加裝一個(gè)氣流噴吹管

利用常溫氣流也能對(duì)干冰煙絲起到一定的膨脹現(xiàn)象，在定量帶出口與進(jìn)料氣鎖之間加裝一管道，并在管道上安裝一排小噴嘴。在壓縮空氣管道上加裝兩位五通單電控電磁閥、氣控常閉T型截止閥和調(diào)壓閥。利用定量帶啟動(dòng)信號(hào)控制電磁閥，利用電磁閥控制常閉T型截止閥，從而控制噴吹管的噴吹狀態(tài)，還可利用調(diào)壓閥控制噴吹氣流的大小。之所以在氣流噴吹管道上加裝噴嘴而不直接開(kāi)孔是為了防止出氣口堵塞。

4.1.2 根據(jù)定量帶料位寬度為480mm、高度為150mm、流量為570Kg/h，設(shè)計(jì)預(yù)膨脹裝置各組件尺寸參數(shù)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)所取得的結(jié)果表明較好方案是24號(hào)方案：A3B2C3，即噴吹孔間距20mm，噴吹孔直徑1.5mm，噴吹氣流壓力0.15Mpa。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)位置，最終確定安裝高度為進(jìn)料氣鎖上方水平位置330mm處、噴吹孔間距20mm、噴吹孔直徑1.5mm、噴吹氣流壓力0.15Mpa時(shí)的效果最為理想。根據(jù)安裝位置確定噴嘴底座的長(zhǎng)度為650mm，根據(jù)噴嘴底座的長(zhǎng)度和噴吹孔的間距確定噴嘴數(shù)量為32個(gè)，根據(jù)噴吹孔間距和噴吹孔直徑確定噴嘴外形尺寸。

4.1.3 按照設(shè)計(jì)圖紙?zhí)暨x合適材料，加工預(yù)膨脹裝置

管道選用不銹鋼材質(zhì)，噴嘴選用黃銅材質(zhì)。管道之所以使用不銹鋼材質(zhì)，是因?yàn)槎繋С隹跍囟容^低，如果使用鍍鋅管容易被腐蝕生銹，而不銹鋼不易被腐蝕且強(qiáng)度高不易變形。噴嘴使用黃銅是因?yàn)閲娮斐叽巛^小，加工難度大，而黃銅可加工性強(qiáng)，不銹鋼加工難度大。[2]

4.1.4 規(guī)范合理安裝預(yù)膨脹裝置

預(yù)膨脹裝置由兩位五通單電控電磁閥、氣動(dòng)控制常閉T型截止閥、調(diào)壓閥、噴嘴底座和噴嘴組成。

預(yù)膨脹裝置的安裝步驟：

第一步：在進(jìn)料氣鎖上方330mm處的下料斗兩側(cè)面各開(kāi)一個(gè)直徑35mm的孔。

第二步：將噴嘴底座插入在所開(kāi)孔的位置，并將噴嘴安裝到噴嘴底座上。

第三步：調(diào)整噴嘴底座將噴嘴口對(duì)準(zhǔn)正前方，用螺母固定鎖緊噴嘴底座。

第四步：連接壓縮空氣管道并在管道上安裝調(diào)壓閥、兩位五通單電控電磁閥和氣動(dòng)控制常閉T型截止閥。

第五步：連接兩位五通單電控電磁閥控制信號(hào)。

5 使用后效果

整絲率的提升相應(yīng)的降低了膨脹煙絲的單箱消耗，提高了膨脹煙絲的利用率。改造前成品膨脹煙絲整絲率為72.31%，膨脹煙絲的單箱消耗為2.27kg;改造完成后整絲率提升至74.125%，膨脹煙絲的單箱消耗降低為2.19kg。

為確保效果持續(xù)穩(wěn)定，在2017年10月份對(duì)成品裝箱煙絲的質(zhì)量進(jìn)行跟蹤鞏固檢查，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)上表1。

由表1可以看出，鞏固期內(nèi)各項(xiàng)指標(biāo)均在目標(biāo)之上，鞏固期效果良好。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)二氧化碳膨脹線預(yù)膨脹裝置的研制，進(jìn)一步提高了膨脹煙絲的整絲率，降低了成品膨脹煙絲的單箱煙絲消耗。通過(guò)以上研究對(duì)熱端升華裝置有了更透徹的了解，對(duì)以后的設(shè)備維修工作積累了更多寶貴經(jīng)驗(yàn)，提高了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、創(chuàng)新思維能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊彬.煙機(jī)設(shè)備修理技師培訓(xùn)教材（專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)） [M].國(guó)家煙草專賣局職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心，2002.

[2] 吳相憲.實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)礦大出版社，1993.