氣力輸送技術(shù)在薄片煙絲輸送中的應(yīng)用

摘 要：隨著卷煙行業(yè)設(shè)備的發(fā)展，氣力輸送在卷煙生產(chǎn)中的地位越來(lái)越重要，被廣泛應(yīng)用于卷煙生產(chǎn)的煙葉輸送、雜質(zhì)浮選、煙絲輸送等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，且由于氣力輸送的優(yōu)勢(shì)比較明顯，該輸送方式逐漸成為國(guó)內(nèi)卷煙廠的首選。該文主要介紹氣力輸送在卷煙企業(yè)的卷煙生產(chǎn)過(guò)程中薄片制絲環(huán)節(jié)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：氣力輸送;煙絲;輸送;薄片制絲;卷煙生產(chǎn)

中圖分類號(hào)：TS43 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）30-0185-04

Abstract： With the development of equipment in the cigarette industry， pneumatic conveying is playing an increasingly important role in cigarette production. It is widely used in tobacco leaf transportation， impurity flotation， and tobacco transportation in cigarette production. Due to the obvious advantages of pneumatic transportation， this transportation method has gradually become the first choice for domestic cigarette manufacturers. This paper mainly introduces the specific application of pneumatic conveying in the sheet silk manufacturing process of cigarette enterprises.

Keywords： pneumatic conveying; cut tobacco; conveying; thin slicing; cigarette production

氣力輸送又被現(xiàn)在物流業(yè)界稱作氣流輸送，氣流輸送的工作原理是在一個(gè)封閉的環(huán)境內(nèi)，充分利用氣流所具有的能量，沿著氣流的流動(dòng)方向進(jìn)行薄片煙絲輸送。這是利用氣流的能量的一種有效方式，其優(yōu)勢(shì)很明顯，比如氣力輸送操作簡(jiǎn)單、輸送方向可以自由選擇。在進(jìn)行輸送的過(guò)程中還可以進(jìn)行別的其他工作，比如薄片煙絲除雜質(zhì)、薄片煙絲烘干等。因此在很多生產(chǎn)領(lǐng)域，氣力輸送成為了現(xiàn)代物流企業(yè)的首選，有代替機(jī)械輸送的趨勢(shì)。我國(guó)氣力輸送在卷煙企業(yè)的使用歷史由來(lái)已久。早在1936年，重慶南陽(yáng)兄弟煙草公司重慶制造廠就嘗試使用這一技術(shù)，當(dāng)時(shí)氣力輸送的主要工作是對(duì)卷煙煙絲進(jìn)行輸送?，F(xiàn)在卷煙企業(yè)對(duì)卷煙生產(chǎn)品質(zhì)的要求越來(lái)越高，同時(shí)由于氣力輸送的眾多優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的卷煙企業(yè)在卷煙生產(chǎn)中選擇使用氣力輸送代替機(jī)械輸送進(jìn)行卷煙輸送[1]。

1 氣力輸送技術(shù)說(shuō)明

氣力輸送的運(yùn)輸效率高、在運(yùn)輸過(guò)程中不會(huì)對(duì)輸送物流造成二次污染，當(dāng)密閉空間的一端和另一端有壓力差的時(shí)候，氣體就會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)，形成氣流。氣流帶動(dòng)所需運(yùn)輸?shù)谋∑瑹熃z進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，就是氣力運(yùn)輸。氣力輸送技術(shù)根據(jù)其壓力不一樣，一般可以分為正壓式輸送和負(fù)壓式輸送以及正負(fù)氣壓均有的混合輸送。

1.1 正壓式輸送系統(tǒng)

密閉通道入口端氣壓為正壓，密閉通道出口端氣壓相對(duì)于輸入端為負(fù)壓，密閉通道兩端因?yàn)閮啥说臍鈮翰煌a(chǎn)生壓力差，從而產(chǎn)生有氣體的流動(dòng)的輸送方式為正壓式輸送，如圖1所示。正壓式輸送這一形式是氣力輸送的主流選擇，結(jié)構(gòu)上在密閉通道物料輸入端安裝有可以提供高壓氣體的氣泵，氣泵提供的高壓氣體的壓強(qiáng)遠(yuǎn)大于輸出端氣體壓強(qiáng)，由于密閉通道兩端有氣體壓力不一樣，所以氣體會(huì)從壓力高的一側(cè)往壓力低一側(cè)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)密閉通道中的所需運(yùn)輸薄片煙絲運(yùn)動(dòng)，所需運(yùn)輸薄片煙絲和氣體在密閉通道輸出端分離，如圖1所示[2]。

1.2 負(fù)壓式輸送系統(tǒng)

密閉通道入口端氣壓相對(duì)于出口端為負(fù)壓，密閉通道出口端氣壓相對(duì)于輸入端氣壓為正壓，同樣也是由密閉通道兩端氣體壓力不一樣的方式進(jìn)行物料輸送，如圖2所示。在負(fù)壓式輸送系統(tǒng)中，密閉通道輸出端安裝有氣泵提供負(fù)壓，與密閉通道入口的氣體壓強(qiáng)差形成壓力差，氣體從密閉通道入口被負(fù)壓吸入密閉通道運(yùn)動(dòng)形成氣流，氣流帶動(dòng)密閉通道中的所需運(yùn)輸薄片煙絲運(yùn)動(dòng)。負(fù)壓式氣力輸送系統(tǒng)適用于從多處向一處集中輸送薄片煙絲。

1.3 混合輸送系統(tǒng)

在一個(gè)薄片煙絲傳輸系統(tǒng)中包括正壓傳輸系統(tǒng)和負(fù)壓傳輸系統(tǒng)。通過(guò)將這2套傳輸系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，進(jìn)行薄片煙絲傳輸，稱這種傳輸方式為混合氣力輸送。混合式氣力輸送系統(tǒng)一般應(yīng)用于傳輸工作環(huán)境復(fù)雜的傳輸工作中。

1.4 氣力輸送應(yīng)用

薄片絲輸送裝置是將多次薄片制絲后的薄片絲輸送至統(tǒng)一的煙絲緩存箱內(nèi)，同時(shí)還要避免在過(guò)程中薄片灰塵、粉末的外溢。相較于其他輸送方式，氣力傳輸特征較為直觀，因?yàn)槠漭斔褪窃诜忾]的密閉通道中進(jìn)行，沒有回路通道。管路輸送工作通常是說(shuō)薄片煙絲的輸送路線完全為封閉的密閉通道，輸送過(guò)程中，薄片煙絲不會(huì)污染周邊生產(chǎn)和生活環(huán)境。而且和傳統(tǒng)輸送方式相比，氣力輸送所需機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)由于煙葉的薄片煙絲輸送有多個(gè)薄片煙絲入口，因此本文討論的主題為氣力輸送中的負(fù)壓氣力輸送系統(tǒng)。

如圖3所示，在薄片煙絲的氣力輸送系統(tǒng)中，安裝在密閉通道裝置末端的氣泵開始運(yùn)行后，薄片煙絲的氣力輸送系統(tǒng)的入口端會(huì)處于負(fù)壓狀態(tài)。此時(shí)，密閉通道的輸出端和輸入端氣體壓力會(huì)不一致，氣體會(huì)從密閉通道進(jìn)口端被氣泵吸入，薄片絲隨氣體形成混合物同步輸送入密閉通道的入口端中，經(jīng)過(guò)密閉通道的傳輸最后被輸送到分離器，薄片煙絲和氣體在分離器中進(jìn)行輸送氣體和薄片煙絲的分離。薄片煙絲和氣體分離后，薄片煙絲通過(guò)出料器進(jìn)行輸出，氣體重新經(jīng)過(guò)一系列除塵設(shè)備的凈化，最后被排入大氣或重新進(jìn)行下一道氣力輸送的循環(huán)利用，從而完成一個(gè)薄片煙絲的輸送工藝[3]。

2 氣力輸送計(jì)算

2.1 氣力輸送理論計(jì)算

2.1.1 混合比

混合比在薄片煙絲的氣力輸送中的含義是指在單位時(shí)間內(nèi)輸送的薄片煙絲的質(zhì)量與同一時(shí)間內(nèi)通過(guò)該密閉通道的氣體的質(zhì)量之比，用m表示。m值的選定受著風(fēng)機(jī)性能、薄片煙絲特性、輸送條件等多方面因素的制約，其是一個(gè)設(shè)計(jì)輸送裝置經(jīng)濟(jì)性和工作可靠性的重要參數(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)宜綜合各種有關(guān)因素慎重選定[4]。

在生產(chǎn)過(guò)程中，m的最佳值要在多次調(diào)試才能進(jìn)行確認(rèn)。一般負(fù)壓氣力輸送系統(tǒng)使用的m值范圍為[1，8]。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最終m的取值，一般取m=5。

2.1.2 輸送空氣速度

通常每種薄片煙絲都存在一個(gè)能保證煙絲呈懸浮狀態(tài)正常輸送的最低風(fēng)速，生產(chǎn)上稱為安全輸送空氣速度或經(jīng)濟(jì)速度，用Va表示。

在生產(chǎn)中如選用的最低風(fēng)速比能保證煙絲呈懸浮狀態(tài)正常輸送的最低風(fēng)速高得多，則薄片煙絲輸送裝置雖然正常地輸送薄片煙絲，但因?yàn)閮啥藟毫Σ畲?，密閉通道兩端系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力差損失會(huì)很高，整個(gè)薄片煙絲輸送系統(tǒng)消耗的功率會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于采用最低風(fēng)速的輸送系統(tǒng)，并且高速流動(dòng)的混合物還會(huì)加劇和密閉通道的碰撞（如彎管及其連接的水平管底壁磨損），引起薄片煙絲的被打碎。但是，如選用的最低風(fēng)速比能保證煙絲呈懸浮狀態(tài)正常輸送的最低風(fēng)速低得多，會(huì)導(dǎo)致薄片煙絲在輸送過(guò)程中發(fā)生沉淀，甚至發(fā)生通道阻塞，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常使用。在實(shí)際工程計(jì)算中，一般取Va=18 m/s。

2.1.3 空氣流量

密閉管道起始段輸送薄片煙絲所需的空氣流量Qa（單位為：m3/min）可以按下式計(jì)算

Qa=/γai， （1）

式中：G為輸送薄片煙絲重量;m為混合比;γai表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體比重混合比。

2.1.4 輸送料管管內(nèi)徑

輸送料管管內(nèi)徑Dai可以按下式計(jì)算

Dai=Qa（m×Va），（2）

式中：Va為空氣輸送速度，m/s。

2.1.5 空氣管壓損

空氣管壓損ΔPai可以按下式計(jì)算

ΔPai=λai×××V，（3）

式中：λai為管摩擦系數(shù)，取0.03;Lai為空氣管長(zhǎng)，m;Dai為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣比重，1.2 kg/m3。

2.1.6 加速損失

原料在輸送的初速度可視為0，借輸送空氣加速到一定速度所產(chǎn)生的壓力損失大致可用下式表示

ΔPac=（c+m）××V， （4）

式中：c為所需運(yùn)輸薄片煙絲供給方法的常數(shù)，約1～10，一般取c=3。

2.1.7 密閉通道相當(dāng)長(zhǎng)度

為了計(jì)算密閉通道中的壓力損失，先將傾斜管、鉛垂管及彎頭換算為相當(dāng)長(zhǎng)度的水平直管，可表示如下

Leq=Lh+kθ+kv+n×N×Dai， （5）

式中：Leq為密閉通道相當(dāng)長(zhǎng)度;Lh為水平管長(zhǎng)度;kθ為斜長(zhǎng)管換算系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)決定;kv為垂直管換算系數(shù)，一般取kv=1.5;n為彎管數(shù);N為彎管換算系數(shù)，一般取N=100。

2.1.8 密閉通道中的壓力損失ΔPm

原料輸送在直管部分的壓力損失ΔPm是對(duì)只流空氣時(shí)的壓力損失ΔPa乘上實(shí)驗(yàn)求得的系數(shù)α（壓力損失比），即

ΔPa=λa××V×γai，（6）

ΔPm=α×ΔPa=（1+βm）×ΔPa。（7）

α及β值取決于原料的物理性質(zhì)、密閉通道的內(nèi)徑、輸送空氣速度等。在同一條件下，α值略正比于混合比m，一般取β=0.45，λa=0.155 5（假設(shè)值）。

2.1.9 除塵裝置的壓力損失ΔPsep

關(guān)注輸送系統(tǒng)的末端，這里的核心是除塵過(guò)濾裝置。在處理細(xì)微顆粒物方面，木質(zhì)纖維過(guò)濾器展現(xiàn)出卓越的能力。然而，這也伴隨著較高的壓力損失，一般這個(gè)數(shù)值介于4 000～7 000 Pa之間。在實(shí)際計(jì)算中，設(shè)計(jì)師往往需根據(jù)具體情況選取合適的數(shù)值以確保系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

在選擇高壓真空風(fēng)機(jī)時(shí)，一個(gè)重要的參數(shù)是其最大吸引真空度P，這代表了風(fēng)機(jī)能夠產(chǎn)生的最高負(fù)壓水平。為了保障系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行不中斷，高壓真空風(fēng)機(jī)的最大吸引真空度P必須大于系統(tǒng)壓力總損失ΔP值。

P>ΔP=ΔPai+ΔPac+ΔPm+ΔPsep。 （8）

在設(shè)計(jì)和運(yùn)行一個(gè)中央集中輸送系統(tǒng)時(shí)，合理地選擇除塵裝置并精確地計(jì)算壓力損失至關(guān)重要。這不僅關(guān)系到除塵效果的好壞，更是影響到整個(gè)系統(tǒng)能否高效、穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。高壓真空風(fēng)機(jī)真空度P（真空風(fēng)機(jī)的余裕風(fēng)量為5%，壓力為10%）。

2.2 氣力輸送實(shí)際驗(yàn)算

薄片絲以1 000 kg/h的輸送量在水平長(zhǎng)度20 m，垂直7.25 m，15個(gè)90°彎頭的管路中輸送時(shí)的空氣壓力及風(fēng)量，風(fēng)機(jī)機(jī)構(gòu)能量轉(zhuǎn)化效率η=0.6。

設(shè)混合比m=5，空氣比重γai=1.2 kg/m3，輸送空氣速度Va=18 m/s，輸送料管管內(nèi)徑Dai=0.072 m，空氣管長(zhǎng)度Lai=5 m，空氣管管徑與密閉通道一致。

由式（2）得

Dai=Qa（m×Va）=6.48 m3/min。

設(shè)kv=1.5，n=3，N=100，由式（5）得

Leq=Lh+kθ+kv+n×N×Dai=138.875 m≈139 m。

空氣管的壓力損失由式（3）得

ΔPai=λai×××V≈62 mmaq。

加速損失由式（4）得

ΔPac=（c+m）××V≈239 mmaq。

密閉通道中的壓力損失由式（7）得

ΔPm=α×ΔPa=（1+βm）×ΔPa≈2 129 mmaq。

設(shè)除塵裝置總壓ΔPsep得700 mmaq。則合計(jì)壓力損失由式（8）得

P>ΔP=ΔPai+ΔPac+ΔPm+ΔPsep=3 130 mmaq。

真空風(fēng)機(jī)的余裕風(fēng)量為15%，壓力為10%，則Qa=7.5 m3/min，P=3 443 mmaq。

風(fēng)機(jī)馬達(dá)功率=（P×Qa）/（60×100×η）=（7.5×3 443）/（60×100×0.6）≈7.2 kW。

3 結(jié)論

氣力輸送這一輸送方式因?yàn)槠涮赜械闹T多優(yōu)勢(shì)，使其在生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，所以其作為一種新型現(xiàn)代化的輸送方式在當(dāng)前煙草行業(yè)薄片煙絲輸送過(guò)程中占據(jù)著至關(guān)重要的核心位置。不過(guò)就目前生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中遇到的問(wèn)題來(lái)看，氣力輸送這一技術(shù)還有很多需要待完善的地方，需要及時(shí)加以改進(jìn)，如薄片煙絲在輸送過(guò)程中會(huì)對(duì)輸送通道等造成磨損。因此，在應(yīng)用薄片煙絲的氣力輸送技術(shù)時(shí)，需要找到一個(gè)最優(yōu)解的氣力輸送密閉通道設(shè)計(jì)依據(jù)與方法，并需要以更科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)指導(dǎo)具體的生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程，使氣力輸送技術(shù)在滿足薄片煙絲輸送要求的同時(shí)，能夠保證一定的工作效率。環(huán)保、節(jié)能，是今后對(duì)氣力輸送這一技術(shù)在薄片煙絲輸送中的主要研究趨勢(shì)。

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基金項(xiàng)目：云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司項(xiàng)目（2022GY08）

第一作者簡(jiǎn)介：李宏彬（1971-），男，碩士，助理工程師。研究方向?yàn)闊煵菰O(shè)備工藝技術(shù)。

*通信作者：王緒（1988-），男，碩士，工程師。研究方向?yàn)闊煵輽C(jī)械。