二氧化碳膨胀烟丝生产线膨后回潮工艺改进研究

(整期优先)网络出版时间:2025-01-24
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二氧化碳膨胀烟丝生产线膨后回潮工艺改进研究

陈海星 钟宴雄 陈凯城

广东中烟工业有限责任公司梅州卷烟厂

摘要】为解决膨后回潮工序中存在的湿团烟丝质量隐患问题,本文通过创新设计膨胀烟丝预回潮工艺,采用常压水蒸气和超声波雾化水汽,在回潮加料前的辅联设备上定点对膨胀烟丝进行分段逐级柔性加湿,同步取消膨后回潮加料机加水喷淋架,并将其改造为进、出料端引射雾化加水工艺,一方面有效降低了圆筒加水比例,另一方面大幅度减少了膨后回潮加料机湿团烟丝量,从而降低了黄斑烟的质量风险,保障了卷烟内在品质。

【关键词】 膨胀烟丝 回潮工艺 湿团烟丝 超声波雾化 电加热水蒸气 雾化喷嘴

1  前言

二氧化碳干冰膨胀烟丝工艺技术采用的是高温膨化工艺(一般超过300℃)对干冰烟丝进行的高强度工艺处理,膨化后烟丝填充值大幅提升,但同时也造成了膨胀烟丝水分偏低(最低水分低于5%),而经过膨后回潮加料工艺加工处理后,按照卷烟工艺技术标准,膨胀烟丝含水率提高至12.5%的标准值,这给膨后回潮加料机的烟丝增湿环节带来了较大要求,容易在该工艺环节因加水比例过大而产生大量的湿团烟丝,造成了制丝生产过程的“黄斑烟”质量隐患。

膨胀烟丝线膨后回潮工艺现状及存在问题

570kg/h二氧化碳膨胀烟丝生产线配置WQ396滚筒式叶丝回潮机,由压缩空气引射的雾化水,在筒体内部分三个区共9个喷嘴对物料进行喷射,使物料回潮降温。

图1滚筒式叶丝回潮机结构简图

按570kg/h的生产能力,膨后回潮需要施加的水量约为40kg/h,故采取分区多个喷嘴多点喷射的方式进行回潮。而在实际生产过程中,由于筒体较小,且9个混合喷嘴组成的喷淋架纵向穿越整个筒体内部,与在圆筒内翻滚的烟丝接触面积较大,容易引起烟丝挂在其上,此部分烟丝积聚过多容易形成湿团烟丝,若不及时清理,其掉落后混入膨胀烟丝就存在质量隐患。

技术改进措施

3.1  膨胀烟丝预回潮工艺设计

3.1.1雾化加湿装置的选型

水蒸气加湿雾化装置主要由水蒸气发生装置、引风装置及加湿罩组成。其中,水蒸气发生装置结构设计包括容器、缠绕线圈、加热控制系统、压力温度监测设备、水泵、水箱、传感器件、附属连接管路等,水容器通过缠绕线圈加热产生满足流量需求水蒸气,并通过引风机引至加湿罩喷口对落料烟丝形成加湿效果。

超声波雾化装置主要由超声波振荡器、水泵、水箱、传感器件、引风机、加湿罩及附属连接管道等组成,振荡水箱中的水受高频振荡器作用产生颗粒度极小的雾化气,通过引风机的作用引至加湿罩喷口对落料烟丝形成加湿效果。

3.1.2雾化加湿点位的设计

预设2个加湿回潮点位:一是在膨胀线热端冷却皮带1入口端,该区域位置采用水蒸气及超声雾化气加湿回潮工艺。结合该区域冷却振槽与冷却皮带落差较高的特点,重新设计衔接落料罩,在落料罩两侧中间上下位置分别设计2组加湿介质雾化对向喷口。根据水蒸气温度高密度小、超声波雾化气温度低密度大的特点,将水蒸气喷口设置在下方,超声波雾化气设置在上方,以此实现超声波雾化气充分接触水蒸气,适当降低蒸汽温度并提高水蒸气雾化颗粒,从而改善膨胀烟丝的加湿效果。要求该区域加湿装置对膨胀烟丝的预回潮效果占主导作用。二是在电子皮带秤入口端,该区域位置采用超声波雾化气加湿回潮工艺。该区域空间局限,在现有的落差下,在衔接落料罩两侧设计一组雾化气对射喷口,以输送烟丝物料宽度为标准设计对射喷口宽度,确保雾化气能够尽可能覆盖经过的烟丝。要求该区域加湿装置可小幅度提高膨胀烟丝含水率即可。

3.1.3预回潮装置控制逻辑设计

膨胀线预回潮装置的启用,须根据热端实际生产情况进行启停控制。为确保加湿点位必须处于有料状态才开启预回潮,设定该启动功能由操作工手动控制,在膨胀烟丝经过2个加湿点位并进入流量均匀时才开始启动加湿。而当生产换批、生产结束或生产过程出现断料情况时,从控制逻辑上设置了由电子皮带秤的低流量信号来控制预回潮装置的关闭,当前设置电子皮带秤流量低于200kg/h时停止预回潮装置的运行,避免空机回潮带来的设备内壁冷凝水大量产生的问题。

3.2膨后回潮加料筒加湿装置设计

拆除膨后回潮加料筒加水喷淋支架,取消3区9个喷嘴的加湿方式,改造为圆筒进、出料端单喷嘴雾化加水方式。该方案主要涉及前后端加水喷嘴的雾化区域、雾化角度以及雾化效果的研究和设计,确保达到膨胀烟丝最佳的加湿雾化效果及水分吸收效果。

3.2.1前、后端喷嘴设计

膨后回潮加料筒长 4 米,依据加湿回潮圆筒对加水雾化区域的经验设计要求,前端加水雾化区域处于圆筒入口端约 1/3 至 1/2 处,雾化高度位于圆筒内壁下方往上 1/3 至 1/2 之间。由此,确定加水雾化喷嘴的位置。同时,根据膨胀烟丝在内部被翻炒扬起落下时形成的料幕面积,估算前端喷嘴在雾气喷射至该位置时,所产生的雾化圆形面直径应达 40 厘米,且雾化颗粒柔和均匀。结合以上分析,加水喷嘴的最佳雾化距离约为 1.5 米,在此位置雾化圆形面直径为 40 厘米,面积约 0.1256 平方米。据此推算,喷嘴雾化角度为 15°。而后端加水喷嘴依照经验设计,雾化区域位于圆筒出口端圆环往内侧约 1/5 处,雾化距离约 80 厘米,雾化圆形面直径约 10 厘米,雾化角度同样为 15°,水雾化流量设计选型为 10kg/h。

其次是喷嘴引射流量选型。570kg/h膨胀烟丝生产线膨后回潮加料筒在原设计中的生产实际加水流量约50-60kg/h,因此,为保证前、后端引射雾化喷嘴流量能够满足要求,单前端口加水引射雾化喷嘴的最大加水流量选型为60kg/h,后端引射雾化喷嘴的最大加水流量选型为10kg/h。

结合喷嘴各项选型参数,课题组最终选型前端喷嘴为SU4-SS外混型喷嘴,含型号60100液体帽以及型号120空气帽,后端喷嘴为为特殊配套型号,含型号40100液体帽以及型号120空气帽。

3.2.2前、后端喷嘴支架设计

膨后回潮加料筒加水雾化喷嘴支架的设计,最关键是保证喷嘴任意角度可调且能够完全固定,同时,最大程度减少支架上的烟丝、烟尘粘附情况。设计图如下所示:

图2前端喷嘴支架设计图

图3后端喷嘴支架设计图

3.2.3加水、引射管路系统设计

膨后回潮加料筒前端加水雾化喷嘴引用原一区加水管路的薄膜阀、电磁阀,额外单独引管至圆筒前端,并设计加装四自由度可调喷嘴支架,固定在圆筒前端面板上。

后端喷嘴采用加长杆伸入圆筒后端,大致位置与圆筒筒体后端端面持平,设计流量为20kg/h,引用原三区加水管路的薄膜阀、电磁阀,PID加水控制,额外单独引管至圆筒后端,并设计加长杆及可调喷嘴支架(六自由度),将其固定在圆筒后端出料罩面板上。

4  改进效果

实施改进后,为了验证效果,开展了如下对比测试。

4.1预回潮效果对比测试

通过对两种牌号的膨胀烟丝,在停用和开启预回潮设备的情况下,对各点位取样在实验室条件下检测水份,测试结果显示,两种牌号两个批次的膨胀烟丝,通过采取在三个点位各随机抽取三份样品求平均值的方法,经过预回潮工艺,前后样品平均水分差值分别为1.45%和1.18%,烟丝水分提升明显。

4.2膨后回潮加水对比测试

对比各测试批次的膨后回潮圆筒加水趋势图及采集数据可以分析得出,膨胀烟丝(2#)在不启用预回潮工艺时,圆筒一区加水平均流量为28.21Kg/h,三区加水平均流量为6.85 Kg/h ,合计加水平均流量为35.06 Kg/h;启用预回潮工艺时,圆筒一区加水平均流量为25.32Kg/h,三区加水平均流量为5.77 Kg/h ,合计加水平均流量为31.09 Kg/h,即通过预回潮工艺,可减少圆筒加水流量约3.97 Kg/h。

膨胀烟丝(1#)在不启用预回潮工艺时,圆筒一区加水平均流量为30.71Kg/h,三区加水平均流量为6.06 Kg/h ,合计加水平均流量为36.76 Kg/h;启用预回潮工艺时,圆筒一区加水平均流量为23.81Kg/h,三区加水平均流量为5.72 Kg/h ,合计加水平均流量为29.53 Kg/h,即通过预回潮工艺,可减少圆筒加水流量约7.23 Kg/h。

4.3膨胀烟丝放行检测情况对比测试

质量检测结果显示,对于在产的两种牌号膨胀烟丝,在不使用和启用预回潮设备两种情况下,膨胀烟丝含水率平均值在12.3%±0.3%范围内,满足现行工艺技术标准,验证了未对膨胀烟丝工艺质量指标带来明显负面影响。

4.4筒壁湿团(末)粘附量对比测试

通过对测试的两个牌号四个批次的膨胀烟丝在批次结束后清理圆筒内壁粘附的湿团(末)量进行统计:

表1 湿团粘附量统计

牌号

膨胀烟丝(2#)

膨胀烟丝(1#)

膨胀烟丝(1#)

膨胀烟丝(2#)

粘附量

3.8Kg

       3.2 Kg

3.3 Kg

3.7 Kg

圆筒内壁湿团(末)粘附量平均值由课题实施前的11.7kg/批,降至为3. 5kg/批,降幅超过70%。

综上,本文通过实现膨胀烟丝的科学分段增湿,降低膨后回潮加料机加水比例,减少圆筒内壁湿团烟丝的产生和粘附,减少湿团烟丝质量隐患,从而降低黄斑烟的质量风险,提高卷烟内在品质,产生了良好的产品效益。

参考文献:

[1]国家烟草专卖局.卷烟工艺规范。北京:中央文献出版社 ,2003.

[2]崇黎明;芦渊;蒋广. 膨胀工艺对烟丝质量的影响,食品与机械 ,2020(08).

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[4]乐宁建;蔡瑜萍;龚思惠;杨淑盈;刘丁发.超声波雾化器在加湿系统中的应用山西电子技术,2024 (08).

[5]邵和;王鑫;李文璞. 内混式空气雾化喷嘴出口尺寸对雾化特性的影响.试验技术与管理,2024(07)

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