FS 型葉片就地風選機關鍵工藝參數優化

梁盟，孟貝，徐德龍，孫延釗，史艷霞

（濟南卷煙廠制絲車間，山東 濟南 250104）

在卷煙制絲加工中，松散回潮后葉片風選機存在煙餅剔除量少，混入的煙餅影響后續加料工序料液吸收，切絲均勻性以及光電除雜效果等，進而影響產品內在質量。煙餅是指在片葉生產過程中，脫箱后的煙包經過分切、回潮和松散等工序處理后，存在一定數量的結餅煙塊。混合在正常葉片中的“煙餅”如不能及時處理，將直接造成在線片葉的水分不均勻，增加葉片和葉絲的造碎，影響后續工序煙絲的水分、填充值、整絲率等工藝指標以及煙絲內在質量的穩定性，最終影響到卷煙成品質量。孟慶華等對滾筒式回潮機片煙松散裝置進行了改造，張自燚等對影響松散回潮后片煙結塊的因素進行了探究，張輝等進行了柔性就地風選機的循環風應用研究，康金嶺和趙序勇等對葉絲風選機工藝參數進行了優化，但對葉片風選機關鍵工藝參數的研究較少，本文對葉片風選機關鍵工藝參數進行優化，以達到更佳的工藝效果。本研究根據葉片風選機設備特性，擬先分析風機頻率、風門開度、循環風機頻率和循環風門開度等工藝參數的影響顯著性，再用試驗設計方法找到關鍵工藝參數的最佳組合，達到提高煙餅剔除率的目的。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

“泰山”某規格細支卷煙全配方煙葉。

葉片風選機：FS42A 型，秦皇島煙草機械有限責任公司；

風速儀：風速儀：testo400 型，德圖儀器國際貿易（上海）有限公司；

電子天平：PL203-IC 型，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.2 單因素試驗

工藝測試：生產中取100 公斤松散回潮后片煙，連續測試10 批，經測試發現片煙中含有煙餅0.95 公斤，松散率為99.05%，經換算生產1 批泰山某牌號葉片就地風選煙餅剔除量理論值應為45.6 公斤。由此定義煙餅剔除率為就地風選機每批煙餅剔除量與煙餅剔除量理論值的比值。

（1）風機頻率。在其他工藝參數不變的前提下，分別設定風機頻率為28、34Hz，每生產500kg 物料，對應收集葉片風選機煙餅剔除量，并計算煙餅剔除率。用雙樣本T 檢驗方法分析其顯著性。

（2）風門開度。在其他工藝參數不變的前提下，分別設定風機開度為60%、80%，每生產500kg 物料，對應收集葉片風選機煙餅剔除量，并計算煙餅剔除率。用雙樣本T 檢驗方法分析其顯著性。

（3）循環風機頻率。在其他工藝參數不變的前提下，分別設定循環風機頻率為30、40Hz，每生產500kg 物料，對應收集葉片風選機煙餅剔除量，并計算煙餅剔除率。用雙樣本T 檢驗方法分析其顯著性。

（4）循環風門開度。在其他工藝參數不變的前提下，分別設定循環風機開度為60%、100%，每生產500kg 物料，對應收集葉片風選機煙餅剔除量，并計算煙餅剔除率。用雙樣本T 檢驗方法分析其顯著性。

1.3 全因子試驗

在前期試驗基礎上，選擇風機頻率的高低水平為28，34Hz，風門開度的高低水平為60%，80%，循環風機頻率的高低水平為30，40Hz。按照三因子兩水平進行全因子試驗設計，決定利用相同配方下的試驗牌號卷煙進行10 批試驗，每批投料均為5000kg，在其它工藝條件不變前提下，對風機頻率、風門開度和循環風機頻率進行試驗，對應收集葉片風選機批煙餅剔除量數據，進行全因子分析。

1.4 統計分析

用Minitab 軟件進行分析，用雙樣本T 檢驗方法分析參數的影響顯著性，進行全因子分析后設計擬合一個完整的響應曲面模型，找到參數最優組合。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

表1 單因子顯著性試驗分析結果表

由表1 可以看出，風機頻率、風門開度、循環風機頻率P 值均＜0.05，說明3 個因子對煙餅剔除率的影響顯著；循環風門開度P 值＞0.05，說明循環風門開度對煙餅剔除率的影響不顯著。因此選定風機頻率、風門開度、循環風機頻率進行全因子試驗分析。

2.2 全因子試驗分析

對風機頻率、風門開度、循環風機頻率3 個顯著因子，進行全因子試驗。用Minitab 軟件對試驗進行ANOVA 分析（見表2），風機頻率、風門開度和循環風機頻率工3 個因子P 值均＜0.05，說明3 個因子顯著，與單因子分析的結論一致。風門開度與循環風機頻率交互作用P 值＜0.05，說明交互作用顯著。

ANOVA 表中的煙餅剔除率總效果回歸項的P 值＜0.05，表明模型總體是有效的；失擬項的P 值均＞0.05，可以判定模型并沒有失擬現象。

本試驗的響應變量煙餅剔除率宜接近90%，因為如果煙餅剔除過多，會有較多合格煙葉同時被剔除，造成不必要浪費。經試驗測試，葉片風選器風機頻率最低值為28Hz，風門開度最低值為30%，循環風機頻率最低值為30Hz。

在模型中風門開度與循環風機頻率交互作用顯著，繪制這組等值線圖（圖1），而設定另一個顯著變量風機頻率為最佳設置值（取最小值28Hz）。

為實現風選器參數最優化，設置風機頻率為28Hz，目標剔除率設定為每批次90%，利用Minitab中的響應優化器，做出風機頻率28Hz，風門開度為60%，循環風機頻率為35.13Hz 時可達到剔除率目標值。

為降低能源消耗，可通過降低循環風機頻率的方法來提高煙餅剔除率，同時避免較多合格的煙葉被剔除，造成不必要的浪費，設定循環風機頻率為34Hz，繼續使用響應優化器，做出風機頻率28Hz，風門開度為63%，循環風機頻率值為34.0Hz 可達到煙餅剔除率目標值。

表2 響應值的方差分析表

圖1 煙餅剔除率與風門開度、循環風機頻率的等值線圖

在前面的分析中可知，循環風門開度對煙餅剔除率的影響不顯著。因為循環風門的開度主要決定從側風門進入的循環風風量，但在下風門也可以進入。當風選機工作時，除塵風機頻率一定時，對風選機風選箱內形成的負壓是一定的，風也可以從下風門進入，因此循環風量對煙餅剔除率影響不顯著，但是循環風中含有較多攜帶煙葉散失水份的濕潤空氣，較多的引入循環風可以減少煙葉水份的散失，對抑制風選機煙葉水份的散失是有幫助的，所以將風選機循環風門開度設為100%，最大限度利用循環風量（圖2）。

圖2 相應優化器

2.3 驗證實驗結果

設定風機頻率28Hz，風門開度為63%，循環風機頻率值為34.0Hz，連續生產5 批進行驗證，5 批煙餅的平均剔除率為90.8%，說明參數設定合理，達到了預期目標。

3 結語

在松散回潮后采用葉片就地風選工藝，可有效提高煙餅剔除率，利于加料工序料液吸收，水分均勻性，同時有效地減少葉片和葉絲的造碎。本研究通過對葉片風選機的主要工藝參數進行分析，開展全因子試驗，找到滿足煙餅剔除率90%要求的最佳參數組合。通過單因子分析試驗可知，葉片風選機的風機頻率、風門開度和循環風機頻率對煙餅剔除率有顯著影響，而循環風門開度的影響不顯著。當風機頻率28Hz、風門開度63%、循環風機頻率34Hz 時，可以有效地剔除90%的煙餅。