造紙法再造煙葉漿料纖維濃度快速檢測(cè)方法研究

王益黃，薛 洋，陳劍平，胡嘉維，吳宇航，樊功博

(廣東省金葉科技開發(fā)有限公司，廣東 汕頭 515100)

造紙法再造煙葉[1]是一種利用煙草物料作為主要原料，經(jīng)過提取、制漿、抄造、濃縮、涂布、烘干等工藝技術(shù)而制成的一種產(chǎn)品。造紙法再造煙葉是近代卷煙工業(yè)不可或缺的一種原料，其對(duì)于降低卷煙危害和提高卷煙品質(zhì)有著不可替代的重要作用。

在造紙法再造煙葉生產(chǎn)過程中，需要檢測(cè)其漿料纖維濃度[2]。造紙法再造煙葉原料含有較多的可溶物(熱水可溶物比例約50%)，雖然經(jīng)過了前期的提取，但在打漿工段的煙草漿料中仍然含有少量可溶物(約1%～4%)。漿料所檢測(cè)的纖維濃度是指不含煙草可溶物的纖維濃度，因此不可以直接烘干檢測(cè)，必須先去除可溶物后再烘干檢測(cè)。普通的操作方法是先將漿料纖維反復(fù)洗滌和過濾，再烘干，然后通過稱重計(jì)算得到漿料纖維濃度，其基本工藝流程如圖1所示。

圖1 漿料纖維濃度檢測(cè)工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of pulp fiber concentration detection

在進(jìn)行以上漿料洗滌操作時(shí)，通常方法有兩種。標(biāo)準(zhǔn)方法是用索氏提取器法[3-4]，即用索氏提取器進(jìn)行熱水反復(fù)提取洗滌，從而除去漿料中的可溶物。另一種常用的洗滌方法為布袋法，將漿料裝入布袋(布袋網(wǎng)目約為150～200目)中，通過人工反復(fù)搓洗和過濾，洗去可溶物。索氏提取器法相當(dāng)于熱水多次抽提，布袋法相當(dāng)于冷水多次抽提，漿料的熱水抽提比冷水抽提物要多一些[5]，布袋法洗滌后會(huì)有少量熱水可溶物殘留，因此布袋法的檢測(cè)精度不夠高。洗滌后的漿料放入溫度為105±2 ℃的烘箱烘至恒重，烘干過程需要約3 h。然后再稱重和計(jì)算漿料濃度。

在以上提到的索氏提取器法，雖然可以很好的除去漿料中的可溶物，也能很好的秤量和計(jì)算漿料纖維濃度，但其耗費(fèi)時(shí)間太長(zhǎng)，其整個(gè)檢測(cè)過程的耗時(shí)約5 h，耗時(shí)最多的在洗滌和烘干，其中洗滌耗時(shí)約2 h，烘干耗時(shí)約3 h。在以上提到的布袋法，雖然縮短了洗滌時(shí)間，但其他時(shí)間不變，因此總的耗時(shí)只是稍稍縮短。其中洗滌耗時(shí)約40 min，烘干耗時(shí)約3 h，加上取樣和秤量計(jì)算等時(shí)間，總耗時(shí)也需要約4 h。且洗滌的過程非常的費(fèi)力，還會(huì)由于操作人員的手法、力度不同造成一定的誤差，整體方法的準(zhǔn)確性比索氏提取器法稍低[5]。以上兩種方法共同缺點(diǎn)是耗時(shí)都很長(zhǎng)，為了克服此缺點(diǎn)，通過研究，設(shè)計(jì)和制造出一種能夠快速檢測(cè)的方法和設(shè)備很有必要。

1 設(shè)計(jì)思路

分析現(xiàn)有工藝方法，耗時(shí)最長(zhǎng)的過程在洗滌和烘干。為了提高整體的效率必須從此工藝方法進(jìn)行全新的工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備創(chuàng)新，提高其工作效率，降低洗滌和烘干耗時(shí)，從而降低整個(gè)工藝方法的耗時(shí)。經(jīng)過研究，全新的工藝方法流程如圖2所示。

圖2 改進(jìn)后的漿料纖維濃度檢測(cè)工藝流程圖Fig.2 Improved process flow chart of pulp fiber concentration detection

本工藝流程設(shè)計(jì)思路為提高洗滌和烘干的效率，因此洗滌采用的高效洗滌方法為連續(xù)熱水淋洗，烘干采用的高效烘干方法為高溫真空烘干，并且將洗滌和烘干的工藝過程置于同一設(shè)備內(nèi)完成，在操作過程中不需要轉(zhuǎn)移物料即可完成操作。

2 設(shè)備構(gòu)成和工作原理

2.1 設(shè)備構(gòu)成

本設(shè)備為一套由多個(gè)設(shè)備組成的成套設(shè)備，從結(jié)構(gòu)上看，主要由18個(gè)零部件和管道等組成。整套設(shè)備工藝流程圖如圖3所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，設(shè)備名稱表1所示。整套設(shè)備中的核心設(shè)備為漏斗，漏斗外部為比普通錐形漏斗結(jié)構(gòu)，上部帶密封蓋，內(nèi)部有金屬支撐架，在支撐架下方為加熱電阻，支撐架可以取出，放置時(shí)外緣支撐到漏斗上，下部正好與加熱電阻接觸。支撐架上有一層網(wǎng)目為60目的金屬網(wǎng)，濾紙折疊成錐形后放置于金屬網(wǎng)上進(jìn)行過濾操作。

圖3 設(shè)備的工藝流程圖Fig.3 Process flow chart of equipment

圖4 漏斗內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of the internal structure of the funnel

表1 工藝流程圖中的設(shè)備名稱Table 1 Equipment names in the process flow chart

2.2 設(shè)備工作原理

新設(shè)備的工作流程主要包括漿料取樣稱重、高效洗滌、高效烘干、稱重計(jì)算濃度等四個(gè)工作步驟，具體工作流程和原理描述如下所示。

(1)取樣和稱重：和正常的取樣稱重方法相同，根據(jù)工藝設(shè)定或現(xiàn)場(chǎng)濃度計(jì)等儀表測(cè)量對(duì)漿料濃度進(jìn)行估算，根據(jù)估算的濃度取約2 g絕干漿并計(jì)算出實(shí)際取樣的漿料重量，用天平秤量出對(duì)應(yīng)的漿料重量，漿料重量記為m1；

(2)高效洗滌：將漿料倒入到本設(shè)備的放有濾紙(濾紙已烘干稱重，重量記為m2)的漏斗中，蓋好漏斗蓋使其密封，開啟真空泵，同時(shí)管道中的閥門處于開啟狀態(tài)的有閥門A、閥門B、閥門E、閥門F、閥門G，其它閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。用清水洗滌3次盛放漿料的量筒，漿料在真空泵的抽吸下迅速聚集成為漿料濾餅。啟動(dòng)編號(hào)為②的熱水泵，使熱水通過管道進(jìn)入編號(hào)為⑨的熱水噴淋頭，用熱水連續(xù)淋洗漿料濾餅(熱水流量大小可以通過調(diào)節(jié)閥門A的開度進(jìn)行控制)，此時(shí)真空泵一直處于工作狀態(tài)(真空度大小可以通過調(diào)節(jié)閥門G開度進(jìn)行控制)，邊淋洗邊抽吸。持續(xù)淋洗時(shí)間為15 min，熱水用水量約為2～5 L，經(jīng)過15 min的熱水淋洗，漿料中的可溶物被去除。

(3)高效烘干：停止熱水淋洗，開啟編號(hào)為①的電加熱干燥系統(tǒng)加熱金屬漏斗和漿料，控制加熱溫度為80～150 ℃。切換閥門，此時(shí)處于開啟狀態(tài)的有閥門C、閥門D、閥門G，其它閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)的真空泵一直開啟，漿料處于一個(gè)高真空狀態(tài)(壓力值為-99～-60 kPa)，且處于被加熱狀態(tài)，漿料中的水快速氣化被抽吸走。通過連續(xù)15 min的真空加熱干燥，漿料迅速被干燥。

(4)稱重和計(jì)算濃度：停止干燥，取出含有漿料濾餅的濾紙，放入干燥器中冷卻后再稱重，重量記為m3，根據(jù)濃度計(jì)算公式(1)計(jì)算出漿料纖維濃度。

(1)

以上四步操作為一輪常規(guī)檢測(cè)操作，一輪操作完成后，需要通過H閥門排出錐形瓶中的收集水，即可進(jìn)行下一輪檢測(cè)操作。

3 設(shè)備使用效果驗(yàn)證

本設(shè)備的最大優(yōu)點(diǎn)是提高了效率，且檢測(cè)精確性也較高。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了不同濃度梯度漿料的多組檢測(cè)，方法有索氏提取器法、布袋法檢測(cè)和本設(shè)備檢測(cè)方法，具體結(jié)果如表2～表5所示。

表2 A漿料纖維濃度檢測(cè)Table 2 A pulp fiber concentration detection

表3 B漿料纖維濃度檢測(cè)Table 3 B pulp fiber concentration detection

表4 C漿料纖維濃度檢測(cè)Table 4 C pulp fiber concentration detection

表5 各種檢測(cè)方法所用時(shí)間對(duì)比Table 5 D pulp fiber concentration detection

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，本設(shè)備的檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性與索氏提取器法接近，最大誤差不超過0.20%，平均誤差均小于0.10%，檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定。在耗時(shí)方面，本設(shè)備具有非常好的改進(jìn)，耗時(shí)降至索氏提取器法耗時(shí)的13.69%，效率提升明顯。

4 結(jié) 論

本設(shè)備設(shè)計(jì)精巧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，具有高效、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的檢測(cè)性能。其使用時(shí)，可以快速穩(wěn)定的檢測(cè)出造紙法再造煙葉漿料纖維濃度。本設(shè)備在使用的過程中需要使用功率較大的真空泵和電加熱設(shè)備，即需要消耗一定的電能；設(shè)備還需要較好的強(qiáng)度、加工精度、電絕緣性和密封性，因此設(shè)備本身的造價(jià)較高。總體而言，本設(shè)備作為一種實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)設(shè)備，能較好的滿足造紙法再造煙葉行業(yè)工廠漿料纖維濃度快速檢測(cè)需求。