CO₂膨脹線預(yù)膨脹裝置的設(shè)計與應(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完成。針對膨脹煙絲生產(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)計及裝配，設(shè)計出一套壓縮空氣噴吹裝置對從定量帶出口進(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)一步提高的問題。

關(guān)鍵詞 CO2膨脹 升華裝置 整絲率

中圖分類號：TS4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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太高。

1 工作原理

干冰煙絲以恒定的流量通過進(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。同時有一小部分氣體在工藝風(fēng)機(jī)出口排出，與來自冷卻振動輸送機(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的膨脹煙絲通過出料空氣鎖進(jìn)入冷卻振動輸送機(jī)，再經(jīng)過冷卻皮帶輸送機(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)中出來的成品膨脹煙絲含水率為12%±0.5% 。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

通過對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)料氣鎖時與氣鎖翻板的撞擊會造成破碎，從而影響了成品煙絲的整絲率。

4 實施過程

要解決干冰煙絲脆性大，耐加工性差的問題，就需借鑒干冰在常溫的條件下也會緩慢氣化這一原理，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)計預(yù)膨脹裝置

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

利用常溫氣流也能對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。利用定量帶啟動信號控制電磁閥，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)計預(yù)膨脹裝置各組件尺寸參數(shù)

通過實驗所取得的結(jié)果表明較好方案是24號方案：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時的效果最為理想。根據(jù)安裝位置確定噴嘴底座的長度為650mm，根據(jù)噴嘴底座的長度和噴吹孔的間距確定噴嘴數(shù)量為32個，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)，是因為定量帶出口溫度較低，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。噴嘴使用黃銅是因為噴嘴尺寸較小，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)面各開一個直徑35mm的孔。

第二步：將噴嘴底座插入在所開孔的位置，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。

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月份對成品裝箱煙絲的質(zhì)量進(jìn)行跟蹤鞏固檢查，測試結(jié)果見上表1。

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

6 結(jié)語

通過對二氧化碳膨脹線預(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。通過以上研究對熱端升華裝置有了更透徹的了解，對以后的設(shè)備維修工作積累了更多寶貴經(jīng)驗，提高了分析問題、解決問題、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） [M].國家煙草專賣局職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心，2002.

[2] 吳相憲.實用機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京：中國礦大出版社，1993.