松散回潮入口煙包水分賦值方法研究

林 敏，曹云祥，羅雨迪，蔣鵬沖，易建定，牛燕麗，李 磊，舒 江

（1.湖北中煙工業有限責任公司武漢卷煙廠，湖北武漢 430040；2.北京航天拓撲高科技有限責任公司，北京 100176）

0 引言

在煙草行業，煙包含水量對其產品的性能、質量、存儲時間和生產效率有重要的影響。為了保證煙草在生產期間合格率控制在較高的水平，對于煙草生產的各個階段的加工控制必須要嚴格管理，其中，對于煙包含水率的檢測很有必要。如果煙包含水率過高，則會造成煙葉的發霉、壞掉、口感較差以及不易存儲;如果煙包含水率過低，則會導致煙葉內部的物理結構發生變化，會發生自然醇化，且會加重吸入尼古丁的含量。在制絲工藝段，煙包含水率的高低直接影響松散回潮工序出口煙葉的含水率，以及貯葉柜的儲存和后期卷煙質量。因而煙包含水率在制絲工藝上是強制的考核指標。松散回潮[1]工序是卷煙生產過程中的關鍵工序，根據國家煙草總局頒發的卷煙工藝規范[2]，松散回潮出口煙葉含水率應保持在15%的允差范圍內。目前，企業普遍存在松散回潮工序出口煙葉含水率波動大，控制困難等問題。王劉勝等人的研究[3]表明，松散回潮加水量與加料后和烘絲前含水率的平均值呈現顯著的正相關。松散回潮工序出口煙葉含水率的控制對后續工序尤其是烘絲的影響作用明顯。造成松散回潮工序出口煙葉含水率波動大的主要原因是來料煙包產地多樣，各等級水分偏差大，并缺乏有效的煙包含水率檢測手段[4-5]。

目前，獲取煙包含水率的方法主要是依據煙包入庫過程中微波水分儀測得的煙包含水率。微波水分儀屬于接觸式測量，對煙包含水率超過20%的物料測量精度低[6]。微波水分儀檢測煙包含水率時，煙包不可打開，因此煙包內煙葉的真實含水率很難通過微波水分儀的測量得到準確的值。經檢測，微波水分儀檢測的煙包含水率與烘箱比對，誤差達到±（0.5～0.7）。因此，傳統的紅外水分儀[7]與微波水分儀[8]因工作原理的限制難以用于煙包含水率的實時檢測。此誤差值很難應用于回潮工序的生產。

1 系統介紹

在每批物料的生產過程中，每個煙包煙葉重200 kg，煙葉量共有10 000 kg，薄片作為摻兌物，有600 kg。薄片與煙葉一起摻兌后進入回潮機，研究烘箱薄片水分和煙葉水分混合后的平均值，可以提高回潮前來料含水率的精確度，有利于回潮加水的穩定，更好的判斷煙葉的加水總量。通過輸送帶將煙包送入切片機，切片機將煙包切成N 片，切片后的煙塊與薄片一起輸送進入松散回潮筒被松散為煙片，在熱風、蒸汽流以及加水流量的作用下，松散后的煙片被軟化并增強韌性，溫度和含水率達到工藝指標要求后輸送到貯葉柜暫存（圖1）。水分儀1 測量煙包切片后的含水率（回潮前來料含水率），水分儀2 監測加料后入柜前含水率。

圖1 卷煙廠工藝流程

2 研究方法

為解決煙包含水率的實時檢測問題，進行煙包含水率測量、基于煙包含水率的出庫順序優化在松散回潮穩定生產控制中起到關鍵性作用。在回潮機入口皮帶輸送機（切片機出口）上新增1 臺水分儀，用于測量煙包切片后的含水率，切片機將煙包切成N 片，每片煙包水分儀取值1 次。由于煙包體積較大，單個煙包側立面的煙葉受環境溫度蒸發的影響含水率較低，因此為了提高煙包含水率的準確度，去除切片機切片的第1 片和第N 片含水率較低的煙塊，求取第2 片至第N-1 片煙塊的含水率均值，作為該年份等級煙包的真實含水率。對獲取的煙包含水率信息按煙包序號進行數據處理，剔除其異常數據后求取其煙包含水率，并經生產管理系統反饋各等級煙包含水率數據至煙葉配方庫實現庫內同等級煙包水分賦值。可根據配方庫煙包含水率進行批次煙包出庫順序優化，減小回潮前來料含水率的波動性，更精確進行回潮生產控制。

常用的物質含水率的測量方法是先測量干燥時的物質重量，然后再測量含水后的重量，最后利用公式（1）計算煙包含水率可得：

式中，Ma為含水重量，Mb為不含水重量，ω 為物質含水率。

煙包的入口電子秤流量m1，薄片的入口電子秤流量m2，定義煙包累積質量為M1，定義薄片累積質量為M2，

式中，M為煙包和薄片的累計質量和。

煙包累積質量計算公式為：

式中，m1為煙包的入口電子秤流量，t1為輸送每包煙包所需時間。

煙包和薄片累積質量計算公式為：

式中，m2為薄片的入口電子秤流量，t 為輸送煙包和薄片所需時間。

對該煙包計量水分數據進行平均處理，得到該煙包水分，具體計算公式如下：

式中，P 為煙包水分；Pi為第i 個有效煙包計量水分；n為有效煙包計量水分數據總數。

3 案例分析

采用武漢卷煙廠2022 年3 月14 日實際產線數據作為案例分析的數據，其中煙包的入口電子秤流量為4100 kg/h，薄片的入口電子秤流量為360 kg/h，因此，輸送每包煙包所需時間為175 s，輸送煙包和薄片所需時間為193 s。采用上述方法后得到的每個煙包的回潮機入口來料水分，該水分值最小為9.63%，最大值為12.62%（表1），煙包水分在合理范圍之內，可以有效起到參考作用。假設回潮機加水完全作用于煙包，無水分導出，根據質量守恒定律得出推薦回潮加水流量。

表1 煙包參數詳細數據

回潮機過程數據分析如圖2 所示。在實際運行中松散回潮加水流量實際值僅在0～5 煙包有較大波動，其余時刻幾乎保持不變；松散回潮入口煙包含水率與松散回潮出口煙包含水率波動趨勢一致。出口煙包含水率圍繞標準值（17%）附近波動，這不利于維持松散回潮煙包出口含水率在標準值處恒定。

圖2 松散回潮機煙包含水率與加水流量分析

基于質量守恒原理，根據松散回潮入口與出口煙包含水率水分差值，以理論分析的方法計算出松散回潮理論加水流量推薦值；該值與松散回潮入口煙包含水率波動趨勢相反，即入口水分偏大減小加水流量，入口水分偏小加大加水流量，這也符合松散回潮加水流量優化調整的方向，可以為卷煙廠操作人員提供良好的參考。

4 結束語

為解決煙包內煙葉的真實含水率很難通過微波水分儀的測量得到準確值的問題，在切片機后新增1 臺水分儀進行煙包切片后的每片煙包含水率的測量，得到該年份等級煙包的真實含水率。并經生產管理系統反饋各等級煙包水分數據至煙葉配方庫實現庫內同等級煙包水分賦值。根據煙包與標準值水分差，基于質量守恒定律計算得出理論松散回潮加水流量，為松散回潮工序的調控提供了參考。