膨脹煙絲分段式兩級風選系統的設計

摘 要：煙支中的梗簽會直接影響卷煙的產品質量，經過干冰膨脹后密度變小，更難以剔除。為了高效剔除干冰膨脹后葉絲中的梗簽，提高膨脹葉絲的純凈度，本文針對工廠實際設計了膨脹煙絲分段式兩級風選系統，包括設備設計原理、設備組成、電控以及操作內容。試驗表明，采取該系統后，膨脹煙絲中梗簽和濕團煙絲剔除率平均為2.04%，各指標符合要求，并且占地面積較小、能耗低。

關鍵詞：膨脹煙絲；分段式兩級風選；梗簽剔除

中圖分類號：TS 452" " " " " 文獻標志碼：A

目前，國內、外學者對煙絲中梗簽剔除做了大量研究。陳勇進[1]通過對二氧化碳膨脹煙絲風選項目實施過程進行分析，明確了膨脹煙絲風選的特殊性，并陳述了整個系統的氣力計算，展示了一般膨脹煙絲風選系統的建立過程，并對膨脹煙絲風選的特殊性進行了初步探討；王宇等[2]為提高風選機的梗簽分離效果，設計了多級柔性風選系統，并分析了影響浮選效果的主要參數。

煙草膨脹技術采用氟利昂、干冰和惰性氣體等作為膨脹介質，盡可能地恢復新鮮煙葉在調制和干燥等加工過程中被收縮的煙草細胞體積。煙絲中的梗簽經膨脹后密度變小，卷接機組的剔除裝置已不能滿足需要，迫切需要新的剔除方法。傳統的膨脹煙絲就地風選，對剔除回潮后膨脹煙絲中的濕團、干冰有顯著效果，但對剔除膨脹后的梗簽效果不佳[3]。而傳統葉絲風選的二級風選系統效果較好，但占地面積較大，不適合置于膨脹線上[4]。本文針對膨脹煙絲設計出一種新型的能實現流場控制的分段式風選裝置，能進行高精度風選并解決此問題。該系統占地面積較小、精度較高，能夠有效解決膨脹煙絲中的梗簽和濕團煙絲問題。

1 系統設計

1.1 工作原理

柔性風選是卷煙廠制絲生產線上物料分離與長距離物料輸送的設備之一，用于膨脹葉絲的加工工藝，可有效提高葉絲純凈度。在風選加工過程中，利用物料間或物料不同組分間懸浮速度的差異進行物料分離，懸浮速度小于氣流速度的物料隨氣流上升，而懸浮速度大于氣流速度的物料則穿透氣流降落。對懸浮物料進行受力分析，根據牛頓第二定律可得ma=mg-R（m為物料的質量；a為物料的加速度；R為空氣對物料的阻力；g為重力加速度）。當物料的加速度a=0時，上式可寫成R=mg，即當空氣的阻力等于物料的重力時，物料在氣流中處于懸浮狀態。因此，空氣的阻力等于物料的重力就是設計確定懸浮速度的條件，也是將膨脹葉絲、梗簽風選分開的控制原理[5]。

本文設備包括機架、一級風選裝置、二級風選裝置、風送管路、落料器和流場控制組件。流場控制組件設于一級振動輸送裝置和二級振動輸送裝置中至少一個的下方，用于控制一級風選裝置和二級風選裝置內的流場。流場控制組件包括翻轉板和調節翻轉板轉動的調節手柄。翻轉板通過轉軸連接在一級風選裝置和二級風選裝置上。本文提供了一種能實現流場控制的分段式風選裝置，通過對風選區內的氣體流場進行控制來降低膨絲風選風力調節難度，提升風選控制的穩定性和物料風選的效果。

膨脹煙絲通過拋料器進入分選箱體后，先在一級風選箱體內垂直進風并對物料進行浮選，利用其懸浮速度的差異選出混雜其中的輕的物料，較重、較大的物料由垂直風選箱落到振動篩上，經二級拋料輥拋入二級風選箱內進行二次風選。二級風選后，合格物料與一級風選物料匯總，由方管的低速風送到柔性落料箱，物料由氣鎖排出并進入下道工序。風選出的梗簽等重雜物由振篩出口排至稱重裝置以統計質量[6]。

1.2 設備組成

膨脹煙絲分段式兩級風選系統主要由機架、一級風選裝置、二級風選裝置、風送管路、落料器和流場控制組件組成（如圖1所示）。

1.3 膨脹煙絲分段式兩級風選系統裝置結構

根據圖1所示，一級風選裝置和二級風選裝置并排設在機架上。一級風選裝置包括一級風選箱體和一級振動輸送裝置。一級振動輸送裝置的進料口位于一級風選區的篩料口的下方。二級風選裝置設于機架，包括二級風選箱體和二級振動輸送裝置，二級振動輸送裝置的進料口位于二級風選區的篩料口的下方。一級風選區、二級風選區均為梯度風選區。一級振動輸送裝置、二級振動輸送裝置可為振篩。振篩網面采用分段錯層式設計，以保證煙絲有充分的風選空間。風送管路包括一級風送管路和二級風送管路。一級風送管路的一端與一級風選區的出料口連通，二級風送管路的一端與二級風選區的出料口連通。一級風送管路的另一端和二級風送管路的另一端均與落料管的一端相連。落料管的另一端設有提供風力的風機。落料器設在落料管內，為沉降式落料器。將落料器內的物料和含塵氣體進行分離，含塵氣體由除塵管路排入大氣。裝置的動力風由風機提供。

1.4 流場控制設備設計

一級風選裝置和二級風選裝置的示意圖如圖2所示。能實現流場控制的分段式風選裝置包括補風組件、一級風送管路和二級風送管路。補風組件能夠對一級風送管路和二級風送管路內的風速進行調節。補風組件包括風速檢測裝置和補風裝置。風速檢測裝置用于檢測一級風送管路或二級風送管路內的風速。補風裝置與風速檢測裝置相連并調節一級風送管路或二級風送管路內的風速。

將一級風選裝置和二級風選裝置設置在同一機架上，可以有效減少占地面積。同時，設置流場控制裝置對風選區內的氣體流場進行控制，可實現不同的流場控制功能，從而降低相關技術中的風力調節難度，提升風選控制的穩定性和物料風選效果。通過設置補風組件，利用補風組件對一級風送管路和二級風送管路進行補風，進一步提升風選控制的穩定性和物料風選效果。

能實現流場控制的分段式風選裝置還包括第一閉風裝置、第二閉風裝置和第三閉風裝置。第一閉風裝置靠近風選送料口，一級振動輸送裝置的出料口與第二閉風裝置連通且第二閉風裝置靠近二級振動輸送裝置的進料口，第三閉風裝置與風選排料口連通。第一閉風裝置為一級進料裝置，位于一級振動輸送裝置上方。第二閉風裝置為二級進料裝置，位于二級振動輸送裝置上方，從而使進入一級風選裝置的物料（例如煙絲等），利用煙絲與梗簽的懸浮速度差并在風力作用下實現分離，實現一級風選初篩。而經過初選后的梗簽和部分煙絲（例如絲團、濕團）則可以下沉至一級振動輸送裝置。二級風選裝置的進料口與一級振動輸送裝置的出料口連通，經過一級初選后的物料可以通過一級振動輸送裝置輸送至二級風選裝置內進行二次精度風選。

流場控制組件如圖3所示。流場控制組件包括刻度盤，刻度盤固定在一級風選裝置上，翻轉板通過轉軸連接在刻度盤上。刻度盤為圓形板狀結構，刻度盤上設有弧形分布的刻度，進行微調時沿著相對于豎直方向左、右擺動翻轉板，可精細調節一級風選裝置中一級風選箱內和二級風選裝置中一級風選箱內的流場。通過設置流場控制裝置，對風選區內的氣體流場進行控制，可實現不同的流場控制功能，從而降低相關技術中的風力調節難度，提升風選控制的穩定性和物料風選效果。

一級均風網板或二級均風網板的示意圖如圖4所示。一級振動輸送裝置包括一級均風網板，二級振動輸送裝置包括二級均風網板，一級均風網板的高度高于二級均風網板的高度。一級均風網板和二級均風網板均相對于水平面傾斜布置。一級均風網板的高度高于二級均風網板的高度，可以使經過一級均風網板篩選過的煙絲運行到二級均風網板上，方便二級均風網板進行再次篩選。

測試證實，經過浮選可以獲得上升葉絲、沉降煙梗以及梗、絲混合物3種組分，分離物料中單體間的沉降速度比等于各單體密度與氣體密度差的平方根之比。氣流平均速度取決于混合物料的投料量、投料速度和分離管的寬度。隨著氣流速度的提高，在實際操作中需要仔細調整，才能得到膨脹葉絲和煙梗的理想的分離效果。因此在設計過程中，將風選箱的后壁設計成可移動、調節的，通過調節前、后壁間的距離來達到改變風速的目的[7]。

垂直風選箱部件由管體和觀察窗組成，通過觀察窗可以清晰地看到物料的運行狀態。沉降式落料箱部件由上蓋、氣料分離裝置、箱體、觀察窗以及檢修門等組成。箱體的材料采用鏡面拉絲不銹鋼板制成。箱體側面均開一面觀察窗、一面安裝照明燈，以便于工作人員觀察物料在箱體內的風選情況，檢修門便于工作人員檢修。氣料分離裝置可以實現物料與氣的分離，可以抽拉拿出清理灰塵。從觀察窗可以清晰地看到柔性落料過程。檢修門用于在緊急堵料情況下清理箱體內堆積的物料。出料氣鎖部件主要由機體、端蓋和轉子等組成。轉子用來封閉機體，在落料的同時不會漏氣并防止物料翻騰。噴吹部件由氣包和噴吹管等組成。氣包用于儲存壓縮空氣。恒壓式風速在線檢測系統主要由文丘里管、風速測量模塊、恒壓模塊和外殼部件等部件組成。靜態秤由截料門部件、稱重部件、分料部件、機架以及配套的氣動元件組成。

1.5 設備操作設計

作為整條生產線的一部分，分段式兩級風選系統的電氣設備受生產線控制系統控制，不能夠單獨運行，可以分成自動、手動2種運行方式。自動運行時，設備順序啟動為出料氣鎖M6啟動→螺旋輸送機電機→一振動篩振動電機（同時啟動，方向相反）→拋料器減速機→循環風機電機啟動→除塵風機啟動→進料振槽電機啟動。當主控柜選擇手動后，允許單獨手動啟動電機，將本地開關從“ON”位置向右旋轉，此時電機啟動，將本地開關打到“OFF”位置，電機停止運行。

2 應用效果

2.1 試驗設計

試驗材料為“特一類”膨脹煙絲（湖北中煙工業有限責任公司）。設備包括FDFX12型膨脹煙絲分段式兩級風選系統（湖北中煙工業有限責任公司設計，徐州眾凱機電設備制造有限公司制造）和YQ-2型葉絲振動分選篩（鄭州煙草研究院）。根據2016版《卷煙工藝規范》中規定的方法，測定風選前、后的煙絲結構變化、含水率變化、風選后純凈度、剔出梗簽量和含絲量。

2.2 數據分析

風選測試數據見表1。本系統的梗簽和濕團剔除率平均為2.04%，其含絲率平均值為4.05%（傳統葉絲二次風選梗簽剔除率約為1.2%，其含絲率約為10%）。風選后膨脹煙絲的純凈度（實測99.9%）≥99.5%，風選后膨脹煙絲整絲率降低0.44%（≤1%）。風選前、后碎絲率增加0.29%，風選后膨脹煙絲含水率損失0.27%（≤0.5%）。各項指標符合卷煙工藝規范要求。

2.3 設備運行狀況

運行中，本文系統風機頻率為33Hz，一級風選風速為2.7m/s，二級風選風速為2.45m/s，風選系統除塵風量約為20000m3/h，傳統葉絲的二次風選除塵風量約為38000m3/h，節省約50%除塵風量。風選系統單機能耗為7kW，傳統葉絲二次風選單機能耗約為36.2kW，約為傳統葉絲二次風選單機能耗的20%。本系統大部分部件布置于空中，不占用地面空間，占地面積僅為12m2（含進料設備），占地面積明顯減少，為膨脹線的工藝布置創造了良好條件。

3 結論

研究表明，與傳統葉絲二次風選設備相比，本文設計的膨脹煙絲分段式兩級風選系統的風選效果顯著，梗簽和濕團剔除率平均為2.04%，占地面積大顯著減少，為膨脹線的工藝布置創造了良好條件，能耗低，除塵風量節省約50%，單機能耗下降了80%。

參考文獻

[1]陳勇進.基于正交試驗法的柔性風選機參數優化研究[J].海峽科學，2022（7）：93-96.

[2]王宇，程德強，胡九宇，等.葉絲就地風選機參數對卷煙綜合質量影響的研究[J].新型工業化，2021，11（2）：77-78.

[3]郭永，孫小龍，汪建偉，等.一種葉絲多級風選系統[J].科技創新導報，2012（31）：74-75.

[4]姚光明，劉朝賢，尤長虹，等.FX型就地風選器在制絲線上的應用試驗[J].煙草科技，2003（8）：3-5.

[5]李培茂，梗簽在線計量裝置在葉絲多級風選系統中的應用[J].中國設備工程，2019（4）：133-134.

[6]李貝貝，戴石良，謝海.梗簽分離腔體內氣固兩相流數值模擬研究[J].建筑熱能通風空調，2022，41（2）：97-100.

[7]程桃英，卷煙制絲線在線輕質異物和煙餅剔除的研究[D].昆明：昆明理工大學，2009.

通信作者：張楚安（1973-），男，湖北黃岡人，本科，高級工程師，研究方向為卷煙加工工藝。

電子郵箱：zhangchuan@hbtobacco.cn。