適應細支卷煙加工特性的柔性風選系統優化設計

袁海霞 - 鄭 茜 張勝華 - 夏自龍 - 蘭志超 -李 俊 王姍姍 - 關愛章 - 曾 靜 張 凱

(1. 湖北中煙工業有限責任公司襄陽卷煙廠，湖北 襄陽 441000；2. 徐州眾凱機電設備制造有限公司，江蘇 徐州 221003)

近年來，細支卷煙實現了快速發展，已成為中式卷煙發展的新亮點。隨著細支卷煙市場份額的增加，細支卷煙產品質量備受關注[1-3]。細支卷煙因其規格尺寸的特殊性，煙絲中含梗量對細支卷煙品質的影響較常規卷煙更為明顯[4-5]。煙絲烘后經兩級柔性風選，一定程度上降低了煙絲的含梗量[6-8]。但在實際生產中，大流量風選時，絲、梗分離效果不佳，含梗率較高，易導致細支卷煙煙支刺破、掉火頭、物理指標波動大等質量缺陷。

為保證產品質量，部分廠家在細支卷煙生產過程中，采用加大煙絲中梗簽剔除量的方法來降低煙支刺破質量缺陷[8-9]。但梗簽中可用煙絲量增高[10]，煙絲消耗上升，造成煙葉原料浪費大、消耗高[4,7]。朱國成等[11]通過研制節能型多級葉絲風選系統，減少了葉絲水分和溫度散失，減少了能源消耗；戈方等[12]研發了一種新型的葉絲風選裝置，通過增加松散裝置對絲團和長絲進行松散和打短，從而提高葉絲純凈度，改善煙絲結構，但這些研究并未解決梗中含絲率高的問題。另外，目前尚未見針對大流量葉絲風選的研究報道。試驗擬開發一種適應于細支卷煙大流量葉絲風選的加工裝置及工藝技術，以提高葉絲柔性風選梗簽剔除效果，降低剔除梗簽含絲量，提升原料綜合利用率。

1 問題分析

現有二級風選系統主要由一級葉絲就地風選系統和二次風選系統組成。葉絲風選時，葉絲經給料機構(一級進料振槽、快速進料皮帶)進入一級風選箱體后，在側向進風的作用下進行飄選，由于物料懸浮速度的差異，干凈的葉絲經出料機構進入葉絲主線；含有梗簽及絲團等重質葉絲通過除雜皮帶機、定量皮帶機、二級風選進料振槽，進入二次風選箱體，利用垂直進風對飄選下來的物料再進行一次浮選，利用其懸浮速度的差異，將混雜其中輕的物料選出，較重、較大物料由二次風選箱體出口排出。

目前企業葉絲線流量大(6 400 kg/h)且細支卷煙較常規卷煙牌號切絲寬度較窄，煙絲更易纏繞、結團。結團煙絲直接進入一級風選箱體，絲、梗分離效果差，一級風選后絲中含梗率>1%。加大對煙絲中梗簽的剔除，可以提高煙絲純凈度，降低細支卷煙梗簽刺破煙支質量風險，但也會導致二級風選后更多合格煙絲被誤除，加大了煙絲消耗。

為提高風選后煙絲純凈度和減少二級風選剔除梗簽中合格煙絲的含量，需解決3個方面的問題：① 有效松散結團煙絲，避免大量煙絲和梗簽纏繞影響絲梗分離效果；② 加大梗簽剔除量，滿足大流量葉絲風選要求和細支卷煙低梗簽需求；③ 對梗簽中誤剔煙絲回收再利用，降低葉絲風選過程的煙絲消耗。

2 改進方法

2.1 系統結構

如圖1所示，適應細支卷煙加工特性的柔性風選系統由進料結構、定量皮帶、風選箱體、除雜機構及電控系統等組成。進料機構包括攤薄振槽1與高速皮帶3；風選箱體4、8、9以串聯方式連接；輸送機構包括帶式輸送機5、6、11和提升輸送機7，提升輸送機位于帶式輸送機出料端；沉降式落料器10用于收集三級風選后的葉絲，除塵管道與風選箱體和沉降式落料器相連，用于去除煙末及灰塵。

1. 攤薄振槽 2. 梳絲輥 3. 高速皮帶 4. 一級風選箱 5. 一號帶式輸送機 6. 二號帶式輸送機 7. 提升輸送機 8. 二級風選箱 9. 三級風選箱 10. 沉降式落料器 11. 三號帶式輸送機

圖1 適應細支卷煙加工特性的柔性風選系統示意圖

Figure 1 Diagram of flexible pneumatic separation system adapted to the processing characteristics of slim cigarettes

工作原理：烘絲后葉絲經攤薄振槽攤薄進入梳絲輥，纏繞結團的葉絲經松散后，經高速皮帶至一級風選箱內，在下吹風力的作用下，實現輕質葉絲與含梗簽的重質葉絲首次分離；分離后的輕質葉絲經輸送機進入后續工序，含梗簽的重質葉絲經落料器進入一級風選除雜皮帶機，由定量皮帶機、振動輸送機進入二級風選箱，進行葉絲與梗簽二次風選，分離后的葉絲并入主線進入下道工序；含較大梗簽比例的重質葉絲進入三級風選，分離出的葉絲向上進入沉降式落料器回主線，梗簽剔除進入下方收集箱，實現對二級風選中誤剔除合格葉絲的再次回收。

2.2 電控系統

如圖2所示，當收到聯動啟動信號后，一級、二級、三級風選匯總皮帶7首先啟動，其次二級、三級風選匯總皮帶6啟動，再其次整個三級風選系統3啟動，接著二級篩選后振篩5啟動，然后整個二級風選系統2啟動，再然后一級篩選后皮帶機4啟動，最后整個一級風選系統1啟動，一套完整多級風選便啟動完成。一級、二級、三級風選各新增一套風壓傳感器，以檢測除塵風壓的變化。

2.3 一級葉絲風選系統改進

一級風選系統進料振槽的主要作用是攤薄、預松散物料并使鋪料均勻，而目前企業葉絲線流量大且切絲寬度較窄，烘絲后煙絲纏繞成團較明顯，導致現有一級風選系統進口葉絲結團較多，現有振槽無法滿足攤薄預松散要求，直接影響風選效果。因此將平板攤薄振槽替換為具有葉絲松散和篩分功能的進料裝置，并將出料口提高約300 mm，同時在出料口處增加一組梳絲輥。新增進料裝置長5 100 mm，寬1 600 mm，傾角5°。該裝置采用分層和分段式設計，上層篩分板前段采用波紋板加勻料板結構，其作用是將物料在篩板上平鋪均勻；后段新型波紋棒條縫篩采用不銹鋼棒條結構，由多組波紋棒條分段組成，波紋棒條間距20 mm，其作用是將葉絲中的絲團、長絲和中、短絲有效篩分開，如圖3、4所示。絲團、長絲由波紋棒條縫篩輸送至梳絲輥，經梳絲輥處理后進入風分箱體；中、短絲漏下進入下層平板。下層平板作用是將篩分出來的中、短絲直接進入風分箱體內。梳絲輥采用釘齒狀，其釘齒間距和釘齒長度根據物料厚度和煙絲結構質量需求可調整，梳絲輥的轉速可調，其作用是將絲團和長絲選擇性松散、打短，使葉絲松散均勻進入風分箱。

1. 一級風選系統 2. 二級風選系統 3. 三級風選系統 4. 一級篩選后皮帶機 5. 二級篩選后振篩 6. 二級、三級風選匯總皮帶 7. 一級、二級、三級風選匯總皮帶

圖2 三級葉絲風選電控系統工作流程

Figure 2 Work flow of the electronic control system of three-stage pneumatic separation system

一級葉絲就地風選機進料裝置的改進和梳絲輥的增加，能夠實現風選前葉絲進料分層差異化處理工藝，提高了風選前葉絲的松散度和進料均勻性，一定程度地改善葉絲結構。

圖3 一級風選進料裝置

1. 一級風選進料口 2. 新型波紋棒條縫篩 3. 平板振槽 4. 中短絲出口 5. 梳絲輥 6. 一級風選機 7. 一級風選出料振槽 8. 一級風選合格葉絲出口

圖4 一級葉絲風選系統結構圖

Figure 4 Diagram of the first-stage pneumatic separation system

2.4 二級葉絲風選系統改進

在原二級葉絲風選箱體下部增加振篩，在不影響二級風選效果的同時將物料送至三級風選系統，見圖5、6。振篩寬800 mm，長1 900 mm，高600 mm，網孔Φ1.5 mm，裝機功率2.2 kW。

2.5 三級葉絲風選系統設計

三級風選系統包含定量皮帶機、風選箱(含進料氣鎖)、沉降式落料器及激振振篩(位于三級風選箱下方)，

1. 二級風選合格葉絲出口 2. 匯總皮帶機 3. 二級風選出雜振篩 4. 二級風選機 5. 二級風選進料振槽 6. 定量皮帶機 7. 一級風選除雜皮帶機

圖5 二級葉絲風選系統結構圖

Figure 5 Diagram of the second-stage pneumatic separation system

圖6 二級風選出雜振槽

如圖7所示。定量皮帶機采用隔板帶的結構，由提升帶與水平帶分體的模式，設計為一體式，結構簡單，保養維修方便，可避免水平段與提升段結合處漏料問題的產生，同時，隔板帶兩側配有防跑偏軌道凸臺及軌道限位輪，可以防止物料跑偏。三級風選箱體設計：由拋料輥、箱體、振動篩等組成，其中風選箱體尺寸600 mm×800 mm，除塵風量5 000 m3/h，物料進料流量約為700 kg/h。風選箱下部底板設計下吸式網孔激振振篩，網孔Φ0.8 mm，振篩頻率750 次/min，兩臺振動電機功率均為0.37 kW，其功能是用于承接三級葉絲風選篩出的梗簽，能夠延長葉絲、梗簽風選時間，實現絲、梗的有效分離。三級風選箱體設置梗簽出雜口，用于梗簽和雜物的出料，梗簽雜物集中收口，收口距離地面高度≥900 mm，便于使用編織袋接裝梗簽，收集方便，降低職工勞動強度。

1. 三級風選葉絲出口 2. 匯總皮帶機 3. 二級風選除雜振槽 4. 提升皮帶機 5. 振動輸送機 6. 三級風選機 7. 三級風選出雜口

圖7 三級風選系統結構圖

Figure 7 Diagram of the third-stage pneumatic separation system

3 應用效果對比

3.1 試驗設計

3.1.1 材料

A牌號細支卷煙葉絲及成品煙支：某卷煙公司提供。

3.1.2 儀器與設備

煙梗含絲測定儀：KARDIEN SST-2型，韓國煙草人參公社；

煙絲振動分選篩：YQ-2型，鄭州恒德通用機械有限公司；

綜合測試臺：KC-DT型，Borgwaldt KC公司；

煙支含末率測試儀：JMZ-III型；合肥眾沃儀器技術有限公司。

3.1.3 方法 選取10批葉絲，分別在一級風選入口、一級風選葉絲落料出口、二級風選葉絲落料出口、三級風選葉絲落料出口及三級風選梗簽落料出口取樣，每個測試點取樣5組，每組100 g，用KARDIEN SST-2型“煙梗含絲測定儀”測定絲中含梗率及梗簽含絲量；選取經葉絲風選后的10批煙絲，每批煙絲取1 kg，用YQ-2型煙絲振動分選篩煙絲結構檢測；連續生產10批成品細支卷煙，每批取樣50支，將煙支中的煙絲剝出，用KARDIEN SST-2型“煙梗中含絲測定儀”檢測煙支含梗率；利用KC-DT型綜合測試臺，對連續生產10個月成品細支卷煙的物理指標進行測定，同時對刺破情況進行統計并計算煙支刺破率。

3.2 梗中含絲和絲中含梗對比

葉絲風選系統改進前后絲中含梗率和梗中含絲率測試結果見表1。

表1 梗中含絲、絲中含梗檢測結果

通過三級葉絲柔性風選后，一級風選后與二級風選前、后葉絲含梗率與改進前相比均出現明顯降低；風選剔除梗簽含絲率由23.60%降至3.21%，降低比例超過10%，且梗簽剔除量由123.6 kg升至129.8 kg，表明在保證梗中含絲率大幅降低的同時，梗簽凈剔除量也增加，梗簽剔除效果顯著改善。進一步分析數據可知，改進后每批次可回收葉絲約25 kg，全年按60萬箱產量計算，每年可回收利用葉絲達32 t，風選技術改進后對企業生產經營降本增效、精益管理產生較好的示范作用。

3.3 煙絲結構對比

葉絲風選系統改進前后煙絲結構檢測，結果見圖8。

圖8 葉絲結構及含水率檢測結果

從圖8可以看出，烘絲后葉絲經新型葉絲柔性風選后，長絲率(>3.35 mm)下降了2.9%，中絲率(2.50～3.35 mm)上升了2.5%，短絲率(1.00～2.50 mm)基本不變，整絲率(>2.50 mm)基本無變化。新型葉絲柔性風選改善了煙絲結構，長絲、含末率下降，中絲上升，有利于細支卷煙生產。

3.4 成品煙支含梗率對比

測試10批次葉絲風選系統改進后成品煙支含梗率，并與改進前煙支含梗率對比，如圖9所示。由圖9可知，改進后細支煙含梗率為0.74%，相比于改進前下降了0.32%，煙支中梗簽含量下降比例較明顯。

3.5 煙支物理指標和刺破率對比

測定葉絲風選系統改進前后卷制的成品煙支物理指標和刺破率，結果如表2所示。通過與改進前的對比，經新型風選系統后卷制的成品煙支各項物理指標較原有風選系統均有不同程度提升：煙支重量、吸阻、硬度、含末率

圖9 成品煙支含梗率測試結果

及含水率均無明顯變化，但重量、吸阻及硬度等指標標偏均下降，綜合得分上升，刺破率顯著降低，表明新型葉絲風選工藝技術能夠保障成品卷煙質量，使卷煙質量更加趨于穩定。

表2 煙支物理指標和刺破率檢測結果

4 結論

改進后的新型葉絲柔性風選系統在提高煙絲純凈度的同時可有效降低、剔除梗簽中不合格煙絲的含量，煙絲結構有所改善，卷煙物理質量穩定性不同程度提升，煙支含梗率明顯下降，煙支刺破外觀質量缺陷問題有效改善，有助于提升卷煙產品質量，具有較好的降本增效作用，產生明顯經濟效益。該系統主要通過三級風選系統的協調配合來達到提高煙絲純凈度，同時增加剔除梗簽中合格煙絲的回收再利用，因此后續需要深入開展三級風選系統的工藝參數優化，進一步提高三級風選系統的協調性，實現三級風選系統效果的最大化。