一種循環煙絲除雜系統試驗研究

左 麗 梅 芳

（1.徐州眾凱機電設備制造有限公司，江蘇 徐州 221004；2.湖北中煙工業有限責任公司武漢卷煙廠，湖北 武漢 430000）

0 引言

在卷煙生產過程中，煙支卷接工藝需要使用大量的煙用搭口膠和接嘴膠，部分煙支因施膠量過多，使膠?；煸跓熃z中，降低了卷煙的品質，風選除雜技術在煙草生產線應用廣泛，投資較少，使用效果明顯[1]，可以剔除干燥后葉絲所含的梗簽、梗塊等，提高葉絲純凈度。李春光等[2]發現風選工藝可降低低檔卷煙的刺激性，改善口感。郭永等[3]采用葉絲風選風送管道，提高了梗簽的剔除率。張文海[4]通過柔性風選技術對煙絲進行處理，發現整絲率降低了3%～4%，葉絲填充性能比風選前提高0.1 cm3/g，可以提高卷制質量的穩定性；黃曉華等[5]研究不同牌號煙葉的合理風速，系統性減少了人工參與調整風量，實現節能，袁海霞[6]采用三級風選的方法對黃鶴樓某細支卷煙進行測試，可剔除梗簽含絲率降低20%以上，煙支含梗率由1.06%降低至0.74%。風選技術也廣泛應用于礦物分選、農產品分離等各種行業。

針對煙草風選直接車間抽風的方式，存在風選效果差、能耗高和風選后煙絲的水分、溫度損失大以及能耗較高等問題，該文提出了1種循環煙絲除雜系統，通過氣相循環和風量控制，完成煙草的風選除雜，且風選效率更高，更加節能。

1 試驗系統

煙絲除雜系統具體結構如圖1所示，由煙絲除雜工序、煙絲收集工序與氣流平衡循環管路組成。

圖1 煙絲除雜系統

煙絲除雜工序為該系統的主要工序，在該階段中，煙絲通過進料氣鎖進入除雜系統，在風選箱中，通過重力除雜的方式，將煙絲與膠粒分離，煙絲隨氣流進入送絲管，之后送入煙絲收集階段。而膠粒則下落到振篩上，振篩自動運行，使膠粒通過振篩末端的出雜氣鎖排入靜壓箱中。（出雜氣鎖是系統圖中的4，是用于排出雜物的星型卸料器，排出雜物的同時，阻擋氣體泄漏）。

在煙絲收集工序中，經過除雜的煙絲被落料箱內部的篩網攔截下，被落料箱斗所收集。

氣流平衡循環管路是該系統保證除雜過程穩定運行的創新性工序，主要在煙絲除雜工序與煙絲收集工序以及風機之間對三者進行協調。其中，在風機與除雜工序設置了進風口與靜壓箱，用來保證除雜系統中氣流量的平衡；與靜壓箱相連的除塵管將含有膠粒、灰塵的氣流送入除塵房；在煙絲收集工序的前端與后端配備有氣流控制儀、電控風門與回風管，將兩道工序處理的氣流從回風管送回風機中，完成氣相的循環。氣流控制儀通過檢測管道的氣流風速與流量，與預設風量進行對比，根據實際風量與預設風量的差值，自動對電控風門的開度進行調節。

1.1 除雜系統氣流速度范圍

煙絲和膠體顆粒因密度不同，受到的重力和流體阻力不同，在氣流中的運動軌跡也不相同。在靜止流體中的單個顆粒主要受到重力、浮力和沉降時阻力的作用，重力與沉降方向一致，浮力與沉降方向相反，兩者的差值為顆粒的沉降力Fc。顆粒沉降時所受阻力的大小取決于顆粒的形狀、粒徑、表面特征、運動速度及流體的種類和性質，顆粒受沉降力向下運動時，由于阻力F不斷增加，很快與沉降力達到平衡。假定顆粒為球狀顆粒，其值如公式（1）所示。

式中：Fc為顆粒的沉降力；F為顆粒受到流體的阻力；d為顆粒直徑；ρc為顆粒密度；ρ為流體密度；g為重力加速度；ξ為顆粒沉降時受到流體阻力的阻力系數；vc為顆粒沉降速度。

由顆粒受力平衡式Fc=F可得顆粒沉降速度，如公式（3）所示。

阻力系數ξ取決于顆粒與流體相對運動的雷諾數Re和塵粒形狀。工程實際應用時考慮到風選箱的占用空間和經濟性，多使箱內氣流處于湍流區，ξ=0.44，對于非球形顆粒的阻力系數為ξ'=λξ，氣流中煙絲和膠粒均為不規則形的顆粒，λ取值范圍為2.75～3.5。

為了在氣力輸送煙絲的同時去除煙絲中混雜的膠粒，氣流速度應大于煙絲的沉降速度，使煙絲沿氣流方向運動，而不會沉降到風選箱底部，同時氣流速度應小于要去除的最小膠粒的沉降速度，使膠粒運動方向與氣流方向相反，下落至風選箱底部的振篩，并由振篩排出系統，實現除雜功能。這就要求除雜系統的氣流速度v應該嚴格滿足：vc（煙絲）

1.2 除雜系統運行效率

對于運行狀態下的除雜系統，可以采用風選效率與煙絲誤剔率來評價系統對煙絲中膠粒的去除效果。系統風選效率如公式（4）所示。

式中：m1為單位時間內出雜口膠粒重量；m2為單位時間內人工投料膠粒重量。

煙絲誤剔率如公式（5）所示。

式中：M1為單位時間內出雜口煙絲重量；M2為單位時間內人工投料煙絲重量。

2 試驗設計

試驗1：系統的外形尺寸長×寬×高為9 m×3.4 m×7 m。通過理論分析計算系統內部的理論循環風速范圍為13 m/s～18 m/s。通過對正常工作范圍的煙絲、膠粒含量測定，確定模擬實驗投料煙絲的含量為300 kg/h。在試驗中，改變循環風速，投料1 h后，對出雜口處煙草進行采樣分析，計算風選效率與煙絲誤剔率。

試驗2：通過實驗1的測定，選擇合適的系統內部循環風速范圍，將其設定為正常工作范圍，對系統進行為期60 d的數據采樣。測定送絲管內的風速、計算風選效率與煙絲誤剔率。對系統進行長期穩定性的研究。同時，測定除塵工序送入除塵房的風量占比、對除塵系統整體能耗進行計算。

3 實驗數據分析

3.1 系統篩選效率分析

送絲管風速與風選效率、煙絲誤剔率的關系如圖2所示，由圖2可知，在理論選定的風速范圍13 m/s～18 m/s中，系統的風選效率為40.29%～99.11%，而煙絲的誤剔率為0.96%～30.37%。

圖2 不同風速下風選效率、煙絲誤剔率

隨著風速的增加，風選效率與煙絲誤剔率呈現了逐漸減小的趨勢。其中，當送絲管風速為12 m/s～15.5 m/s時，風選效率隨風速的增加而平穩降低。當送絲管風速為15.5 m/s～18 m/s時，風選效率隨風速增加而急劇下降。煙絲的誤剔率則是先迅速減小，后趨于平緩。當選取的風速與膠粒速度相差較大時，膠粒受到氣流的浮力遠小于重力。大量的膠粒沉降到靜壓箱中，因為風速接近煙絲速度，所以部分煙絲也被沉降，出現了膠粒與煙絲一同沉降的現象。當風速提高到接近膠粒速度時，部分膠粒與大量煙絲一起被氣流的浮力帶入送絲管中。當風速接近膠粒速度時，風速對膠粒沉降的影響比遠離時大很多。風速接近煙絲速度時也是同理。

3.2 系統剔除分析

對系統中進行剔除的雜質與剔除后煙絲進行采樣分析。系統采樣后雜質如圖3所示，對于較重的膠塊、膠粒和梗頭（圖3（a）），該除雜系統可以較好地剔除出去，這部分雜質較重，呈現類球型或不規則形狀，也可以去除較小粒徑的膠粒，可去除膠粒的粒徑為3 mm。而煙草中去除較多的為煙梗部分，長為10 mm～20 mm，直徑為5 mm～10 mm的類圓柱，較好地保留了煙絲部分。對于硬質包裝的邊角料（圖3（b）），系統也有較好的去除效果。但是，較輕的過濾嘴水松紙，因為其質量較輕，且形狀為紙片狀（圖3（c）），其受到風的浮力遠大于重力，所以沉降速度與煙絲近似，甚至比煙絲更低，難以被該系統剔除。經過去雜后的煙草圖如圖4所示，圖中的煙草膠粒、硬質包裝和煙梗等全部去除，證明在正常的工作范圍內，該系統對膠粒、硬質包裝和煙梗等主要雜質具有良好的去除效果。

圖3 采樣雜質圖

3.3 系統長期運行穩定性分析

系統連續運行60 d，對60 d內的運行數據進行記錄并分析，結果見表1。

由表1可知，在60 d的觀察周期中，送絲管風速全部為14.5 m/s～15.5 m/s，風選效率約為96%，誤剔率約為4%。即在60 d的觀察周期中，該系統保持在正常的工作范圍，而風選效率與煙絲誤剔率也保持穩定。

表1 60 d風速、風選效率、煙絲誤剔率采樣分析

根據實驗測定，除塵管送入除塵房的除塵風量約為風選風量的20%，80%的風量在設備內循環流動，同時系統的循環風機功率為15 kW，除塵房對應除塵器的風機功率為11 kW，企業現有系統風機的總功率為55 kW，系統能耗降低52%。系統的除塵風量約為風選風量的20%，由除雜系統造成的車間空調負荷降低了80%。

綜上所述，通過實驗選取系統的氣流速為14.5 m/s～15.5 m/s，在該氣流范圍中，運行60 d的效果穩定，風選效率保持在96%左右，誤剔率約為4%；且系統能耗降低了52%，除塵風量僅為風選風量的20%，除塵車間空調負荷降低了80%。

圖4 去雜后煙草圖

4 結語

通過以上實驗得出以下4點結論：1） 發明新型循環煙絲除雜系統，對煙絲中膠粒進行分離與去除，同時使用氣流控制儀對風速進行自動檢測、實時控制，數據輸出穩定，響應迅速，使用濾網自動清理，確保儀器長期穩定地運行。2） 對風速進行理論計算與實驗測定，確定14.5 m/s～15.5 m/s為正常工作風速；按照正常的工作風速，進行60 d監控測定，系統的效果穩定，風選效率約為96%，誤剔率約為4%，完全滿足了煙絲除雜的要求，提升了煙絲的純凈度。3） 系統對3 mm膠塊、膠粒和梗頭、硬質包裝的邊角料去除效果較好，但是較難篩選出過濾嘴水松紙。4） 該系統的除塵風量僅為風選風量的20%，減小了除雜系統對物料水分和溫度的影響，煙絲的料氣損失減小，保證了煙絲的吸味和耐加工性，同時保障了工作人員的工作環境。系統除塵風量小，除塵設備能耗低，車間內需要補入的新風量大幅減少，系統能耗降低了52%。