基礎棒大劑量添加物均勻性改進
2020-03-16 08:26:05吳疆
科技創新導報 2020年33期
吳疆
摘? 要：在活性炭濾棒的生產過程中，機器生產出的活性碳濾棒經過檢測發現，其活性炭含量遠低于產品合格要求。同時，最終的活性碳濾棒成品中的活性炭分布不均勻。為了解決這些問題，本文提出了對于活性炭濾棒生產的改進方法。本文提出并設計了一種新型加料輥筒，該加料滾筒實現了對于活性炭濾棒內活性炭含量的調節功能，同時也極大地提升了其活性炭分部的均勻性。最終提升了活性碳濾棒的成本質量與生產車間的生產效率。
關鍵詞：活性炭濾棒? 顆粒均勻性? 改良? 吸附劑
中圖分類號：TS43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）11（c）-0068-04
Improve the Uniformity of Large-dose Additives in the? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Basic Rod
WU Jiang
（Sichuan Sanlian New Material Co.，Ltd.， Chengdu， Sichuan Province， 610000 China）
Abstract： In the process of production of activated carbon filter rod. After testing the activated carbon filter rod produced by the machine， it was found that the content of activated carbon was far lower than the qualified requirements of the product. At the same time， the final activated carbon filter rod uneven distribution of activated carbon in the finished article. In order to solve these problems， this paper puts forward the improvement method for activated carbon filter rod production. This paper put forward and designed a new type of feed roller， the feeding roller implements for activated carbon filter rod inside the regulating function of activated carbon content， but also greatly improved the uniformity of the division of the active carbon. Finally， the cost and quality of the activated carbon filter rod are improved and the production efficiency of the workshop is improved.
Key Words： Activated carbon filter rod; Particle uniformity; Improvement; Adsorbent
1? 改進背景
減少吸煙者吸入因香煙燃燒時產生的有害煙氣，保障廣大吸煙者的身體健康是全球煙草發展的共識。卷煙煙氣成分十分復雜，目前已檢測出的成分超過了 6010種，并且隨著檢測技術的發展，檢出種類還在不斷增加[1]。在濾嘴中添加具有吸附性能的材料，是主要的減害降焦手段。
在吸附劑減害方面，只有活性炭作為濾嘴添加劑被大量應用于卷煙產品當中，其他吸附劑的應用研究還并不成熟，且關于吸附劑、吸附質性質與主流煙氣中有害成分吸附效果的關系的研究亦少見報道[2]。活性炭的吸附性極強，專家研究表明，將活性炭應用于環境工程領域，能很好地解決環境污染問題，吸附空氣、水體中的有害物質[3]。所以活性炭濾棒則可以通過其物理結構（主要關于內部活性炭顆粒）來吸附煙氣中的各類有毒有害氣體（如VOCs，同時活性炭對主流煙氣中VOCs有較高的吸附效率[4]）。所以活性炭濾棒也是全球煙草行業未來發展的重要方向。
但是在實際的生產過程中，機器生產出的成品活性炭濾棒出現了活性炭顆粒分布不均勻的問題，其活性炭顆粒集中于濾棒一側，而另一側活性炭顆粒含量較少。同時根據檢測機器檢測出其活性炭顆粒的含量為0.5g/10支，而之前產品最大施加量為葛根顆粒1.6g/10支（2017年3月新發布）。其活性炭顆粒含量遠遠小于標準值。
為了解決這些問題，本文提出了一系列的基礎棒活性炭加料裝置改進措施以改進這些問題。
2? 成因分析與問題解決
在活性炭濾棒的生產過程中，活性炭顆粒是根據機器伺服電機的帶動下，通過伺服電機連接的計量輥的旋轉，從計量輥的表面上的溝槽上連接的活性炭保存裝置中轉移到噴灑槽的上方。然后利用活性炭顆粒的重力作用，噴灑槽將活性碳顆粒噴灑在已經展開的絲束帶上。所以活性碳顆粒的均勻分布性主要依賴于計量輥的旋轉速度，也就是伺服電機的穩定性上。同時，也在于該輥的擋板與輥筒之間的間隙與輥筒的表面結構。這里可以確定的是，伺服電機的轉速是穩定的，活性炭顆粒分布的均勻性主要在于旋轉輥的物理結構上。
同時，由于現有的旋轉輥的噴灑槽的結構問題，導致其每次旋轉所噴灑的活性炭顆粒量出現了兩個問題：
（1）活性炭顆粒噴灑量較少。
（2）活性炭顆粒噴灑不均勻。
而活性炭顆粒噴灑不均勻問題出現的原因也主要是由于噴灑槽的容量過小，只能噴灑活性碳顆粒到絲束一半的位置。當噴灑完存于噴灑槽內的活性炭顆粒時，這時就會出現活性碳濾棒中的活性碳顆粒聚集于一邊的問題如圖1。同時在首次改進輥筒的噴灑量之后，依舊出現了活性碳顆粒不均勻的情況。所以可以得知，輥筒添加物流量不均勻，不穩定是造成施加不均勻的主要原因，說明輥筒工藝保障能力不足，未達到設計目標。
3? 改進方法與改進效果
為了改進第二節中所描述的問題，本節將分別對于活性炭顆粒揚塵的問題與活性炭加料均勻性問題進行改進。
首先針對于活性碳顆粒的噴灑量對旋轉輥進行了改造，通過對于AC2供料機計量輥的設計進行研究[5]，最終改造為能夠適應大劑量施加活性炭顆粒的輥筒。該滾筒為1號輥筒，其具體的參數為：球缺深h=1.45mm;球半徑r=2.5mm;球缺數量：47×57 ×2=5358。
如圖2所示，使用1號輥筒進行生產之后，活性炭顆粒的含量有所上升，能夠達到具體的標準。但是濾棒添加物還是出現不均勻現象，活性炭聚集在濾棒的一邊，有的多有的少。同時，經過系統的檢測后可以發現，出現了濾棒在吸阻相差不大的情況下，出現重量偏差大的現象。
首先1號輥筒的使用，實現了活性炭2.8g/10支的施加量，填補了活性炭大劑量添加的空白。但是還是有添加物施加不均勻，活性炭聚集在濾棒的一邊的現象。同時在濾棒吸阻相差不大的情況下，出現重量偏差大的現象。
由此可以得知，1號輥筒添加物流量不均勻，不穩定是造成施加不均勻的主要原因，說明1號輥筒工藝保障能力不足，未達到設計目標。
通過1號輥筒的使用與測試之后，結合之前1號輥筒存在的缺陷，同時根據粒度特性參數與粒度分布均勻程度的關系[6]，即當顆粒直徑d< 通過再次改造得到2號輥筒如圖3所示。該滾筒在1號輥筒的基礎上，減小了單個球缺的直徑與深度，然后為了能夠更加均勻的噴灑活性碳顆粒，增加了球缺的數量。2號輥筒的實際參數為：球缺深h=1.05mm;球半徑r=2.0mm;球缺數量：59×69×2=8142。整體球缺數量比1號輥筒增加51.96%。而容積比1號輥筒減少34.80%。這樣就能夠更加均勻的使活性炭顆粒噴灑在絲束帶上。 同時還利用U型撐桿將開松絲束撐寬，加寬絲束與物料的接觸面積，同時保證絲束寬度窄于下料寬度。型撐桿對帶料絲束進行抖動、擠壓利于添加物與絲束的全方面接觸。這樣使得絲束的展開更加均勻，同時活性炭顆粒能夠在縱向更加深入地添加到絲束底部位置，如圖4。 通過使用2號輥筒進行生產，進行測量之后可以得到，首先其單支活性炭濾棒中的活性炭顆粒含量達到了標準2.8g/10支。同時其重量的STD相較于1號輥筒生產的嘴棒明顯好轉，現STD為14.3，1號輥筒生產樣品的STD為21.5。同時由于I型撐桿與U型撐桿的作用，其絲束展開效果好，活性炭顆粒分布均勻，最終導致其切割端面均勻性良好。 同時，還可以根據不同的活性炭顆粒含量需求來調節旋轉輥的電機轉速。以此滿足于不同場景與不同要求下的活性炭濾棒。 圖5中的各梯度添加量對比的活性炭顆粒含量分別為0.2g/10支、0.5g/10支、1.0g/10支、2.0g/10支、2.8g/10支。可以看到在不同的活性炭顆粒含量梯度中，其濾棒端面的活性炭顆粒分布均勻，沒有出現偏移到一側的情況。證明改進后的機器能夠通過調節旋轉輥的轉動速度來生產活性炭顆粒分布均勻的濾棒。 4? 結語 新型的加料輥筒，讓我們同一臺設備的施加量實現了從0.1g/10支至2.8g/10支的隨意轉換，均勻性大大提高，已達到了國際水準。 參考文獻 [1] 姜瑞.天然植物材料在卷煙中的應用研究[D].昆明：昆明理工大學，2017. [2] 于航.選擇性吸附卷煙主流煙氣中有害成分的吸附材料研究[D].北京：北京化工大學，2018. [3] 田立國.活性炭在環境工程中的應用[J].環境與發展，2018，30（10）：238-239. [4] 李恒.煙梗基活性炭的制備及在卷煙煙氣中的吸附研究[D].昆明：昆明理工大學，2019. [5] 聶樂龍，李文春，王俊. AC2供料機計量輥的設計應用[C].云南省煙草學會.云南省煙草學會2014年學術年會優秀論文集.云南省煙草學會：云南省科學技術協會，2015：28-37. [6] 侯英，印萬忠，朱巨建，等.粒度特性參數與粒度分布均勻程度的關系[J].中南大學學報：自然科學版，2015，46（9）：3183-3187.
