加熱卷煙制粉緩存段相關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

秦皇島煙草機(jī)械有限責(zé)任公司 李 文 馬秀舫 鄧滏炎

南通煙濾嘴有限責(zé)任公司 謝一飛 黃 楊

新型煙草制品與傳統(tǒng)相比，最大的賣點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)低溫產(chǎn)香，即無需將煙草進(jìn)行燃燒也可以釋放出煙堿，同時(shí)，焦油、一氧化碳等可吸入有害物質(zhì)揮發(fā)量均減少，并且可以滿足消費(fèi)者的吸食需求。 其次，此類煙草制品不會產(chǎn)生二手煙，對他人、對社會不會產(chǎn)生負(fù)面影響。 此外，可以減少煙蒂未熄滅而引起的火災(zāi)，不存在安全隱患。 其中，加熱卷煙雖然起步較晚，但是憑借其與傳統(tǒng)卷煙相似的吸食方式以及吸食感受佳等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)成為國際上最受消費(fèi)者歡迎，且最有發(fā)展前景的新型煙草制品。 目前國際上生產(chǎn)加熱卷煙薄片的方法主要有三種： 造紙法、稠漿法、輥壓法，工藝路線不同，成品煙草薄片特性也不同，其中，制粉緩存工藝段在新型煙草薄片制備過程中尤為重要。 本文首先介紹了制粉緩存段各類設(shè)備的工藝性能及作用； 其次，介紹了煙粉制備過程中，各環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，并對問題進(jìn)行了簡要分析； 最后，針對設(shè)備在工作中出現(xiàn)的問題，提出了相關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案并取得了初步成效，為加熱卷煙的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1 制粉緩存段主要設(shè)備工藝路線

新型煙草薄片制粉段的主要工藝路線為：1） 煙葉經(jīng)振動(dòng)輸送機(jī)輸送至強(qiáng)力破碎機(jī)，經(jīng)過破碎刀盤加工后，最終將煙葉破碎為3mm～5mm 的煙屑，以便提高后續(xù)磨粉效率； 2） 煙屑經(jīng)真空上料機(jī)輸送至混合機(jī)，將不同配方的煙屑進(jìn)行混合； 3） 混合后的煙屑經(jīng)真空上料機(jī)輸送至精磨機(jī)，磨削后經(jīng)分級輪與風(fēng)機(jī)組合篩選，篩選合格的即為工藝設(shè)定目數(shù)的成品煙粉； 4） 成品煙粉經(jīng)過真空上料機(jī)輸送至另一臺混合機(jī)，將不同配方的煙粉進(jìn)行混合。 混合機(jī)主要用于混合物料，同時(shí)，也用于物料的緩存。 本次實(shí)驗(yàn)喂料速度200kg/h，喂料量： 100kg。

2 制粉緩存段主要設(shè)備介紹及設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化

（1） 強(qiáng)力破碎機(jī)

強(qiáng)力破碎機(jī)結(jié)構(gòu)相對簡單，破碎倉內(nèi)部安裝破碎刀盤組件，底部安裝出料篩網(wǎng)，初設(shè)孔徑為3mm。 煙葉通過傳統(tǒng)的振動(dòng)輸送機(jī)進(jìn)入破碎倉后，破碎刀盤組件將煙葉打碎成煙屑，煙屑片徑小于預(yù)設(shè)篩網(wǎng)孔徑，則視為合格煙屑，方可離開強(qiáng)力破碎機(jī)，輸送至下一設(shè)備。 強(qiáng)力破碎機(jī)在新型煙草薄片制粉緩存段的主要作用是將煙葉進(jìn)行初步粉碎，為后續(xù)的精磨煙粉做準(zhǔn)備，以免未經(jīng)破碎的完整煙片引起精磨機(jī)負(fù)載過大，造成設(shè)備損壞。

1） 實(shí)驗(yàn)過程

啟動(dòng)破碎電機(jī)，開始喂料，記錄出料量與出料時(shí)間，繪制強(qiáng)力破碎機(jī)出料量曲線，如圖1a）所示。 由圖1a） 可知，投料后，強(qiáng)力破碎機(jī)出料口開始出料； 實(shí)驗(yàn)5 分鐘左右發(fā)現(xiàn)物料輸出緩慢； 實(shí)驗(yàn)17 分鐘左右，強(qiáng)力破碎機(jī)不再出料，觸摸破碎電機(jī)外殼溫度升高。

2） 問題分析

出料篩網(wǎng)的孔徑設(shè)定較小，且煙草含糖、含油較多，容易堆積，導(dǎo)致出料速度放緩，同時(shí)，新物料不斷地進(jìn)入強(qiáng)力破碎機(jī)，破碎倉內(nèi)的物料無法排出，破碎電機(jī)負(fù)載過大，導(dǎo)致破碎電機(jī)外殼表面溫度升高。

3） 結(jié)構(gòu)優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)將底部出料篩網(wǎng)重新制作，設(shè)定孔徑為5mm。 使用氣動(dòng)裝置以及壓縮空氣將強(qiáng)力破碎機(jī)內(nèi)部清理干凈，重新進(jìn)行試驗(yàn)。 記錄出料量與出料時(shí)間，繪制結(jié)構(gòu)優(yōu)化后強(qiáng)力破碎機(jī)出料量曲線，如圖1b） 所示。 由圖1b） 可知，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，強(qiáng)力破碎機(jī)出料速度相對平穩(wěn)，出料速率約為152kg/h，出料篩網(wǎng)底部無物料堆積，破碎電機(jī)負(fù)載情況消失，溫度正常。

圖1 出料量曲線圖

4） 問題分析

更換篩網(wǎng)后，強(qiáng)力破碎機(jī)雖可持續(xù)出料，但由圖1b） 可知，強(qiáng)力破碎機(jī)的出料速率仍小于理論值，且出料總量<喂料總量，自然出料率為76.3%，原材料損失嚴(yán)重，必定有一部分物料存留在破碎機(jī)斜坡位置，未經(jīng)過破碎刀盤組件破碎到達(dá)底部篩網(wǎng)。 長時(shí)間的物料存留、堆積易出現(xiàn)物料霉變等情況，對產(chǎn)品造成污染，不利于連續(xù)生產(chǎn)。

5） 結(jié)構(gòu)優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)

進(jìn)料倉斜坡有均勻落料、保證設(shè)備間連接空間的作用，因此斜坡結(jié)構(gòu)不可取消。 現(xiàn)將破碎機(jī)內(nèi)部清理干凈，增大進(jìn)料倉進(jìn)料斜度后，使用孔徑5mm 的篩網(wǎng)，再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，盡可能地保證物料直接進(jìn)入破碎倉，且增加噴吹振動(dòng)裝置，有效減少物料堆積。 結(jié)構(gòu)二次優(yōu)化后，強(qiáng)力破碎機(jī)出料速度平穩(wěn)，出料速率約為197kg/h，接近于理想出料狀態(tài)。 破碎倉內(nèi)部、出料篩網(wǎng)底部無物料堆積，破碎電機(jī)表面溫度正常，自然出料率為： 98.5%以上。

（2） 真空上料機(jī)

真空上料機(jī)主要由羅茨風(fēng)機(jī)、真空倉、落料倉等組成。 其中，真空倉主要是由過濾袋、儲氣罐、噴吹閥、卸料閥等組成。 設(shè)備運(yùn)行過程中，真空倉在羅茨風(fēng)機(jī)的作用下產(chǎn)生負(fù)壓，將物料吸至過濾袋外壁，噴吹閥定時(shí)開啟，將儲氣罐內(nèi)的氣體瞬間噴送至過濾袋內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)卸料的目的。 真空上料機(jī)在制粉緩存段主要起到煙屑、煙粉輸送的作用。

1） 實(shí)驗(yàn)過程

羅茨風(fēng)機(jī)開啟后，產(chǎn)生的負(fù)壓將物料吸入真空倉內(nèi)，真空倉出料閥與噴吹閥同步間斷式工作，將倉內(nèi)的物料定量輸出至混合機(jī)。 實(shí)驗(yàn)12分鐘左右，羅茨風(fēng)機(jī)外表面溫度明顯升高，控制器顯示電流超出正常范圍。 實(shí)驗(yàn)14 分鐘左右，控制器顯示電流過載，空氣開關(guān)自動(dòng)斷開，真空上料機(jī)停止工作。 將真空倉拆卸，發(fā)現(xiàn)煙粉已將真空倉堵滿。 真空倉使用前后狀態(tài)對比見圖2。

圖2 直空倉內(nèi)部結(jié)構(gòu)對比

2） 問題分析

真空上料機(jī)的工作原理為呼吸式進(jìn)出料的方式，物料吸附至過濾袋外壁，經(jīng)氣體噴吹后脫離過濾袋，經(jīng)出料閥排出。 產(chǎn)生電流過載的原因是過濾袋吸附煙粉，但噴吹氣壓較小，吸附的煙粉無法脫離，導(dǎo)致越積越多，最終堵塞，造成設(shè)備停機(jī)。

3） 結(jié)構(gòu)優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)

將儲氣罐容積增大至1.5L，同時(shí)，將原有的單路噴吹改為分路噴吹的模式。 將真空倉清理并組裝完成后，重新進(jìn)行試驗(yàn)。 設(shè)備運(yùn)行過程中物料輸送均勻，風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，可見大容積儲氣罐以及分路噴吹作用顯著，解決了輸送環(huán)節(jié)堵料的問題。

（3） 混合機(jī)

混合機(jī)主要由混合倉和攪拌器組成，結(jié)構(gòu)如圖3 所示，攪拌器在混合倉內(nèi)公轉(zhuǎn)的同時(shí)，兩根螺旋攪拌器也在進(jìn)行提升自轉(zhuǎn)，在加熱卷煙薄片制備階段，主要實(shí)現(xiàn)將不同品種的煙屑、煙粉混合以及物料緩存的目的。 物料混合一段時(shí)間，可以從抽樣口進(jìn)行樣品檢驗(yàn)，合格后方可出料至下一環(huán)節(jié)。

圖3 混合機(jī)

1） 實(shí)驗(yàn)過程

開啟混合機(jī)攪拌電機(jī)后，將煙屑、煙粉持續(xù)輸入至混合機(jī)內(nèi)進(jìn)行混合，期間攪拌器不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)。 30 分鐘后進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)結(jié)果合格。 卸料閥開啟后，出料口無明顯物料輸出，且觀察3 分鐘～5 分鐘后仍無出料跡象。

2） 問題分析

煙草屬于含糖、油量較多的物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)過程中煙屑、煙粉持續(xù)不斷地進(jìn)入混合機(jī)并混合一段時(shí)間。 由于攪拌器底部無法觸及到混合機(jī)出料口位置，因此出料口位置的物料是不流動(dòng)的，在實(shí)驗(yàn)過程中將會被填充、堆積、壓實(shí)，最終造成出料口堵塞。

3） 結(jié)構(gòu)優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)將底部出料口一側(cè)增加橫向螺旋攪拌器，見圖4，防止物料在混合機(jī)出料口堆積、壓實(shí)。使用氣動(dòng)裝置以及壓縮空氣將混合機(jī)內(nèi)部清理干凈，重新進(jìn)行試驗(yàn)。 重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，30 分鐘后打開啟卸料閥后，出料口立即有物料流出，且出料速度相對平穩(wěn)。

圖4 增設(shè)橫向螺旋攪拌器結(jié)構(gòu)圖

4） 問題分析

增加橫向攪拌器后，物料可順利輸出，但總出料量不足，雖解決了出料口物料堆積的問題，出料率僅為81.2%，存在原料損失嚴(yán)重的問題。 結(jié)合強(qiáng)力破碎機(jī)的經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)際狀況，得出本次出料量不足的原因同樣是物料粘結(jié)在設(shè)備內(nèi)壁引起的，而縱向螺旋攪拌器槳葉與設(shè)備內(nèi)壁之間的距離約為50mm，無法觸及粘結(jié)在內(nèi)壁的煙屑、煙粉。

5） 結(jié)構(gòu)優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)

在不改變混合機(jī)錐體結(jié)構(gòu)的前提下解決煙屑、煙粉粘壁的問題，需要在縱向螺旋攪拌器的槳葉邊緣增加刮壁結(jié)構(gòu)。 考慮到設(shè)備運(yùn)行環(huán)境存在粉塵，增加金屬刮壁結(jié)構(gòu)會存在安全隱患，因此此處增設(shè)有機(jī)玻璃板作為刮壁材質(zhì)，見圖5。 結(jié)構(gòu)二次優(yōu)化后，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)備出料平穩(wěn)，出料結(jié)束后，計(jì)算設(shè)備出料率在97.8%以上，解決了原材料損失、出粉率不足的問題。

圖5 增設(shè)內(nèi)部刮壁結(jié)構(gòu)圖

（4） 精磨機(jī)

精磨機(jī)主要由精磨倉、分級倉、除塵器、旋風(fēng)分離器等組成，結(jié)構(gòu)如圖6 所示。 煙屑經(jīng)精磨倉精磨后，在合理控制精磨電機(jī)、分級電機(jī)的頻率參數(shù)組合的情況下，使煙粉受到的吸力大于煙粉在分級倉的離心力，從而脫離分級倉到達(dá)混合機(jī)，精磨過程中產(chǎn)生的灰塵會被吸收到除塵器內(nèi)。 精磨機(jī)在制粉緩存段主要起到將煙屑磨成100 目～200 目粉末的作用，為后續(xù)稠漿制備做好原料供應(yīng)。

圖6 精磨機(jī)

1） 實(shí)驗(yàn)過程

精磨機(jī)開啟后，煙屑由螺旋輸送器持續(xù)喂料，2 分鐘后出料口持續(xù)出料，且出料量基本保持恒定，精磨倉、分級倉、除塵器等運(yùn)轉(zhuǎn)正常，同時(shí)，進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，檢測煙粉目數(shù)在合理范圍內(nèi)。 實(shí)驗(yàn)15 分鐘左右，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)溫度、噪音在正常范圍內(nèi)，無明顯異常。 實(shí)驗(yàn)30 分鐘，精磨機(jī)工作結(jié)束，出料口不再有物料輸出，總出料率約為97.3%

2） 問題分析

出料口兩分鐘后出料，是由于物料精磨以及分級需要一段時(shí)間，屬于正常合理現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)結(jié)束總出料率也在合理范圍之內(nèi)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中未見明顯異常，整體效果能夠滿足制粉需求。

3 結(jié)論

1） 強(qiáng)力破碎機(jī)更換大孔徑篩網(wǎng)并增大進(jìn)料口斜度后，可明顯改善設(shè)備堵料、出料量不足的問題，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，設(shè)備出料速度為200kg/h，出料率為98.5%；

2） 真空上料機(jī)增大儲氣罐容積至1.5L 并設(shè)置分路噴吹，設(shè)備輸送物料能力大幅提升；

3） 混合機(jī)出料口增加螺旋攪拌器并增加刮壁結(jié)構(gòu)，混合效果顯著增強(qiáng)，設(shè)備出料率為97.8%；

4） 精磨機(jī)使用效果良好，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)過程中探索精磨電機(jī)與分級輪電機(jī)的最優(yōu)參數(shù)組合；

5） 相關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，可明顯解決制粉緩存段存在的問題，解決了目前加熱卷煙三大主流生產(chǎn)方式的難題，加快了加熱卷煙的發(fā)展進(jìn)度，為相關(guān)設(shè)備優(yōu)化提供改進(jìn)思路。