探析提高成品膨脹煙絲填充值技術方式

摘要：本文主要探究如何進一步提高成品膨脹煙絲填充值技術，通過分析其水平確認、分析存在技術問題的潛在原因、顯著因子的分析、改進與控制，得出如下結果：切絲前水分參數值為23.5%，每鍋煙絲浸漬量為165kg，熱端工藝氣溫度為340℃，熱端蒸汽流量為300kg/h，熱端煙絲瞬時量為550kg/h，旨在提高煙草企業效益，以供參考。

關鍵詞：成品膨脹煙絲；填充值技術；技術分析

DOI：10.12433/zgkjtz.20240403

膨脹煙絲工藝作為現代卷煙工業的一種重要的煙絲處理技術，因其滿足了現代卷煙對提高煙絲內在品質、降低成本、提高安全性的要求而被廣泛采用。其中的二氧化碳法是以二氧化碳液體作為介質的膨脹煙絲方法，可以降低卷煙焦油量，提高卷煙的吸用安全性，減少卷煙中的煙絲耗用量。

一、提高成品膨脹煙絲填充值

單箱耗煙葉是衡量卷煙企業生產經營水平的一項重要的技術經濟指標，目前成品膨脹絲的填充值偏低，會在一定程度上增加單箱煙葉消耗，不符合降低成本、降低消耗的發展趨勢。因此，提高膨脹煙絲填充值，顯得尤為重要。

（一）Y的定義

Y為成品膨脹絲填充值，單位為cm3/g，表示單位量的膨脹絲在一定壓力下，經過一定時間后所保持的體積。成品膨脹絲填充值與成品膨脹絲含水率密切相關，為負相關關系，為了更好地分析技術，要將所測填充值換算為標準含水率（12%）下的填充值，以排除含水率對填充值的影響。

Y=Y1+系數×（X1－12%）+常量

其中，Y—換算為標準含水率的填充值；

Y1—實測填充值；

X1—實測含水率。

標準水分下填充值=實測填充值+0.992×（實測水分－12）+0.0036

（二）Y的測量計劃

在實際測量的過程中，測量方法為：隨機抽取10袋樣品，讓兩名檢驗員分別在每袋樣品中測量三個數據。用MINITAB軟件對數據進行分析，得出填充值檢測儀測量系統的研究變異百分比為7.95%，小于10%，可區分的類別數為17，表明填充值檢測儀測量系統有效。

二、分析中存在技術問題的潛在原因

（一）尋找潛在原因（FMEA）

膨脹煙絲生產關鍵流程為：

在切絲的過程輸入中，存在的潛在失效因素包括：第一，切絲前水分偏大或偏小，潛在失效后果為煙絲浸漬效果不佳，嚴重度為8，原因為切絲前水分設置不合理，頻度為6。針對這一問題，可以選擇的現行過程控制為人工檢測，探測度為3，RPN144，建議修改參數。第二，切絲寬度偏大或偏小，潛在失效后果為二氧化碳膨脹效果不佳，嚴重度為4，原因為切絲寬度設置不合理，頻度為2。針對這一問題，可以選擇的現行過程控制方式為人工檢測，探測度為3，RPN24，建議修改參數。

在浸漬過程中，存在的潛在的失效模式包括以下內容：第一，每鍋煙絲量過多或過少，潛在失效后果為煙絲浸漬效果不佳，嚴重度為5，原因為每鍋煙絲浸漬量設置不合理，頻度為4。針對這一問題，可以選擇的現行過程控制為自動檢測，探測度為4，RPN80，建議調整參數。第二，浸漬時間過長或過短，潛在失效后果為煙絲浸漬效果不佳，嚴重度為3，原因為每鍋煙絲浸漬量設置不合理，頻度為3。針對這一問題，可以選擇的現行過程控制為自動檢測，探測度為2，RPN18，建議修改程序。第三，二氧化碳純凈度較低，潛在失效后果為煙絲浸漬效果不佳，嚴重度為6，原因為工藝罐內不干凈，頻度為6。針對這一問題，可以選擇的現行過程控制為人工檢測，探測度為7，RPN252，建議清洗工藝罐。

在煙絲升華的過程輸入中，其存在的潛在的失效模式包括以下內容：第一，工藝氣溫度過高或過低，潛在失效后果為煙絲膨脹效果不佳，嚴重度為8，原因為熱端工藝氣溫度設置不合理，頻度為7。針對這一問題，可以選擇的現行過程控制為自動檢測，探測度為4，RPN224，建議調整參數。第二，蒸汽流量過高或過低，潛在失效后果為煙絲膨脹效果不佳，嚴重度為6，原因為熱端蒸汽流量設置不合理，頻度為5。針對這一問題，可以選擇的現行過程控制為自動檢測，探測度為4，RPN120，建議調整參數。第三，煙絲瞬時量過大或過小，潛在失效后果為煙絲膨脹效果不佳，嚴重度為6，原因為熱端煙絲瞬時量設置不合理，頻度為4。針對這一問題，可以選擇的現行過程控制為自動檢測，探測度為4，RPN96，建議調整參數。第四，爐溫過高或過低，其潛在失效后果為煙絲膨脹效果不佳，嚴重度為3，原因為爐溫設置不合理，頻度為2。針對這一問題，可以選擇的現行過程控制為自動檢測，探測度為2，RPN12，建議調整參數。第五，現場環境溫濕度過大或過小，潛在失效后果為填充值降低，嚴重度為5，原因為熱端現場環境溫濕度設置不合理，頻度為6。針對這一問題，可以選擇的現行過程控制為人工檢測，探測度為2，RPN60，建議調整參數。第六，冷卻系統效果不佳，潛在失效后果為填充值降低，嚴重度為7，原因為冷卻系統存在缺陷，頻度為6。針對這一問題，可以選擇的現行過程控制為人工檢測，探測度為3，RPN126，建議增加或增大送風口。

在煙絲再回潮的過程輸入中，其存在的潛在的失效模式包括再回潮出口水分偏大，潛在失效后果為填充值偏小，嚴重度為8，原因為再回潮出口水分設置不合理，頻度為8。針對這一問題，可以選擇的現行過程控制為人工檢測，探測度為3，RPN192，建議調整參數。在儲絲的過程輸入中，潛在的失效模式包括儲絲房環境溫濕度過大或過小，后果為填充值降低，嚴重度為6，原因為儲絲房環境溫濕度設置不合理，頻度為6。針對這一問題，可以選擇的現行過程控制為人工檢測，探測度為2，RPN72，建議調整參數。

將RPN在70分以上的，定為影響填充值的潛在關鍵原因。

（二）快速改進

根據上面的分析，對影響填充值的三項潛在關鍵原因需要做出快速改進，具體方式為，針對工藝罐內不干凈這一問題，將工藝罐內的原有二氧化碳排空，安排人員進入罐體內部清理，然后注入純凈度高的二氧化碳。預防性措施為制定《生產制造處（膨絲）工藝罐清理管理規定》，文件中明確規定了工藝罐清理周期、清理方案以及定期對工藝罐監測的相關要求。針對冷卻系統存在的缺陷，需要在傳送帶的罩殼上增加送風口，將送風口增大，加大除塵吸風管道的開度。針對再回潮出口水分設置不合理的問題，需要調整煙絲再回潮出口水分標準值，從冬季的13.3%和夏季的12.8%同時改為12.6%。通過以上快速改進成品膨脹絲填充值從5.98cm3/g上升至6.20cm3/g，效果明顯。

三、顯著因子的分析

（一）顯著因子測量系統分析

第一，切絲前水分是由在線水分儀測量的，用雙樣本t來檢驗，因為P值=0.832＞0.05，接受原假設，所以在線水分儀與烘箱不存在差異，在線水分儀可用。

第二，進入浸漬器內的煙絲量由皮帶秤控制，在線皮帶秤測量系統的研究變異百分比為9.69%，＜10%，可區分的類別數為14，所以在線電子皮帶秤測量系統有效。

第三，熱端工藝氣溫度、蒸汽流量能在現場變頻器上直接操控進行調整，因此數據準確。

第四，熱端煙絲瞬時量由在線電子皮帶秤測量，在線皮帶秤測量系統的研究變異百分比為4.86%，＜10%，可區分的類別數為28，所以在線電子皮帶秤測量系統有效。

第五，儲絲房的環境溫濕度由動力中心控制，用校準過的電子溫濕度計驗證在線溫濕度儀的精準度，收集數據，用雙樣本t來檢驗是否存在差異。因為P值＞0.05，接受原假設，所以在線溫濕度儀與電子溫濕度儀不存在差異，在線溫濕度儀可用。

（二）顯著因子分析

第一，切絲前煙葉水分通過增溫增濕工序控制，利用滾筒均勻給煙葉加水。適當的加水加溫可以增加煙葉韌性，減少破碎。因為切絲前水分過大易導致吸風管道堵料，水分過小會增加造碎，所以設定兩個測試水平為20%和24%。將切絲前水分在兩種水平（20%和24%）下試驗，進行雙樣本t檢驗分析。原假設H0：切絲前水分為20%時的填充值均值=切絲前水分為24%時的填充值均值，拒絕假設：兩者不等。P值小于0.05，拒絕原假設，因此切絲前水分是影響填充值的顯著因素。

第二，煙絲進入浸漬器的重量是由皮帶秤控制，可在控制操作面板中設定每鍋需要浸漬的煙絲重量。注入浸漬器內的二氧化碳液體必須漫過煙絲表面，考慮設備性能以及浸漬效果，設定兩個測試水平為165kg和185kg。將每鍋煙絲浸漬量在兩種水平（165kg和185kg）下對應成品填充值試驗，進行雙樣本t檢驗分析，P值小于0.05，拒絕原假設，因此每鍋煙絲浸漬量是影響填充值的顯著因素。

第三，熱端工藝氣溫度、熱端蒸汽流量原因分析。熱端工藝氣溫度，蒸汽流量通過控制操作面板設定，由系統內程序根據PID控制運算調節閥門達到所需要求。工藝氣溫度設置不合理會導致火花報警等設備問題，考慮設備性能，設定兩個測試水平為300℃和320℃。目前，現場蒸汽流量設定值為300kg/h，因為蒸汽流量過低會增加火花報警次數，所以設定兩個測試水平為300kg/h和350kg/h。將工藝在氣溫300℃和320℃下、蒸汽流量300kg/h和350kg/h下進行雙因子方差分析，工藝氣溫和蒸汽流量對應的P值都小于0.05，所以熱端工藝氣溫度和熱端蒸汽流量是影響填充值的顯著因素。

第四，熱端煙絲瞬時量原因分析。熱端升華后裝有一臺電子皮帶秤，用以監控進入再回潮滾筒的煙絲流量。流量過大易造成堵料，所以設定兩個測試水平為500kg/h和600kg/h。將熱端煙絲瞬時量在兩種水平（500kg/h和600kg/h）下試驗，進行雙樣本t檢驗分析。P值小于0.05，拒絕原假設，因此熱端煙絲瞬時量是影響填充值的顯著因素。

第五，儲絲房環境溫濕度原因分析。儲絲房環境溫濕度監控通過環境溫濕度監測儀測量得出，由動力部門調節功能間空調達到所需要求。因為溫濕度過低或過高都會影響產品質量，所以設定溫度的兩個測試水平為25℃和28℃，濕度的兩個測試水平為60%和65%。將儲絲房在溫度25℃和28℃、濕度60%和65%下進行雙因子方差分析。P值都大于0.05，因此儲絲房環境溫濕度是影響填充值的非顯著因素。

四、改進與控制

通過分析，找出影響成品膨脹絲填充值的5個顯著因素，其中切絲前水分和煙絲浸漬量都是影響煙絲浸漬效果的重要參數，所以將二者做組合試驗；熱端工藝氣溫度、熱端蒸汽流量和熱端煙絲瞬時量都是影響干冰煙絲膨脹效果的重要參數，所以將三項合并做組合試驗，提出以下改進方案：

第一，切絲前水分和每鍋煙絲浸漬量的設定，會影響煙絲細胞中二氧化碳的浸入程度，決定了煙絲浸漬的效果，所以將兩者做一個DOE試驗設計。試驗結果顯示，切絲前水分越大，每鍋煙絲浸漬量越小，成品填充值越大。由于煙絲水分過大，會導致吸風管道堵料，造成設備停機，所以切絲前水分最高設為24%，不再做其他數據試驗。由于浸漬設備的浸漬量最低限值為165kg，也不需做其他數據試驗。重新設置切絲前水分為24%，每鍋煙絲浸漬量為165kg，跟蹤統計5批成品質量數據，成品填充值均值為6.37cm3/g，但在跟蹤過程中發現，由于切絲水分過大，5批中有3批在生產過程中出現吸風管道堵料現象，造成中途停機檢修。同時，水分增大導致后工序的結團煙絲增多，影響生產。綜合考慮，將切絲前水分下調0.5%，設定為23.5%，對5批成品填充值跟蹤統計均值為6.35cm3/g。從統計數據看出，水分下調0.5%，對填充值影響較小，設備運行正常，因此切絲前水分改為23.5%。

第二，熱端工藝氣溫度、熱端蒸汽流量、熱端煙絲瞬時量是熱端工序重要設備參數。三者同時作用于升華器內，對干冰煙絲的膨脹效果具有重要影響。因此，將這三個因子做一個DOE試驗設計。通過試驗利用MINITAB中的等值線圖/曲面圖分析結果，并利用響應優化器獲得參數的最優解，通過響應優化，工藝氣溫度340℃，蒸汽流量232kg/h，煙絲瞬時量549kg/h時，成品填充值達到平均最大值6.81cm3/g。因為煙絲瞬時量的控制設備精準度只能到十位，所以設定值改為550kg/h。重新設置工藝氣溫度340℃，蒸汽流量232kg/h，煙絲瞬時量550kg/h，跟蹤統計5批成品質量數據填充值均值6.79 cm3/g，改進效果達到預期，但在跟蹤過程中發現，蒸汽流量的降低和工藝氣溫度的提高增加了膨脹過程中煙絲的造碎量，成品膨脹絲的煙絲結構受影響，整絲率均值由74.13%下降至71.87%，根據上述情況，方案一：蒸汽流量設定值250kg/h；方案二：蒸汽流量設定值300kg/h。分別對兩種方案各開展了5批試驗，根據統計數據分析，蒸汽流量在300kg/h時，填充值影響較小，整絲率提高了約1%，綜合考慮，確定蒸汽流量為300kg/h。

通過試驗設計，較優參數如表1所示：

對20批成品填充值數據進行統計，通過改進后，成品膨脹絲填充值從改進前的6.0cm3/g，提高到6.65cm3/g，實現了預期目標。

五、結語

綜上所述，該技術提高了成品膨脹煙絲填充值，提升了企業效益，不過，仍需要繼續完善，維持并固化改善成果，綜合運用一整套質量管理思想、體系、手段和方法，高度重視數據，以數據構建管理方法，使管理成為真正意義上的數學科學，從而在統計分析中發現生產流程中的缺陷，降低工作中的不確定性。

參考文獻：

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[2]劉棟，陳越立，李華杰，等.取樣量、取樣次數對煙絲混合均勻性檢測的影響[J].鄭州輕工業學院學報（自然科學版），2013，28（01）：45-49.

作者簡介：劉棟（1987），男，回族，河南省開封市人，大學本科，助理工程師，主要研究方向為煙草工藝過程。