肖錦哲，張騰健，楊全忠，王芳，陳良元，徐大勇，盧敏瑞

1 福建武夷煙葉有限公司，福建省南平市邵武市紫金大道1號 354000；2 中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號 450001

關鍵字：煙葉；滾筒;篩分；打葉；煙葉尺寸；形態(tài)特征

細支卷煙作為中式卷煙的重要組成部分，近年來得到了快速增長，由于制造規(guī)格不同于常規(guī)卷煙，細支卷煙的卷制質(zhì)量及其穩(wěn)定性一直是行業(yè)普遍關心的問題[1-2]。影響細支卷煙物理指標及煙氣指標穩(wěn)定性的關鍵因素之一是卷制過程中煙絲結構，有研究表明打葉復烤過程中葉梗分離后片煙結構是影響煙絲結構的根本原因[3-6]。目前打葉復烤企業(yè)主要通過改變打葉機組框欄、定刀間距、動刀間距、打輥轉速和分選頻率來改善葉梗分離后煙葉片形結構，但效果不理想，造碎明顯[7-8]。因此，本文設計并實現(xiàn)了打葉復烤環(huán)節(jié)的篩分復打工藝，可有效改善葉梗分離后片形結構，該工藝流程簡潔、篩分處理高效、可操作性強、實用性高，為提高卷煙卷制效率提供有效途徑。

1 工藝設計

1.1 工藝方案確定

打葉復烤過程中大于40 mm×40 mm以上的煙葉主要集中在一級打葉風分，傳統(tǒng)直線式振篩對該規(guī)格的煙葉篩分效果不理想，同時現(xiàn)有打葉技術很成熟，能滿足40 mm×40 mm煙葉的處理。為此，本文以一級打葉風分后煙葉為研究對象，在葉梗分離后增設滾筒式煙葉篩分復打工藝，以期提高大于40 mm×40 mm以上的煙葉篩分效果，改善片形結構。

1.2 工藝流程設計

如圖1所示，煙葉經(jīng)打葉復烤預處理工序，達到梗葉分離的條件，進入一級打葉風分設備進行初次梗葉分離。分離得到的煙葉經(jīng)過收集皮帶返轉，送入滾筒式煙葉篩分設備，通過調(diào)整滾筒轉速、篩分網(wǎng)孔大小及其分布等參數(shù)，分選出40 mm×40 mm以上煙葉。將分選出煙葉送入打葉器復打，處理得到的煙葉進入碎片振動篩分機，分離3 mm×3 mm以下碎片，復打處理得到的片煙與篩分處理得到40 mm×40 mm以下煙葉混合，均勻回摻入片煙收集皮帶進入下一工序，滿足卷煙 “降大片，提中片”的煙葉控制要求，達到梗葉分離后片形結構改善的目的。

1.3 篩分設備結構

篩分復打工藝分布于一級打葉至打葉收集皮帶間，主要由輸送皮帶、滾筒式煙葉篩分設備、打葉機以及振動篩分機構成。其中，滾筒式煙葉篩分設備由外部框架、圓柱形篩網(wǎng)和滾筒驅(qū)動等構成（圖2）。

滾筒式煙葉篩分設備主要由具有一定傾斜角度可旋轉的圓筒形分段式篩網(wǎng)組成，可分離一定規(guī)格尺寸煙葉，便于進行二次處理。篩網(wǎng)內(nèi)設多個倒流裝置，可將物料提至一定高度并引導其走向，減少煙葉掛料、網(wǎng)孔堵塞。圓柱形篩網(wǎng)裝置鋼條可拆卸，滿足葉梗分離后不同尺寸煙葉的篩分要求。

滾筒式煙葉篩網(wǎng)網(wǎng)孔分布共兩段，可有效提高片煙篩分效率，減少煙葉掛料。其中第一段篩網(wǎng)網(wǎng)面為40 mm×20 mm的長方形網(wǎng)孔，占篩分面積的2/3，隨著較大煙葉被篩分，煙葉量減少明顯；后段篩網(wǎng)網(wǎng)面為20 mm×20 mm的方形網(wǎng)孔，其占篩分面積的1/3。出口落料處設有80 mm×120 mm網(wǎng)孔網(wǎng)面，使出口落料均勻。同時篩分網(wǎng)面與水平地面呈10°夾角，滾筒篩旋轉速度可調(diào)，保障煙葉的篩分效果。

圖2 滾筒式煙葉篩分設備側面圖Fig.2 Side view of drum type leaf screening equipment

如圖3、圖4所示，滾筒式煙葉篩分設備倒流裝置由一定角度的直立小型鋼板構成，每組4個，交錯排開；導流板與滾筒旋轉方向成30°夾角，引導物料走向，在一定轉速下使物料轉至“十一點鐘”位置，保障葉梗分離后片煙的篩分效果。

2 材料與方法

2.1 材料與設備

福建南平地區(qū)，2016年產(chǎn)云煙87初烤煙葉，等級C3F。滾筒式煙葉篩分設備，復打設備，CA813型片煙大小及分布測定系統(tǒng)（昆明船舶設備集團有限公司、鄭州煙草研究院）。

圖3 滾筒式煙葉篩分設備后視圖Fig.3 Rear view of drum type leaf sieving equipment

圖4 滾筒式煙葉篩分設備正視圖Fig.4 Front view of drum type blade screening device

2.2 方法

2.2.1 參數(shù)優(yōu)化試驗方法

按照表1進行正交試驗L18(2×32)三因素多水平參數(shù)優(yōu)化，根據(jù)《煙葉 片煙大小及其分布的測定葉面積法》觀測篩分復打工藝后打葉匯總線片煙面積分布變化[9-11]。每次實驗投料量為500擔（25000 kg）。正交試驗中框欄形狀因素A分別選取開孔面積為2025 mm2的菱形和六邊形；滾筒轉速因素B分別設置8 r/min、12 r/min、16 r/min；打輥轉速因素C分別設置為600 r/min、650 r/min、700 r/min。

表1 參數(shù)優(yōu)化正交試驗設計表Tab.1 Parameter optimization of orthogonal experimental design

2.2.2 參數(shù)優(yōu)化試驗檢測方法

每組試驗待機器穩(wěn)定運行30 min后取樣，取樣間隔10 min，檢測樣品片煙大小及其面積分布，每組試驗連續(xù)檢測5次，每次3個樣品。

2.2.3 驗證試驗方法

對比篩分復打工藝各關鍵位置，分析有無篩分復打工藝對煙葉尺寸分布和煙葉形態(tài)特征的變化。

片煙形態(tài)特征包括：矩形度、圓形度、細長度。

矩形度：矩形度G等于片煙面積S除于最小外接矩形面積S0，用來表征一片煙葉接近矩形的程度，取值范圍（0～1）越接近1越接近矩形,具體公式為G=S÷S0。

圓形度：圓形度β等于4π乘于煙葉面積S除于煙葉周長L，用來表征一片煙葉接近圓形的程度，取值范圍（0～1）越接近1越接近圓形，具體公式為β=4π×S÷L。

細長度：細長度θ等于最小外接矩形寬W除于最小外接矩形長L0，用來表征一片煙葉細長的程度，取值范圍（0～1）越接近1越接近正方形，具體公式為θ=W÷L0。

3 結果與分析

3.1 處理后煙葉面積分布

由表2用葉面積法測算分析可以看出，篩分復打工藝處理后煙葉面積主要分布在2000 mm2以下，其中1000 mm2～500 mm2區(qū)間煙葉為分布占比最高；框欄形狀A、滾筒轉速B、打輥轉速C三個因素變化對葉片結構分布都有一定的影響。

表2 正交試驗結果分析表Tab.2 Analysis results of orthogonal test

3.2 正交試驗極差分析

羅登山等[12]研究表明打葉煙葉尺寸的最佳范圍應為10 mm2～35 mm2，原因是煙葉尺寸＜10 mm2時，煙絲填充能力急劇下降，而煙葉尺寸＞35 mm2時，填充能力增加不明顯，且還會影響卷煙機的效率。打葉煙葉尺寸10 mm2～35 mm2比例的提高，有利于細支卷煙煙絲特征尺寸的增加，卷制效率的提高。

由表3可以看出，篩分復打工藝后最佳煙葉尺寸分布占比為59%～68%。表4正交試驗極差分析可知，因素A（A1，A2）框欄形狀進行的兩組試驗中B、C各水平都只出現(xiàn)了一次，且由于B、C間無交互作用，B、C因素各水平的不同組合對試驗指標無影響，因此，A1、A2兩組試驗的條件是完全一樣的。最佳尺寸分布占比越大越好，在框欄形狀條件下Ak2＞Ak1，所以A2為因素A的優(yōu)水平。同理可知，B2為滾筒轉速的優(yōu)水平、C2為打輥轉速的優(yōu)水平。即六邊形框欄、12 r/min的滾筒轉速、650r/min的打輥轉速是改善煙葉最佳煙葉尺寸分布占比的最優(yōu)參數(shù)。

正交試驗各組間最佳煙葉尺寸分布占比的極差值為滾筒轉速B＞打輥轉速C＞六邊形框欄A，由此可知滾筒轉速變化量為4 r/min時對最佳煙葉尺寸分布變化影響最大，而改變框欄形狀和打輥轉速變化量為50 r/min時對最佳煙葉尺寸分布變化影響相對較小。

表3 最佳煙葉尺寸結果分析表Tab.3 Optimum blade size analysis table

表4 正交試驗極差分析結果表Tab.4 Range analysis result of orthogonal test

3.3 不同煙葉尺寸分布

由表5可知，滾筒式煙葉篩分設備對原料分離效果明顯，篩分機大片出口c、篩分機小片出口b與篩分機進口a的最佳煙葉尺寸占比變化明顯；篩分機大片出口c的煙葉經(jīng)過再次打葉處理各最佳煙葉尺寸區(qū)間占比增加明顯，其中1225 mm2～100 mm 2區(qū)間尺寸占比煙葉由處理前的30%增加至處理后的72%；經(jīng)過篩分復打工藝處理后各最佳煙葉尺寸區(qū)間占比增加明顯，其中1225 mm2～100 mm2區(qū)間尺寸占比煙葉由處理前的40%增加至處理后的68%。篩分復打工藝處理后煙葉片形結構的優(yōu)化，有利于改善制絲環(huán)節(jié)中煙絲長度，增加細支卷煙特征尺寸為1.6 mm至1.8 mm的煙絲比例，提高提細支卷煙煙絲的物理指標和煙氣指標穩(wěn)定性。

表5 驗證試驗最佳煙葉尺寸結果分析表Tab.5 Verification test optimum blade size result analysis table

3.4 煙葉形態(tài)特征

由表6、圖5可知，一級打葉風分后煙葉經(jīng)過滾筒式煙葉篩分設備處理，篩分機小片出口b的煙葉矩形度、圓形度以及細長度都明顯大于篩分機大片出口c的煙葉，表明小于40mm×40mm煙葉相對于大于40mm×40mm煙葉形態(tài)特征更加趨向于方正、規(guī)則，而大于40mm×40mm煙葉更加趨于不規(guī)則、長條狀；篩分出的大于40mm×40mm煙葉經(jīng)過再次復打風分后煙葉形態(tài)特征更加趨向于規(guī)則、方正；經(jīng)過篩分復打工藝處理后煙葉形態(tài)改善明顯，煙葉形狀趨于規(guī)則、方正，長條煙葉減少，有利于煙絲結構優(yōu)化，提高細支卷煙的總體穩(wěn)定性。

表6 驗證試驗片煙形態(tài)特征分析結果表Tab.6 Test strip shape analysis results

圖5 驗證試驗片煙形態(tài)特征對比分析圖Fig.5 Test strips feature contrast analysis diagram

4 討論

細支卷煙作為卷煙市場中新崛起的一個細分品類，眾多卷煙工業(yè)企業(yè)已將其列為新一輪品牌擴張過程中的焦點產(chǎn)品。由于制造規(guī)格不同于常規(guī)卷煙，當煙葉尺寸過大時煙絲填充能力的增加不明顯，煙絲過長時反而會降低卷煙機的工作效率，常規(guī)卷煙和細支卷煙煙絲的填充能力、卷制質(zhì)量、煙氣香味和總體穩(wěn)定性都會受到影響[13]。在制絲環(huán)節(jié)中煙絲長度越小，細支卷煙總體穩(wěn)定性有增加的趨勢，提高最佳煙葉尺寸區(qū)間占比，改善片煙形態(tài)特征，有利于增加細支卷煙特征尺寸為1.6 mm至1.8 mm的煙絲比例，提高煙絲物理指標和煙氣指標的穩(wěn)定性。如何通過有效途徑改善葉梗分離后煙葉的片形結構，優(yōu)化工業(yè)環(huán)節(jié)的煙絲結構，提高細支卷煙的卷制質(zhì)量和煙氣穩(wěn)定性至關重要。

通過篩分復打工藝應用，優(yōu)化過程關鍵參數(shù)，實現(xiàn)一級打葉風分后煙葉再處理，增加葉梗分離后煙葉的最佳尺寸1225 mm2～100 mm2的分布占比，改善煙葉形態(tài)特征，實現(xiàn)煙絲結構優(yōu)化。該工藝流程簡潔，篩分處理高效，可操作性強，實用性高，現(xiàn)場操作方便。本文分析了篩分復打工藝處理前后煙葉不同尺寸區(qū)間的分布情況及形態(tài)特征的變化。對于煙葉尺寸分布變化對細支卷煙煙絲結構的影響情況及其關聯(lián)性還需進一步研究。

5 結論

①篩分復打工藝流程簡潔，煙葉篩分處理高效，可操作性強，實用性高。②正交試驗結果顯示，六邊形框欄、12 r/min滾筒轉速、650 r/min打輥轉速為篩分復打工藝的最優(yōu)參數(shù)；滾筒轉速變化量為4 r/min時對最佳煙葉尺寸分布變化影響最大；當框欄形狀改變，打輥轉速變化量為50 r/min時對最佳煙葉尺寸分布變化影響相對較小。③篩分復打工藝的設計與應用可增加最佳煙葉尺寸區(qū)間占比，改善煙葉形態(tài)，促進細支卷煙特征尺寸的煙絲比例增加，提升工業(yè)環(huán)節(jié)的卷制效率，提高煙絲物理指標和煙氣指標的穩(wěn)定性。