楊 露，田德興，劉 兵，普云偉，馬加平

（紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司會澤卷煙廠，云南曲靖 654200）

成品煙絲中的梗簽容易造成卷接過程中煙支刺破，或者抽吸時燃燒錐掉落以及“開花煙”等缺陷，不僅影響了煙支的燃燒性和理化指標(biāo)的穩(wěn)定性，而且對整個煙支的抽吸質(zhì)量也有較大的影響。會澤卷煙廠制絲車間月度消耗測試統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，各牌號的梗簽剔除量約為35kg/批，2019年和2020年會澤卷煙廠制絲線投料量分別為1606批和1576批次（100個標(biāo)箱為1個批次）。同時，對經(jīng)過VAS硫化床后的梗簽剔除廢料進(jìn)行多次隨機取樣檢測，發(fā)現(xiàn)該部分梗簽中含絲率超過8%，按剔除量35kg/批計算，每年梗簽剔除廢料中的煙絲量至少為4454kg。大量的煙絲浪費不利于煙草企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與市場競爭力的進(jìn)一步提升，也不符合精細(xì)化加工的企業(yè)經(jīng)營與管理理念。因此，通過開發(fā)基于“葉絲冷卻過程在線分選回收裝置”，提高葉絲冷卻工序的梗簽剔除率，將盡可能多的梗簽在制絲環(huán)節(jié)剔除，大大減輕后續(xù)卷制環(huán)節(jié)的梗簽剔除壓力，最大程度降低因梗簽導(dǎo)致的煙支刺破、燃燒錐掉落和“開花煙”等缺陷的發(fā)生，對提升企業(yè)卷煙精細(xì)化加工水平和品牌競爭力都具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實意義。

1 卷煙制造過程中梗簽分布與分離難點

1.1 梗簽分布規(guī)律的確定

卷煙制造以流化床煙絲出口、流化床梗簽剔除出口、混絲加香機出口和卷煙機等4個工序為主。通過系統(tǒng)的跟蹤采樣，能夠得到檢測樣品中的梗簽含量及梗簽中煙絲含量。同時基于大數(shù)據(jù)統(tǒng)計的方法，可以得到梗簽含量在各工序的分布變化規(guī)律，以便為葉絲冷卻過程在線分選回收裝置的優(yōu)化分析與設(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐。

1.2 梗簽形態(tài)與分離難點

基于會澤卷煙廠制絲線的工藝設(shè)備配置，對VAS流化床式除雜系統(tǒng)的剔除廢料進(jìn)行形態(tài)研究。結(jié)合以往的生產(chǎn)與統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可將剔除廢料的形態(tài)分為煙絲的結(jié)團(tuán)絲（團(tuán)絲）、細(xì)小的硬質(zhì)梗?；蚬：炍铩F(tuán)絲尾端連接著梗簽物以及細(xì)長絲纏繞包裹在梗簽物外圍，如圖1所示。

圖1 梗簽剔除物中的煙絲形態(tài)示意圖

同時，為了提高VAS流化床式除雜系統(tǒng)的梗簽剔除率與煙絲回收率，可采用圖2所示的技術(shù)工藝。

圖2 葉絲冷卻過程在線分選回收裝置工藝流程

1.3 梗簽與煙絲形貌特性

卷煙制造過程中梗簽二次分離即是將后端工序中的梗簽與煙絲進(jìn)行深度分離，分離效果受梗簽與煙絲的形狀、尺寸以及表面結(jié)構(gòu)等影響較大。ZJ17型卷煙設(shè)備主要利用風(fēng)選設(shè)備對梗簽與煙絲進(jìn)行分離，由于二者尺寸與形狀差異較為顯著，因而在風(fēng)選工序中受到的流體曳力與浮力也存在明顯差異，合理利用這種差異是提高梗簽與煙絲分離效果的重要依據(jù)。煙絲與梗簽的形貌特征如圖3所示。

圖3 梗簽和煙絲形貌特征

梗簽與煙絲在風(fēng)選設(shè)備中會存在頻繁而復(fù)雜的動量與能量轉(zhuǎn)換，同時也伴隨著多種力的作用。將風(fēng)選設(shè)備視作一種物理場，梗簽與煙絲視作固體顆粒，則風(fēng)選分離設(shè)備中的作用力主要包括物理場對固體顆粒的作用力、物理場對氣體顆粒的作用力以及固體顆粒對氣體顆粒的作用力等。通過計算機與軟件模擬，并參照梗簽與煙絲廢料的形貌特征，可以得到梗簽分離與煙絲回收的難點，以便后續(xù)進(jìn)行針對性的設(shè)計處理。

1.4 當(dāng)前梗簽分離裝置研究與應(yīng)用的不足

近年來，隨著人們生活水平的提高與卷煙市場競爭的加劇，煙草企業(yè)在注重提高卷煙制造過程梗簽分離率與煙絲回收率的同時也更加注重成品煙支的質(zhì)量。在當(dāng)前較為主流的煙草生產(chǎn)工藝中，梗簽分離與煙絲回收主要是利用卷煙設(shè)備附屬的梗簽篩選裝備來完成的，雖然能夠在一定程度上提高梗簽分離率與煙絲回收率，但是總體效果不佳。主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）不同型號的煙支生產(chǎn)需要用到不同類型的卷煙機組設(shè)備，現(xiàn)階段一些煙草企業(yè)所進(jìn)行的梗簽分離研究更多的只是面向部分卷煙機組，適用面較窄，且在實際應(yīng)用過程中存在風(fēng)選通道易堵塞、煙絲完整度不高、梗簽分離帶出煙絲多以及梗簽分離不徹底等問題。

（2）目前許多煙草企業(yè)針對梗簽分離的研究僅停留在理論層面，并未在技術(shù)專利的基礎(chǔ)上進(jìn)行實際驗證，且?guī)缀跛械墓：灧蛛x裝置都是將卷煙生產(chǎn)分離出的梗簽與帶出的煙絲引出產(chǎn)線外，然后經(jīng)再次分選來實現(xiàn)煙絲的二次回收，不僅拉低了總體的梗簽分離與煙絲回收效率，還伴隨著煙絲水分流失與造碎的問題。

（3）當(dāng)前梗簽分離與煙絲回收裝置的研究很多都需要改動一、二級分離裝置或調(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù)，對操作人員的經(jīng)驗水平要求較高，且參數(shù)調(diào)整還會對卷煙機組的整體性能產(chǎn)生未知的干擾。

（4）風(fēng)選是卷煙生產(chǎn)中梗簽分離的主流工藝，但將梗簽與煙絲視作球形顆粒來考慮其在風(fēng)選物理場中的受力會與實際情況存在一定的差異，且風(fēng)選系統(tǒng)內(nèi)各連接處均會產(chǎn)生一定的能量損失與受力干擾。因此出口端煙絲質(zhì)量的保證還需要綜合考慮風(fēng)選場的管道連接。

2 卷煙梗簽分離裝置優(yōu)化設(shè)計

針對上述梗簽分離難點與現(xiàn)狀，為了進(jìn)一步提高卷煙生產(chǎn)過程中梗簽分離率，降低煙絲的耗損，應(yīng)針對性地進(jìn)行多級分選系統(tǒng)與回收、輸運裝置的優(yōu)化設(shè)計。

ZJ17型卷煙機組如圖4所示，其主要功能結(jié)構(gòu)包括VE供絲機、SE煙條成型機以及YJ17濾嘴接裝機等三大部分。針對卷煙制造梗簽分離的優(yōu)化研究，應(yīng)綜合考慮風(fēng)選系統(tǒng)的工作原理、多級分離裝置的工藝流程以及關(guān)鍵功能單元的可靠性保證等方面。

圖4 ZJ17型卷煙機組

2.1 ZJ17型卷煙機組風(fēng)選系統(tǒng)

（1）煙絲與梗簽混合物進(jìn)入ZJ17型卷煙機組供絲機后的運動路徑：吸絲風(fēng)室→預(yù)儲絲室→儲料區(qū)→提絲帶→上勻絲輥→磁選除鐵→計量料槽→針輥→彈絲輥→高速輸送帶→第一級風(fēng)選梗絲分離→（螺旋輸送器→第二級風(fēng)選除梗）→吸絲成型導(dǎo)輥→（核掃描器→微波密度測量儀）平準(zhǔn)器→成型煙絲條輸出。

（2）梗簽二次分離工藝的煙絲運動路徑：平準(zhǔn)器→回絲輸送帶→回絲振槽→回絲貯料區(qū)→下勻絲輥→提絲帶→上勻絲輥→……→成型煙絲條輸出。

ZJ17卷煙機組梗簽分離裝置如圖5所示，該供絲系統(tǒng)中共有兩級梗簽與煙絲分離單元，梗簽分離與煙絲回收的效率與回收率等可通過調(diào)整兩個分離系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)來實現(xiàn)。

圖5 ZJ17卷煙機組梗簽分離裝置示意圖

卷煙機組運轉(zhuǎn)過程中，梗簽與煙絲進(jìn)入一級分選室后其中一部分會在彈絲轆的作用下被攤灑至輸運裝置中并進(jìn)入風(fēng)選裝置內(nèi)，風(fēng)選裝置內(nèi)噴出的高速氣流會對煙絲與梗簽的運動造成不同的影響，從而實現(xiàn)梗簽與煙絲的一次分離。經(jīng)一次分選后的物料被繼續(xù)輸送至二級分選系統(tǒng)中，并在重力與分選系統(tǒng)內(nèi)部氣流的綜合作用下完成二次分離，從而達(dá)到進(jìn)一步的凈化效果。

2.2 梗簽分離與煙絲回收優(yōu)化思路

如上所述，梗簽與煙絲在卷煙機組中會經(jīng)過兩層篩選，但是總體效果仍存在一定的優(yōu)化空間，考慮到分選裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與連接會對氣流造成較為顯著的影響，因此借助廣泛應(yīng)用于CFD（計算流體動力學(xué)）分析的Fluent軟件構(gòu)建基于風(fēng)選系統(tǒng)內(nèi)部氣流場模型并進(jìn)行相關(guān)的量化分析。結(jié)合ZJ17型卷煙機組的結(jié)構(gòu)特征與分選系統(tǒng)內(nèi)氣流速度跡線圖、各氣流管路截面速度云圖以及氣流速度矢量圖等可以發(fā)現(xiàn)：增加引導(dǎo)氣流流動的疏導(dǎo)區(qū)有助于梗簽與煙絲混合物的均勻性分布與后續(xù)的分離；卷煙機進(jìn)料口處直徑與氣流流速呈現(xiàn)出一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，物料速度過大會導(dǎo)致運動過程中因碰撞而造碎過多，物料速度過小又會影響生產(chǎn)效率和進(jìn)入風(fēng)選裝置的速度均勻性，因此需要使用梗簽與煙絲進(jìn)行多次實驗以確定最優(yōu)的直徑數(shù)值；內(nèi)壁半徑過大時會導(dǎo)致梗簽流出通道內(nèi)氣流雜亂，造成煙絲被吸入從而影響風(fēng)選效果，內(nèi)壁半徑過小又會增加煙絲運行斜率，導(dǎo)致造碎率過高，因此內(nèi)壁半徑的確定尤為重要。此外，梗簽分離與煙絲回收的優(yōu)化，還可以考慮并實驗出口度對氣流與梗簽分離的影響。

3 結(jié)語

綜上所述，梗簽的殘留容易造成煙支在卷接過程中出現(xiàn)包裝刺破，抽吸過程中燃燒錐掉落以及“開花煙”等問題，對煙支的燃燒性與理化指標(biāo)的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響，進(jìn)而會對煙支消費者的抽吸質(zhì)量產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響。本文針對葉絲冷卻過程提出了一種在線分選回收裝置，旨在對卷煙制造過程中的煙絲含梗量、梗簽含絲量、煙絲結(jié)構(gòu)、刺破煙值數(shù)量以及填充值等指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高煙草生產(chǎn)企業(yè)的精細(xì)化加工水平與市場競爭力。