摘 要：隨著卷煙行業(yè)設備的發(fā)展，氣力輸送在卷煙生產中的地位越來越重要，被廣泛應用于卷煙生產的煙葉輸送、雜質浮選、煙絲輸送等生產環(huán)節(jié)，且由于氣力輸送的優(yōu)勢比較明顯，該輸送方式逐漸成為國內卷煙廠的首選。該文主要介紹氣力輸送在卷煙企業(yè)的卷煙生產過程中薄片制絲環(huán)節(jié)的具體應用。

關鍵詞：氣力輸送;煙絲;輸送;薄片制絲;卷煙生產

中圖分類號：TS43 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）30-0185-04

Abstract： With the development of equipment in the cigarette industry， pneumatic conveying is playing an increasingly important role in cigarette production. It is widely used in tobacco leaf transportation， impurity flotation， and tobacco transportation in cigarette production. Due to the obvious advantages of pneumatic transportation， this transportation method has gradually become the first choice for domestic cigarette manufacturers. This paper mainly introduces the specific application of pneumatic conveying in the sheet silk manufacturing process of cigarette enterprises.

Keywords： pneumatic conveying; cut tobacco; conveying; thin slicing; cigarette production

氣力輸送又被現在物流業(yè)界稱作氣流輸送，氣流輸送的工作原理是在一個封閉的環(huán)境內，充分利用氣流所具有的能量，沿著氣流的流動方向進行薄片煙絲輸送。這是利用氣流的能量的一種有效方式，其優(yōu)勢很明顯，比如氣力輸送操作簡單、輸送方向可以自由選擇。在進行輸送的過程中還可以進行別的其他工作，比如薄片煙絲除雜質、薄片煙絲烘干等。因此在很多生產領域，氣力輸送成為了現代物流企業(yè)的首選，有代替機械輸送的趨勢。我國氣力輸送在卷煙企業(yè)的使用歷史由來已久。早在1936年，重慶南陽兄弟煙草公司重慶制造廠就嘗試使用這一技術，當時氣力輸送的主要工作是對卷煙煙絲進行輸送?，F在卷煙企業(yè)對卷煙生產品質的要求越來越高，同時由于氣力輸送的眾多優(yōu)勢，越來越多的卷煙企業(yè)在卷煙生產中選擇使用氣力輸送代替機械輸送進行卷煙輸送[1]。

1 氣力輸送技術說明

氣力輸送的運輸效率高、在運輸過程中不會對輸送物流造成二次污染，當密閉空間的一端和另一端有壓力差的時候，氣體就會產生流動，形成氣流。氣流帶動所需運輸的薄片煙絲進行運動，就是氣力運輸。氣力輸送技術根據其壓力不一樣，一般可以分為正壓式輸送和負壓式輸送以及正負氣壓均有的混合輸送。

1.1 正壓式輸送系統(tǒng)

密閉通道入口端氣壓為正壓，密閉通道出口端氣壓相對于輸入端為負壓，密閉通道兩端因為兩端的氣壓不同產生壓力差，從而產生有氣體的流動的輸送方式為正壓式輸送，如圖1所示。正壓式輸送這一形式是氣力輸送的主流選擇，結構上在密閉通道物料輸入端安裝有可以提供高壓氣體的氣泵，氣泵提供的高壓氣體的壓強遠大于輸出端氣體壓強，由于密閉通道兩端有氣體壓力不一樣，所以氣體會從壓力高的一側往壓力低一側運動，同時帶動密閉通道中的所需運輸薄片煙絲運動，所需運輸薄片煙絲和氣體在密閉通道輸出端分離，如圖1所示[2]。

1.2 負壓式輸送系統(tǒng)

密閉通道入口端氣壓相對于出口端為負壓，密閉通道出口端氣壓相對于輸入端氣壓為正壓，同樣也是由密閉通道兩端氣體壓力不一樣的方式進行物料輸送，如圖2所示。在負壓式輸送系統(tǒng)中，密閉通道輸出端安裝有氣泵提供負壓，與密閉通道入口的氣體壓強差形成壓力差，氣體從密閉通道入口被負壓吸入密閉通道運動形成氣流，氣流帶動密閉通道中的所需運輸薄片煙絲運動。負壓式氣力輸送系統(tǒng)適用于從多處向一處集中輸送薄片煙絲。

1.3 混合輸送系統(tǒng)

在一個薄片煙絲傳輸系統(tǒng)中包括正壓傳輸系統(tǒng)和負壓傳輸系統(tǒng)。通過將這2套傳輸系統(tǒng)的優(yōu)勢相結合，進行薄片煙絲傳輸，稱這種傳輸方式為混合氣力輸送?；旌鲜綒饬斔拖到y(tǒng)一般應用于傳輸工作環(huán)境復雜的傳輸工作中。

1.4 氣力輸送應用

薄片絲輸送裝置是將多次薄片制絲后的薄片絲輸送至統(tǒng)一的煙絲緩存箱內，同時還要避免在過程中薄片灰塵、粉末的外溢。相較于其他輸送方式，氣力傳輸特征較為直觀，因為其輸送是在封閉的密閉通道中進行，沒有回路通道。管路輸送工作通常是說薄片煙絲的輸送路線完全為封閉的密閉通道，輸送過程中，薄片煙絲不會污染周邊生產和生活環(huán)境。而且和傳統(tǒng)輸送方式相比，氣力輸送所需機械設備結構簡單，同時由于煙葉的薄片煙絲輸送有多個薄片煙絲入口，因此本文討論的主題為氣力輸送中的負壓氣力輸送系統(tǒng)。

如圖3所示，在薄片煙絲的氣力輸送系統(tǒng)中，安裝在密閉通道裝置末端的氣泵開始運行后，薄片煙絲的氣力輸送系統(tǒng)的入口端會處于負壓狀態(tài)。此時，密閉通道的輸出端和輸入端氣體壓力會不一致，氣體會從密閉通道進口端被氣泵吸入，薄片絲隨氣體形成混合物同步輸送入密閉通道的入口端中，經過密閉通道的傳輸最后被輸送到分離器，薄片煙絲和氣體在分離器中進行輸送氣體和薄片煙絲的分離。薄片煙絲和氣體分離后，薄片煙絲通過出料器進行輸出，氣體重新經過一系列除塵設備的凈化，最后被排入大氣或重新進行下一道氣力輸送的循環(huán)利用，從而完成一個薄片煙絲的輸送工藝[3]。

2 氣力輸送計算

2.1 氣力輸送理論計算

2.1.1 混合比

混合比在薄片煙絲的氣力輸送中的含義是指在單位時間內輸送的薄片煙絲的質量與同一時間內通過該密閉通道的氣體的質量之比，用m表示。m值的選定受著風機性能、薄片煙絲特性、輸送條件等多方面因素的制約，其是一個設計輸送裝置經濟性和工作可靠性的重要參數，在設計時宜綜合各種有關因素慎重選定[4]。

在生產過程中，m的最佳值要在多次調試才能進行確認。一般負壓氣力輸送系統(tǒng)使用的m值范圍為[1，8]。經過反復試驗，最終m的取值，一般取m=5。

2.1.2 輸送空氣速度

通常每種薄片煙絲都存在一個能保證煙絲呈懸浮狀態(tài)正常輸送的最低風速，生產上稱為安全輸送空氣速度或經濟速度，用Va表示。

在生產中如選用的最低風速比能保證煙絲呈懸浮狀態(tài)正常輸送的最低風速高得多，則薄片煙絲輸送裝置雖然正常地輸送薄片煙絲，但因為兩端壓力差大，密閉通道兩端系統(tǒng)產生的壓力差損失會很高，整個薄片煙絲輸送系統(tǒng)消耗的功率會遠遠大于采用最低風速的輸送系統(tǒng)，并且高速流動的混合物還會加劇和密閉通道的碰撞（如彎管及其連接的水平管底壁磨損），引起薄片煙絲的被打碎。但是，如選用的最低風速比能保證煙絲呈懸浮狀態(tài)正常輸送的最低風速低得多，會導致薄片煙絲在輸送過程中發(fā)生沉淀，甚至發(fā)生通道阻塞，導致系統(tǒng)不能正常使用。在實際工程計算中，一般取Va=18 m/s。

2.1.3 空氣流量

密閉管道起始段輸送薄片煙絲所需的空氣流量Qa（單位為：m3/min）可以按下式計算

Qa=/γai， （1）

式中：G為輸送薄片煙絲重量;m為混合比;γai表示標準狀態(tài)下的氣體比重混合比。

2.1.4 輸送料管管內徑

輸送料管管內徑Dai可以按下式計算

Dai=Qa（m×Va），（2）

式中：Va為空氣輸送速度，m/s。

2.1.5 空氣管壓損

空氣管壓損ΔPai可以按下式計算

ΔPai=λai×××V，（3）

式中：λai為管摩擦系數，取0.03;Lai為空氣管長，m;Dai為標準狀態(tài)下的空氣比重，1.2 kg/m3。

2.1.6 加速損失

原料在輸送的初速度可視為0，借輸送空氣加速到一定速度所產生的壓力損失大致可用下式表示

ΔPac=（c+m）××V， （4）

式中：c為所需運輸薄片煙絲供給方法的常數，約1～10，一般取c=3。

2.1.7 密閉通道相當長度

為了計算密閉通道中的壓力損失，先將傾斜管、鉛垂管及彎頭換算為相當長度的水平直管，可表示如下

Leq=Lh+kθ+kv+n×N×Dai， （5）

式中：Leq為密閉通道相當長度;Lh為水平管長度;kθ為斜長管換算系數，由實驗決定;kv為垂直管換算系數，一般取kv=1.5;n為彎管數;N為彎管換算系數，一般取N=100。

2.1.8 密閉通道中的壓力損失ΔPm

原料輸送在直管部分的壓力損失ΔPm是對只流空氣時的壓力損失ΔPa乘上實驗求得的系數α（壓力損失比），即

ΔPa=λa××V×γai，（6）

ΔPm=α×ΔPa=（1+βm）×ΔPa。（7）

α及β值取決于原料的物理性質、密閉通道的內徑、輸送空氣速度等。在同一條件下，α值略正比于混合比m，一般取β=0.45，λa=0.155 5（假設值）。

2.1.9 除塵裝置的壓力損失ΔPsep

關注輸送系統(tǒng)的末端，這里的核心是除塵過濾裝置。在處理細微顆粒物方面，木質纖維過濾器展現出卓越的能力。然而，這也伴隨著較高的壓力損失，一般這個數值介于4 000～7 000 Pa之間。在實際計算中，設計師往往需根據具體情況選取合適的數值以確保系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

在選擇高壓真空風機時，一個重要的參數是其最大吸引真空度P，這代表了風機能夠產生的最高負壓水平。為了保障系統(tǒng)的連續(xù)運行不中斷，高壓真空風機的最大吸引真空度P必須大于系統(tǒng)壓力總損失ΔP值。

P>ΔP=ΔPai+ΔPac+ΔPm+ΔPsep。 （8）

在設計和運行一個中央集中輸送系統(tǒng)時，合理地選擇除塵裝置并精確地計算壓力損失至關重要。這不僅關系到除塵效果的好壞，更是影響到整個系統(tǒng)能否高效、穩(wěn)定運行的重要因素。高壓真空風機真空度P（真空風機的余裕風量為5%，壓力為10%）。

2.2 氣力輸送實際驗算

薄片絲以1 000 kg/h的輸送量在水平長度20 m，垂直7.25 m，15個90°彎頭的管路中輸送時的空氣壓力及風量，風機機構能量轉化效率η=0.6。

設混合比m=5，空氣比重γai=1.2 kg/m3，輸送空氣速度Va=18 m/s，輸送料管管內徑Dai=0.072 m，空氣管長度Lai=5 m，空氣管管徑與密閉通道一致。

由式（2）得

Dai=Qa（m×Va）=6.48 m3/min。

設kv=1.5，n=3，N=100，由式（5）得

Leq=Lh+kθ+kv+n×N×Dai=138.875 m≈139 m。

空氣管的壓力損失由式（3）得

ΔPai=λai×××V≈62 mmaq。

加速損失由式（4）得

ΔPac=（c+m）××V≈239 mmaq。

密閉通道中的壓力損失由式（7）得

ΔPm=α×ΔPa=（1+βm）×ΔPa≈2 129 mmaq。

設除塵裝置總壓ΔPsep得700 mmaq。則合計壓力損失由式（8）得

P>ΔP=ΔPai+ΔPac+ΔPm+ΔPsep=3 130 mmaq。

真空風機的余裕風量為15%，壓力為10%，則Qa=7.5 m3/min，P=3 443 mmaq。

風機馬達功率=（P×Qa）/（60×100×η）=（7.5×3 443）/（60×100×0.6）≈7.2 kW。

3 結論

氣力輸送這一輸送方式因為其特有的諸多優(yōu)勢，使其在生產中的應用越來越廣泛，所以其作為一種新型現代化的輸送方式在當前煙草行業(yè)薄片煙絲輸送過程中占據著至關重要的核心位置。不過就目前生產實踐過程中遇到的問題來看，氣力輸送這一技術還有很多需要待完善的地方，需要及時加以改進，如薄片煙絲在輸送過程中會對輸送通道等造成磨損。因此，在應用薄片煙絲的氣力輸送技術時，需要找到一個最優(yōu)解的氣力輸送密閉通道設計依據與方法，并需要以更科學合理的實驗數據指導具體的生產實踐過程，使氣力輸送技術在滿足薄片煙絲輸送要求的同時，能夠保證一定的工作效率。環(huán)保、節(jié)能，是今后對氣力輸送這一技術在薄片煙絲輸送中的主要研究趨勢。

參考文獻：

[1] 齊學武.淺析氣力輸送系統(tǒng)應用[J].有色礦冶，2014（3）：54-56.

[2] 陳彬，金軍杰，張佳靚.氣力輸送系統(tǒng)在食品飲料行業(yè)中的應用與研究[J].飲料工業(yè)，2018，21（4）：61-64.

[3] 董耀，張雄.氣力輸送在卷煙工業(yè)中的應用與發(fā)展[J].南華大學學報（自然科學版），2007，21（3）：72-75.

[4] 劉浩宇，趙彥琳，姚軍，等.氣力輸送顆粒系統(tǒng)中靜電的研究進展[J].化工進展，2024，43（2）：565-578.

基金項目：云南中煙工業(yè)有限責任公司項目（2022GY08）

第一作者簡介：李宏彬（1971-），男，碩士，助理工程師。研究方向為煙草設備工藝技術。

*通信作者：王緒（1988-），男，碩士，工程師。研究方向為煙草機械。