利用正交试验优化烟梗预处理工艺参数

2011-08-14郑利锋

重庆与世界 2011年12期

廖强，郑利锋

(重庆烟草工业公司重庆分厂，重庆 400061)

烟梗是烟叶的主要组成部分，通过梗叶分离后，可制得占烟叶总重25%左右的烟梗。制梗丝工艺的任务是将烟梗经过合理的加工，制成含杂气量低、整丝率高、碎丝率低、高填充值的梗丝，就可以作为卷烟较好的填充性原料，从而达到降低卷烟原料消耗，改善卷烟的燃烧速度，降低卷烟焦油量的目的。

烟梗预处理主要任务是增加烟梗含水率和温度，提高烟梗的耐加工性。烟梗预处理后含水率过低，烟梗湿涨作用差，柔软性差，容易在切丝过程造碎，使含末率增加;反之，烟梗含水率过大，则容易在切丝过程跑梗和烟梗表皮切烂且颜色会转深。因此，烟梗预处理含水率稳定性控制显得尤为重要。烟梗含水率均值与中心值的偏离量、含水率标准偏差等指标是烟梗含水率稳定性的直接体现，这两个指标直接影响工序加工性能指数，于是采取含水率控制过程性能指数来衡量烟梗预处理含水率的稳定性，并实施了改进，取得了较好的效果。重庆卷烟厂的加湿梗成品含水率工艺标准为31.0±1.5%，其生产线工艺流程如图1所示。

图1 烟梗预处理段工艺流程

一、材料与方法

(一)材料与设备

配方复烤烟梗(川渝中烟重庆烟草工业公司重庆卷烟厂)。

WQ833A型水槽式烟梗回潮机(云南昆船第一机械有限公司)、WQ7M3Y3560型隧道式烟梗回潮机(云南昆船第二机械有限公司)、FED240烘箱(德国宾德)。

(二)方法

在不考虑交互作用的情况下，依据正交试验设计原则，以一次回潮水温、二次回潮蒸汽压力、二次回潮加水量为试验因素，并以贮梗后烟梗含水率符合生产工艺为前提，各设置3个水平，其他工艺参数保持不变，选用正交设计表L9(34)进行表头设计，采用过程能力指数对正交试验测试数据进行验证分析。

按表1所列对应工艺参数进行试验，在设备稳定运行10min及保持出口含水率基本稳定的前提下，按《卷烟工艺测试与分析大纲》中规定的要求，在贮梗出口处等时间间隔取样6次做烘箱水分测试，对其取平均值。

二、结果与分析

(一)对正交试验结果进行直观分析

正交试验方案及测试数据如表1所示，采用直观分析对各组试验所得数据进行分析，结果如表2所示，其中K1、K2、K3分别表示因素水平1、水平2、水平3的3个试验数据的平均值，R为各因素对应评价指标的极差。通过表2分析每一个因素对各质量指标的影响，在一定范围内，对成品烟梗含水率而言，评价指标为含水率波动不大，成品烟梗含水率的稳定性控制较好，过程性能指数大。

表1 正交试验方案及测试数据

表2 数据直观分析结果

1)一次回潮水温(A)对成品烟梗含水率的影响:从表2可以看出，成品烟梗含水率平均值极差加大，说明一次回潮水温对成品烟梗含水率影响最大。水温过低，不利于烟梗对水分的吸收，适当提高水温，有利于增大烟梗表面一些亲水性物质的溶解度，削弱烟梗表面的“屏障作用”，增强水分子动能，加快水分向烟梗内部的扩散速度，提高了烟梗的回透度;并且烟梗的回头率达到一定效果，可以缩短贮梗时间，有利于生产调度。综合分析，一次回潮水温取A3。

2)二次回潮蒸汽压力(B)对成品烟梗含水率的影响:水洗梗之后贮梗之前设置HT等加温加湿环节，加快洗梗后烟梗表面水分向其内部的扩散渗透速度，进一步提高烟梗回头率。从表2可以看出，二次回潮时的增温增湿，设定的蒸汽工作压力的大小，对贮后烟梗水分的影响差异不大，从节能等角度综合分析考虑，二次回潮蒸汽压力取B2。

3)二次回潮加水量(C)对成品烟梗含水率的影响:水洗梗之后贮梗之前设置HT等加温加湿环节，加快洗梗后烟梗表面水分向其内部的扩散渗透速度，进一步提高烟梗回头率，但贮后烟梗含水率过大，致使切后梗丝水分大，则容易在切丝过程跑梗和烟梗表皮切烂且颜色会转深，梗丝又经过膨胀前的超级回潮或加温加湿后水分过大，从而增大了膨胀过程中水分的去湿量，在烘梗丝环节去湿能力一定的前提下，势必会降低工艺流量，并增大了能量的消耗和降低梗丝的膨胀效果。从表2可以看出，加水量的大小对成品烟梗含水率的影响差异不大，为了保证成品加湿梗水分不偏大便于后续加工和节约能源，二次回潮可以不加水，二次回潮加水量取C1。

由上述分析可知，最优化的试验方案应为A3B2C1。

(二)利用过程性能指数对正交试验结果的验证

为了检验正交试验结果，我们将优化后的烟梗预处理一次回潮水温(60℃)、二次回潮蒸汽压力(0.65MPa)、二次回潮加水量(0)这3个工艺参数应用到实际生产中去，对烟梗预处理成品烟梗含水率数据进行了统计，从中随机抽取150个数据进行分析，结果如表3所示。

根据上述数据统计分析并绘制直方图，如图2所示，由直方图可以看出，含水率直方图分布中心与公差中心偏离量缩小，过程性能指数PPK达1.11，过程能力充足。试验达到预期效果。

图2 含水率分布

表3 效果验证烟梗预处理含水率数据

三、运行效果

通过正交试验优化了3个主要工艺参数，结果表明:在试验范围内，一次回潮水温60℃、二次回潮蒸压力0.65 MPa、二次回潮加水量0为最佳方案。对此方案通过过程性能指数来验证，参数优化后，过程性能指数PPK达1.11，过程能力充足，说明烟梗预处理加工的成品烟梗水分过程控制稳定。应用统计分析的直方图，对加湿梗成品含水率进行控制，有效地解决了加湿梗成品含水率检测指导生产滞后和物料变化的矛盾，提高了成品含水率的过程控制能力。