梗签和烟丝密度及悬浮速度的研究
2018-10-21方俊俊周海东秦鹏王宇郁骋丹范羿
方俊俊 周海东 秦鹏 王宇 郁骋丹 范羿
摘要：采用的风选方法分离卷烟机剔除物料中的梗签和烟丝，通过物料本身重量的差异，实现较重物料可在正压下出料，较轻物料保证在零压力或微正压下出料，消除较轻物料在仓内负压出料时产生的造碎。利用试验装置开展梗签和烟丝密度及两种物料在不同风速下的悬浮速度研究，从而实现梗签和烟丝的有效分离。结果表明：（1）相同规格尺寸的梗签和烟丝，烟丝的密度小于梗签密度。（2）随着梗签和烟丝尺寸的增大，其密度逐渐降低。（3）相同規格尺寸的梗签和烟丝，梗签的悬浮速度大于烟丝。（4）不同规格尺寸的梗签和烟丝均对应了不同悬浮速度。（5）针对不同规格尺寸的梗签和烟丝，通过控制不同的风速将梗签和烟丝进行有效分离。
关键词：梗签；密度；悬浮速度
在卷烟生产工艺流程中，制丝生产线加工好供卷制的成品烟丝中还含有一定量的梗签，烟支卷制时，卷烟机有剔除梗签功能。但是卷烟机剔除物中还含有约15%的烟丝，若直接将该部分物料废弃则造成消耗增加。卷烟生产企业对卷烟剔除物中的烟丝进行再次回收利用。通常采用的方法为风选分离：通过物料本身重量的差异，实现较重物料可在正压下出料，较轻物料保证在零压力或微正压下出料，消除较轻物料在仓内负压出料时产生的造碎。因此，利用试验装置进行测量梗签和烟丝密度及两种物料在不同风速下的悬浮速度，从而实现梗签和烟丝的有效分离。
1.材料与方法
1.1材料及设备
样品为卷烟机剔除的物料，使用圆盘筛将梗签筛分后，检测每一层物料（烟丝、梗签）的密度，进而计算不同尺寸物料的悬浮速度。
AB304-S型电子天平（梅特勒托利多公司，精度0.0001g）、ULTRAPYC 1200e真密度测试仪（美国康塔仪器公司）、圆盘振筛。
1.2 方法
1.2.1 样品制备
将卷烟机剔除物进行混合均匀，取样200±30g，使用圆盘振筛进行分离，使用电子天平称重每层物料重量并记录。卷烟机剔除梗签筛分各层统信息见表1：
1.2.2测试及分析方法
本文所有的计算根据李柏[2]在《“重力场中的悬浮”原理与“惯性分离”原理在卷烟制造工艺中的运用》中给出的计算方法进行计算。
在重力场中，物料受物料重力P、流体对物料的浮力F和气体流动带来的力f三个力共同作用。
1.2.3数据测试与选取
1.2.3.1 物质密度
烟梗与烟丝的密度由ULTRAPYC 1200e真密度测试仪测得：
ρ梗=830.6Kg/m3， ρ丝 =720.9Kg/m3
空气密度由本地大气压831.9hPa，选取温度22℃计算得出：
ρ =0.9255 Kg/m3
1.2.3.2 ζ的选取
此处ζ为颗粒在流体中的运动，视为曳力系数CD，在所用设备中气体流动处于紊流状态，适用于牛顿区雷诺数Rep，此时曳力系数CD为近似定值，即在本次计算中：
ζ=CD≈0.44
1.2.3.3 m的选取
根据筛分后物料最小长度2mm计，分段截取符合长度及切丝宽度的物料，用AB304-S型万分之一电子天平测量5次，求平均值，得：
m梗=9.28×10-7 Kg
m丝=2.48×10-7 Kg
1.2.3.4 A的计算
将物料迎风面视为长方形，以筛分后物料最小长度2mm，切丝宽度1mm计，得：
A=2×10-6m2
1.2.3.4 计算结果
按照以上数据算得：
烟梗悬浮速度为：4.72m/s；
烟丝悬浮速度为：2.44m/s。
2.结果与讨论
2.1 各层梗签和烟丝的密度分析
使用圆盘筛将梗签筛分后，采用ULTRAPYC 1200e真密度测试仪（美国康塔仪器公司）、检测每一层物料（烟丝、梗签）的密度，计算结果如下所示：
相同规格尺寸的梗签和烟丝，烟丝的密度小于梗签密度；随着梗签和烟丝尺寸的增大，其密度有逐渐降低。
2.2各层梗签和烟丝的悬浮速度分析
使用圆盘筛将梗签筛分后，检测每一层物料（烟丝、梗签）的密度，进而计算不同尺寸物料的悬浮速度，计算结果如下所示：
相同规格尺寸的梗签和烟丝，梗签的悬浮速度大于烟丝；不同规格尺寸的梗签和烟丝均对应了不同悬浮速度，可根据上述结论，对不同规格尺寸的梗签和烟丝采用不同的风速将梗签和烟丝进行有效分离。
3.结论
（1）相同规格尺寸的梗签和烟丝，烟丝的密度小于梗签密度。
（2）随着梗签和烟丝尺寸的增大，其密度逐渐降低。
（3）相同规格尺寸的梗签和烟丝，梗签的悬浮速度大于烟丝。
（4）不同规格尺寸的梗签和烟丝均对应了不同悬浮速度。
（5）针对不同规格尺寸的梗签和烟丝，通过控制不同的风速将梗签和烟丝进行有效分离。
参考文献：
[1] 国家烟草专卖局.卷烟工艺规范[M].北京：中国轻工业出版社，2016.12.
[2] 李柏.”重力场中的悬浮”原理与”惯性分离”原理在卷烟制造工艺中的运用[J].现代农机，2000：（3）80-81.
基金项目：
云南中烟工业有限责任公司科技项目“梗签分离工艺技术研究及应用”（S-6017005）。
