增大SH84型闪蒸膨胀设备蒸汽喷射压力的研究

李斌 赵龙 崔淑强

摘 要：目前青岛卷烟厂使用的SH84型闪蒸膨胀设备发生堵烟的情况较多，造成设备故障停机率较高，究其原因是蒸汽喷射压力较小，对梗丝的输送能力不足。依据设备结构和工艺原理，通过增加蒸汽喷嘴阀芯螺母在腔体内的轴向长度，提高蒸汽在喷嘴腔体内的流速，增大了蒸汽在文氏管内对梗丝的输送能力。结果表明，蒸汽在喷嘴出口的喷射压力增大到0.24Mpa以上，提高了生产连续性，保证了产品质量。

关键词：喷射压力;闪蒸膨胀;轴向长度

引言

梗丝作为卷烟制品的重要组成部分，具有填充值高、感官质量提升明显[1]等特点，在减轻杂气、降低刺激性、增加烟气的整体协调性[2]等方面具有较为明显的作用，是卷烟加工制造不可或缺的重要组成部分。

生产时待处理的梗丝经进料气锁进入文氏管入口，同时饱和蒸汽经喷嘴喷射将物料吹入文氏管并充分混合，当物料从文氏管喷出的瞬间体积突然扩大、周围压力突然下降。这时梗丝内部的汽化分压远远高于周围的环境气压，达到闪蒸的条件，梗丝的纤维组织也因此获得充分膨胀;其生产的连续稳定可以保证产品精细化、高质量的加工水平[3]，满足高质量卷烟的生产需求。我们要求生产时蒸汽喷射达到一定压力（一般为0.2Mpa以上），可以保证生产时梗丝的连续输送。

但是现阶段时有蒸汽喷射压力未能达到生产要求、造成堵烟停机的现象，直接影响生产连续性和梗丝的工艺质量。通过设备改进和工艺优化，找出关键影响因素进行提升，增大SH84型闪蒸膨胀设备蒸汽喷射压力，对于提升产品质量、提高加工水平就显得尤为重要。

本研究通过增长碰嘴腔体内阀芯螺母的轴向长度，以此增大蒸汽在喷嘴出口的喷射压力的方法大大提高了蒸汽对于物料的运送能力，提高生产连续性从而保证了产品质量，为今后相关设备的改造和工艺优化提供参考。

1 材料与方法

1.1模型构建

SH84型闪蒸膨胀设备主要由进料气锁，蒸汽喷嘴和文氏管等部分组成，作为关键工序，具有体积小、能耗少、效率高、结构简单等特点，其中蒸汽喷嘴是物料与蒸汽初步接触混合输送的关键部件。因此，我们对蒸汽喷嘴进行了拆解和模型构建，包括：①喷嘴外室 ②喷嘴内室 ③阀芯底座 ④阀芯螺母 ⑤喷嘴腔体。

1.2数据分析

轴向长度测量：设置阀芯螺母不同增加长度的梯度，长度增加量由游标卡尺测量。

数据分析：运用数据分析工具Minitab16，进行回归分析，

1.3设备与仪器

本文研究的SH84型闪蒸式梗丝膨化设备由江苏智思机械制造有限公司生产，蒸汽喷射压力由设备在线压力表直接读取。

2 结果与分析

在流体力学中，质量流量（G） = 单位体积 * 流体流速* 流体密度。生产时蒸汽喷射压力可表示为：

T=λ* V蒸汽流速*G质量流量=（λ*    *L*S面积）*V2蒸汽流速

可见在生产条件相同的情况下，蒸汽喷射压力与气体的流速有明显的正相关关系（T∝V），增大蒸汽的流速可以增大压力;在蒸汽流量一定的情况下，适当减小腔体的体积可以增大蒸汽流速，调整轴向阀芯螺母在喷嘴腔体内的长度可以改变喷嘴腔体体积以此来增大出口流速，喷射压力随之变大。

为合理确定轴向螺母在腔体内的增加长度，同时便于实际调整操作，我们在现有基础上以4mm为基准，等差递增设定梯度直至喷嘴腔体外表面。最终确定了不同的螺母轴向增加长度并进行试验。记录不同长度下对应的蒸汽喷射压力（见表1）：

从数据可以看出，增加长度从2mm开始，随着长度的增加，蒸汽喷射压力随之增大;但是增加至22mm以后，随着长度的增加，蒸汽喷射压力随之减小。而且，增加长度在8mm以上和28mm以下时，蒸汽喷射压力≥0.2Mpa，符合工艺标准的要求;因此，轴向螺母的增加长度在8mm以下或28mm以上时不能满足生产标准要求。

进一步做散点图，得到蒸汽喷射压力与螺母轴向增加长度呈一定的趋势关系。我们对以上数据进行了回归分析。

经过回归分析，得到了二次回归方程为：蒸汽喷射压力 = 0.1388 + 0.01009 螺母轴向增加长度 - 0.000290 螺母轴向增加长度**2。

根据回归方程计算，我们得出螺母轴向增加长度为16.88mm的情况下，蒸汽喷射压力拥有极大值0.2448MPa，考虑到实际操作的简便性，我们将螺母轴向增加长度设定为17mm。

阀芯螺母的轴向增加距离确定后，我们对螺母进行了实际调整并对红双喜梗丝生产时的蒸汽喷射压力进行了跟踪统计。

螺母轴向长度加长17mm后，生产时蒸汽喷射压力均达到0.24Mpa以上，通过控制图看出点在中心线两侧随机变化且保持稳定，达到蒸汽喷射压力>0.2Mpa的工艺标准要求。因此通过增加阀芯螺母在喷嘴腔体内的轴向长度来增大蒸汽喷射压力，增强了蒸汽在文氏管内对梗丝的输送能力，减少了烘梗丝工序的故障停机现象。

3 讨论

本研究实际上是在工艺蒸汽流量一定的情况下，减小了腔体的体积，增大喷射压力，增大了蒸汽对梗丝的瞬时推力;使梗丝通过能力更强，不易发生物料的堵塞。通过计算得到了喷嘴的阀芯螺母轴向长度与蒸汽喷射压力的相关性方程，确定轴向长度增加17mm时蒸汽的喷射压力最大，对设备进行了优化改进，保证了精细化的加工水平。

参考文献：

[1]徐世涛，李万珣，等.烟用梗丝的品质改善研究.云南大学学报（自然科学版）[J].2010，32 （S1）： 13 -15.

[2]鲁蕾，付敏，郭宝星.烟梗成分提取及其应用研究.四川化工[M].2004.1（7）：9-12.

[3]李晓，纪晓楠，等.烟用梗丝加工工艺研究进展.贵州农业科学[J]. 2013，41（8）：182-186.

作者简介：

李斌（1987-），男，漢族，山东青岛，硕士，青岛卷烟厂，助理工程师，主要从事生产工艺、行政管理相关工作，第一作者。

赵龙（1989-），男，汉族，山东青岛，本科，青岛卷烟厂，无，主要从事机械工艺研究，第二作者。