基础棒大剂量添加物均匀性改进
2020-03-16吴疆
吴疆
摘 要：在活性炭滤棒的生产过程中，机器生产出的活性碳滤棒经过检测发现，其活性炭含量远低于产品合格要求。同时，最终的活性碳滤棒成品中的活性炭分布不均匀。为了解决这些问题，本文提出了对于活性炭滤棒生产的改进方法。本文提出并设计了一种新型加料辊筒，该加料滚筒实现了对于活性炭滤棒内活性炭含量的调节功能，同时也极大地提升了其活性炭分部的均匀性。最终提升了活性碳滤棒的成本质量与生产车间的生产效率。
关键词：活性炭滤棒 颗粒均匀性 改良 吸附剂
中图分类号：TS43 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）11（c）-0068-04
Improve the Uniformity of Large-dose Additives in the Basic Rod
WU Jiang
（Sichuan Sanlian New Material Co.，Ltd.， Chengdu， Sichuan Province， 610000 China）
Abstract： In the process of production of activated carbon filter rod. After testing the activated carbon filter rod produced by the machine， it was found that the content of activated carbon was far lower than the qualified requirements of the product. At the same time， the final activated carbon filter rod uneven distribution of activated carbon in the finished article. In order to solve these problems， this paper puts forward the improvement method for activated carbon filter rod production. This paper put forward and designed a new type of feed roller， the feeding roller implements for activated carbon filter rod inside the regulating function of activated carbon content， but also greatly improved the uniformity of the division of the active carbon. Finally， the cost and quality of the activated carbon filter rod are improved and the production efficiency of the workshop is improved.
Key Words： Activated carbon filter rod; Particle uniformity; Improvement; Adsorbent
1 改進背景
减少吸烟者吸入因香烟燃烧时产生的有害烟气，保障广大吸烟者的身体健康是全球烟草发展的共识。卷烟烟气成分十分复杂，目前已检测出的成分超过了 6010种，并且随着检测技术的发展，检出种类还在不断增加[1]。在滤嘴中添加具有吸附性能的材料，是主要的减害降焦手段。
在吸附剂减害方面，只有活性炭作为滤嘴添加剂被大量应用于卷烟产品当中，其他吸附剂的应用研究还并不成熟，且关于吸附剂、吸附质性质与主流烟气中有害成分吸附效果的关系的研究亦少见报道[2]。活性炭的吸附性极强，专家研究表明，将活性炭应用于环境工程领域，能很好地解决环境污染问题，吸附空气、水体中的有害物质[3]。所以活性炭滤棒则可以通过其物理结构（主要关于内部活性炭颗粒）来吸附烟气中的各类有毒有害气体（如VOCs，同时活性炭对主流烟气中VOCs有较高的吸附效率[4]）。所以活性炭滤棒也是全球烟草行业未来发展的重要方向。
但是在实际的生产过程中，机器生产出的成品活性炭滤棒出现了活性炭颗粒分布不均匀的问题，其活性炭颗粒集中于滤棒一侧，而另一侧活性炭颗粒含量较少。同时根据检测机器检测出其活性炭颗粒的含量为0.5g/10支，而之前产品最大施加量为葛根颗粒1.6g/10支（2017年3月新发布）。其活性炭颗粒含量远远小于标准值。
为了解决这些问题，本文提出了一系列的基础棒活性炭加料装置改进措施以改进这些问题。
2 成因分析与问题解决
在活性炭滤棒的生产过程中，活性炭颗粒是根据机器伺服电机的带动下，通过伺服电机连接的计量辊的旋转，从计量辊的表面上的沟槽上连接的活性炭保存装置中转移到喷洒槽的上方。然后利用活性炭颗粒的重力作用，喷洒槽将活性碳颗粒喷洒在已经展开的丝束带上。所以活性碳颗粒的均匀分布性主要依赖于计量辊的旋转速度，也就是伺服电机的稳定性上。同时，也在于该辊的挡板与辊筒之间的间隙与辊筒的表面结构。这里可以确定的是，伺服电机的转速是稳定的，活性炭颗粒分布的均匀性主要在于旋转辊的物理结构上。
同时，由于现有的旋转辊的喷洒槽的结构问题，导致其每次旋转所喷洒的活性炭颗粒量出现了两个问题：
（1）活性炭颗粒喷洒量较少。
（2）活性炭颗粒喷洒不均匀。
而活性炭颗粒喷洒不均匀问题出现的原因也主要是由于喷洒槽的容量过小，只能喷洒活性碳颗粒到丝束一半的位置。当喷洒完存于喷洒槽内的活性炭颗粒时，这时就会出现活性碳滤棒中的活性碳颗粒聚集于一边的问题如图1。同时在首次改进辊筒的喷洒量之后，依旧出现了活性碳颗粒不均匀的情况。所以可以得知，辊筒添加物流量不均匀，不稳定是造成施加不均匀的主要原因，说明辊筒工艺保障能力不足，未达到设计目标。
3 改进方法与改进效果
为了改进第二节中所描述的问题，本节将分别对于活性炭颗粒扬尘的问题与活性炭加料均匀性问题进行改进。
首先针对于活性碳颗粒的喷洒量对旋转辊进行了改造，通过对于AC2供料机计量辊的设计进行研究[5]，最终改造为能够适应大剂量施加活性炭颗粒的辊筒。该滚筒为1号辊筒，其具体的参数为：球缺深h=1.45mm;球半径r=2.5mm;球缺数量：47×57 ×2=5358。
如图2所示，使用1号辊筒进行生产之后，活性炭颗粒的含量有所上升，能够达到具体的标准。但是滤棒添加物还是出现不均匀现象，活性炭聚集在滤棒的一边，有的多有的少。同时，经过系统的检测后可以发现，出现了滤棒在吸阻相差不大的情况下，出现重量偏差大的现象。
首先1号辊筒的使用，实现了活性炭2.8g/10支的施加量，填补了活性炭大剂量添加的空白。但是还是有添加物施加不均匀，活性炭聚集在滤棒的一边的现象。同时在滤棒吸阻相差不大的情况下，出现重量偏差大的现象。
由此可以得知，1号辊筒添加物流量不均匀，不稳定是造成施加不均匀的主要原因，说明1号辊筒工艺保障能力不足，未达到设计目标。
通过1号辊筒的使用与测试之后，结合之前1号辊筒存在的缺陷，同时根据粒度特性参数与粒度分布均匀程度的关系[6]，即当颗粒直径d< 通过再次改造得到2号辊筒如图3所示。该滚筒在1号辊筒的基础上，减小了单个球缺的直径与深度，然后为了能够更加均匀的喷洒活性碳颗粒，增加了球缺的数量。2号辊筒的实际参数为：球缺深h=1.05mm;球半径r=2.0mm;球缺数量：59×69×2=8142。整体球缺数量比1号辊筒增加51.96%。而容积比1号辊筒减少34.80%。这样就能够更加均匀的使活性炭颗粒喷洒在丝束带上。 同时还利用U型撑杆将开松丝束撑宽，加宽丝束与物料的接触面积，同时保证丝束宽度窄于下料宽度。型撑杆对带料丝束进行抖动、挤压利于添加物与丝束的全方面接触。这样使得丝束的展开更加均匀，同时活性炭颗粒能够在纵向更加深入地添加到丝束底部位置，如图4。 通过使用2号辊筒进行生产，进行测量之后可以得到，首先其单支活性炭滤棒中的活性炭颗粒含量达到了标准2.8g/10支。同时其重量的STD相较于1号辊筒生产的嘴棒明显好转，现STD为14.3，1号辊筒生产样品的STD为21.5。同时由于I型撑杆与U型撑杆的作用，其丝束展开效果好，活性炭颗粒分布均匀，最终导致其切割端面均匀性良好。 同时，还可以根据不同的活性炭颗粒含量需求来调节旋转辊的电机转速。以此满足于不同场景与不同要求下的活性炭滤棒。 图5中的各梯度添加量对比的活性炭颗粒含量分别为0.2g/10支、0.5g/10支、1.0g/10支、2.0g/10支、2.8g/10支。可以看到在不同的活性炭颗粒含量梯度中，其滤棒端面的活性炭颗粒分布均匀，没有出现偏移到一侧的情况。证明改进后的机器能够通过调节旋转辊的转动速度来生产活性炭颗粒分布均匀的滤棒。 4 结语 新型的加料辊筒，让我们同一台设备的施加量实现了从0.1g/10支至2.8g/10支的随意转换，均匀性大大提高，已达到了国际水准。 参考文献 [1] 姜瑞.天然植物材料在卷烟中的应用研究[D].昆明：昆明理工大学，2017. [2] 于航.选择性吸附卷烟主流烟气中有害成分的吸附材料研究[D].北京：北京化工大学，2018. [3] 田立国.活性炭在环境工程中的应用[J].环境与发展，2018，30（10）：238-239. [4] 李恒.烟梗基活性炭的制备及在卷烟烟气中的吸附研究[D].昆明：昆明理工大学，2019. [5] 聂乐龙，李文春，王俊. AC2供料机计量辊的设计应用[C].云南省烟草学会.云南省烟草学会2014年学术年会优秀论文集.云南省烟草学会：云南省科学技术协会，2015：28-37. [6] 侯英，印万忠，朱巨建，等.粒度特性参数与粒度分布均匀程度的关系[J].中南大学学报：自然科学版，2015，46（9）：3183-3187.
