膨胀烟丝分段式两级风选系统的设计

摘 要：烟支中的梗签会直接影响卷烟的产品质量，经过干冰膨胀后密度变小，更难以剔除。为了高效剔除干冰膨胀后叶丝中的梗签，提高膨胀叶丝的纯净度，本文针对工厂实际设计了膨胀烟丝分段式两级风选系统，包括设备设计原理、设备组成、电控以及操作内容。试验表明，采取该系统后，膨胀烟丝中梗签和湿团烟丝剔除率平均为2.04%，各指标符合要求，并且占地面积较小、能耗低。

关键词：膨胀烟丝；分段式两级风选；梗签剔除

中图分类号：TS 452" " " " " 文献标志码：A

目前，国内、外学者对烟丝中梗签剔除做了大量研究。陈勇进[1]通过对二氧化碳膨胀烟丝风选项目实施过程进行分析，明确了膨胀烟丝风选的特殊性，并陈述了整个系统的气力计算，展示了一般膨胀烟丝风选系统的建立过程，并对膨胀烟丝风选的特殊性进行了初步探讨；王宇等[2]为提高风选机的梗签分离效果，设计了多级柔性风选系统，并分析了影响浮选效果的主要参数。

烟草膨胀技术采用氟利昂、干冰和惰性气体等作为膨胀介质，尽可能地恢复新鲜烟叶在调制和干燥等加工过程中被收缩的烟草细胞体积。烟丝中的梗签经膨胀后密度变小，卷接机组的剔除装置已不能满足需要，迫切需要新的剔除方法。传统的膨胀烟丝就地风选，对剔除回潮后膨胀烟丝中的湿团、干冰有显著效果，但对剔除膨胀后的梗签效果不佳[3]。而传统叶丝风选的二级风选系统效果较好，但占地面积较大，不适合置于膨胀线上[4]。本文针对膨胀烟丝设计出一种新型的能实现流场控制的分段式风选装置，能进行高精度风选并解决此问题。该系统占地面积较小、精度较高，能够有效解决膨胀烟丝中的梗签和湿团烟丝问题。

1 系统设计

1.1 工作原理

柔性风选是卷烟厂制丝生产线上物料分离与长距离物料输送的设备之一，用于膨胀叶丝的加工工艺，可有效提高叶丝纯净度。在风选加工过程中，利用物料间或物料不同组分间悬浮速度的差异进行物料分离，悬浮速度小于气流速度的物料随气流上升，而悬浮速度大于气流速度的物料则穿透气流降落。对悬浮物料进行受力分析，根据牛顿第二定律可得ma=mg-R（m为物料的质量；a为物料的加速度；R为空气对物料的阻力；g为重力加速度）。当物料的加速度a=0时，上式可写成R=mg，即当空气的阻力等于物料的重力时，物料在气流中处于悬浮状态。因此，空气的阻力等于物料的重力就是设计确定悬浮速度的条件，也是将膨胀叶丝、梗签风选分开的控制原理[5]。

本文设备包括机架、一级风选装置、二级风选装置、风送管路、落料器和流场控制组件。流场控制组件设于一级振动输送装置和二级振动输送装置中至少一个的下方，用于控制一级风选装置和二级风选装置内的流场。流场控制组件包括翻转板和调节翻转板转动的调节手柄。翻转板通过转轴连接在一级风选装置和二级风选装置上。本文提供了一种能实现流场控制的分段式风选装置，通过对风选区内的气体流场进行控制来降低膨丝风选风力调节难度，提升风选控制的稳定性和物料风选的效果。

膨胀烟丝通过抛料器进入分选箱体后，先在一级风选箱体内垂直进风并对物料进行浮选，利用其悬浮速度的差异选出混杂其中的轻的物料，较重、较大的物料由垂直风选箱落到振动筛上，经二级抛料辊抛入二级风选箱内进行二次风选。二级风选后，合格物料与一级风选物料汇总，由方管的低速风送到柔性落料箱，物料由气锁排出并进入下道工序。风选出的梗签等重杂物由振筛出口排至称重装置以统计质量[6]。

1.2 设备组成

膨胀烟丝分段式两级风选系统主要由机架、一级风选装置、二级风选装置、风送管路、落料器和流场控制组件组成（如图1所示）。

1.3 膨胀烟丝分段式两级风选系统装置结构

根据图1所示，一级风选装置和二级风选装置并排设在机架上。一级风选装置包括一级风选箱体和一级振动输送装置。一级振动输送装置的进料口位于一级风选区的筛料口的下方。二级风选装置设于机架，包括二级风选箱体和二级振动输送装置，二级振动输送装置的进料口位于二级风选区的筛料口的下方。一级风选区、二级风选区均为梯度风选区。一级振动输送装置、二级振动输送装置可为振筛。振筛网面采用分段错层式设计，以保证烟丝有充分的风选空间。风送管路包括一级风送管路和二级风送管路。一级风送管路的一端与一级风选区的出料口连通，二级风送管路的一端与二级风选区的出料口连通。一级风送管路的另一端和二级风送管路的另一端均与落料管的一端相连。落料管的另一端设有提供风力的风机。落料器设在落料管内，为沉降式落料器。将落料器内的物料和含尘气体进行分离，含尘气体由除尘管路排入大气。装置的动力风由风机提供。

1.4 流场控制设备设计

一级风选装置和二级风选装置的示意图如图2所示。能实现流场控制的分段式风选装置包括补风组件、一级风送管路和二级风送管路。补风组件能够对一级风送管路和二级风送管路内的风速进行调节。补风组件包括风速检测装置和补风装置。风速检测装置用于检测一级风送管路或二级风送管路内的风速。补风装置与风速检测装置相连并调节一级风送管路或二级风送管路内的风速。

将一级风选装置和二级风选装置设置在同一机架上，可以有效减少占地面积。同时，设置流场控制装置对风选区内的气体流场进行控制，可实现不同的流场控制功能，从而降低相关技术中的风力调节难度，提升风选控制的稳定性和物料风选效果。通过设置补风组件，利用补风组件对一级风送管路和二级风送管路进行补风，进一步提升风选控制的稳定性和物料风选效果。

能实现流场控制的分段式风选装置还包括第一闭风装置、第二闭风装置和第三闭风装置。第一闭风装置靠近风选送料口，一级振动输送装置的出料口与第二闭风装置连通且第二闭风装置靠近二级振动输送装置的进料口，第三闭风装置与风选排料口连通。第一闭风装置为一级进料装置，位于一级振动输送装置上方。第二闭风装置为二级进料装置，位于二级振动输送装置上方，从而使进入一级风选装置的物料（例如烟丝等），利用烟丝与梗签的悬浮速度差并在风力作用下实现分离，实现一级风选初筛。而经过初选后的梗签和部分烟丝（例如丝团、湿团）则可以下沉至一级振动输送装置。二级风选装置的进料口与一级振动输送装置的出料口连通，经过一级初选后的物料可以通过一级振动输送装置输送至二级风选装置内进行二次精度风选。

流场控制组件如图3所示。流场控制组件包括刻度盘，刻度盘固定在一级风选装置上，翻转板通过转轴连接在刻度盘上。刻度盘为圆形板状结构，刻度盘上设有弧形分布的刻度，进行微调时沿着相对于竖直方向左、右摆动翻转板，可精细调节一级风选装置中一级风选箱内和二级风选装置中一级风选箱内的流场。通过设置流场控制装置，对风选区内的气体流场进行控制，可实现不同的流场控制功能，从而降低相关技术中的风力调节难度，提升风选控制的稳定性和物料风选效果。

一级均风网板或二级均风网板的示意图如图4所示。一级振动输送装置包括一级均风网板，二级振动输送装置包括二级均风网板，一级均风网板的高度高于二级均风网板的高度。一级均风网板和二级均风网板均相对于水平面倾斜布置。一级均风网板的高度高于二级均风网板的高度，可以使经过一级均风网板筛选过的烟丝运行到二级均风网板上，方便二级均风网板进行再次筛选。

测试证实，经过浮选可以获得上升叶丝、沉降烟梗以及梗、丝混合物3种组分，分离物料中单体间的沉降速度比等于各单体密度与气体密度差的平方根之比。气流平均速度取决于混合物料的投料量、投料速度和分离管的宽度。随着气流速度的提高，在实际操作中需要仔细调整，才能得到膨胀叶丝和烟梗的理想的分离效果。因此在设计过程中，将风选箱的后壁设计成可移动、调节的，通过调节前、后壁间的距离来达到改变风速的目的[7]。

垂直风选箱部件由管体和观察窗组成，通过观察窗可以清晰地看到物料的运行状态。沉降式落料箱部件由上盖、气料分离装置、箱体、观察窗以及检修门等组成。箱体的材料采用镜面拉丝不锈钢板制成。箱体侧面均开一面观察窗、一面安装照明灯，以便于工作人员观察物料在箱体内的风选情况，检修门便于工作人员检修。气料分离装置可以实现物料与气的分离，可以抽拉拿出清理灰尘。从观察窗可以清晰地看到柔性落料过程。检修门用于在紧急堵料情况下清理箱体内堆积的物料。出料气锁部件主要由机体、端盖和转子等组成。转子用来封闭机体，在落料的同时不会漏气并防止物料翻腾。喷吹部件由气包和喷吹管等组成。气包用于储存压缩空气。恒压式风速在线检测系统主要由文丘里管、风速测量模块、恒压模块和外壳部件等部件组成。静态秤由截料门部件、称重部件、分料部件、机架以及配套的气动元件组成。

1.5 设备操作设计

作为整条生产线的一部分，分段式两级风选系统的电气设备受生产线控制系统控制，不能够单独运行，可以分成自动、手动2种运行方式。自动运行时，设备顺序启动为出料气锁M6启动→螺旋输送机电机→一振动筛振动电机（同时启动，方向相反）→抛料器减速机→循环风机电机启动→除尘风机启动→进料振槽电机启动。当主控柜选择手动后，允许单独手动启动电机，将本地开关从“ON”位置向右旋转，此时电机启动，将本地开关打到“OFF”位置，电机停止运行。

2 应用效果

2.1 试验设计

试验材料为“特一类”膨胀烟丝（湖北中烟工业有限责任公司）。设备包括FDFX12型膨胀烟丝分段式两级风选系统（湖北中烟工业有限责任公司设计，徐州众凯机电设备制造有限公司制造）和YQ-2型叶丝振动分选筛（郑州烟草研究院）。根据2016版《卷烟工艺规范》中规定的方法，测定风选前、后的烟丝结构变化、含水率变化、风选后纯净度、剔出梗签量和含丝量。

2.2 数据分析

风选测试数据见表1。本系统的梗签和湿团剔除率平均为2.04%，其含丝率平均值为4.05%（传统叶丝二次风选梗签剔除率约为1.2%，其含丝率约为10%）。风选后膨胀烟丝的纯净度（实测99.9%）≥99.5%，风选后膨胀烟丝整丝率降低0.44%（≤1%）。风选前、后碎丝率增加0.29%，风选后膨胀烟丝含水率损失0.27%（≤0.5%）。各项指标符合卷烟工艺规范要求。

2.3 设备运行状况

运行中，本文系统风机频率为33Hz，一级风选风速为2.7m/s，二级风选风速为2.45m/s，风选系统除尘风量约为20000m³/h，传统叶丝的二次风选除尘风量约为38000m³/h，节省约50%除尘风量。风选系统单机能耗为7kW，传统叶丝二次风选单机能耗约为36.2kW，约为传统叶丝二次风选单机能耗的20%。本系统大部分部件布置于空中，不占用地面空间，占地面积仅为12m2（含进料设备），占地面积明显减少，为膨胀线的工艺布置创造了良好条件。

3 结论

研究表明，与传统叶丝二次风选设备相比，本文设计的膨胀烟丝分段式两级风选系统的风选效果显著，梗签和湿团剔除率平均为2.04%，占地面积大显著减少，为膨胀线的工艺布置创造了良好条件，能耗低，除尘风量节省约50%，单机能耗下降了80%。

参考文献

[1]陈勇进.基于正交试验法的柔性风选机参数优化研究[J].海峡科学，2022（7）：93-96.

[2]王宇，程德强，胡九宇，等.叶丝就地风选机参数对卷烟综合质量影响的研究[J].新型工业化，2021，11（2）：77-78.

[3]郭永，孙小龙，汪建伟，等.一种叶丝多级风选系统[J].科技创新导报，2012（31）：74-75.

[4]姚光明，刘朝贤，尤长虹，等.FX型就地风选器在制丝线上的应用试验[J].烟草科技，2003（8）：3-5.

[5]李培茂，梗签在线计量装置在叶丝多级风选系统中的应用[J].中国设备工程，2019（4）：133-134.

[6]李贝贝，戴石良，谢海.梗签分离腔体内气固两相流数值模拟研究[J].建筑热能通风空调，2022，41（2）：97-100.

[7]程桃英，卷烟制丝线在线轻质异物和烟饼剔除的研究[D].昆明：昆明理工大学，2009.

通信作者：张楚安（1973-），男，湖北黄冈人，本科，高级工程师，研究方向为卷烟加工工艺。

电子邮箱：zhangchuan@hbtobacco.cn。