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摘 要: 通过对柔性制丝的分析,提出梗丝加工柔性化的必要性。对梗丝柔性加工体系结构进行设计,着重探讨梗丝各加工单元进行柔性加工功能。并提出梗丝柔性加工体系将是卷烟制丝柔性加工体系中一个重要组成部分。
关键词: 梗丝加工;柔性制丝;分组加工;配方;控制参数
中图分类号:U464 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2013)0110132-02
1 梗丝加工柔性化、精细化的必要性
目前国内大多数卷烟企业制丝技术已经具备初步的柔性化生产能力。尤其是叶分组加工特色工艺技术,对配方中不同产地、不同年份、不同等级的烟叶根据感官质量和理化特性重新分组,选择不同的关键加工设备(如加料机、烘丝机),并制定相应的工艺参数指标分别进行处理。但分组加工技术多用在叶配方处理上,并受各种因素制约(如烟叶原料多样性、加工设备可调性、产品均质化稳定性、设备占地面积等)并没达到真正意义上的柔性化生产。尽管许多卷烟企业梗加工品种少、加工配方单一、但根据许昌卷烟厂梗加工情况、品种少配方单一、进而设备控制参数单一、已远不能满足梗加工工艺需求,由于原梗的组织特征,原梗更需要根据不同产地、不同年份、不同等级进行分组加工、根据分组情况需要不同的配方,不同的加工参数,从而使梗丝加工基本达到均质化要求。因此笔者认为,柔性制丝生产系统在分组加工技术基础上还应包括全自动物流系统和梗丝柔性加工系统。另外根据烟草行业优化卷烟产品结构,随着“532”、“461”品牌发展目标的实现,一些卷烟生产基地将沦为卷烟加工基地,不仅要加工自己小牌号卷烟还要加工其他外牌号的烟,如果想从一种产品规格的生产快速转换到另一种产品规格的生产,制丝生产系统就必须快速适应这种变化需求,快速组织生产调度,快速选择合适加工路线,快速确定适宜加工方式,快速改变加工参数等。这种快速变化不仅反映在叶配方上,而且还反映在梗配方上。有很多烟草行业的专家和研究员已对分组加工工艺技术和全自动物流系统已做了相当多的论述。这里笔者仅就梗丝柔性及精加工系统的谈一下设想。
2 梗丝柔性及精加工体系
2.1 系统结构
如图1所示,首先要进行原梗的分拣工作,这是以前从没有进行过的工作,分拣的目的就是梗的分组,梗的分拣可分为人工分拣和机器分拣,人工分拣就是把原梗根据不同产地、不同年份、不同等级进行分开;机器分拣就是根据梗的大小通过制作不同的网孔振槽或其他设备进行分拣。梗丝加工系统加工单元之间的连接不再像传统生产线一样采用刚性连接而是采用柔性物流连接。某些固有的工艺设备间仍然采用刚性连接,这些固有的设备可视为加工单元,并赋予工艺配方和控制参数。这些加工单元可通过调整工艺配方和控制参数加工各种不同牌号的梗丝,还可通过同工序段各加工单元不同加工能力的合理配置在大批量生产和小批量精品同时加工之间找到合理的平衡点。一般来说由于现在中高档烟生产较多,梗丝需求量不大,多数企业两条梗线不同配置即可满足生产需求。
2.2 系统功能
各加工单元之间除通过物流柔性连接外,各加工单元还要从工艺数据决策与分配、能力与功能扩展、运行控制与协调、操作与维护方面进行柔性设计。现就各加工单元的柔做一下简要阐述,供参考。
2.2.1 水洗梗装置。水洗梗装置应升级为水洗及浸梗两用机,这样对不同产地、不同等级、不同年份的原烟梗进行分组后,根据年份和梗质的好坏设定不同的配方温度,运用不同的工作方式(水洗梗或浸梗或水洗+浸梗),梗质好的可用洗梗方式、梗质差或梗质硬的可用浸梗或水洗+浸梗方式,洗梗方式下梗与热水接触时间短、浸梗或水洗+浸梗方式下梗与热水接触时间长,这时一定注意通过调整运行路线或运行速度来控制梗与热水接触时间,不然会造成润不透或水分过大等情况。
2.2.2 储梗柜布料方式。储梗柜布料方式可根据原烟梗分组情况采用寻堆布料或往复布料方式。寻堆布料方式是滑架往复运行,布料车寻堆铺料,可根据工艺和生产要求边进边出、减少储存时间、但铺料均匀性不高;往复布料方式是滑架步进运行,布料车往复铺料,这样可提高铺料均匀性。可通过中控操作布料方式开关调用寻堆布料程序或调用往复布料程序来实现布料方式转换。
图1 梗丝柔性及精加工体系结构
2.2.3 储梗柜储存方式。可根据原烟梗分组情况选择经过一次储梗柜暂存和润梗机或经旁路不经过一次储梗柜暂存和润梗机直接进入二次储梗柜。
2.2.4 螺旋蒸梗机均匀水分处理。在蒸梗机入口处,参照加料前水分对蒸压梗后水分进行设定,根据蒸压梗前后水分比较,进行自动加水控制,使得蒸压梗后水分均匀稳定,不仅有利于加料机出口水分控制,也有利于在蒸汽作用下梗对水分的吸收,有利于切梗丝机加工梗丝。这是因为在储梗柜内不同品质的梗对水分的吸收性、水分均衡性,储存时间不同性,储梗柜出来的梗的水分仍有所不同,有些厂家加料机又无增湿水系统,仅靠水洗梗、储梗、蒸压梗和加料系统后不可能使进入烘梗丝机前的水分稳定,因此烘梗丝机出口水分不可能得到稳定控制。即使加料机有增湿水系统,如果来料水分稳定,经梗加料增湿后加料机出口水分稳定性极易得到控制,对烘梗丝机控制水分也大有好处。
2.2.5 压梗机的选择。一些较高品牌的烟梗质好、梗质较松不需压梗即可经切梗丝机加工、不会影响梗丝纤维细胞,便于梗丝膨胀和干燥。一些品牌较低的烟梗梗质较硬若不经压梗机压扁,梗质不会松软,切梗丝机不易于加工,梗丝短而碎,梗签多,不便梗丝膨胀和干燥。因此可根据原梗分组情况及烟质优劣选择经压梗机压梗或不压梗直接经旁路通过。此时注意若压梗,一定要进行进入压梗机前的梗梳理处理。
2.2.6 切梗丝机。不论进口或国产切梗丝机、不论昆船或昆二机以及秦皇岛切梗丝机,技术都相当成熟,若切丝机增加配方(如切丝宽度、刀辊转速、刀门压力、进刀次数等工艺参数和控制参数)下载功能,切丝机就会适应柔性制丝的需要。此时也要注意一定要进行进入切梗丝机前的梗梳理处理。
2.2.7 梗加料机。梗加料机的设计功能要齐全、加料能力即加料比例范围要宽:加料机除具有传统的梗料定比跟踪施加、余料回收及管路自动清洗、管路预填充、料罐清洗及料罐加热功能外。应根据不同品牌、不同工艺要求增加如下功能:
1)配方表:不同牌号有不同加料比例等工艺配方参数和不同控制参数。2)双加料系统功能:根据不同牌号加料比例不同,加料量范围比较宽广,若选用一套加料泵、一套质量流量计,由于加料泵选型和流量计量程选择不当会严重影响加料精度及检测精度误差,很难保证工艺要求。选用两套加料系统(如一套大流量柱塞泵和大量程流量计、一套小流量柱塞泵和小量程流量计)就可根据不同比例、不同加料量范围自动选择加料系统,既可提高加料精度和检测精度,减少系统误差。3)料罐加料功能:设计香料厨发送及回收料液功能和本地加料及回收料液功能相结合,可根据具体情况和要求灵活进行料罐加料。4)料液雾化功能:料液雾化采用蒸汽或压缩空气(可加热进行温度控制),蒸汽和压缩空气压力可调。这样可根据不同品牌需要进行不同介质对料液的雾化。5)预填充循环功能:加料前预填充且不累计加料量和加料过程中物料中断时预填充且不累计加料量相结合。增加了预填充的灵活性。6)料罐称重及报警功能:料罐称重采用静态称重,料罐内料液消耗重量与理论加料量误差比较大时发出自动报警功能。提高加料准确性。7)加增湿水功能:有了加增湿水系统就可满足不同品牌、不同干燥机系统对加料机出口水分和干燥机来料水分的要求,提高烘梗丝机出口水分稳定性、提高梗丝填充值等烘丝效果。如梗丝低速气流干燥机就对来料水分有严格要求。8)手动检测阀动作功能:由于加料机系统气动球阀及电磁阀相当多,监控、检修和维护相当麻烦,通过此功能增加了柔性维护。
2.2.8 梗丝膨胀和干燥设备。目前我国梗丝膨胀的工艺设备形式很多,梗丝的膨胀设备有Hanni的隧道式(HT)、Comas的滚筒式(超级回潮),又有英国Dickinson(常州智思)的闪蒸式(STS)。梗丝干燥的形式有Hanni的滚筒式烘梗丝机(KLK-G),Comas的膨化塔,英国Dickinson隧道式(FBD)或常州智思的流化床以及常州智思低速气流干燥式(SH)。因此梗丝膨胀与干燥的组合形式就比较复杂。
国内常用的几种组合形式:
1)Hanni的HT+滚筒式烘梗丝机;2)Comas的滚筒式超级回潮+膨化塔;3)昆船的HT+流化床;4)常州智思的闪蒸+流化床;5)常州智思的闪蒸+低速气流式干燥机。
在现代梗丝生产线上,首要问题是改善梗丝填充能力。为获得一种更适合的填充效果,梗丝干燥处理前,必须通过加温加湿使之膨胀。一般加湿到30%~40%然后在干燥处理后达到13%的水分,对于以上几种组合形式,前一阶段就是加温加湿使之膨胀,后一阶段在较短的时间内使梗丝水分迅速从百分之三四十降到13%,达到干燥定型冷却的目的。只不过前四种形式干燥定型需时间较长一些,后一种形式是“瞬间干燥”,对不同梗质的梗丝有着不同的干燥定型效果。
因此建议一条梗丝线采用前四种中的一种,另一条梗丝线采用常州智思的闪蒸+低速气流式干燥机。另外对每套梗丝膨胀和干燥设备设计好配方表(如关键点的水分、温度、控制风量的风机频率、排潮风门开度等工艺参数和控制参数)这样对不同品牌、不同质地的梗丝加工就会游刃有余。
2.2.9 梗丝风选风道装置。为使生产更具灵活性,对梗丝风选风道进行如图2设计,在梗丝一、二线风力送丝管道之上,加装两组旁通管道和组合风门。利用组合风门之间的互相切换。通过电动角执行器或电磁阀控制气缸进行控制和自动切换。
图2 梗丝风选风道组合风门装置
2.2.10 梗丝加香机。梗丝加香机功能设计与梗丝加料装置基本雷同,不加增湿水装置、料罐无加温装置,若不用双加香系统,可设计为一个梗线加香系统为大流量,一条梗线加香系统为小流量,根据品牌、工艺、生产需要通过2.2.门调节进行切换即可完成实际需求。
2.2.11 梗丝储柜的布料方式。梗丝储柜的布料方式与储梗柜布料方式一样,可根据工艺和生产要求通过中控室选择开关调用寻堆布料或往复布料方式。另外储梗丝柜进出料方式可通过简单的物流设计即可完成不同需求的进出料形式。
2.2.12 检测器件自动牌号下发功能。梗丝加工线上的在线检测器件校验参数如水分仪、测温仪偏差值,可根据牌号设定不同通道,通过程序设计后,通过中控室随批次自动下发到水分仪等在线检测器件内。这样更可满足柔性制丝任务。
3 结束语
随着烟草制丝生产线多品牌、多配方、多工艺,多吃味,特别是不同需求所要求的焦油含量不同,梗丝在成丝中所占得比例也大不不同,另外随着柔性制丝工艺的不断发展深入,随着加工设备、控制技术、在线检测技术的不断发展,随着品牌优势的做大做强,梗丝柔性加工越来越重要,梗丝柔性加工体系将成为柔性制丝体系中一个重要组成部分。
参考文献:
[1]李涛、管仲、马路,《卷烟制丝生产的柔性制造初探》[M].烟草科技,2006,12.
[2]姚二民、储国海,《卷烟机械》[M].北京:中国轻工业出版社,2005.
作者简介:
张根勤,电气高级技师,电气工程师,许昌卷烟厂制丝车间从事电气维修工作。