康金嶺

韋小玲

王建生

謝柳金

唐林濤

黃文鎮(zhèn)

(廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司柳州卷煙廠，廣西 柳州 545005)

柔性風(fēng)選機(jī)關(guān)鍵工藝參數(shù)優(yōu)化

康金嶺

韋小玲

王建生

謝柳金

唐林濤

黃文鎮(zhèn)

(廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司柳州卷煙廠，廣西 柳州 545005)

優(yōu)化柔性風(fēng)選機(jī)的關(guān)鍵工藝參數(shù)，可提高梗簽剔除率，從而提高產(chǎn)品純凈度。通過對設(shè)備的主要工藝參數(shù)進(jìn)行顯著性分析，確定主要影響參數(shù)后，進(jìn)行全因子試驗(yàn)，應(yīng)用響應(yīng)曲面法進(jìn)行分析找到最佳控制模型，并應(yīng)用模型進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證后確定最佳參數(shù)組合。結(jié)果表明，柔性風(fēng)選機(jī)的3個(gè)主要參數(shù)(工藝風(fēng)速、風(fēng)門開度和針輥頻率)中，工藝風(fēng)速和風(fēng)門開度對梗簽剔除率有顯著影響，且當(dāng)工藝風(fēng)速19.0 m/s、風(fēng)門開度11.5%時(shí)，即可達(dá)到控制目標(biāo)(梗簽剔除率穩(wěn)定控制在90%內(nèi))。

柔性風(fēng)選機(jī)風(fēng)速；風(fēng)門開度；梗簽剔除率

在卷煙生產(chǎn)過程中，煙絲的質(zhì)量對于卷制煙支質(zhì)量的影響顯著[1]，特別是煙絲中的梗簽，煙絲中含有梗簽會(huì)造成煙支重量不均勻、刺破等，會(huì)直接影響到卷煙的燃燒性能和吸食質(zhì)量[2]。為此，煙絲中的梗簽含量則成為一項(xiàng)重要的煙絲質(zhì)量指標(biāo)。在葉絲干燥后采用柔性風(fēng)選工藝，不僅可以有效剔除梗簽，同時(shí)可以分離出煙絲中的其他雜物如濕團(tuán)和煙垢等，從而提高葉絲的純凈度、松散程度和均勻性，有利于后續(xù)工序的加工。對于在葉絲干燥后采用柔性風(fēng)選工藝的研究，主要是針對增加此工藝后對產(chǎn)品質(zhì)量影響的分析和對于卷煙吸食效果的影響，如鄭俊立等[3]研究后發(fā)現(xiàn)使用柔性風(fēng)選工藝可以有效提高煙絲純凈度；張文海[4]研究后發(fā)現(xiàn)使用柔性風(fēng)選工藝可以提高卷制煙支吸阻的穩(wěn)定性，同時(shí)對感官質(zhì)量影響不明顯。但對此設(shè)備的工藝參數(shù)配套性研究較少，本試驗(yàn)參照前人[5-8]的方法，對柔性風(fēng)選機(jī)的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以達(dá)到更佳的工藝效果。本研究根據(jù)柔性風(fēng)選設(shè)備特性,擬先分析工藝風(fēng)速、風(fēng)門開度和針輥頻率等工藝參數(shù)的影響顯著性，再用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法找到關(guān)鍵工藝參數(shù)的最佳組合，達(dá)到提高梗簽剔除率的目的。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

烤煙片煙：真龍某牌號(A)配方，廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司；

葉絲柔性風(fēng)選機(jī)：FS417HS型，徐州眾凱機(jī)電設(shè)備制造有限公司；

風(fēng)速儀：testo 400型，德圖儀器國際貿(mào)易(上海)有限公司；

電子天平：PL203-IC型，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.2 單因素試驗(yàn)

1.2.1 工藝風(fēng)速 在其它工藝條件不變的前提下，分別設(shè)定工藝風(fēng)速為14，24 m/s，每生產(chǎn)300 kg物料，對應(yīng)收集柔性風(fēng)選機(jī)的剔除梗簽量。用雙樣本T檢驗(yàn)方法分析其顯著性。

1.2.2 風(fēng)門開度 在其它工藝條件不變的前提下，分別設(shè)定風(fēng)門開度8%，20%，每生產(chǎn)300 kg物料，對應(yīng)收集柔性風(fēng)選機(jī)的剔除梗簽量。用雙樣本T檢驗(yàn)方法分析其顯著性。

1.2.3 針輥頻率 在其它工藝條件不變的前提下，分別設(shè)定針輥頻率30，50 Hz，每生產(chǎn)300 kg物料，對應(yīng)收集柔性風(fēng)選機(jī)的剔除梗簽量。用雙樣本T檢驗(yàn)方法分析其顯著性。

1.3 全因子試驗(yàn)

在前期試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)風(fēng)門開度設(shè)置在8%～16%時(shí)較好，故選擇工藝風(fēng)速的高低水平為14，24 m/s，風(fēng)門開度的高低水平為8%，16%。按照兩因子的全因子加5個(gè)中心點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，決定利用相同配方下的試驗(yàn)牌號卷煙進(jìn)行9批試驗(yàn)，每批投料均為6 800 kg，在其它工藝條件不變前提下，對工藝風(fēng)速和風(fēng)門開度進(jìn)行試驗(yàn)，對應(yīng)收集柔性風(fēng)選批梗簽剔除量數(shù)據(jù)，進(jìn)行全因子分析。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

用Minitab軟件進(jìn)行分析，用雙樣本T檢驗(yàn)方法分析參數(shù)的影響顯著性，進(jìn)行全因子分析后采用CCC(中心復(fù)合序貫設(shè)計(jì))設(shè)計(jì)擬合一個(gè)完整的響應(yīng)曲面模型，找到參數(shù)最優(yōu)組合。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 工藝風(fēng)速 首先對2組數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，P值均>0.05，無法拒絕原假設(shè)，可以認(rèn)為數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。其次進(jìn)行2組數(shù)據(jù)的等方差檢驗(yàn)，P值>0.05，無法拒絕原假設(shè)，可認(rèn)為2組數(shù)據(jù)方差相等。

在正態(tài)性檢驗(yàn)和等方差檢驗(yàn)后，進(jìn)行雙樣本T檢驗(yàn)，P值<0.05(見表1)，說明工藝風(fēng)速對梗簽剔除量有顯著影響。

2.1.2 風(fēng)門開度 首先對2組數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，P值均>0.05，無法拒絕原假設(shè)，可以認(rèn)為數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。其次進(jìn)行2組數(shù)據(jù)的等方差檢驗(yàn)，P值>0.05，無法拒絕原假設(shè)，可認(rèn)為2組數(shù)據(jù)方差相等。

在正態(tài)性檢驗(yàn)和等方差檢驗(yàn)后，進(jìn)行雙樣本T檢驗(yàn)，P值<0.05(見表1)，說明風(fēng)門開度對梗簽剔除量有顯著影響。

2.1.3 針輥頻率 首先對2組數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，P值均>0.05，無法拒絕原假設(shè)，可以認(rèn)為數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。其次進(jìn)行2組數(shù)據(jù)的等方差檢驗(yàn)，P值>0.05，無法拒絕原假設(shè)，可認(rèn)為2組數(shù)據(jù)方差相等。

在正態(tài)性檢驗(yàn)和等方差檢驗(yàn)后，進(jìn)行雙樣本T檢驗(yàn)，P值<0.05(見表1)，說明針輥頻率工藝風(fēng)速對梗簽剔除量無顯著影響。

2.2 全因子試驗(yàn)分析

對工藝風(fēng)速和風(fēng)門開度2個(gè)顯著因子進(jìn)行全因子試驗(yàn)，試驗(yàn)順序及結(jié)果見表2。

用Minitab軟件進(jìn)行分析，對試驗(yàn)進(jìn)行ANOVA分析(見表3)，工藝風(fēng)速和風(fēng)門開度2個(gè)因子P值均<0.05，說明2個(gè)因子顯著，與單因子分析的結(jié)論一致。但數(shù)據(jù)彎曲一欄顯示P值<0.05，說明試驗(yàn)數(shù)據(jù)有明顯的彎曲。

表1 單因子顯著性試驗(yàn)分析結(jié)果表

表2 全因子試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

需要對表2補(bǔ)星號點(diǎn)試驗(yàn)(見表4)，再對其進(jìn)行曲面法分析。因試驗(yàn)各方面條件與上次一致，因此可以直接一起進(jìn)行分析，不區(qū)分區(qū)組。全部點(diǎn)構(gòu)成CCC設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，擬合一個(gè)完整的響應(yīng)曲面模型。

對試驗(yàn)進(jìn)行ANOVA分析(見表5)，從分析數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：ANOVA表中的梗簽總效果回歸項(xiàng)的P值均<0.05，表明本模型總體是有效的；失擬項(xiàng)的P值均>0.05，可以判定本模型并沒有失擬現(xiàn)象；工藝風(fēng)速和風(fēng)門開度及他們的平方項(xiàng)都是顯著的，且交互作用都不顯著。

本試驗(yàn)的響應(yīng)變量梗簽剔除率宜接近90%，因?yàn)槿绻：炋蕹^多，會(huì)有較多合格煙絲同時(shí)被剔除，造成不必要浪費(fèi)，從等值線圖(見圖1)可以看出試驗(yàn)范圍確實(shí)有一個(gè)范圍。

在試驗(yàn)前首先確定了批理論梗簽含量。對該牌號烘絲后(柔性風(fēng)選前)葉絲10批次，按每批隨機(jī)取2個(gè)1 000 g的樣品進(jìn)行梗簽含量測定。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，烘后葉絲梗簽含量為0.15%左右，按每批雙喜投料6 800 kg計(jì)算，柔性風(fēng)選批理論梗簽剔除量應(yīng)為10.20 kg。根據(jù)理論值，設(shè)定梗簽剔除量為9.0 kg。利用響應(yīng)優(yōu)化器進(jìn)行多響應(yīng)曲面分析求最佳解(見圖2)，顯示當(dāng)工藝風(fēng)速19.0 m/s、風(fēng)門開度11.68%時(shí)，梗簽剔除量為9 kg。

表3 響應(yīng)值的方差分析表?

? **. 高度顯著，P<0.01；*. 顯著，P<0.05。

表4 條件優(yōu)化試驗(yàn)第二批數(shù)據(jù)記錄表

表5 響應(yīng)值的方差分析表?

? **. 高度顯著，P<0.01；*. 顯著，P<0.05。

圖1 梗簽量與工藝風(fēng)速、風(fēng)門開度的等值線圖

圖2 響應(yīng)優(yōu)化器

2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果

設(shè)定工藝風(fēng)速19.0 m/s、風(fēng)門開度11.5%，連續(xù)生產(chǎn)5個(gè)批次進(jìn)行驗(yàn)證，5批次葉絲的平均剔除梗簽量為9.05 kg，說明參數(shù)設(shè)定合理，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

3 結(jié)論

在葉絲干燥后采用柔性風(fēng)選工藝，可以提高煙絲的均勻性，使煙絲盡快定型，同時(shí)有效地剔除梗簽、濕團(tuán)、焦塊等雜物。本研究通過對柔性風(fēng)選機(jī)的主要工藝參數(shù)進(jìn)行分析，開展全因子試驗(yàn)，找到滿足梗簽剔除率90%要求的最佳參數(shù)組合。通過單因子分析試驗(yàn)可知，柔性風(fēng)選機(jī)的工藝風(fēng)速和風(fēng)門開度對于梗簽剔除率有顯著影響，而針輥頻率的影響不顯著。對于試驗(yàn)牌號來講，當(dāng)工藝風(fēng)速19.0 m/s、風(fēng)門開度11.5%時(shí)，可以有效地剔除90%的梗簽。

理論上不同牌號的煙絲組成不同，物料在通過該工序的過程中所受到的作用力也是不同的。可以針對不同的生產(chǎn)牌號，按照本研究方法進(jìn)行試驗(yàn)，找到各牌號適合的加工參數(shù)組合。當(dāng)然，結(jié)合生產(chǎn)線的生產(chǎn)情況，為了避免對設(shè)備進(jìn)行頻繁調(diào)整，也可以在找出主要生產(chǎn)牌號的參數(shù)后，統(tǒng)一選取一套較佳工藝參數(shù)組織實(shí)施生產(chǎn)。

本次研究只是針對工藝風(fēng)速、風(fēng)門開度和針輥頻率3個(gè)行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的參數(shù)進(jìn)行了研究，未能對其他參數(shù)的影響作用進(jìn)行研究，其他參數(shù)可作為后續(xù)的研究方向。

[1] 劉德強(qiáng), 賈洋, 王樂軍, 等. 煙絲結(jié)構(gòu)對煙支卷制質(zhì)量的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(32): 18 589-18 590.

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[3] 鄭俊立, 王根旺, 宋克強(qiáng), 等. 柔性風(fēng)選對卷煙質(zhì)量的影響[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè), 2013(1): 68-69.

[4] 張文海. 柔性風(fēng)選在多種卷煙品牌中的應(yīng)用[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報(bào), 2013(18): 123-136.

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[6] 資文華, 王慧, 番紹軍, 等. 干冰膨脹煙絲加工過程參數(shù)優(yōu)化研究[J]. 煙草科技, 2008(1): 8-18.

[7] 康金嶺, 黃賢飛, 劉遠(yuǎn)濤, 等. 預(yù)處理工藝對煙?；赝嘎实挠绊慬J]. 食品與機(jī)械, 2012, 28(6): 205-240.

[8] 韋小玲, 康金嶺. 管板式烘絲機(jī)工藝參數(shù)對卷煙香氣的影響[J]. 食品與機(jī)械, 2012, 28(6): 193-196.

Optimization on key parameters of tobacco flexible winnowing machine

KANGJin-ling

WEIXiao-ling

WANGJian-sheng

XIELiu-jing

TANGLin-tao

HUANGWen-zhen

(GuangxiTobaccoIndustryLimitedLiabilityCompanyLiuzhouCigaretteFactory,Liuzhou,Guangxi545005,China)

Optimized the key technical parameters of the flexible winnowing machine, to improve the sign out rate and the product purity. By the significant analysis on the main process parameters of equipment, determined the main parameters which influence the whole factor test, and the application of response surface method was used to find the best control model. And applied the model to the actual production after validation, to determine the best parameter combination. Results: Among the three main parameters of flexible winnowing machine technology, for the wind speed, throttle opening and the frequency of needle roller, the wind speed and the throttle opening has a significant influence on the sign out rate. When the wind speed was 19.0 m/s, the throttle opening was 11.5%, the target control could be achieved. When the wind speed of flexible winnowing machine was controlledin 19.0 m/s, and the opening of the throttle was controlled in 11.5%, the sign out rate can be controlled within the 90% target, stable.

flexible winnowing machine;process wind speed; throttle opening; the frequency of needle roller; Sign out rate

康金嶺(1978—)，男，廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司工程師，學(xué)士。E-mail: kanggaofeng@sohu.com

2017—04—08

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.07.023