閆 瑛 樊新順 田曉輝 羅 沖 田泱源 張利濤 曹 銘 張書云

(河南卷煙工業(yè)煙草薄片有限公司，河南許昌，461000)

煙草薄片是以煙草加工過程中產(chǎn)生的碎煙片、煙梗、煙末等過程產(chǎn)物為原料，通過提取分離得到固體物料和提取液；固體物料用于制備煙草漿料，配加少部分植物纖維、填料等用造紙法抄造成基片；提取液經(jīng)濃縮調(diào)配制成涂布液，通過涂布工序涂布到基片中，然后通過烘干、分切過程制成煙草薄片[1]。在卷煙中添加適量的煙草薄片，一方面可以節(jié)約煙草原料，有效降低卷煙成本；另一方面可以在一定程度上調(diào)整和改善卷煙的物理性能和化學(xué)成分，從而有助于卷煙內(nèi)在品質(zhì)的提高，因具有以上優(yōu)勢，煙草薄片已逐漸成為中式卷煙原料不可或缺的一部分[2- 3]。煙草薄片漿料物理性能的優(yōu)劣直接影響煙草薄片產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定性，尤其是在制漿工序中的控制方面[4]。本課題介紹了中濃壓力篩在煙草薄片制漿工序的應(yīng)用必要性、中濃壓力篩的工作原理及結(jié)構(gòu)和在煙草薄片生產(chǎn)中的應(yīng)用情況。

1 中濃壓力篩的應(yīng)用必要性

煙草薄片生產(chǎn)過程中采用的煙梗漿纖維微觀形態(tài)呈細(xì)長帶狀、壁薄、胞腔徑大，具有典型的草類原料纖維特征[5]，煙片和煙末漿基本為非纖維細(xì)胞組分，微觀形態(tài)粗短、壁薄、胞腔徑大，且雜質(zhì)含量高[6- 7]。鑒于這種原料特性，煙草原料經(jīng)磨機(jī)打漿處理后會(huì)產(chǎn)生部分梗皮、大漿團(tuán)以及疏解好的粗纖維束等纖維性雜質(zhì)。這些纖維性雜質(zhì)會(huì)嚴(yán)重影響成漿質(zhì)量[8]，導(dǎo)致布漿不均勻，以致抄造的基片厚薄不一、孔洞等問題，進(jìn)而直接影響煙草薄片的質(zhì)量。為解決上述問題，部分煙草薄片企業(yè)選擇在打漿后配置漿料疏解設(shè)備，如高頻疏解機(jī)，在不切斷損傷纖維的前提下對(duì)這類纖維性雜質(zhì)進(jìn)行疏解，但成漿中仍存在一些過長、過大的纖維和纖維片或非纖維性雜質(zhì)(砂石、磨片/破損掉落物等)無法處理，且疏解機(jī)盤片堅(jiān)硬亦碎，若漿料中摻雜著雜質(zhì)，盤片很容易損壞，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)成本及運(yùn)行連續(xù)、穩(wěn)定性帶來一定影響。也有一些企業(yè)選擇在高濃打漿(濃度18%)后配置低濃壓力篩(濃度1.5%)對(duì)不合格的纖維性雜質(zhì)進(jìn)行篩選，但漿料進(jìn)入篩機(jī)前需要采用大量稀釋水進(jìn)行稀釋，且通過篩機(jī)后還須增加漿料濃縮設(shè)備提高漿料濃度(至3%左右)達(dá)到成品漿料技術(shù)指標(biāo)要求，這樣做會(huì)導(dǎo)致煙草物質(zhì)流失嚴(yán)重，加大用水量，增加廢水處理負(fù)荷[9]。

中濃壓力篩是目前國內(nèi)廣泛使用的一種新一代紙漿全封閉篩選設(shè)備，篩機(jī)為立式結(jié)構(gòu)，主要由傳動(dòng)裝置、筒體、筒蓋、篩鼓、旋筒式轉(zhuǎn)子、底座組成[10- 11]。中濃壓力篩在進(jìn)漿濃度2.0%～3.8%的條件下可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，處理后的合格漿料濃度為2.0%～3.7%，無需對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步濃縮便可滿足成品漿濃的要求[9，12]。與傳統(tǒng)低濃壓力篩相比，中濃壓力篩具有節(jié)能、節(jié)水、篩選效率高、生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)[13]。該設(shè)備可以將漿料中的過長、過粗、過大的纖維性雜質(zhì)(不合格漿料)篩選出來，通過尾漿管路返回打漿系統(tǒng)再次進(jìn)行打漿處理，合格漿料通過良漿管路進(jìn)入下一工序，同時(shí)配備有重渣管路[14]，可實(shí)現(xiàn)漿料系統(tǒng)中一些非纖維性雜質(zhì)(砂石、磨片磨/破損掉落物等)的有效去除，是煙草薄片生產(chǎn)中漿料篩選、凈化的優(yōu)選設(shè)備。

2 中濃壓力篩的應(yīng)用情況

2.1 調(diào)試總結(jié)

采用外流式中濃壓力篩，對(duì)經(jīng)過低濃打漿后的漿料進(jìn)行篩選、凈化處理。在調(diào)試過程中，通過4次帶料調(diào)試，得出以下結(jié)論：①外流式中濃壓力篩的進(jìn)漿濃度、進(jìn)漿與良漿壓差、尾漿流量、尾漿濃度、良漿濃度是影響篩機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)。②進(jìn)漿濃度通過進(jìn)漿管路上的稀釋水流量達(dá)到精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，以適合篩機(jī)正常運(yùn)行。③進(jìn)漿與良漿壓差能直觀反映篩機(jī)運(yùn)行狀況，該數(shù)據(jù)也是篩機(jī)運(yùn)行保護(hù)程序中的重要參數(shù)項(xiàng)，常規(guī)壓差設(shè)定值范圍為0～50 kPa，若篩機(jī)運(yùn)行過程中，該壓差值超過一定上限值(根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況可設(shè)定)，表明篩機(jī)出現(xiàn)進(jìn)漿、出漿不平衡(堵漿)的問題，需要加大尾漿流量或減小尾漿濃度使進(jìn)漿、良漿壓差降至正常運(yùn)行范圍內(nèi)。④尾漿流量和濃度控制一方面影響整個(gè)制漿工藝系統(tǒng)的處理能力，進(jìn)而影響紙機(jī)運(yùn)行車速及整個(gè)煙草薄片生產(chǎn)系統(tǒng)的處理能力及連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行能力；另一方面因尾漿直接回流至磨機(jī)打漿前漿料儲(chǔ)罐，所以尾漿流量越大、濃度越高，經(jīng)二次打漿處理的纖維量越大，打漿前漿料儲(chǔ)罐的漿料濃度也會(huì)有所上升，尾漿管路上設(shè)計(jì)有稀釋水管路，尾漿濃度可以通過稀釋水流量達(dá)到精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。⑤良漿濃度代表了經(jīng)中濃壓力篩處理后合格漿料濃度，這一部分漿料進(jìn)入下一工序，故該數(shù)據(jù)也是篩機(jī)運(yùn)行過程中需要關(guān)注的關(guān)鍵參數(shù)。圖1～圖3分別是外流式中濃壓力篩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖、主視圖、左視圖，表1是外流式中濃壓力篩調(diào)試數(shù)據(jù)總結(jié)。

圖1 外流式中濃壓力篩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

圖2 外流式中濃壓力篩主視圖

圖3 外流式中濃壓力篩左視圖

2.2 試運(yùn)行

2.2.1 材料

煙草薄片漿料、基片及煙草薄片。

2.2.2 儀器及設(shè)備

外流式中濃壓力篩(WS81J)、纖維篩分儀(TMI)、肖伯爾式打漿度儀(TLS)、FA2004A 型電子天平(Mettler-toledo)、微控抗張強(qiáng)度儀(KZW- 300)、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DHG- 91012SA)、恒溫恒濕箱(Binder)。

2.2.3 檢測方法

纖維分布：取相當(dāng)于10 g絕干纖維的漿料加入纖維篩分儀，按北歐SCAN M6(10 g樣品，水流15 min，流速10 L/min)的檢測方法進(jìn)行檢測，在105℃條件下烘至絕干后稱量。打漿度：按照GB/T 3332—2004漿料打漿度的測定標(biāo)準(zhǔn)(肖伯爾-瑞格勒法)進(jìn)行測定。濕重：采用框架法，即在肖伯爾打漿度儀的錐形蓋上，附加一個(gè)金屬框架，在測定打漿度的同時(shí)，測定掛在框架上的濕纖維的質(zhì)量，即為濕重。基片定量與煙草薄片定量、厚度和抗張強(qiáng)度分別按照GB/T 451.2—2002、GB/T 451.3—2002、GB/T 12914—2008 的方法進(jìn)行測定。涂布率計(jì)算按公式(1)所示。

(1)

式中，M1為煙草薄片絕干質(zhì)量，g；M0為基片絕干質(zhì)量，g。

2.2.4 結(jié)果與分析

外流式中濃壓力篩試驗(yàn)結(jié)束后，取樣品1#～4#，對(duì)設(shè)備試運(yùn)行情況進(jìn)行跟蹤，壓力篩使用前后漿料纖維篩分級(jí)分分布、漿料關(guān)鍵物理指標(biāo)、煙草薄片物理指標(biāo)分別如圖4、圖5和表2所示。

圖4 外流式中濃壓力篩使用前后漿料纖維篩分級(jí)分分布

由圖4可知，在煙草薄片打漿后增加外流式中濃壓力篩對(duì)漿料進(jìn)行篩選后，<20目和80～300目漿料纖維百分比降低，降幅分別達(dá)到19.0%、50.6%，20～50目和50～80目漿料纖維百分比增加，增幅分別達(dá)到42.5%、10.2%，這表明打漿后漿料經(jīng)壓力篩處理后，過短、過長纖維在總纖維中的占比減小，漿料纖維分布集中度、均勻度顯著增加。

表1 外流式中濃壓力篩調(diào)試數(shù)據(jù)

表2 外流式中濃壓力篩使用前后煙草薄片物理指標(biāo)

圖5 外流式中濃壓力篩使用前后漿料打漿度及濕重變化

由圖5可知，在煙草薄片生產(chǎn)過程中，在打漿后增加外流式中濃壓力篩對(duì)漿料進(jìn)行篩選后，漿料平均打漿度有一定幅度增加，增幅為33.8%，漿料平均濕重有一定幅度降低，降幅為19.8%。分析可知，打漿后漿料經(jīng)過篩機(jī)處理，部分過長、過粗漿料纖維未通過篩機(jī)篩鼓，而是經(jīng)由篩機(jī)尾漿管路返回打漿前漿料儲(chǔ)罐進(jìn)行了二次打漿處理，使得成品漿料中發(fā)生細(xì)纖維化纖維占比增加，部分纖維細(xì)纖維化程度增加。同時(shí)過長纖維經(jīng)過進(jìn)一步切斷處理，進(jìn)而導(dǎo)致煙草薄片漿料打漿度增加、濕重降低，且打漿度增加幅度大于濕重降低幅度。

由表2可知，在使用外流式中濃壓力篩后，基片定量、煙草薄片定量、厚度、涂布率變化幅度較小，均不超過±1.5%，煙草薄片抗張強(qiáng)度顯著增加，增幅達(dá)到19.4%，這與上述漿料打漿度、濕重變化情況吻合，說明外流式中濃壓力篩的使用可顯著增加煙草薄片漿料質(zhì)量及其均勻性，減少紙機(jī)斷紙次數(shù)、增加紙機(jī)及整個(gè)煙草薄片生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

鑒于煙草薄片的涂布率是影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，外流式中濃壓力篩投入使用后，在確保紙機(jī)及整個(gè)煙草薄片生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，下一步將從調(diào)整原料結(jié)構(gòu)尺寸分布、打漿及流送上網(wǎng)工藝參數(shù)優(yōu)化提升等方面盡可能提升煙草基片及煙草薄片厚度、松厚度相關(guān)指標(biāo)，進(jìn)而保證涂布率在一定范圍內(nèi)處于較高水平。

另外，本課題對(duì)煙草薄片制漿工藝中打漿后使用外流式中濃壓力篩替換高頻疏解機(jī)前后的能耗情況進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如表3所示，圖6、圖7分別為外流式中濃壓力篩使用前后制漿工藝流程圖。

表3 外流式中濃壓力篩使用前后能耗情況

注 電耗成本按0.78元/kWh計(jì)算。

圖6 外流式中濃壓力篩使用前制漿工藝流程圖

圖7 外流式中濃壓力篩使用后制漿工藝流程圖

由表3可知，使用外流式中濃壓力篩替換原高頻疏解機(jī)后，在運(yùn)行時(shí)間相同的前提下，每天能節(jié)約用電798 kWh，約合人民幣622.4元，按河南卷煙工業(yè)煙草薄片有限公司每天生產(chǎn)煙草薄片50 t計(jì)算，噸產(chǎn)品耗電量降低16.0 kWh。

3 結(jié) 論

在煙草薄片低濃打漿后增加外流式中濃壓力篩對(duì)漿料進(jìn)行篩選。

3.1 纖維長度<20目和80～300目的百分比降低，降幅分別達(dá)到19.0%、50.6%，20～50目和50～80目漿料纖維百分比含量增加，增幅分別達(dá)到42.5%、10.2%，表明打漿后漿料經(jīng)篩機(jī)處理后，過短、過長纖維在總纖維中的占比減小，漿料纖維結(jié)構(gòu)分布集中度、均勻度顯著增加。漿料平均打漿度有一定幅度增加，增幅為33.8%，漿料平均濕重有一定幅度降低，降幅為19.8%，打漿度增加幅度大于濕重降低幅度。

3.2 基片定量、煙草薄片定量、厚度、涂布率變化幅度較小，均不超過±1.5%，抗張強(qiáng)度顯著增加，增幅達(dá)到19.4%，為減少紙機(jī)斷紙次數(shù)、增加紙機(jī)及整個(gè)煙草薄片生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性提供了保障。

3.3 使用外流式中濃壓力篩替換原高頻疏解機(jī)后，在運(yùn)行時(shí)間相同的前提下，每天能節(jié)約用電798 kWh，約合人民幣622.4元，噸產(chǎn)品耗電量降低16.0 kWh。