中浓压力筛在烟草薄片生产中的应用

闫 瑛 樊新顺 田晓辉 罗 冲 田泱源 张利涛 曹 铭 张书云

(河南卷烟工业烟草薄片有限公司，河南许昌，461000)

烟草薄片是以烟草加工过程中产生的碎烟片、烟梗、烟末等过程产物为原料，通过提取分离得到固体物料和提取液；固体物料用于制备烟草浆料，配加少部分植物纤维、填料等用造纸法抄造成基片；提取液经浓缩调配制成涂布液，通过涂布工序涂布到基片中，然后通过烘干、分切过程制成烟草薄片[1]。在卷烟中添加适量的烟草薄片，一方面可以节约烟草原料，有效降低卷烟成本；另一方面可以在一定程度上调整和改善卷烟的物理性能和化学成分，从而有助于卷烟内在品质的提高，因具有以上优势，烟草薄片已逐渐成为中式卷烟原料不可或缺的一部分[2- 3]。烟草薄片浆料物理性能的优劣直接影响烟草薄片产品的质量及生产运行稳定性，尤其是在制浆工序中的控制方面[4]。本课题介绍了中浓压力筛在烟草薄片制浆工序的应用必要性、中浓压力筛的工作原理及结构和在烟草薄片生产中的应用情况。

1 中浓压力筛的应用必要性

烟草薄片生产过程中采用的烟梗浆纤维微观形态呈细长带状、壁薄、胞腔径大，具有典型的草类原料纤维特征[5]，烟片和烟末浆基本为非纤维细胞组分，微观形态粗短、壁薄、胞腔径大，且杂质含量高[6- 7]。鉴于这种原料特性，烟草原料经磨机打浆处理后会产生部分梗皮、大浆团以及疏解好的粗纤维束等纤维性杂质。这些纤维性杂质会严重影响成浆质量[8]，导致布浆不均匀，以致抄造的基片厚薄不一、孔洞等问题，进而直接影响烟草薄片的质量。为解决上述问题，部分烟草薄片企业选择在打浆后配置浆料疏解设备，如高频疏解机，在不切断损伤纤维的前提下对这类纤维性杂质进行疏解，但成浆中仍存在一些过长、过大的纤维和纤维片或非纤维性杂质(砂石、磨片/破损掉落物等)无法处理，且疏解机盘片坚硬亦碎，若浆料中掺杂着杂质，盘片很容易损坏，对企业生产成本及运行连续、稳定性带来一定影响。也有一些企业选择在高浓打浆(浓度18%)后配置低浓压力筛(浓度1.5%)对不合格的纤维性杂质进行筛选，但浆料进入筛机前需要采用大量稀释水进行稀释，且通过筛机后还须增加浆料浓缩设备提高浆料浓度(至3%左右)达到成品浆料技术指标要求，这样做会导致烟草物质流失严重，加大用水量，增加废水处理负荷[9]。

中浓压力筛是目前国内广泛使用的一种新一代纸浆全封闭筛选设备，筛机为立式结构，主要由传动装置、筒体、筒盖、筛鼓、旋筒式转子、底座组成[10- 11]。中浓压力筛在进浆浓度2.0%～3.8%的条件下可实现稳定运行，处理后的合格浆料浓度为2.0%～3.7%，无需对其进行进一步浓缩便可满足成品浆浓的要求[9，12]。与传统低浓压力筛相比，中浓压力筛具有节能、节水、筛选效率高、生产维护费用较低等优点[13]。该设备可以将浆料中的过长、过粗、过大的纤维性杂质(不合格浆料)筛选出来，通过尾浆管路返回打浆系统再次进行打浆处理，合格浆料通过良浆管路进入下一工序，同时配备有重渣管路[14]，可实现浆料系统中一些非纤维性杂质(砂石、磨片磨/破损掉落物等)的有效去除，是烟草薄片生产中浆料筛选、净化的优选设备。

2 中浓压力筛的应用情况

2.1 调试总结

采用外流式中浓压力筛，对经过低浓打浆后的浆料进行筛选、净化处理。在调试过程中，通过4次带料调试，得出以下结论：①外流式中浓压力筛的进浆浓度、进浆与良浆压差、尾浆流量、尾浆浓度、良浆浓度是影响筛机正常运行的关键参数。②进浆浓度通过进浆管路上的稀释水流量达到精准调节，以适合筛机正常运行。③进浆与良浆压差能直观反映筛机运行状况，该数据也是筛机运行保护程序中的重要参数项，常规压差设定值范围为0～50 kPa，若筛机运行过程中，该压差值超过一定上限值(根据实际运行情况可设定)，表明筛机出现进浆、出浆不平衡(堵浆)的问题，需要加大尾浆流量或减小尾浆浓度使进浆、良浆压差降至正常运行范围内。④尾浆流量和浓度控制一方面影响整个制浆工艺系统的处理能力，进而影响纸机运行车速及整个烟草薄片生产系统的处理能力及连续稳定运行能力；另一方面因尾浆直接回流至磨机打浆前浆料储罐，所以尾浆流量越大、浓度越高，经二次打浆处理的纤维量越大，打浆前浆料储罐的浆料浓度也会有所上升，尾浆管路上设计有稀释水管路，尾浆浓度可以通过稀释水流量达到精准调节。⑤良浆浓度代表了经中浓压力筛处理后合格浆料浓度，这一部分浆料进入下一工序，故该数据也是筛机运行过程中需要关注的关键参数。图1～图3分别是外流式中浓压力筛结构设计示意图、主视图、左视图，表1是外流式中浓压力筛调试数据总结。

图1 外流式中浓压力筛结构设计示意图

图2 外流式中浓压力筛主视图

图3 外流式中浓压力筛左视图

2.2 试运行

2.2.1 材料

烟草薄片浆料、基片及烟草薄片。

2.2.2 仪器及设备

外流式中浓压力筛(WS81J)、纤维筛分仪(TMI)、肖伯尔式打浆度仪(TLS)、FA2004A 型电子天平(Mettler-toledo)、微控抗张强度仪(KZW- 300)、电热恒温鼓风干燥箱(DHG- 91012SA)、恒温恒湿箱(Binder)。

2.2.3 检测方法

纤维分布：取相当于10 g绝干纤维的浆料加入纤维筛分仪，按北欧SCAN M6(10 g样品，水流15 min，流速10 L/min)的检测方法进行检测，在105℃条件下烘至绝干后称量。打浆度：按照GB/T 3332—2004浆料打浆度的测定标准(肖伯尔-瑞格勒法)进行测定。湿重：采用框架法，即在肖伯尔打浆度仪的锥形盖上，附加一个金属框架，在测定打浆度的同时，测定挂在框架上的湿纤维的质量，即为湿重。基片定量与烟草薄片定量、厚度和抗张强度分别按照GB/T 451.2—2002、GB/T 451.3—2002、GB/T 12914—2008 的方法进行测定。涂布率计算按公式(1)所示。

(1)

式中，M1为烟草薄片绝干质量，g；M0为基片绝干质量，g。

2.2.4 结果与分析

外流式中浓压力筛试验结束后，取样品1#～4#，对设备试运行情况进行跟踪，压力筛使用前后浆料纤维筛分级分分布、浆料关键物理指标、烟草薄片物理指标分别如图4、图5和表2所示。

图4 外流式中浓压力筛使用前后浆料纤维筛分级分分布

由图4可知，在烟草薄片打浆后增加外流式中浓压力筛对浆料进行筛选后，<20目和80～300目浆料纤维百分比降低，降幅分别达到19.0%、50.6%，20～50目和50～80目浆料纤维百分比增加，增幅分别达到42.5%、10.2%，这表明打浆后浆料经压力筛处理后，过短、过长纤维在总纤维中的占比减小，浆料纤维分布集中度、均匀度显著增加。

表1 外流式中浓压力筛调试数据

表2 外流式中浓压力筛使用前后烟草薄片物理指标

图5 外流式中浓压力筛使用前后浆料打浆度及湿重变化

由图5可知，在烟草薄片生产过程中，在打浆后增加外流式中浓压力筛对浆料进行筛选后，浆料平均打浆度有一定幅度增加，增幅为33.8%，浆料平均湿重有一定幅度降低，降幅为19.8%。分析可知，打浆后浆料经过筛机处理，部分过长、过粗浆料纤维未通过筛机筛鼓，而是经由筛机尾浆管路返回打浆前浆料储罐进行了二次打浆处理，使得成品浆料中发生细纤维化纤维占比增加，部分纤维细纤维化程度增加。同时过长纤维经过进一步切断处理，进而导致烟草薄片浆料打浆度增加、湿重降低，且打浆度增加幅度大于湿重降低幅度。

由表2可知，在使用外流式中浓压力筛后，基片定量、烟草薄片定量、厚度、涂布率变化幅度较小，均不超过±1.5%，烟草薄片抗张强度显著增加，增幅达到19.4%，这与上述浆料打浆度、湿重变化情况吻合，说明外流式中浓压力筛的使用可显著增加烟草薄片浆料质量及其均匀性，减少纸机断纸次数、增加纸机及整个烟草薄片生产系统的运行稳定性。

鉴于烟草薄片的涂布率是影响产品质量的关键指标，外流式中浓压力筛投入使用后，在确保纸机及整个烟草薄片生产系统稳定运行的前提下，下一步将从调整原料结构尺寸分布、打浆及流送上网工艺参数优化提升等方面尽可能提升烟草基片及烟草薄片厚度、松厚度相关指标，进而保证涂布率在一定范围内处于较高水平。

另外，本课题对烟草薄片制浆工艺中打浆后使用外流式中浓压力筛替换高频疏解机前后的能耗情况进行了对比，结果如表3所示，图6、图7分别为外流式中浓压力筛使用前后制浆工艺流程图。

表3 外流式中浓压力筛使用前后能耗情况

注 电耗成本按0.78元/kWh计算。

图6 外流式中浓压力筛使用前制浆工艺流程图

图7 外流式中浓压力筛使用后制浆工艺流程图

由表3可知，使用外流式中浓压力筛替换原高频疏解机后，在运行时间相同的前提下，每天能节约用电798 kWh，约合人民币622.4元，按河南卷烟工业烟草薄片有限公司每天生产烟草薄片50 t计算，吨产品耗电量降低16.0 kWh。

3 结 论

在烟草薄片低浓打浆后增加外流式中浓压力筛对浆料进行筛选。

3.1 纤维长度<20目和80～300目的百分比降低，降幅分别达到19.0%、50.6%，20～50目和50～80目浆料纤维百分比含量增加，增幅分别达到42.5%、10.2%，表明打浆后浆料经筛机处理后，过短、过长纤维在总纤维中的占比减小，浆料纤维结构分布集中度、均匀度显著增加。浆料平均打浆度有一定幅度增加，增幅为33.8%，浆料平均湿重有一定幅度降低，降幅为19.8%，打浆度增加幅度大于湿重降低幅度。

3.2 基片定量、烟草薄片定量、厚度、涂布率变化幅度较小，均不超过±1.5%，抗张强度显著增加，增幅达到19.4%，为减少纸机断纸次数、增加纸机及整个烟草薄片生产系统运行稳定性提供了保障。

3.3 使用外流式中浓压力筛替换原高频疏解机后，在运行时间相同的前提下，每天能节约用电798 kWh，约合人民币622.4元，吨产品耗电量降低16.0 kWh。