造纸法再造烟叶浆料纤维浓度快速检测方法研究

王益黄，薛 洋，陈剑平，胡嘉维，吴宇航，樊功博

(广东省金叶科技开发有限公司，广东 汕头 515100)

造纸法再造烟叶[1]是一种利用烟草物料作为主要原料，经过提取、制浆、抄造、浓缩、涂布、烘干等工艺技术而制成的一种产品。造纸法再造烟叶是近代卷烟工业不可或缺的一种原料，其对于降低卷烟危害和提高卷烟品质有着不可替代的重要作用。

在造纸法再造烟叶生产过程中，需要检测其浆料纤维浓度[2]。造纸法再造烟叶原料含有较多的可溶物(热水可溶物比例约50%)，虽然经过了前期的提取，但在打浆工段的烟草浆料中仍然含有少量可溶物(约1%～4%)。浆料所检测的纤维浓度是指不含烟草可溶物的纤维浓度，因此不可以直接烘干检测，必须先去除可溶物后再烘干检测。普通的操作方法是先将浆料纤维反复洗涤和过滤，再烘干，然后通过称重计算得到浆料纤维浓度，其基本工艺流程如图1所示。

图1 浆料纤维浓度检测工艺流程图Fig.1 Process flow chart of pulp fiber concentration detection

在进行以上浆料洗涤操作时，通常方法有两种。标准方法是用索氏提取器法[3-4]，即用索氏提取器进行热水反复提取洗涤，从而除去浆料中的可溶物。另一种常用的洗涤方法为布袋法，将浆料装入布袋(布袋网目约为150～200目)中，通过人工反复搓洗和过滤，洗去可溶物。索氏提取器法相当于热水多次抽提，布袋法相当于冷水多次抽提，浆料的热水抽提比冷水抽提物要多一些[5]，布袋法洗涤后会有少量热水可溶物残留，因此布袋法的检测精度不够高。洗涤后的浆料放入温度为105±2 ℃的烘箱烘至恒重，烘干过程需要约3 h。然后再称重和计算浆料浓度。

在以上提到的索氏提取器法，虽然可以很好的除去浆料中的可溶物，也能很好的秤量和计算浆料纤维浓度，但其耗费时间太长，其整个检测过程的耗时约5 h，耗时最多的在洗涤和烘干，其中洗涤耗时约2 h，烘干耗时约3 h。在以上提到的布袋法，虽然缩短了洗涤时间，但其他时间不变，因此总的耗时只是稍稍缩短。其中洗涤耗时约40 min，烘干耗时约3 h，加上取样和秤量计算等时间，总耗时也需要约4 h。且洗涤的过程非常的费力，还会由于操作人员的手法、力度不同造成一定的误差，整体方法的准确性比索氏提取器法稍低[5]。以上两种方法共同缺点是耗时都很长，为了克服此缺点，通过研究，设计和制造出一种能够快速检测的方法和设备很有必要。

1 设计思路

分析现有工艺方法，耗时最长的过程在洗涤和烘干。为了提高整体的效率必须从此工艺方法进行全新的工艺设计和设备创新，提高其工作效率，降低洗涤和烘干耗时，从而降低整个工艺方法的耗时。经过研究，全新的工艺方法流程如图2所示。

图2 改进后的浆料纤维浓度检测工艺流程图Fig.2 Improved process flow chart of pulp fiber concentration detection

本工艺流程设计思路为提高洗涤和烘干的效率，因此洗涤采用的高效洗涤方法为连续热水淋洗，烘干采用的高效烘干方法为高温真空烘干，并且将洗涤和烘干的工艺过程置于同一设备内完成，在操作过程中不需要转移物料即可完成操作。

2 设备构成和工作原理

2.1 设备构成

本设备为一套由多个设备组成的成套设备，从结构上看，主要由18个零部件和管道等组成。整套设备工艺流程图如图3所示，其内部结构示意图如图4所示，设备名称表1所示。整套设备中的核心设备为漏斗，漏斗外部为比普通锥形漏斗结构，上部带密封盖，内部有金属支撑架，在支撑架下方为加热电阻，支撑架可以取出，放置时外缘支撑到漏斗上，下部正好与加热电阻接触。支撑架上有一层网目为60目的金属网，滤纸折叠成锥形后放置于金属网上进行过滤操作。

图3 设备的工艺流程图Fig.3 Process flow chart of equipment

图4 漏斗内部结构示意图Fig.4 Schematic diagram of the internal structure of the funnel

表1 工艺流程图中的设备名称Table 1 Equipment names in the process flow chart

2.2 设备工作原理

新设备的工作流程主要包括浆料取样称重、高效洗涤、高效烘干、称重计算浓度等四个工作步骤，具体工作流程和原理描述如下所示。

(1)取样和称重：和正常的取样称重方法相同，根据工艺设定或现场浓度计等仪表测量对浆料浓度进行估算，根据估算的浓度取约2 g绝干浆并计算出实际取样的浆料重量，用天平秤量出对应的浆料重量，浆料重量记为m1；

(2)高效洗涤：将浆料倒入到本设备的放有滤纸(滤纸已烘干称重，重量记为m2)的漏斗中，盖好漏斗盖使其密封，开启真空泵，同时管道中的阀门处于开启状态的有阀门A、阀门B、阀门E、阀门F、阀门G，其它阀门处于关闭状态。用清水洗涤3次盛放浆料的量筒，浆料在真空泵的抽吸下迅速聚集成为浆料滤饼。启动编号为②的热水泵，使热水通过管道进入编号为⑨的热水喷淋头，用热水连续淋洗浆料滤饼(热水流量大小可以通过调节阀门A的开度进行控制)，此时真空泵一直处于工作状态(真空度大小可以通过调节阀门G开度进行控制)，边淋洗边抽吸。持续淋洗时间为15 min，热水用水量约为2～5 L，经过15 min的热水淋洗，浆料中的可溶物被去除。

(3)高效烘干：停止热水淋洗，开启编号为①的电加热干燥系统加热金属漏斗和浆料，控制加热温度为80～150 ℃。切换阀门，此时处于开启状态的有阀门C、阀门D、阀门G，其它阀门处于关闭状态。此时的真空泵一直开启，浆料处于一个高真空状态(压力值为-99～-60 kPa)，且处于被加热状态，浆料中的水快速气化被抽吸走。通过连续15 min的真空加热干燥，浆料迅速被干燥。

(4)称重和计算浓度：停止干燥，取出含有浆料滤饼的滤纸，放入干燥器中冷却后再称重，重量记为m3，根据浓度计算公式(1)计算出浆料纤维浓度。

(1)

以上四步操作为一轮常规检测操作，一轮操作完成后，需要通过H阀门排出锥形瓶中的收集水，即可进行下一轮检测操作。

3 设备使用效果验证

本设备的最大优点是提高了效率，且检测精确性也较高。实验进行了不同浓度梯度浆料的多组检测，方法有索氏提取器法、布袋法检测和本设备检测方法，具体结果如表2～表5所示。

表2 A浆料纤维浓度检测Table 2 A pulp fiber concentration detection

表3 B浆料纤维浓度检测Table 3 B pulp fiber concentration detection

表4 C浆料纤维浓度检测Table 4 C pulp fiber concentration detection

表5 各种检测方法所用时间对比Table 5 D pulp fiber concentration detection

从实验结果来看，本设备的检测结果准确性与索氏提取器法接近，最大误差不超过0.20%，平均误差均小于0.10%，检测结果稳定。在耗时方面，本设备具有非常好的改进，耗时降至索氏提取器法耗时的13.69%，效率提升明显。

4 结 论

本设备设计精巧，结构简单，操作方便，具有高效、准确、稳定的检测性能。其使用时，可以快速稳定的检测出造纸法再造烟叶浆料纤维浓度。本设备在使用的过程中需要使用功率较大的真空泵和电加热设备，即需要消耗一定的电能；设备还需要较好的强度、加工精度、电绝缘性和密封性，因此设备本身的造价较高。总体而言，本设备作为一种实验室检测设备，能较好的满足造纸法再造烟叶行业工厂浆料纤维浓度快速检测需求。