基于正交试验法的柔性风选机参数优化研究

陈勇进

(厦门烟草工业有限责任公司，福建 厦门 361022)

柔性风选机的工作原理是将被选物料由进料机构(如振槽)送入风选箱体，在抽吸风机的作用下，向箱体提供垂直进风和侧向进风，利用垂直进风和侧向进风对被选物料进行飘选、浮选，达到分离轻的物体(如烟丝)和重的物体(如梗签、湿团)的目的。由于柔性风选机能够剔除烟丝中的梗头、梗签、焦片、湿团等杂物，因此被广泛应用于卷烟生产线的多个工艺段中[1-9]。由于生产线流量的不同、叶组配方的差异和环境气候的影响，目前尚未见到关于风选机参数设置的研究和报道。为此，采用正交试验法[10-12]对风机频率、导向板角度(刻度)和侧向调节板高度(刻度)3个关键工艺参数的较佳组合进行试验研究。

1 材料与方法

本文选用的材料与设备包括：1140kg/h干冰膨胀烟丝生产线；FS414柔性风选机(徐州众凯)；电子天平(感量0.001g)；某级膨胀烟丝叶组配方。

1.1 FS414柔性风选机结构原理

FS414型柔性风选机的结构原理图如图1所示。主要由风选箱体、输送机构、出料机构、二次风选箱、滚网机构等部件组成。其工作原理是被选物料3通过进料机构1进入箱体4后自由下落，利用侧向进风7和垂直进风10对其进行风选，比重轻的物料通过输送机构11和出料机构12进入下游设备，比重大的物料(如湿团或梗签)通过二次风选箱9排出。通过改变风机运行频率来调节风选所需的风量，通过调整侧向挡板2位置，控制侧向进风量与垂直进风量的比例，通过调节导向板8的角度，控制被风选物料自由下落的起始位置，满足不同等级物料的风选要求。

1-进料机构；2-侧向挡板；3-被选物料；4-箱体；5-滚网机构；6-排风管；7-侧向进风；8-导向板；9-二次风选箱；10-垂直进风；11-输送机构；12-出料机构

1.2 方法

1.2.1 试验设计

测定风选后膨胀烟丝含梗签率、风选机湿团剔除量和风选机梗签剔除量；对柔性风机的风机频率、导向板角度(刻度)和侧向档板高度(刻度)3因素进行正交实验(表1)，采用直观分析法和方差分析法对试验结果进行分析，以确定风选机较佳的工艺参数。

1.2.2 测量方法

每组试验持续生产10分钟。首先，在风选机后随机取样100g膨胀烟丝,挑出其中的梗签并计算含梗签率。其次，分别称量单位时间内剔除的湿团烟丝重量和梗签重量。

2 结果与分析

9组测试的膨胀烟丝含梗签率、湿团烟丝剔除量和梗签剔除量的试验数据统计汇总如表1所示。

表1 正交试验方案及测试数据

2.1 风选后膨胀烟丝含梗签率分析

2.1.1 直观分析

从表2和图2可以看出，①风机频率和导向板角度(刻度)对膨胀烟丝中含梗签率影响呈先降后升趋势。当风机频率为36Hz、导向板角度(刻度)为57时，风选剔除膨胀烟丝中梗签的效果较好；②侧向档板高度(刻度)对膨胀烟丝中含梗签率影响呈上升趋势，侧向档板高度(刻度)刻度越大越不利于梗签的剔除。

表2 数据直观分析结果

图2 风选后膨胀烟丝含梗签率主效应图

从图3可以看出，①侧向档板高度(刻度)与风机频率和导向板角度(刻度)存在较为明显交互作用；②当侧向档板高度(刻度)为11时，对风选后膨胀烟丝含梗签率的影响相对稳定。

图3 风选后膨胀烟丝含梗签率交互作用图

2.1.2 方差分析

从表3可以看出，①F导向板角度(刻度)=12.58,大于F[10,(2,2)]=9.00，导向板角度(刻度)对风选后膨胀烟丝含梗签率有显著影响(置信度为90)；②F风机频率=5.90,大于F[25,(2,2)]=3.00，风机频率对风选后膨胀烟丝含梗签率有较为明显影响(置信度为75)。

表3 风选后膨胀烟丝含梗签率数据的方差分析

2.2 风选过程梗签剔除量的分析

2.2.1 直观分析

对风选过程梗签剔除量数据进行直观分析，从表2和图4可以看出:①在膨胀烟丝就地风选过程中，梗签剔除量随导向板角度(刻度)和侧向档板高度(刻度)增加呈先小幅增加后大幅增加趋势。在剔除的梗签实物中，当侧向档板高度(刻度)为11和导向板角度(刻度)为9时，梗签中带有少量膨胀烟丝；② 风机频率对梗签剔除量影响呈先大幅降低后小幅增加趋势，说明风机频率为36Hz左右时梗签剔除量趋于平稳。

从图5可以看出，侧向档板高度(刻度)的增加，以及风机频率和导向板角度(刻度)对风选梗签剔除量的影响存在明显的交互作用。

图4 梗签剔除量主效应图

图5 梗签剔除量交互作用图

2.2.2 方差分析

从表4可以看出，F风机频率=1.81，F导向板角度(刻度)=1.83，F侧向档板高度(刻度)=0.82,均小于F[25,(2,2)]=3.00，说明风机频率、侧向档板高度(刻度)和导向板角度(刻度)对风选梗签剔除量影响不显著。出现3个参数对梗签剔除量影响不显著的原因：剔除梗签过程有结团烟丝被剔除出来，在干冰快速挥发过程中烟丝团部分烟丝松散开来进入梗签中，从而干扰了梗签的剔除量。

表4 风选梗签剔除量数据的方差分析

2.3 风选过程湿团烟丝剔除量的分析

2.3.1 直观分析

对风选过程湿团烟丝剔除量数据进行直观分析，从表2和图6可以看出:①风机频率对湿团烟丝剔除量呈先增后减的趋势。由于试验按照风机频率从低到高顺序进行，来料烟丝结团情况对试验结果有所影响；②导向板角度(刻度)对湿团烟丝剔除量影响随着导向板角度(刻度)增加而先大幅增加后小幅增加；③侧向档板高度(刻度)对湿团烟丝剔除量影响随着侧向档板高度(刻度)提高先增加后趋于平稳，当侧向档板高度(刻度)为11时，湿团剔除量趋于稳定。

从图7可以看出，侧向档板高度(刻度)的增加，以及风机频率和导向板角度(刻度)对风选湿团烟丝剔除量的影响存在交互作用。

图6 湿团烟丝剔除量主效应图

图7 湿团烟丝剔除量交互作用图

2.3.2 方差分析

从表5可以看出，①F风机频率=6.25和F导向板角度(刻度)=3.25,均大于F[25,(2,2)]=3.00，说明风机频率和导向板角度(刻度)对风选湿团烟丝剔除量有较为明显的影响(置信度为75)。②F侧向档板高度(刻度)=1.00，小于F[25,(2,2)]=3.00，说明侧向档板高度(刻度)对湿团烟丝剔除量影响不显著。

表5 湿团烟丝剔除量数据的方差分析

2.4 小结

①导向板角度(刻度)、风机频率和侧向档板高度(刻度)3个参数对膨胀烟丝的含梗签率的影响排序分别为显著、较为显著和不显著。

②湿团烟丝中干冰快速挥发使得部分烟丝松散进入梗签，干扰了导向板角度(刻度)、风机频率和侧向档板高度(刻度)3个参数，以及对膨胀烟丝风选梗签剔除量效果的分析。

③导向板角度(刻度)、风机频率和侧向档板高度(刻度)三个参数对膨胀烟丝的湿团烟丝剔除量的影响分别为较为显著、较为显著和不显著。

④综合以上分析，导向板角度(刻度)为57、风机频率为36Hz和侧向档板高度(刻度)为11时，膨胀烟丝的梗签及湿团烟丝的剔除效果较好。

3 应用效果

根据上述分析结果，以导向板角度(刻度)为57、风机频率为36Hz和侧向档板高度(刻度)为11作为参数组合进行生产，检查成品膨胀烟丝的含梗签率，数据见表6所示。

表6 风选后膨胀烟丝含梗签率

4 结论

导向板角度(刻度)、风机频率和侧向档板高度(刻度)三个参数对膨胀烟丝的含梗签率的影响排序分别为有显著、较为显著和不显著。导向板角度(刻度)为57、风机频率为36Hz和侧向档板高度(刻度)为11时，膨胀烟丝的梗签及湿团烟丝的剔除效果较好。风选后膨胀烟丝含梗签率由0.57%降为0.35%。