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1、卷烟机剔除梗签物中含丝量的检测方法一、 前言烟丝在进行卷制之前，需要利用卷烟机的梗签风选装置剔除烟丝中的梗签物（包括梗签、并条烟丝、湿团烟丝等），以提高卷烟的物理及感官质量。在卷烟生产过程中，通常通过调整卷烟机吸丝成型系统梗箱孔板的透气量或其他相关措施，控制梗签物的剔除量，为了保证梗签物剔除的比较彻底，通常要求剔除的梗签物中含有一定量的烟丝。因此，剔除梗签物中烟丝的含量是评价梗签物剔除程度的一个重要指标，也是有效控制卷烟质量控制的一项重要内容。在卷烟机台中，需要对梗签物中的含丝量进行合理的控制，如果剔除梗签物中的含丝量过低，会导致烟支含梗签率增加，影响产品卷烟的质量；剔除梗签物中含丝量过高，会
2、降低烟丝的有效利用率，增加烟丝的消耗。目前对烟草企业中在质量控制时，对梗签物中含丝量的测定，大多是通过人工挑选或者目测的方式来大致确定剔除梗签物含丝量的多少，从而去选择适宜的梗签剔除率。这种方法受主观因素影响非常大，并且不同机台、不同卷烟产品均存在较大差异，不易为其选择确定适宜的梗签剔除率，来获得最优的卷烟质量。本文主要针对目前存在的问题，利用流态化原理，依据形成两级流态化系统这一思路，研制梗签中含丝量检测仪，利用该仪器考察一种梗签与一种烟丝的基本流化特性；通过基本流化特性选择确定双气流流速条件，利用该条件对不同梗签中含丝量和相同含丝量不同样品重量的样品进行测定；考察不同含丝量水平和不同样品重
3、量水平对检测正确度和精密度的影响规律。为建立梗签中含丝量的检测方法提供支撑，更好地控制卷烟机台梗签剔除率，提高卷烟质量提供技术基础。二、 试验过程与方法2.1 样品准备本试验选择一种梗签和一种烟丝样品，本试验选择一种梗签和一种烟丝样品，样品采集于广东中烟生产二部卷包车间一区，卷烟机型号为Protos70，所取烟丝牌号为A(双喜经典)，具体掺配比例见表1所示：表1所选样品在梗签剔除前的掺配比例牌号叶丝比例膨胀梗丝比例膨胀烟丝比例双喜经典68%18%14%2.2 样品的基本性质表征对所选样品进行含水率、堆积密度、表观密度、真密度、平均粒径和烟丝粒径分布等指标的检测，试验材料物理性质的检测结果见表2
4、和图所示。样品含水率检测方法依据行业标准YC/T31-1996烟草及烟草制品 含水率的测定烘箱法检测。样品堆积密度检测方法：将样品松散加入100ml量筒内，并加至100ml刻度处。而后将样品倒出量筒，称量加入样品的质量，记为m（克）。依据式（1）计算得到堆积密度b单位kg/m3(1)样品表观密度检测方法（排液法）：向100 mL容量瓶中注入正己烷准确至刻线处，盖紧瓶盖擦拭干净，称其质量为m0，然后倒出约2/3正己烷，将已准确称重的待测烟丝(质量记为m1)装入此容量瓶，轻微振荡，待烟丝充分浸润后继续注入正己烷准确至刻线处，盖严瓶盖，擦干称重，其质量为m2。烟丝密度为：(2)样品真密度检测方法（排
5、气法）：准确称取空样品杯质量，在样品杯中准确称取一定量的烟丝样品，试样加入量以大于样品杯的2/3为宜。将样品杯放入全自动真密度分析仪样品舱中，旋紧样品舱盖，使样品舱处于完全密封的状态，输入样品的质量，后开始测试分析，待最后3次测试结果便准偏差小于设定值时，测试结束，取最后3次结果平均值作为样品真密度值。样品平均粒径检测方法（粒径分布法）：利用多层筛网（8.00mm, 6.70mm, 5.60mm, 4.75mm, 4.00mm, 3.35mm, 2.80mm, 2.00mm, 1.40mm, 0.71mm）进行筛分处理，称量每层筛网上的样品质量，利用式(3)(3)ni=第i层筛网上的样品质量，
6、gdpi=第i，i+1层筛网之间平均尺寸，mm.样品的临界流化速度的检测方法是利用床层压降与不断变化的表观气速间的关系得到最小临界流化速度。通过基本物理性质的检测，可以预知双流体剔除梗签物中含丝量检测装置的基本结构，设计研制检测仪器表2 试验材料的物理性质试验材料堆积密度b/Kg.m-3表观密度s/Kg.m-3真密度t/Kg.m-3平均粒径dp/mm含水率%梗签 A361.00990.01346.80.63542.2412.34烟丝62.86842.01386.50.92532.5411.81图1 试验材料的粒径分布2.3 试验装置与设计特点图2是梗签含丝量检测仪结构示意图。该仪器主体由透明材
7、料制成。主要包括双流化气流量控制及流体分配气室、带中心管的流化床系统和分布进料与卸料控制系统。该仪器附带功能为检测梗签与烟丝基本流动性质测试功能。该仪器具有以下特点：(1)该仪器具备烟丝基本流动性质的检测功能，可以方便快速选择两级流化气体流量操作范围；(2)方便观察梗签与烟丝在优化后的操作条件下两级流化过程中分离状态；(3)分离后的梗签与烟丝通过两次卸料，方便对分离后的梗签与烟丝称重，计算收率与含丝量指标。1.中心管流化风管道； 2.气源（压缩机或风机）； 3.流化风管道 ；4.流量检测与控制单元； 5.流化风气室； 6.床层压差检测计； 7.布料机构； 8.流化室； 9.分布板；10.翻板控
8、制机构； 11.中心管； 12.观测与检修窗口； 13.中心管流化风气室；14.封料阀门； 15.载料翻板，16.隔板。图2梗签含丝量检测仪结构示意图2.4 试验过程与计算方法试验过程结合图2说明，试验检测步骤如下，首先，打开气源，设定流化风流量与中心管风速流量，并保持流量稳定。第二，称取被测样品，质量为200g300g，记为m0，精确至0.1g。第三，将被测样品放入布料单元，开启布料单元开始布料；同时开启控制翻板状态单元，仪器处于运行状态。第四，分离30s后，关闭控制翻板状态单元，使其位于载料状态，随后关闭两路流化风，完成梗签与烟丝的分离。第五，打开中心管流化风气室下方的封料阀门，卸出梗签称
9、重，记为m1, 精确到0.1g。最后，关闭封料阀门，打开载料翻板，烟丝经中心管落入中心管流化风气室，打开封料阀门，卸出烟丝称重，记为m2，精确到0.1g。被测样品梗签与烟丝分离后收率按(1)计算：(1)式中；Y分离后被测样品收率，m0样品测试前总质量，单位为克(g);m1分离后梗签质量，单位为克(g);m2分离后烟丝质量，单位为克(g);当收率大于99.5%的结果，作为试验检测有效结果。卷烟机梗签剔除物含丝量按(2)计算：(2)式中；X卷烟机剔除梗签物含丝量，m1分离后梗签质量，单位为克(g);m2分离后烟丝质量，单位为克(g);两次有效结果的平均值为试验结果，精确至0.1%。两次测量的差值应
10、不大于0.5%。 三、试验结果与讨论3.1 样品基本流化特性分析图3和图4分别为被测梗签与烟丝基本流化特性图，从图中可知，梗签与烟丝临界流化速度分别为1.15m/s和0.62m/s，从流化特性的实际观察中可以发现，烟丝超过临界流化速度后，即当大于0.7m/s时，流化室中的烟丝床层形成腾涌现象，随着气速继续增加，即当表观气速大于1.0m/s时，流化室中的烟丝床层形成沟流现象，烟丝达到带出速度，飘出流化室外。对于梗签而言，当流化室床层中的表观气速达到2.0m/s时，流化室床层中梗签呈现状态较好的鼓泡流化床现象，随着气速继续升高，即当表观气速大于5.0m/s时，少量梗签可能会飘出流化室。从梗签与烟丝
11、的流化状态的基本表现中可以看出，流化室中表观气速不能高于1.0m/s，中心管中的表观气速不能高于5.0m/s，选择较为安全的气速，流化室中的烟丝表观气速为0.7 m/s0.8 m/s，中心管中的梗签表观气速为4.0 m/s4.5 m/s，这样可以通过两级流化，可以将梗签与烟丝有效分离。图3梗签临界流化速度图4烟丝的临界流化速度3.2 相同重量不同梗签中含丝量水平对检测结果准确度的影响表3显示的是相同重量样品不同梗签中含丝量水平对检测结果的影响，主要考察不同含丝量水平对检测结果的精密度，正确度（绝对误差和相对误差）的影响。图5显示真实值与测量值之间的关系。图6显示为不同梗签含丝量水平对检测结果的
12、精密度的影响。表3不同含丝量水平下检测结果的精密度和正确度（样品重量500g）理论含丝量实际含丝量标准偏差误差相对误差0.500.89610.14260.396179.21511.01.22610.14820.226122.61201.51.70430.02480.204313.62132.02.22660.06680.226611.32862.52.52570.09160.02571.02683.03.07760.22740.07762.58753.53.69090.13330.19095.45294.03.81400.1567-0.1860-4.65095.05.07760.12150.0
13、7761.55225.55.45850.2724-0.0415-0.7544图5梗签中含丝量检测真实值与检测值之间的关系图6不同梗签含丝量水平对检测结果的精密度的影响从表3、图5和图6中可以看出，该检测方法可以较好的表征含丝量的变化；不同梗签含丝量水平对检测结果的精密度没有明显规律；相对误差随着梗签中含丝量的增加，呈现逐渐下降趋势。3.3 相同含丝量不同重量水平的检测结果准确度的影响表4显示的是相同梗签中含丝量不同重量样品水平对检测结果的影响。主要考察不同样品重量水平对检测结果的精密度，正确度（绝对误差和相对误差）的影响。图7显示为不同样品重量水平对检测结果精密度的影响。表4 相同梗签中含丝量
14、（2.0%）不同重量样品水平对检测结果的影响试验测试量（g）平均值（%）标准偏差（%）误差（%）相对误差（%）5002.250.34540.2512.404002.280.08570.2814.173001.900.2060-0.10-5.032002.020.08850.020.951001.770.1650-0.23-11.38图7 不同样品重量水平对检测结果精密度的影响从表4和图7中可以看出，不同样品含丝量水平对检测结果的精密度没有明显规律（略有下降）；相对误差随着样品重量水平的降低，呈现逐渐下降趋势。四、应用验证4.1 卷烟机梗签剔除物含丝量的表征本部分研究的目的是通过对卷烟机台正常工
15、作时随机取样30次，表征该机台在可控的操作条件下的梗签剔除物含丝量水平及偏差。由于从统计学的角度表征，需要随机取样30次，这会造成较多的试验次数，影响对卷烟机梗签剔除物含丝量的调控效率，需要建立一种通过较少检测次数，来表征特定卷烟机梗签剔除物含丝量水平，为卷烟机针对特定卷烟产品，快速调控卷烟机控制梗签剔除物含丝量水平，从而达到对卷烟烟支中梗签含量进行有效控制的目的。4.1.1 取样与检测方法分别在广东中烟与福建中烟的3台卷烟机上正常工作时随机取样30次，每次重量为200g300g范围内，依据2.4的检测方法对所选样品进行检测。检测结果见表5。4.1.2 检测数据的预处理表5中显示，该数据中存在个别异常值，其原因可能是由于各种复杂的原因（例如卷烟机的间歇停机
