松散回潮入口煙包水分賦值方法研究

林 敏，曹云祥，羅雨迪，蔣鵬沖，易建定，牛燕麗，李 磊，舒 江

（1.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠，湖北武漢 430040；2.北京航天拓撲高科技有限責(zé)任公司，北京 100176）

0 引言

在煙草行業(yè)，煙包含水量對其產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、存儲時間和生產(chǎn)效率有重要的影響。為了保證煙草在生產(chǎn)期間合格率控制在較高的水平，對于煙草生產(chǎn)的各個階段的加工控制必須要嚴格管理，其中，對于煙包含水率的檢測很有必要。如果煙包含水率過高，則會造成煙葉的發(fā)霉、壞掉、口感較差以及不易存儲;如果煙包含水率過低，則會導(dǎo)致煙葉內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，會發(fā)生自然醇化，且會加重吸入尼古丁的含量。在制絲工藝段，煙包含水率的高低直接影響松散回潮工序出口煙葉的含水率，以及貯葉柜的儲存和后期卷煙質(zhì)量。因而煙包含水率在制絲工藝上是強制的考核指標。松散回潮[1]工序是卷煙生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工序，根據(jù)國家煙草總局頒發(fā)的卷煙工藝規(guī)范[2]，松散回潮出口煙葉含水率應(yīng)保持在15%的允差范圍內(nèi)。目前，企業(yè)普遍存在松散回潮工序出口煙葉含水率波動大，控制困難等問題。王劉勝等人的研究[3]表明，松散回潮加水量與加料后和烘絲前含水率的平均值呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)。松散回潮工序出口煙葉含水率的控制對后續(xù)工序尤其是烘絲的影響作用明顯。造成松散回潮工序出口煙葉含水率波動大的主要原因是來料煙包產(chǎn)地多樣，各等級水分偏差大，并缺乏有效的煙包含水率檢測手段[4-5]。

目前，獲取煙包含水率的方法主要是依據(jù)煙包入庫過程中微波水分儀測得的煙包含水率。微波水分儀屬于接觸式測量，對煙包含水率超過20%的物料測量精度低[6]。微波水分儀檢測煙包含水率時，煙包不可打開，因此煙包內(nèi)煙葉的真實含水率很難通過微波水分儀的測量得到準確的值。經(jīng)檢測，微波水分儀檢測的煙包含水率與烘箱比對，誤差達到±（0.5～0.7）。因此，傳統(tǒng)的紅外水分儀[7]與微波水分儀[8]因工作原理的限制難以用于煙包含水率的實時檢測。此誤差值很難應(yīng)用于回潮工序的生產(chǎn)。

1 系統(tǒng)介紹

在每批物料的生產(chǎn)過程中，每個煙包煙葉重200 kg，煙葉量共有10 000 kg，薄片作為摻兌物，有600 kg。薄片與煙葉一起摻兌后進入回潮機，研究烘箱薄片水分和煙葉水分混合后的平均值，可以提高回潮前來料含水率的精確度，有利于回潮加水的穩(wěn)定，更好的判斷煙葉的加水總量。通過輸送帶將煙包送入切片機，切片機將煙包切成N 片，切片后的煙塊與薄片一起輸送進入松散回潮筒被松散為煙片，在熱風(fēng)、蒸汽流以及加水流量的作用下，松散后的煙片被軟化并增強韌性，溫度和含水率達到工藝指標要求后輸送到貯葉柜暫存（圖1）。水分儀1 測量煙包切片后的含水率（回潮前來料含水率），水分儀2 監(jiān)測加料后入柜前含水率。

圖1 卷煙廠工藝流程

2 研究方法

為解決煙包含水率的實時檢測問題，進行煙包含水率測量、基于煙包含水率的出庫順序優(yōu)化在松散回潮穩(wěn)定生產(chǎn)控制中起到關(guān)鍵性作用。在回潮機入口皮帶輸送機（切片機出口）上新增1 臺水分儀，用于測量煙包切片后的含水率，切片機將煙包切成N 片，每片煙包水分儀取值1 次。由于煙包體積較大，單個煙包側(cè)立面的煙葉受環(huán)境溫度蒸發(fā)的影響含水率較低，因此為了提高煙包含水率的準確度，去除切片機切片的第1 片和第N 片含水率較低的煙塊，求取第2 片至第N-1 片煙塊的含水率均值，作為該年份等級煙包的真實含水率。對獲取的煙包含水率信息按煙包序號進行數(shù)據(jù)處理，剔除其異常數(shù)據(jù)后求取其煙包含水率，并經(jīng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)反饋各等級煙包含水率數(shù)據(jù)至煙葉配方庫實現(xiàn)庫內(nèi)同等級煙包水分賦值?？筛鶕?jù)配方庫煙包含水率進行批次煙包出庫順序優(yōu)化，減小回潮前來料含水率的波動性，更精確進行回潮生產(chǎn)控制。

常用的物質(zhì)含水率的測量方法是先測量干燥時的物質(zhì)重量，然后再測量含水后的重量，最后利用公式（1）計算煙包含水率可得：

式中，Ma為含水重量，Mb為不含水重量，ω 為物質(zhì)含水率。

煙包的入口電子秤流量m1，薄片的入口電子秤流量m2，定義煙包累積質(zhì)量為M1，定義薄片累積質(zhì)量為M2，

式中，M為煙包和薄片的累計質(zhì)量和。

煙包累積質(zhì)量計算公式為：

式中，m1為煙包的入口電子秤流量，t1為輸送每包煙包所需時間。

煙包和薄片累積質(zhì)量計算公式為：

式中，m2為薄片的入口電子秤流量，t 為輸送煙包和薄片所需時間。

對該煙包計量水分數(shù)據(jù)進行平均處理，得到該煙包水分，具體計算公式如下：

式中，P 為煙包水分；Pi為第i 個有效煙包計量水分；n為有效煙包計量水分數(shù)據(jù)總數(shù)。

3 案例分析

采用武漢卷煙廠2022 年3 月14 日實際產(chǎn)線數(shù)據(jù)作為案例分析的數(shù)據(jù)，其中煙包的入口電子秤流量為4100 kg/h，薄片的入口電子秤流量為360 kg/h，因此，輸送每包煙包所需時間為175 s，輸送煙包和薄片所需時間為193 s。采用上述方法后得到的每個煙包的回潮機入口來料水分，該水分值最小為9.63%，最大值為12.62%（表1），煙包水分在合理范圍之內(nèi)，可以有效起到參考作用。假設(shè)回潮機加水完全作用于煙包，無水分導(dǎo)出，根據(jù)質(zhì)量守恒定律得出推薦回潮加水流量。

表1 煙包參數(shù)詳細數(shù)據(jù)

回潮機過程數(shù)據(jù)分析如圖2 所示。在實際運行中松散回潮加水流量實際值僅在0～5 煙包有較大波動，其余時刻幾乎保持不變；松散回潮入口煙包含水率與松散回潮出口煙包含水率波動趨勢一致。出口煙包含水率圍繞標準值（17%）附近波動，這不利于維持松散回潮煙包出口含水率在標準值處恒定。

圖2 松散回潮機煙包含水率與加水流量分析

基于質(zhì)量守恒原理，根據(jù)松散回潮入口與出口煙包含水率水分差值，以理論分析的方法計算出松散回潮理論加水流量推薦值；該值與松散回潮入口煙包含水率波動趨勢相反，即入口水分偏大減小加水流量，入口水分偏小加大加水流量，這也符合松散回潮加水流量優(yōu)化調(diào)整的方向，可以為卷煙廠操作人員提供良好的參考。

4 結(jié)束語

為解決煙包內(nèi)煙葉的真實含水率很難通過微波水分儀的測量得到準確值的問題，在切片機后新增1 臺水分儀進行煙包切片后的每片煙包含水率的測量，得到該年份等級煙包的真實含水率。并經(jīng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)反饋各等級煙包水分數(shù)據(jù)至煙葉配方庫實現(xiàn)庫內(nèi)同等級煙包水分賦值。根據(jù)煙包與標準值水分差，基于質(zhì)量守恒定律計算得出理論松散回潮加水流量，為松散回潮工序的調(diào)控提供了參考。