臥螺式離心機在再造煙葉生產(chǎn)中的應(yīng)用
行業(yè)動態(tài)
造紙法再造煙葉是以煙草加工過程中產(chǎn)生的碎煙片、煙梗、煙末等過程產(chǎn)物為原料，通過提取分離得到固體物料和浸提液，固體物料用于制備煙草漿料，配加少部分外加纖維、填料等形成煙草片基；浸提液經(jīng)濃縮調(diào)配制成涂布液，通過涂布工序回加到煙草片基中，然后通過烘干、分切過程形成再造煙葉產(chǎn)品。近些年，隨著造紙法再造煙葉工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，再造煙葉由節(jié)約、有效利用煙草加工過程中廢棄副產(chǎn)品的作用轉(zhuǎn)化成調(diào)整和改善卷煙的化學(xué)成分及感官品質(zhì)。常見的機械分離方法有重力沉淀或機械擠壓，但重力沉淀只有當(dāng)顆粒較大，氣速、液體流速較小或處于靜止?fàn)顟B(tài)時，沉降作用才較明顯，是一種傳統(tǒng)的機械分離方法。機械擠壓的分離方法近些年在造紙法再造煙葉行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，常用的機械擠壓設(shè)備有雙輥擠漿機和單、雙螺旋擠干機，但這類設(shè)備用作造紙法再造煙葉固液分離時存在固液分離不徹底、纖維物質(zhì)流失量大、浸提液純凈度低（懸浮物含量1%~3%）、對漿料濾水性較敏感等缺陷。臥螺式離心機則采用離心力來取代重力，利用所需分離的料液比重不同，實現(xiàn)二相或三相分離，已廣泛應(yīng)用于食品、化工、制藥等行業(yè)，具有出液含渣率較低（懸浮物含量0.2%）、分離效果高、減輕后續(xù)凈化成本、自動化程度高等優(yōu)點，鑒于這些優(yōu)點，臥螺式離心機在造紙法再造煙葉行業(yè)也得到了推廣應(yīng)用。
一、主要結(jié)構(gòu)及運行過程
臥螺式離心機由轉(zhuǎn)鼓電機、螺旋電機、轉(zhuǎn)鼓、螺旋推料器、差速控制系統(tǒng)、主軸承、溢流堰板、轉(zhuǎn)鼓護罩、隔振器、機座及自動控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等組成。需要分離的物料通過中心供料管進入離心機內(nèi)，在離心力的作用下，密度大的固體沉降到轉(zhuǎn)鼓壁上，輕相的澄清液流向液相排出口，經(jīng)由可調(diào)節(jié)液池深度的可調(diào)溢流堰板排出離心機轉(zhuǎn)鼓，沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上的固體由螺旋推料器傳送到轉(zhuǎn)筒體的椎體端，從排料口排入固體收集槽/箱。
臥螺式離心機主要運行過程具體如下：
①進料：物料通過一根固定的中央輸料管加入螺旋推料器中的分配室，然后物料被平穩(wěn)地沿圓周方向加速并通過螺旋推料器分配室中的分布孔進入轉(zhuǎn)鼓的分離區(qū)。
②轉(zhuǎn)鼓：臥螺式離心機的轉(zhuǎn)鼓呈圓柱圓錐狀，根據(jù)處理的物料設(shè)定相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)與轉(zhuǎn)鼓一起旋轉(zhuǎn)，并在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁形成一個同心液層，在離心力作用下，物料內(nèi)所含的固體顆粒沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，圓柱轉(zhuǎn)鼓的長度和圓錐的錐角可以根據(jù)處理的物料進行匹配性設(shè)計。
③螺旋推料器：螺旋推料器以與轉(zhuǎn)鼓略為不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，將沉降下來的固體顆粒推向轉(zhuǎn)鼓的錐端。螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間的速度差決定了固體顆粒在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間，而停留時間是決定固體顆粒含水率的重要參數(shù)，通過改變螺旋推料器的速度差可以實現(xiàn)較佳的分離效果。
④固相排渣：被分離的固體顆粒經(jīng)轉(zhuǎn)鼓錐端上的排料孔排入一個固定的固體收集槽/箱，然后通過排渣管排出機外。
⑤溢流堰板：經(jīng)澄清的液體流過轉(zhuǎn)鼓圓柱端并通過溢流堰板排出機外，溢流堰板的高度可以進行調(diào)節(jié)，使得轉(zhuǎn)鼓內(nèi)液層的深度可以調(diào)節(jié)，進而間接調(diào)節(jié)液相含固率，液層溢流堰板越接近轉(zhuǎn)鼓中心，液層越深，反之越淺。加深液層會降低液相的含固率和增加固相的含水率，降低液層則反之。
二、在再造煙葉生產(chǎn)中的應(yīng)用
隨著臥螺式離心機設(shè)計的不斷改進，以及造紙法再造煙葉行業(yè)工藝技術(shù)的不斷成熟，生產(chǎn)裝備的不斷更新，臥螺式離心機在造紙法再造煙葉生產(chǎn)中的提取后物料固液分離、浸提液凈化、白水處理、污泥脫水等工序得到了推廣應(yīng)用。試驗采用不同規(guī)格臥螺式離心機用于造紙法再造煙葉提取后物料固液分離、浸提液凈化以及白水處理，取樣檢測了設(shè)備處理效果，同時對設(shè)備關(guān)鍵運行參數(shù)進行了記錄、整理。
1. 提取后物料固液分離
造紙法再造煙葉生產(chǎn)過程中，提取是首道工序，也是非常重要的工序，該工序的技術(shù)指標(biāo)將直接影響到后續(xù)工藝。目前，我國新改建造紙法再造煙葉項目追求高的原料中可溶性物質(zhì)提取率（≥90%）的同時，提取后固液分離的效果直接影響著浸提液中煙草原料可溶物的多少，也影響提取后物料進入下一工序的干度及干凈程度，同時還會影響整個生產(chǎn)過程的水耗水平。
造紙法再造煙葉提取后物料經(jīng)臥螺式離心機固液分離處理后，固相干度高達32.2%，液相懸浮物含量低達0.14%，因臥螺式離心機避免了對物料的機械擠壓，所以液相懸浮物含量相對較低，這與臥螺式離心機采用離心力取代重力，根據(jù)所需分離的料液比重不同實現(xiàn)固液分離的工作原理一致；另外，若優(yōu)先考慮提取后固相物料的高干度，可以在液相懸浮物含量滿足工藝標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，降低螺旋速度以達到需要的固相物料干度。
2. 浸提液凈化處理
造紙法再造煙葉提取后經(jīng)固液分離得到的液相成分以及含量對再造煙葉產(chǎn)品質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用，液相成分中懸浮物含量過高，導(dǎo)致涂布液黏度過大，影響加工性能；大分子類物質(zhì)（如淀粉、果膠、蛋白質(zhì)等）在灼燒過程中對再造煙葉的生產(chǎn)中，為了除去煙草浸提液中的固態(tài)懸浮微粒及大分子物質(zhì)，廣泛應(yīng)用了物理除雜方法，主要包括吸附、絮凝、篩網(wǎng)過濾及離心沉降等，也有采用吸附、絮凝與篩網(wǎng)過濾或離心沉降之間的組合處理方法。上述方法都可以有效地提高浸提液的品質(zhì)，對再造煙葉產(chǎn)品感官評吸雜氣的去除有一定的功效。
借助臥螺式離心機對添加絮凝劑的造紙法再造煙葉浸提液進行凈化處理后，出液懸浮物含量低達0.15%，相比進液懸浮物含量1.01%降低幅度顯著，懸浮物去除率達到85.15%；工業(yè)化生產(chǎn)時，在固相出渣干度滿足外運（如推料小車、皮帶輸送等）條件及保持生產(chǎn)現(xiàn)場清潔的前提下，可以通過降低螺旋速度或提高轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的方式，使出液懸浮物含量盡可能的處于較低水平，從而減少浸提液中固態(tài)懸浮微粒及大分子物質(zhì)對再造煙葉涂布液適加工性能和產(chǎn)品感官質(zhì)量的影響。
3. 白水處理
造紙法再造煙葉片基網(wǎng)部成形及壓榨工段產(chǎn)生大量白水，近幾年，再造煙葉生產(chǎn)中采用了封閉式白水循環(huán)技術(shù)，但因白水中含有糖、煙堿、有機酸等有機物和含氮類化合物以及細(xì)小纖維、填料等物質(zhì)，大量微生物在整個再造煙葉生產(chǎn)系統(tǒng)中富集、繁殖，對系統(tǒng)安全衛(wèi)生及產(chǎn)品質(zhì)量帶來了嚴(yán)重不利影響。白水經(jīng)短期循環(huán)使用后便外排至污水處理工序，增加污水處理的BOD（生物需氧量）、COD（化學(xué)需氧量），污水處理負(fù)荷增加。中國煙草總公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YQ44.1-2014對再造煙葉許可使用物質(zhì)的要求中明確提到，如防腐劑等引起煙草制品安全風(fēng)險增加的物質(zhì)不在許可使用范圍，若白水需要循環(huán)使用，防腐劑的使用受到了限制。因此，目前多采用離心分離、機械過濾等分離方式去除白水中的懸浮物、大分子物質(zhì)，以延長白水的封閉循環(huán)使用周期，提高白水有效利用率。
借助臥螺式離心機對造紙法再造煙葉白水進行處理后，出液懸浮物含量低達0.09%，相比進液懸浮物含量0.26%降低幅度顯著，懸浮液去除率達到65.38%；臥螺式離心機轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速一定時，提高螺旋速度，出液懸浮物含量降低，螺旋速度一定時，降低轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，出液懸浮物含量增加，但進液懸浮物含量、進液流量的高低會在相同的設(shè)備運行參數(shù)條件下影響出液懸浮物含量數(shù)值。工業(yè)化生產(chǎn)時，在造紙法再造煙葉白水處理過程中，借鑒造紙工業(yè)白水處理方式，將離心分離與絮凝工藝結(jié)合，白水處理的效果也會大大提升，但絮凝劑種類的選擇需滿足煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。
三、結(jié)語
臥螺式離心機運用于造紙法再造煙葉提取后物料固液分離、浸提液凈化處理、白水處理效果良好，經(jīng)臥螺式離心機處理后，提取后物料固相干度高達32.2%，液相懸浮物含量低達0.14%，浸提液出液懸浮物含量低達0.15%，白水出液懸浮物含量低達0.09%。隨著政府及行業(yè)對造紙法再造煙葉提出的提質(zhì)、增比（在卷煙中尤其是一、二類卷煙中的使用比例提升）要求以及造紙法再造煙葉工藝技術(shù)、配套裝備的不斷改進、發(fā)展，臥螺式離心機運用于造紙法再造煙葉工業(yè)化生產(chǎn)的前景十分廣闊。在臥螺式離心機的推廣應(yīng)用過程中需具體關(guān)注以下兩點：
1.臥螺式離心機運行參數(shù)調(diào)整時，遵循轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越大，分離因數(shù)越大，液相越澄清；螺旋速度越大，螺旋推料速度越快，液相越澄清、固相含水率越高；轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越大、螺旋速度越低，扭矩增大，扭矩越大，設(shè)備內(nèi)固渣量越大。
2.為滿足卷煙市場多樣化、差異化的需求，再造煙葉未來發(fā)展趨勢將逐步走向精細(xì)化加工，將臥螺式離心機的離心分離技術(shù)與絮凝、吸附、膜分離、分子蒸餾、電滲析等分離技術(shù)結(jié)合，用于造紙法再造煙葉生產(chǎn)過程，對煙草可溶物組分進行定向分離，進而實現(xiàn)再造煙葉產(chǎn)品品質(zhì)有效提升。
