臥螺式離心機(jī)在再造煙葉生產(chǎn)中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
造紙法再造煙葉是以煙草加工過(guò)程中產(chǎn)生的碎煙片、煙梗、煙末等過(guò)程產(chǎn)物為原料，通過(guò)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(guò)涂布工序回加到煙草片基中，然后通過(guò)烘干、分切過(guò)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(guò)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(jiàn)的機(jī)械分離方法有重力沉淀或機(jī)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(shí)，沉降作用才較明顯，是一種傳統(tǒng)的機(jī)械分離方法。機(jī)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(jī)械擠壓設(shè)備有雙輥擠漿機(jī)和單、雙螺旋擠干機(jī)，但這類設(shè)備用作造紙法再造煙葉固液分離時(shí)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(duì)漿料濾水性較敏感等缺陷。臥螺式離心機(jī)則采用離心力來(lái)取代重力，利用所需分離的料液比重不同，實(shí)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(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，鑒于這些優(yōu)點(diǎn)，臥螺式離心機(jī)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(yùn)行過(guò)程
臥螺式離心機(jī)由轉(zhuǎn)鼓電機(jī)、螺旋電機(jī)、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(hù)罩、隔振器、機(jī)座及自動(dòng)控制系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等組成。需要分離的物料通過(guò)中心供料管進(jìn)入離心機(jī)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(jī)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(jī)主要運(yùn)行過(guò)程具體如下：
①進(jìn)料：物料通過(guò)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(guò)螺旋推料器分配室中的分布孔進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓的分離區(qū)。
②轉(zhuǎn)鼓：臥螺式離心機(jī)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(gè)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(zhǎng)度和圓錐的錐角可以根據(jù)處理的物料進(jìn)行匹配性設(shè)計(jì)。
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(lái)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(shí)間，而停留時(shí)間是決定固體顆粒含水率的重要參數(shù)，通過(guò)改變螺旋推料器的速度差可以實(shí)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(gè)固定的固體收集槽/箱，然后通過(guò)排渣管排出機(jī)外。
⑤溢流堰板：經(jīng)澄清的液體流過(guò)轉(zhuǎn)鼓圓柱端并通過(guò)溢流堰板排出機(jī)外，溢流堰板的高度可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得轉(zhuǎn)鼓內(nèi)液層的深度可以調(diào)節(jié)，進(jìn)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(huì)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(jī)設(shè)計(jì)的不斷改進(jìn)，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(jī)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(yàn)采用不同規(guī)格臥螺式離心機(jī)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(cè)了設(shè)備處理效果，同時(shí)對(duì)設(shè)備關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)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(guò)程中，提取是首道工序，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(guó)新改建造紙法再造煙葉項(xiàng)目追求高的原料中可溶性物質(zhì)提取率（≥90%）的同時(shí)，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(jìn)入下一工序的干度及干凈程度，同時(shí)還會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)過(guò)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(jī)固液分離處理后，固相干度高達(dá)32.2%，液相懸浮物含量低達(dá)0.14%，因臥螺式離心機(jī)避免了對(duì)物料的機(jī)械擠壓，所以液相懸浮物含量相對(duì)較低，這與臥螺式離心機(jī)采用離心力取代重力，根據(jù)所需分離的料液比重不同實(shí)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(dá)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(duì)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(guò)高，導(dǎo)致涂布液黏度過(guò)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(guò)程中對(duì)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(guò)濾及離心沉降等，也有采用吸附、絮凝與篩網(wǎng)過(guò)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(duì)再造煙葉產(chǎn)品感官評(píng)吸雜氣的去除有一定的功效。
借助臥螺式離心機(jī)對(duì)添加絮凝劑的造紙法再造煙葉浸提液進(jìn)行凈化處理后，出液懸浮物含量低達(dá)0.15%，相比進(jìn)液懸浮物含量1.01%降低幅度顯著，懸浮物去除率達(dá)到85.15%；工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)，在固相出渣干度滿足外運(yùn)（如推料小車、皮帶輸送等）條件及保持生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)清潔的前提下，可以通過(guò)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(duì)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(jī)酸等有機(jī)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(gè)再造煙葉生產(chǎn)系統(tǒng)中富集、繁殖，對(duì)系統(tǒng)安全衛(wèi)生及產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)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(guó)煙草總公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YQ44.1-2014對(duì)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(xiǎn)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(jī)械過(guò)濾等分離方式去除白水中的懸浮物、大分子物質(zhì)，以延長(zhǎng)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(jī)對(duì)造紙法再造煙葉白水進(jìn)行處理后，出液懸浮物含量低達(dá)0.09%，相比進(jìn)液懸浮物含量0.26%降低幅度顯著，懸浮液去除率達(dá)到65.38%；臥螺式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速一定時(shí)，提高螺旋速度，出液懸浮物含量降低，螺旋速度一定時(shí)，降低轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，出液懸浮物含量增加，但進(jìn)液懸浮物含量、進(jìn)液流量的高低會(huì)在相同的設(shè)備運(yùn)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(shí)，在造紙法再造煙葉白水處理過(guò)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(huì)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(yǔ)
臥螺式離心機(jī)運(yùn)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(jī)處理后，提取后物料固相干度高達(dá)32.2%，液相懸浮物含量低達(dá)0.14%，浸提液出液懸浮物含量低達(dá)0.15%，白水出液懸浮物含量低達(dá)0.09%。隨著國(guó)家及行業(yè)對(duì)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(jìn)、發(fā)展，臥螺式離心機(jī)運(yùn)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(jī)的推廣應(yīng)用過(guò)程中需具體關(guān)注以下兩點(diǎn)：
1. 臥螺式離心機(jī)運(yùn)行參數(shù)調(diào)整時(shí)，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(chǎng)多樣化、差異化的需求，再造煙葉未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)將逐步走向精細(xì)化加工，將臥螺式離心機(jī)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(guò)程，對(duì)煙草可溶物組分進(jìn)行定向分離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)再造煙葉產(chǎn)品品質(zhì)有效提升。
