大块干冰团的分选和打散技术研究

摘要：从冷端制成的干冰烟丝的大块干冰烟丝团会进入到振动仓内，大块干冰烟丝团进入到升华装置后就有可能因体积太大不能充分吸收热量，导致了干冰烟丝团的产生。干冰烟丝湿团为不合格品，流入下一道工序会对膨胀烟丝品质造成影响，为此，有必要将这些大块的干冰团分选出来进行二次打散，能够减少干冰团的产生，保证膨胀烟丝品质。

关键词：干冰烟丝团、分选、打散

一、现有设备存在的问题

从冷端制成的干冰烟丝要经过开松器松散后进入到振动仓进行存贮。目前为了不至于将干冰烟丝打得太碎，开松器的耙钉间距设置为50mm，这就使得一些干冰烟丝不能得到充分松散，一些大块干冰烟丝团会进入到振动仓内而这些大块干冰烟丝团进入到升华装置后就有可能因体积太大不能充分吸收热量，导致了干冰烟丝团的产生[1]。干冰烟丝湿团为不合格品，流入下一道工序会对膨胀烟丝品质造成影响。

为解决上述问题，基于MC45计量带到进料气锁之间的落差，设计出一个干冰烟丝团分拣装置和一个二次打散装置，从而降低进入升华装置烟丝中的大块干冰烟丝团的比例，使得烟丝流入膨胀装置中后，能够充分吸热膨胀，进而有效改善膨胀效果，提升产品质量[2]。

二、分拣装置和置松散装置的设计

在定量带与进料气锁之间设计了一个大块干冰烟丝团分拣和松散装置，设备结构图如图1所示。分拣辊由15排耙钉构成，钉与钉之间的间距为25mm，钉与皮带的间距尽量靠近，转速可调，能够确保大块的干冰团烟丝能够被充分的分拣出来，而小块的干冰烟丝又能够顺畅的从缝隙中落下，直接进入到进料气锁。分拣出来的大块干冰团烟丝落在松散辊上被挤压碎后再进入到进料气锁，确保了大块干冰烟丝团的松散后得到充分吸热膨胀。压辊间的间隙可以在5--15mm之间调整，当前间隙为7mm，转速可调，可以很好的避免对干冰烟丝产生太大造碎，又能够对干冰烟丝团进行压散。

分拣出来的大块干冰烟丝团在流入膨胀装置之前，先流经两个松散辊之间的间隙，由两个转动的松散辊对较大块的烟丝团进行挤压破碎，使大块烟丝团体积变小，从而实现松散目的，使得进入膨胀装置的物料体积均较小，可以充分吸热膨胀，实现较好的膨胀效果。

三、松散装置力学分析

松散装置的结构设计的理论依据是基于耗散结构理论和松散耦合理论。为了评价松散装置的设计方案的优劣，以及对烟丝的膨胀效率和质量的影响。我们需要分析烟丝在松散辊和分拣辊之间的运动规律和受力情况。根据图36和图37，我们可以建立如下的数学模型：

松散辊对烟丝的切割力为：

其中，n是松散辊的切割刃的数量，b是松散辊的切割刃的宽度，h是松散辊的切割刃的厚度，E是烟丝的弹性模量，L为烟丝的长度，v是烟丝的速度，R是松散辊的半径，是松散辊的转速。

分拣辊对烟丝的分拣力为：

其中，n’是分拣辊的耙钉的数量，b’是分拣辊的耙钉的宽度，h’是分拣辊的耙钉的厚度，G是烟丝的剪切模量，v是烟丝的速度，r是分拣辊的半径，’是分拣辊的转速。

烟丝在松散辊和分拣辊之间的运动条件为：

其中，d是松散辊的切割刃的间隙，A是烟丝的截面积，d’是分拣辊的耙钉的间隙。

烟丝在松散辊和分拣辊之间的运动条件决定了烟丝的分拣效果。当烟丝的截面积小于分拣辊的耙钉的间隙时，烟丝会被分拣辊直接通过，不受分拣作用。因此，为了实现有效的分拣，需要满足以下条件：松散辊的切割刃的间隙小于分拣辊的耙钉的间隙，且两者的差值大于烟丝的截面积的变化范围。

根据以上方程，我们可以求解出烟丝在松散辊和分拣辊之间的速度、加速度、受力、位移等物理量，从而分析出松散装置的工作效果。

四、驱动装置的选型

驱动系统的选择和设计应考虑松散装置的运动特性和工作条件，以保证其输出的转矩或力能够满足松散装置的运动需求，同时具有良好的可控性和可靠性。驱动装置的输出参数可以根据松散装置的运动方程进行计算，如下所示：

松散辊和分拣辊的角速度分别为ω1和ω2，转速分别为n1和n2，速度取值分别为12转/分、500转/分，转矩分别为T1和T2，半径分别为R1和R2，值为100mm和70mm，负载阻力系数分别为k1和k2，，根据工程经验取值为0.2和0.8，电机功率分别为P1和P2，电机效率分别为η1和η2取值为82%，则有

其中，v是烟丝的流速，通过现场对MC45计量带运行在30HZ时的线速度进行计算，v=2.2m/min。

根据上述公式，可以得到驱动装置的输出参数与松散装置的运动参数的关系，如下所示：

（1）驱动装置的输出转矩或力与松散辊和分拣辊的负载阻力系数、半径和角速度成正比。

（2）驱动装置的输出转矩或力与松散辊和分拣辊的转速成正比。

（3）驱动装置的输出转矩或力的最大值为或，发生在烟丝的流速为最大值的时刻。

根据公式和参数计算，驱动松散装置的功率需要0.82KW，为此我们选择了交流异步电机的功率1.1KW的电机，减速机的减速比为9.23，作为驱动松散装置的动力，使其能够输出足够的转矩或力，以驱动松散辊的运动，同时保证其输出的转矩或力的波动范围在可接受的范围内，以避免对松散效果造成不利的影响。同时电机的驱动采用变频控制，速度可调。

分拣辊的驱动功率较小只有0.08Kw，将其并在MC45计量带的传动辊上一起驱动，可以实现以MC45计量带的同步运行。

五、运行结果与分析

大块干冰烟丝团的分拣和打散装置的应用情况如图3所示，干冰烟丝在进入到进料气锁前，没有结团的干冰烟丝顺利的通过分拣辊，而大块的干冰烟丝团被分拣出来并打散，使得进入到升华管的干冰烟丝吸热更充分，取得更好的膨胀效果，减少了由于大块干冰吸热不充分形成干冰烟丝团的情况。通过该装置的应用使得干冰烟丝团每批基本控制在3.0kg左右。使得CO2膨胀线的干冰烟丝团得到了大幅降低，改进后的干冰烟丝团重量下降了65%以上，且物理结构从改进前后的统计分析数据表明没有明显差异。

参考文献：

[1]王志华，陈家东，常纪恒.二氧化碳膨胀烟丝的研究[J].烟草科技， 1987（03）：16-19.

[2]黄嘉礽.干冰膨胀烟丝工艺热段的改进[J].烟草科技， 2003（3）：3.DOI：10.3969

姓名：彭福滨，性别：男，民族：汉族，籍贯：福建龙岩，出生年月：1997年06月14日，学历：本科，职称：助理工程师。主要研究方向或者从事工作：维修