摘要：为解决目前加料机料筒采用蒸汽加热带来的料液温度控制精度差、料液易焦糊现象，对料液温度控制系统和料筒结构进行改进，采用热水代替蒸汽对料液进行补偿增温和温度控制，以增大料筒换热面积，缩短料液升温时间。结果表明：改进后料液温度可控制在４０～５０℃（精度±２．０℃），料液加热至设定温度时所用时间减少了３０％以上。
关键词：加料机；温控系统；料筒结构；改进设计
在卷烟制丝过程中，筛分加料工序是一个十分重要的环节，其工艺任务是［１］：筛除６ｍｍ以下的烟片，对烟片准确均匀地施加料液，适当提高烟片的含水率和温度。料液温度是影响加料均匀性的重要因素［２－３］。目前烟草行业普遍采用在料罐内外管壁之间设置蒸汽盘管对料液进行补偿加温的方式来控制料液温度，由于蒸汽盘管内蒸汽仅有开、关两种状态，而蒸汽盘管内的蒸汽温度高达１２０℃以上，且控制精度差［４］，导致料液与蒸汽盘管接触部分发生焦糊，且发生焦糊部分多为黑色焦糊状粘结，导致料液质量下降，进而对烟叶内在品质产生不利影响，影响卷烟产品质量［５］。为此，研究开发了新的加料机料液温度控制系统。该系统将汽液热交换方式转换成液液热交换方式，采用热水低温加热料液，通过汽液混合阀将热水送至料筒内加热料液后回收到水箱内，再通过循环泵送至三通静力膜盒，精确控制水温，防止加热过程中产生焦糊、结垢，保证料液品质和加料效果。
１存在问题
在现有的加料机料液温度控制系统中，由安装在料罐底部的铂热电阻测量料液的温度，然后把温度信号传送给电控柜内的温度调节仪，温度调节仪将该信号与设定值比较，当温度低于设定值时，蒸汽截止阀开启，对料液进行加热；当高于设定值时，蒸汽截止阀关闭，利用加热夹层的热惯性继续使料液温度上升，保证料液温度在一定范围内波动。由于直接与蒸汽夹层接触的料液温度过高，当料罐内的料液达到设定温度时，料液与蒸汽夹层接触部分已经焦糊，导致料液特性及香气发生变化，且现有的温控系统由于热惯性大，导致温度控制精度差，一般在±５℃以上，不利于工序质量的稳定。为解决料液焦糊问题，企业采用了多种措施进行改进。一般来说，控制途径有两种：①改变汽、液热交换的接触面积，主要是通过增加蒸汽夹层的层间厚度，增加夹层在料筒内的长度、减小料筒的直径等方法，降低汽、液温差来缓解焦糊现象；②降低蒸汽温度，但蒸汽温度受其状态特性影响，蒸汽温度要远远高于１００℃，调节范围有限。这些方法在降低香料焦糊方面的效果并不明显，无法彻底解决料液焦糊问题。
２改进方法
２．１加热方式改进
管路原理图见图１，将料液加热介质由蒸汽改为低温热水，系统利用ＰＬＣ进行程序控制［６］。低温热水采用带有电子执行器和整体式温度传感器的Ｅ４０Ｓ型数字式蒸汽—水混合阀７，该装置Ｅ４０Ｓ出口热水温度可设定，最高可提供９５℃的热水，精确度可达±０．５℃。热水通过循环泵１４注入料罐加热夹层对料液进行加热。２．１．１加水过程系统处于自动运行状态时，开机后，音叉液位计自动检测夹层中水位，当水不足时，控制面板上水位指示为红灯，Ｅ４０Ｓ的设定值为２５℃，开启角座阀Ｖ２，即控制Ｖ２的电磁阀通电，加水直到音叉液位计２１的水位指示灯为绿色；若开机后，夹层中水足够，水位指示灯为绿色，则程序跳过该加水过程。２．１．２加热过程加水之后，系统判断料桶中是否有料，即控制面板上低液位的指示灯是否亮（是否为绿色）。若低液位指示灯不亮（红色），系统各个阀的状态不变，即Ｖ１阀开启（电磁阀断电）、Ｖ２阀关闭（断电）、Ｖ３阀关闭（断电）、循环水泵停止工作、蒸汽—水混合阀７设定温度为２５℃，此状态为待机状态。若低液位指示灯亮（绿色）时，蒸汽—水混合阀７的温度设定为２５℃，延时３ｓ，循环水泵１４开启，再延时３ｓ，Ｖ３阀开启（电磁阀通电），其指示灯亮。随后，检测此时料液温度，若料液温度≤４３℃，则蒸汽—水混合阀７设定温度为８８℃，继续对料液进行加热，此时系统状态为加热状态。２．１．３伴热过程当系统检测到料液温度加热到≥４３℃（料液温度设定为４５℃，目标温度控制允差２℃）时，检测回水温度，若回水温度大于５０℃（料液目标温度４５℃＋回水温度温差设定值５℃（可设）），蒸汽—水混合阀７设定温度为２５℃，夹层中的水循环直至料液温度≥４５℃，开启Ｖ２阀（电磁阀通电），此时向夹层中加冷水直至回水温度小于５０℃，关闭Ｖ２阀（电磁阀断电），延时３ｓ，设定蒸汽—水混合阀７的温度为４５．５℃（料液目标温度４５℃＋屏幕上设定的是伴热温差０．５℃（可设）），循环泵频率改为３５Ｈｚ（可设），此时系统状态为伴热状态。由于系统处于伴热状态时，料液和夹层水的温差较小，虽然，混合阀自身的蒸汽口关闭，但是蒸汽还会通过阀体自身的导热把热量传递给夹层水，进而带动料液温度升高。当料液温度升高至≥４６℃（料液目标温度＋１℃）时，Ｖ３阀关闭（电磁阀断电），可从根本上阻止蒸汽的导热问题，且系统还会通过散热使料液温度减小。当料液温度再次小于４４℃（目标温度－１℃）时，改变蒸汽—水混合阀７的设定温度为２５℃，延时３ｓ，开启Ｖ３阀，延时３ｓ，程序跳到设定Ｅ４０Ｓ的温度为４５．５℃的状态。程序依次往下循环。若生产开始时料液温度就大于４３℃，程序会自动跳到由加热状态变为伴热状态的过程。当系统处于伴热状态时，若料液温度突然小于４３℃时，系统又会自动跳至加热状态。当系统处于加热或伴热状态时，系统检测到料桶无料液时，系统会延时３ｓ关闭Ｖ３阀，随后停止循环水泵，改变蒸汽—水混合阀７的设定值为２５℃，系统转变为待机状态。
２．２料筒结构改进
如图２所示，原有的料罐内外管壁之间设置蒸汽盘管，对料液采用补偿加温的方式来控制料液温度，由于料液加热至设定温度所需的热量是一定的，热水和蒸汽所含热量不同［７］，因此，需对料筒进行重新设计，缩短低温热水加热料液时间，保证连续生产要求。如图３所示，将蒸汽盘管改为夹层，罐体上部设置有溢流口，罐体内循环热水高度超过时热水通过溢流口溢出。热水从罐体上部进入，经过料筒夹层对料液进行加热和保温，热交换后水从底部通过循环泵进行循环。罐体上设置有液位显示器、温度变送器及料液搅拌装置，用于温度控制及料液搅拌。
３应用效果
改进前后效果对比见表１。由表１可知，随着料液设定温度的升高，加热时间随之增加；改进后的料液温度控制精度由原来±５℃提高到±２℃，料液加热至设定温度时所用的时间减少３０％以上，加热过程焦糊、结垢现象基本消除。
４结论
与传统料液加热方式相比，采用低温热水代替蒸汽对料液进行增温，提高了料液温度的控制精确及稳定性，缩短了料液增温时间，解决了料液焦糊、结垢等问题，料筒更易清洁，保证了料液品质，有利于改善加料均匀性。料液温度可控制在４０～５０℃（精度±２．０℃），料液加热至设定温度时所用时间减少３０％以上。本系统采用低温热水对料液进行加温，由于热水焓值相对较低，适用于料液的低温加热和控制，当要求料液温度５０℃以上时需考虑其他的加热介质或方式。
参考文献
［１］郑飞，李媛，刘德强，等．基于图像处理的烟片加料均匀性评价方法［Ｊ］．烟草科技，２０１５，４８（１１）：６５－６８．
［２］胡建军，周冀衡，熊燕，等．基于稳健性设计的筛分加料工序质量评价和参数优化［Ｊ］．中国烟草学报，２００６，１２（５）：２５－２９．
［３］王兵，姚光明．卷烟叶丝加料工艺［Ｍ］．郑州：河南科学技术出版社，２０１３：１３－２４．
［４］李向东．制丝工艺加料均匀性分析［Ｊ］．烟草科学研究，２００３（４）：３８－４０．
［５］马骥．功能性香精添加前后烟丝挥发性成分变化及对感官品质的影响［Ｊ］．郑州轻工业学院学报：自然科学版，２０１２，２７（２）：３１－３６．
［６］韩慧，倪荣军，孙计赞．基于ＰＬＣ食品检测实验室自动加液装置的设计与实现［Ｊ］．食品与机械，２０１４，３０（１）：１３０－１３２．
［７］郭庆堂，吴进发．实用制冷工程设计手册［Ｍ］．北京：中国建设工业出版社，１９９４：８－１０．
作者：宋伟民 徐晓光 李春光 熊安言 孙觅
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