刘世丹卷烟生产中烟梗等烟草废次物的加工

1、卷烟生产中烟梗等烟草废次物的加工和生产工艺改进姓名：刘世丹专业：环境工程学号：201110701140摘要： 2013年国家局烟叶工作的主要目标是“烟叶收购严格控制在国家计划之内，任何单位都不得突破”，对企业的烟叶配给严格控制，企业在通过加强管理，提高烟叶利用率的同时，改进生产工艺，技术提高烟梗等烟草脚料的利用率才能从源头解决好原料与卷烟生产的矛盾及烟叶的结构性矛盾，降低成本，持续发展。关键词：烟梗，利用率，发展一污染分析1.1卷烟生产工艺流程图1 卷烟生产流程图1.2污染源分析烟草废次物烟草原叶须经采收、烘烤、晾制、加工成型等工艺方可用于卷烟制造，烟茎、烟梗、烟末等烟草废次物即在此加工过程中

2、产生，如图2 所示烟草废次物是指烟草原叶在采收以及烟草制品加工过程中产生的，未能用于制烟的烟草组成部分（制烟包括用下脚料制造膨胀烟丝或烟草薄片等），包括烟茎（又称烟杆，烟秆）、烟梗 （即为烟叶的叶柄）、无法进行卷烟加工的低等级或者等外级烟叶、烟草植株的上部烟叶、烟花、烟种、叶脉、腋芽卷烟企业积存的烟末、烟根、根出条各组成部分化学组成随烟草种类不同有很大变动。作为烟草生产大国，我国每年有数十万吨烟草废次物被弃置，不但污染环境，还是对资源的极大浪费而烟梗目前的主要利用形式是提取木质素、果胶、烟碱、茄呢醇、制烟草薄片等废次烟草的主要利用形式是（）烟草废次物中有效物质的提取，如烟草废次物中提取烟碱、茄

3、尼醇、果胶、烟草蛋白等；（）制烟草薄片纸、烟梗切丝等卷烟功能材料同时烟茎也是造纤维板，纸制品的较好原料；（）通过生物处理等方式获得产品图2 产生烟草废次物的简易流程图.1烟梗现处理工艺烟梗是烟叶中粗硬叶脉，约占叶重的25%-30%。我国是烟草大国，每年通过打叶复烤都有大量的烟梗产生，这部分烟草工业的副产物的综合利用途径较少，综合利用程度较低，绝大部分作为废物而被丢弃。梗丝是卷烟配方中的重要组份之一。烟梗常规处理的流程包括三个步骤：烟梗的预处理、烟梗切丝和梗丝干燥。烟梗预处理工序包括烟梗的除杂和润渍，烟梗预处理的主要目的是去除烟梗中的杂物，提高烟梗的温度和水分，使烟梗的柔软性和耐加工性得到提高，

4、满足压梗和切梗丝的工艺要求。烟梗切丝主要以厚压薄切、热压冷切来提高梗丝的成丝质量，减少烟梗造碎和梗签含量。梗丝干燥工序一般包括梗丝膨胀和梗丝干燥工艺两个过程，干燥形式包括筒式干燥和气流干燥两种主要形式，梗丝干燥的主要目的是提高梗丝的填充值，调整梗丝水分到12%左右。在目前卷烟原辅材料价格大幅度上涨的情况下，提高烟梗加工技术改善烟梗的吸食品质，降低生产成本；增加烟丝填充能力、提高烟丝燃烧性是烟梗资源利用的主要途径目前梗丝主要应用于中低档烟中，根据烟草发展趋势，低焦油卷烟将是今后烟草发展的主体，增加梗丝用量作为降焦的方式，在今后高档卷烟中梗丝的比例将逐步增加。.2烟梗直接切丝工艺烟梗纤维素含量较高

5、，经膨胀工艺生产的梗丝使用在卷烟产品上，不仅可降低原料消耗，而且能够降低卷烟焦油含量、平衡烟气、改善烟支燃烧性能目前制梗丝工艺已相当成熟，使得烟梗的有效利用率和梗丝加工质量大幅度提高烟梗切丝工艺流程：图3 烟梗制丝工艺简易流程图.3烟梗成丝技术的缺陷膨胀梗丝添加到卷烟配方中是烟梗利用的主要途径之一，但由于烟梗的主要成分是木质素、纤维素和半纤维等,而木质素被认为是造成梗丝木质气重和燃烧时产生灼喉的主要原因,这使得烟梗的利用在许多方面受到了限制。其中梗丝燃烧后的烟气质量明显不如烟丝，主要表现为香气不足、杂气过重、刺激性较大。所以改善生产加工方式，提高梗丝品质，加大其在高档烟中的添加率，会使企业获得

6、加大利润空间。制丝车间梗丝膨化塔冷却用水的大量浪费一般梗丝膨化装置由落料器、喂料振槽、蒸喷进料装置、一号塔、二号塔、三号塔、切向分离器、风管道系统、热交换装置、储水箱、供水、供气管路及电气控制系统等十几个部分组成。经过增湿的梗丝被送至膨化塔内进行膨胀干燥。所谓梗丝膨胀就是使干缩的梗丝吸收较多的水分并在短时间高温作用下增加细胞内的蒸汽压使梗丝组织膨胀，然后利用梗丝温度高、水分大、造成组织内蒸汽压远远大于梗丝表面的水蒸气压，并使这种压差大于梗丝的干燥收缩应力，使其梗丝内多余的水分迅速被去除，使膨胀的体积固定下来，达到膨胀目的。经过膨胀后的梗丝从分离器卸出、流入下道工序备用。膨化塔冷却系统由手动进水

7、阀门、浮球阀门、储水罐和水泵等组成，采用经过软化的冷却水对一塔和文氏管等高温部位进行流动冷却。系统冷却水走向如图1所示：图4 膨化塔冷却系统示意图从图4 可以看出：冷却用水经过手动阀门、浮球阀门进入储水罐，再经过水泵至一塔和文氏管处对一塔和文氏管进行降温，因为经过对前者的降温，冷却水具有了一定的温度，不能继续起到再次冷却降温的作用，所以就被排入下水道，造成了水资源的浪费。系统存在的问题：问题一：原系统储水罐内设有杠杆浮球阀门用来控制水位，但此阀门体积大,易损坏，工作不可靠，一旦失灵将造成溢水，一生产能力为1250kg/h的梗丝膨化塔其储水罐溢水流量在1617升/分钟，由于溢水管是直接引入下水道

8、内的，溢水时不容易被发现，也是造成冷却水浪费的因素之一。问题二：原系统没有冷却水回收处理系统，用于文氏管及一塔的冷却水使用一次就直接排入下水道，这部分冷却水每小时的流量是1立方米。所以，如果能有效地节省或者回收这部分被排放掉的水就能节约大量的生产成本。二预防-可行性分析2.1有效利用烟草废弃物在卷烟生产过程中，有大量的烟梗、烟末和低档次烟叶不能使用而废弃，仅红塔集团每年销毁的烟梗就有2万多吨，芝麻片、烟末5,000多吨，库存陈烟在200万担左右。使用这些废弃物制作成烟草薄片再利用，一方面是使废弃的资源得到充分的利用，变废为宝，达到降耗增效；另一方面是每年还能节约一笔废料燃烧或当垃圾处理的费用，

9、同时避免了环境污染。将烟草废次物利用到烟草生产加工过程中能最大限度地提高烟草资源的利用率，并优化生产结构，减少环境负荷。通过对这些烟脚料的物理，化学处理后，使之能成为具有相同功能的烟草的替代物。2.2改进产品配方，充分利用烟梗现在梗丝的加工方式大多只满足中低档烟中的有限利用，通过因地制宜的改进措施，利用现有资源改进梗丝生产品质，加大其在中抵挡烟中的使用量，并逐步应用于高档烟中。表1 2012年烤季复烤烟叶投入产出表复烤车间投料量烟梗芝麻片烟末烤后所得合计（吨）1752534506816593402118744由表1可以计算得出，红塔集团复烤烟叶出片率67.7，出梗率24.5，芝麻片和烟末占2.

10、89，而烟梗在企业作为无价原料（其成本已计入烤片中），红塔集团年复烤车间产梗量达4.5万多吨，而用到制丝车间制梗丝的投梗量为2万吨，不足产梗量的一半。如果提高梗丝加工水平，通过加料加香技术改善梗丝的吸味，从而提高梗丝配伍性，使各牌号卷烟的梗丝参配比例在不影响产品质量的前提下适当提高，这样就可以降低卷烟生产成本，提高烟梗的利用率。2.3制丝车间梗丝膨化塔冷却用水循环使用本着少花钱多办事的原则，根据设备现状条件不对原有设备做较大投资而制订方案，重点解决在保证设备原有性能及工艺指标条件下，利用报废切丝机两个冷却器等部件，将用过的水收集冷却，然后再重复循环使用。同时考虑解决储水罐水满后外溢问题。通过冷

11、却水的循环利用来实现水资源的高效利用，符合水资源综合利用的基本原则。三.措施及相关经济效益3.1充分利用碎片、烟梗、烟末等烟草废弃物-造纸法再造烟叶烟草薄片，又称造纸法再造烟叶，该技术是目前国际上烟草废弃物再生综合利用的最先进技术。利用该技术所加工的产品具有密度小、焦油释放量低、化学成分可控等特点。利用卷烟生产加工过程中产生的烟碎片、烟梗等为原料，借助造纸的方法和原理将原料经过提取、制浆、成型、涂布、干燥等工艺制成具有人工可调控性的功能性烟草原料。将该产品应用于卷烟配方中不仅可起到降低原料消耗与生产成本的效果，更重要的是它还可大幅度降低卷烟焦油量、降低卷烟危害性、调控卷烟抽吸品质。也是实现烟草

12、资源综合利用最有效、最重要的途径。  某西南片区公司制备薄片的工艺流程图：图5某卷烟工业有限责任公司薄片制备工艺通过优化工艺及生物技术改善薄片的物理、化学性质有利于提高添加薄片的卷烟的吃味、香气质等。3.2提升梗丝品质，扩展梗丝使用范围-制造技术（烟叶废料基液的回用）通过梗丝再造技术，可以去除梗丝的不良影响，使梗丝具有烟丝的某些品质。梗丝再造技术的主要加工方法为：将烟梗切丝后洗涤、脱水，将脱水后的梗丝团松散干燥到20%左右的水分进行料液回填（这里回填的料液是由烟叶废料中萃取出来的基液，根据卷烟风格添加香精香料调制而成）、料液回填后的梗丝再松散干燥到12%左右的水分搀兑到配方

13、中，其工艺流程如图6 所示。梗丝再造技术通过洗涤工序，去除了梗丝的一些理化属性，使梗丝只是作为一种基体，针对性的补充烟叶致香成分，把梗丝再造为具有叶丝的某些特性的改性梗丝，再造梗丝技术有利于梗丝吸味的成分增加，实现梗丝内在成分的重组，通过梗丝再造，最终提高梗丝的内质。使梗丝添加到高档烟配方中成为可能。提升梗丝品质，扩宽梗丝使用范围，尤其是提高梗丝在高档烟配方中的使用比例，适合我国卷烟工业发展实际，对提高卷烟制品的安全性、经济性有着重要的推进作用。所以，烟梗处理技术研究的深化对中式卷烟发展必将产生深远的影响。图6 梗丝再制造技术工艺流程图3.3梗丝参数在制梗丝的传统加工工艺中，梗丝呈现片状，如河

14、南各厂压梗厚度多在1.5mm左右，切梗丝厚度在0.160.2mm之间，此种切梗方式主要在中低档烟中使用。优点是梗丝结构高，造碎小，有效利用率高，缺点是其在烟丝中的分布均匀性较差，对卷烟感官质量影响较大。近年来国内部分烟草企业对梗丝厚度进行研究实验，逐渐降低了梗丝厚度，使梗丝状态更加接近于叶丝，呈现丝状。如红塔集团，压梗厚度在0.6mm左右，切梗丝厚度0.120.14mm之间。丝状梗丝在烟丝中分布均匀，配伍性好，对卷烟内在质量会产生有利影响，如降低刺激、改善吃味等。通过对烟梗加工参数进行分析和优化，找到相应适宜的梗丝厚度加工方式，进而提高梗丝与叶丝的配伍性，使卷烟质量均匀一致，进一步改善卷烟内在

15、品质。根据有关文献资料和现梗丝加工技术指标的要求，通过对正交试验表内的数据进行计算得出(具体计算过程略)，最佳参数设置为：压梗厚度1.20毫米，切梗厚度0.14毫米,闪蒸流量770公斤/小时，可实现梗丝整丝率、碎丝率和填充值的最佳试验效果。验证生产正交试验分析及优化确定的理论最佳参数后，在正常生产过程中，选取压梗厚度1.2mm、切梗厚度0.14mm、闪蒸流量770kg/h。按照此标准进行验证，验证结果见表2：表2 优化前后结果对比表实验序号压梗厚度（mm）切梗厚度（mm）闪蒸流量（kg/h）梗丝整丝率（%）梗丝碎丝率（%）梗丝填充值（cm3/g）改善前1.20.1860080083.11.47

16、.6优化后1.20.1476285.91.17.9由表2可知，优化后对梗丝整丝率有83.1%提升到85.9%，碎丝率有1.4%降低到1.1%，梗丝填充值也从7.6cm3/g提高到7.9cm3/g,大大改善了梗丝的加工质量。取得效果（1）通过本次对梗丝在线加工参数的相关项目进行分析，优化了压梗厚度、切梗丝厚度和闪蒸在线物料流量，从而提高在线梗丝加工质量控制水平。（2）烟梗的产地、数量、结构不同，烟梗加工特性也存在不同。只有不断的优化卷烟加工的最优加工参数，才能持续提高梗丝的适用性，使梗丝、叶丝和其他烟丝更趋于趋于一致，进而稳定提高卷烟质量。3.4经济效益作为烟草大省，每年烤烟产量中约有30%35

17、%属于无法进行卷烟加工的低等或等外级烟叶未能得到合理利用，各卷烟企业也积存大量的烟末、还有大量的上部烟叶、烟梗等废弃物，估计全省烟草废弃物的数量在60万吨以上。红塔集团2012年卷烟耗烟叶6.13kg/万支，按每年1,900亿支卷烟产销量计算，年消耗烟叶（原烟）近11.6万吨。加入生产环节中加进1的烟梗利用率，就可节约烟叶1,160吨，降低成本6,337万元。3.5却水循环使用冷却装置设计如图2：图7 冷却回收装置示意图冷却水经过手动阀门、气控薄膜阀、储水罐、过滤器、水泵等进入文氏管及一塔，使用后的冷却水依次进入两个冷却器进行冷却，冷却后的水被收集在自制的水罐中，增设浮球开关对水罐内德水量进行

18、有效控制。自制水罐与储水罐用连 通管连接，被收集冷却后的水又重新进入储水罐供冷却系统循环使用。3.6参数制定（1）将杠杆式浮球阀门更换为气控薄膜阀，用于控制进入储水罐的水位。为保险起见还另外设置了一条旁路，如遇电器故障或薄膜阀动作失灵等特殊情况，可启用此旁路而不影响生产。这一环节不经常使用，但是对设备安全性能起着不可缺少的作用。气控薄膜阀与杠杆式浮球阀相比具有性能稳定、故障率低及关闭严紧等优点，可有效地保证储水罐的水位。（2） 增加自制新水罐，将水冷却收集在原储水罐旁增加一个自制0.8m3的敞开式水罐，其底部与原水罐用 50mm管子连接，起到一个连通器的作用，目的是收集冷却水、增加水容量，同时

19、可使水的循环周期时间延长，更加有利于自然冷却。（3）按设备要求定对冷却水散热目标通过实测发现：进入文氏管及一塔的冷却水低于53时，出口温度低于60（设备要求用后冷却水不超过70），因此，我们将对冷却水散热措施所达到的目标定为50。（也就是经散热处理后的冷却水上限不能超过50）。其目的是使用后的冷却水保持在设备要求上限（70）的75%以下，保障经常处于安全的水温区间工作状态。（4） 散热措施在用后冷却水出口安装两个冷却器，每个冷却器用0.25KW电动机带动风扇进行冷却。这样文氏管和一塔拐弯处排出的热水依次经过冷却器1、冷却器2得到冷却降温。（5）增设温控器为确保冷却水水温在一个安全区间，在自制水

20、罐上设置温控器，当被冷却器冷却后的水温达到设定值上限50，温控器就会发出信号报警，控制系统将采取措施向系统内补充新水。当冷却水温度达到下限48时报警解除。设上限50为保安全，下限设48为节省水。（6） 设置浮球开关在水罐上设置浮球开关目的是检测水罐中的液面高度，使水罐不缺水。（7）增设水过滤器由于新增设的水罐是敞开式，为防止异物进入水罐影响水泵工作，在水泵前新增设了过滤器。（8）自制水罐上部开了溢水口，作为水位超限时的溢水通道。此外，针对冷却器散热能力不够，因此设计了一个喷淋管。它是由25mm不锈钢管圈成，管上留有进水口，管子底部从进水口开始由近至远分别打有直径23mm 小孔，目的是个喷孔都能

21、有水喷出。将从两组冷却器出来的冷却水接在喷淋管的进口端，让喷淋下来的水进入自制水罐，通过增加散热面积，被冷却的水温控制在50以下。考虑到夏季来临时厂房温度比较高，当设备周围环境温度达到摄氏34时，原有的冷却系统散热能力下降，造成温控装置频繁报警。故利用冷风串联水喷淋装置将用于车间降温的冷风引入环形喷淋管中央，将环形水帘中的热量带走，使需要冷却部位的水温控制在50以下。案例：天津卷烟厂冷却水循环使用装置的效果：来水控制阀门的改进，杜绝了因阀门原因造成跑水的现象，每年可节水约2000m3，随着水资源缺乏的情况日益严重，节水对这个水资源十分缺乏的北方城市来讲显得尤为重要，因此这项技术改革的完成显得十

22、分有意义。3.7经济效益按一生产能力为1250kg/h的梗丝膨化塔来算，其储水罐溢水流量在1617升/分钟，原系统用于文氏管及一塔的冷却水使用一次就直接排入下水道，这部分冷却水每小时的流量是1立方米，再加上每年由于阀门造成的泡水约2000立方米。每小时浪费水资源约23立方米，可见常年累月的设备运行一年造成的水资源浪费保守估算在两万方，共计7万元右。所以，如果能有效地节省或者回收这部分被排放掉的水就能节约大量的生产成本。总结：通过改进工艺，加大烟梗等烟草废次物的利用率及应用范围，是提高经济效益、提高企业整体实力目标的重要举措。参考文献1 肖如武，陈越立烟梗资源综合利用的研究进展J科技信息，2012，15：55.2 王玉，聂长春，胡大鸣，张庆明，丁根胜，王芳，连宾.废弃