CN111257508A - 滤棒在线生产过程增塑剂喷洒量实时定量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滤棒在线生产过程增塑剂喷洒量实时定量检测方法具体包含以下步骤：步骤1：增塑剂储存装置通过供给计量泵向丝束添加增塑剂，供给流量计检测到供给流量值s ₁ ；步骤2：丝束进入增塑剂喷洒区域，速度测量传感器测量丝束的运行速度v；步骤3：展幅测量传感器测量丝束的展开宽度d；步骤4：增塑剂经增塑剂回流管路回到增塑剂储存装置，回流计量计检测得到回流流量值s ₂ ；步骤5：截取单位时间t的上述所有传感器的数据，根据以下模型计算增塑剂在单位时间内的单位面积上的喷洒量s _avg ；s _avg = （s ₁ ‑s ₂ ）/（v*t）*d。

Description

滤棒在线生产过程增塑剂喷洒量实时定量检测方法

技术领域

本发明涉及烟草行业滤棒在线生产，具体涉及一种滤棒在线生产过程增塑剂喷洒量实时定量检测方法。

背景技术

在国内外烟草行业，滤棒成型工艺是组成整个卷烟制作工艺的一个很重要的组成部分。滤棒的主要成分包括：醋酸纤维丝束、增塑剂、成型纸及胶水。滤棒工艺主要包括：开松并加增塑剂过程(丝束开包和定位、丝束提取、开松、添加增塑剂)、成型过程(丝束条成型、上粘胶剂、卷制、上搭口胶)以及输出过程(切断、输送、装盘、固化)。这其中，开松的环节的作用和工艺任务是：1)获得良好的开松及提供生产得率；2)稳定展幅；3)控制进入成型过程的丝束量并将其从增塑剂装置中输送至成型环节；添加增塑剂的主要作用和目的是增加滤棒硬度、弹性、改善滤棒的切割、复合以及搓接等加工性能，进而满足消费者的感官要求。因此，上述工艺环节的稳定性是滤棒工艺的关键节点之一，是滤棒物理指标稳定性的基础，也是烟草行业研究滤棒物理指标及其过程控制的主要着力点。

就增塑剂施加而言，近年来，国内外烟草行业的成型机中的增塑剂添加方式装置，已经基本从原来的毛刷式更新到了现在的喷洒式，一般的技术方案，正如增塑剂定量喷洒装置(CN200920068158.7)。但是，由于该控制方式是属于开环控制，并不是完全的闭环式控制，因此在线增塑剂喷洒的量实际上是无法定量实时检测的。针对这一情况，在实际生产过程中依旧辅助以两种方式来检定，方法一：在线干湿棒取样测量法(卷烟滤棒增塑剂含量检测取样方法的研究与应用[J].中国高新技术企业,2013(05):46-48.)，该方法首先是将增塑剂喷洒系统装置关闭，取“干棒”(即无增塑剂的成型滤棒)，并将构成中除取样外的干棒要全部剔除，然后再将增塑剂喷洒系统装置打开，取“湿棒”。将湿棒的重量-干棒的重量再除以支数，即得到一批样品的添加量均值，再用于校准上述装置的开环标定量。显而易见的，这种方法的缺点是过程中都要人工一直干预、消耗浪费大、存在取样过程残次品流入下一工序的可能性。方法二，色谱法来进行测定，色谱法的实验方式为：取样机稳定运行后的滤棒，得到滤棒后进行撕平摊开后放入密封的实验袋中，再放入色谱仪中，进行滤棒三醋酸甘油酯的检测。时间大约为：15个小时。色谱法只能在实验室中进行，而且时间比较长，检测过程中对环境的要求比较严苛，所以无法在机台上(即在线生产过程)普及此技术(基于LC-MS/MS技术测定醋纤滤棒中三乙酸甘油酯含量的方法，CN201810946490.2；一种滤棒中三乙酸甘油酯的定量检测方法，CN201910369042.5)等。以上原理都大致向想通，只是实验的材料、方法和步骤有所不同。

在2000年左右，微波技术在烟草行业开始大量应用，以德国为代表的国家，卷烟机设备上率先打开了微波应用的先河。同样的，在卷烟制造的滤棒成型工艺阶段，也曾公开过1件基于微波法进行增塑剂在线测量的案例(CN1635840A)，该方法的核心原理是在一级开松前和最终切割前分别进行无增塑剂和有增塑剂的醋酸纤维丝束的质量，然后进行单位长度的质量来进行求差值，该差值即为纤维丝束的质量，但是在该方法在烟草行业完全没有得到应用，主要有3点：1)该装置在一级开松前和最终切割前进行单位长度的质量的测量，该方法的核心问题是，一级开松前和最终切割前的单位长度的丝束的卷曲度是不一样的，或者说是无法始终做到一致(卷曲度是醋酸纤维丝束的一个很重要的指标，虽然该方法也阐述了通过速度来协调卷曲度，但是，实际上这是不可行的，因为卷曲度并没有传感器来反馈控制，如此的结果就是前后的卷曲度无法做到实时的一致，即使该方法进行了速度控制，而且实际生产过程中，卷曲度总是在变化的，因为前端醋酸纤维丝束包的卷曲度是会变化的)，而纤维丝束的卷曲度一旦变化，这就造成了单位长度的前后不等长，进而其差值就会失去意义，再基于此去折算单位长度内的增塑剂的质量则更加不可靠，甚者，是会产生反作用的；换句话说，该方法是在假想的卷曲度恒定的情况下设计出来的；2)第二个原因就是，作为烟草行业的公知，要按照该公开的方法进行设备的应用，除非将成型机拉长并进行改造；3)通过两个传感器进行相减，再得出差值来进行计算的方法，时滞很大，按照一台成型机约5米的长度来计算，时滞大约要达到3米左右的运动距离，按照普通KDF2成型机的运动速度400米/分钟计算，至少需要2秒；4)价格及其昂贵，不利于应用。

但是，随着整个卷烟工艺指标的要求的提升，对成型工艺的要求也是与日俱增，所以，机台所成产出的滤棒的增塑剂含量的稳定性愈发显得重要。

发明内容

为推进烟草行业高质量发展，针对现有技术的不足，结合视觉技术和流量测量技术，本发明提供一种基于视觉技术和流量测量的技术的在线实时计算滤棒在线生产过程增塑剂喷洒量的装置及参考系统，能较好地实时反馈并指导在线生产过程增塑剂的添加量。

本发明提供一种滤棒在线生产过程增塑剂喷洒量实时定量检测方法，所述方法通过增塑剂喷洒量实时定量检测系统实现，所述增塑剂喷洒量实时定量系统包括增塑剂储存装置、供给泵、喷洒箱、供给管路、回流管路、速度测量传感器以及展幅测量传感器；

所述喷洒箱的上方设有喷洒嘴，所述增塑剂储存装置通过供给泵与供给管路向喷洒嘴输送增塑剂，所述喷洒箱的顶端敞开以接收喷洒嘴喷洒的增塑剂且喷洒箱内部形成贯通的喷洒区域供丝束横向贯穿而过；

所述回流管路一端与喷洒箱的底部连通连接而其另一端与增塑剂储存装置连通；

所述的供给管路上设有供给流量计和/或所述的供给泵为供给计量泵；此处可以被广泛地理解为：可以通过供给流量计获得供给计量，也可以通过将供给泵设定为供给计量泵；在本发明一些具体实施例中，所述的供给管路上设有供给流量计且所述的供给泵为供给计量泵，同时进行检测。

所述回流管路上设有回流流量计；

所述的速度测量传感器用于测量丝束的运行速度；

所述的展幅测量传感器用于测量丝束的展开宽度；

滤棒在线生产过程增塑剂喷洒量实时定量检测方法具体包含以下步骤：

步骤1：增塑剂储存装置通过供给计量泵向丝束添加增塑剂，供给计量泵和/或供给流量计检测到供给流量值s₁；

步骤2：丝束进入增塑剂喷洒区域，速度测量传感器测量丝束的运行速度v；

步骤3：展幅测量传感器测量丝束的展开宽度d；

步骤4：增塑剂经增塑剂回流管路回到增塑剂储存装置，回流计量计检测得到回流流量值s₂；

步骤5：截取单位时间t的上述所有传感器的数据，根据以下模型计算增塑剂在单位时间内的单位面积上的喷洒量s_avg；

s_avg＝(s₁-s₂)/(v*t)*d。

在一些实施例中，所述的供给流量计与回流流量计均为4E+H质量流量计83A。

在一些实施例中，所述的展幅测量传感器采用基恩士宽度测量仪。

在一些实施例中，供给计量泵采用伺服驱动泵。

至此，整个计算方法结束，然后，可以根据周而复始的以单位时间内计算单位面积上增塑剂的喷洒量。

并且由于此处的测量是在开松后了，显而易见的是，不受波动量较大的丝束卷曲度影响。

通过本发明，可实时测量，反馈速度气相色谱法快；可定量测量，反馈准确度比人工干湿棒法高；不受开松参数变化时的影响，可以恒定的测量是单位长度内的增塑剂；时滞性很短，理论的最短时滞就是入口处到出口处这样子的增塑剂流动时间，一般肯定是小于1秒的。

因此，基于上述4点，该方法可直接用于滤棒实际生产过程的在线质量控制，而且过程无滤棒消耗。

附图说明

图1为本发明提供增塑剂喷洒量实时定量检测系统的结构示意图；

图2为本发明提供的增塑剂喷洒量实时定量检测方法的流程框图；

图3为本发明提供的方法与干湿棒、气相色谱法的比较示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案及目的，以下结合说明书附图对本发明的实施方式作进一步描述。

实施例1

本实施例选择在烟草行业最常见的KDF2型滤棒成型机上实施。

请参阅图1，本实施例提供一种增塑剂喷洒量实时定量检测系统，包括增塑剂储存装置1、供给计量泵2、喷洒箱14、供给管路、回流管路13、供给流量计3、回流流量计4、速度测量传感器6以及展幅测量传感器5；

所述喷洒箱14的上方设有喷洒嘴12，所述增塑剂储存装置1通过供给计量泵2与供给管路向喷洒嘴12输送增塑剂，所述喷洒箱14的顶端敞开以接收喷洒嘴12喷洒的增塑剂且喷洒箱14内部形成贯通的喷洒区域供丝束横向贯穿而过；

所述回流管路13一端与喷洒箱14的底部连通连接而其另一端与增塑剂储存装置1连通，所述的供给管路与回流管路上分别设有供给流量计3与回流计量计4；

所述的速度测量传感器6用于测量丝束的运行速度；

所述的展幅测量传感器5用于测量丝束的展开宽度；

为了保障较好的可靠性和精度实现稳定性保障，在本实施例中，采用如下具体特征：

增塑剂供给计量泵2采用伺服驱动泵实现精准计量，增塑剂供给管路流量计3采用E+H质量流量计83A，增塑剂回流管路传感器4采用E+H质量流量计83A，丝束11的展幅测量传感器5采用基恩士基于视觉的宽度测量仪，成型丝束11的速度测量传感器6线性传感器即可。

增塑剂供给流量计3E+H质量流量计83A，位于增塑剂供给计量泵2伺服驱动泵之后，增塑剂喷洒嘴12前；

所述的增塑剂回流计量计4E+H质量流量计83A，位于增塑剂喷洒装置回流管路13上；

所述的丝束11的展幅测量传感器5基恩士宽度测量仪，位于丝束11运动方向的垂直方向；

所述的丝束11的速度测量传感器6线性传感器，位于丝束11运动方向的平行方向。

可以理解的是，所述的供给流量计与供给计量泵可以同时存在也可以二者选其一，只要能够获得供给端的增塑剂的流量即可。

实施例2

基于实施例1提供的系统，请参阅图2，本实施例提供一种滤棒在线生产过程增塑剂喷洒量实时定量检测方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：增塑剂储存装置1预热完成，生产启动，增塑剂供给计量泵伺服驱动泵2根据初始计量值打开，流量开始计量，得到供给流量值s₁；

步骤2：设备启动，丝束11进入增塑剂喷洒区域14，速度测量传感器6测量丝束11的运行速度v；

步骤3：展幅测量传感器5测量丝束11的展开宽度d；

步骤4：增塑剂经回流孔13和增塑剂回流管路传感器4回到增塑剂储存装置1，这个过程中得到回流流量值s₂；

步骤5：截取单位时间t的上述所有传感器的数据，根据以下模型计算增塑剂在单位时间内的单位面积上的喷洒量s_avg。

s_avg＝(s₁-s₂)/(v*t)*d

在该实施例中，s₁＝2930mg，s₂＝431mg，v＝670(cm/s),t＝1(s),d＝16cmm

得s_avg＝(2930-431)/670*16

s_avg＝0.233(mg/cm²)

当然，也可以折算出本实施例的单位时间的1秒内，单根滤棒，以12cm计，其增塑剂含量大约为44.76mg。

为是本行业的技术人员更好地理解本技术发明，此实施例中的时间间隔t选定为1秒，实际可以为0.1秒，或者0.2秒等，然后基于该速度和时间的乘积来折算成单根滤棒，这些都是可行的，而且实时性很强，控制检测时滞最多也就一个时间间隔t。并且由于此处的测量是在开松后了，显而易见的是，由于是处于成型机开松后的工艺段，且求的是单位面积内的喷洒量，与卷曲度无关。

为验证该方法的实用性，请参阅图3，我们分别在不同的时间点取样10次，且记录这10次过程中的该方法的检测值，然后对比组上述的10个时间点的气相色谱法和在线干湿棒取样法所取样的数据，无法进行对比；而基于CN1635840A的测量装置及方法在国内烟草行业未有应用案例，无法进行对进行对比，结果如表1所示：

表1

从图3中可以看到，相比较最准确的气相色谱法，本发明所设计的方法的偏离度明显小于干湿棒比对法。

至此，本实施例的一个单位时间的解释完毕，接下来，可以每1秒都进行如此的计算，实时在线计量增塑剂喷洒量。

从上图可看出，本方法相对干湿棒取样法有绝对的的精度优势，对气相色谱法(这是作为离线检验标准的)，有明显的时间进度上的优势，而且偏离度并不大，最大只相差1.36mg，且做到了实时定量检测。

根据本实施例的过程，只需在增塑剂施加装置上安装入口流量计、出口流量计和展幅宽度检测器即可实施，便于业内的技术人员理解本技术方案，对行业来说，具有较强的推广应用价值。

Claims (4)

1.一种滤棒在线生产过程增塑剂喷洒量实时定量检测方法，其特征在于，所述方法通过增塑剂喷洒量实时定量检测系统实现，所述增塑剂喷洒量实时定量系统包括增塑剂储存装置、供给泵、喷洒箱、供给管路、回流管路、速度测量传感器以及展幅测量传感器；

所述喷洒箱的上方设有喷洒嘴，所述增塑剂储存装置通过供给泵与供给管路向喷洒嘴输送增塑剂，所述喷洒箱的顶端敞开以接收喷洒嘴喷洒的增塑剂且喷洒箱内部形成贯通的喷洒区域供丝束横向贯穿而过；

所述回流管路一端与喷洒箱的底部连通连接而其另一端与增塑剂储存装置连通，

所述的供给管路上设有供给流量计和/或所述的供给泵为供给计量泵；

所述回流管路上设有回流流量计；

所述的速度测量传感器用于测量丝束的运行速度；

所述的展幅测量传感器用于测量丝束的展开宽度；

所述的滤棒在线生产过程增塑剂喷洒量实时定量检测方法具体包含以下步骤：

步骤1：增塑剂储存装置通过供给泵向丝束添加增塑剂，通过供给计量泵和/或供给流量计检测到供给流量值s₁；

步骤2：丝束进入增塑剂喷洒区域，速度测量传感器测量丝束的运行速度v；

步骤3：展幅测量传感器测量丝束的展开宽度d；

步骤4：增塑剂经增塑剂回流管路回到增塑剂储存装置，回流计量计检测得到回流流量值s₂；

步骤5：截取单位时间t的上述所有传感器的数据，根据以下模型计算增塑剂在单位时间内的单位面积上的喷洒量s_avg；

s_avg＝(s₁-s₂)/(v*t)*d。

2.如权利要求1所述的滤棒在线生产过程增塑剂喷洒量实时定量检测方法，其特征在于，所述的供给流量计与回流流量计均为4E+H质量流量计83A。

3.如权利要求1所述的滤棒在线生产过程增塑剂喷洒量实时定量检测方法，其特征在于，所述的展幅测量传感器采用基恩士宽度测量仪。

4.如权利要求1所述的滤棒在线生产过程增塑剂喷洒量实时定量检测方法，其特征在于，供给计量泵采用伺服驱动泵。

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