CN113287776B - 造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统，本发明的设计构思在于对挤干后的物料在输送过程中的流量、水分进行实时采集，据此进行稀释调控以实现第一级浓度调节；接着，利用调浓水对调节浆池输出至叩前浆池之前的浆料浓度进行第二级浓度调节，并在进入叩前浆池之前设置电控三通阀对浓度波动较大的浆料进行阻断回流以实现第三级浓度调节，以此实现打浆前对物料的多级浓度调控，从而确保打浆浓度稳定和有效控制，可以大幅降低输入至后续打浆环节的浆料性能波动，进而提高设备运行稳定性和造纸法再造烟叶产品质量稳定性。

Description

造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统

技术领域

本发明涉及烟草加工领域，尤其涉及一种造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统。

背景技术

造纸法再造烟叶原料组成复杂，包括烟梗、烟末、碎烟片和外加木浆纤维等，这些原料在打浆前需要经过提取，将烟草可溶物成分与不溶物成分分离，得到的不溶物成分进行打浆处理。打浆工序是造纸法再造烟叶生产的重要工序，是基片抄造的基础，该工序得到的浆料性能优劣直接影响生产过程稳定性和造纸法再造烟叶产品质量。就打浆工艺任务而言，打浆是指通过物理方法，对一定浓度的烟草物料进行机械或流体处理，使纤维受到剪切作用，纤维束分离成单根纤维，纤维变得柔软可塑，最终得到质量合格和性能稳定的浆料。

打浆浓度是打浆过程中的重要控制指标，通常打浆浓度低，纤维易被切断，打浆浓度高则有利于纤维的分丝、帚化，而切断作用减少。目前，国内造纸法再造烟叶企业大多采用低浓打浆工艺，即打浆浓度为3％～5％，当打浆工艺确定后，连续生产过程中，打浆浓度的稳定控制尤为重要，该指标直接影响打浆设备的稳定运行和浆料质量的稳定。造纸法再造烟叶生产过程中，为确保烟草可溶性成分的提取率，提取后物料固液分离时的挤干度较高(通常达35％以上)，促使挤干后的干物料需进行稀释以达到打浆所需浓度。一方面，提取后固液分离设备大多采用螺旋挤干机、卧螺式离心机等，料塞形成前、后物料挤干度差异较大；另一方面，因造纸法再造烟叶产品牌号较多，各牌号产品理化性能、感官质量存在差异，导致其原料组成中烟梗、烟末配比不同，烟梗保水值远高于烟末，故烟梗含量较高时，固液分离后物料挤干度则偏低，同时，若固液分离时来料浓度发生变化，也会导致挤干度的不稳定变化，挤干后物料稀释时的稀释水量稳定控制成为一大难题。

通常操作人员结合稀释后物料储罐出口浓度计以及操作经验来控制稀释水流量，存在调控滞后性和不稳定性。另外，部分企业打浆工段最后一台磨机出口的浆料进入一台中浓压力筛，筛子尾浆通常回流至打浆前，因筛子运行条件限制，尾浆浓度与打浆浓度无法完全保持一致，这些因素均导致打浆浓度难以稳定控制。

发明内容

由此，本发明旨在提供一种造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统，实现了造纸法再造烟叶生产过程中挤干后物料稀释时的稀释水量稳定控制，同时增设打浆前调节浆池，并采用打浆前物料多级浓度控制策略，确保打浆浓度稳定和有效控制，降低浆料性能波动，提高设备运行稳定性和造纸法再造烟叶产品质量稳定性。

本发明采用的技术方案如下：

一种造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统，其中包括：

称重计量螺旋装置、水分仪、调节浆池、调节浆池泵、稀释水管路、调浓水管路、浓度检测装置、电控三通阀以及调浓控制器；

所述称重计量螺旋装置的入口与挤干机的出口连接，所述称重计量螺旋装置的出口与所述调节浆池的第一入口连接，所述称重计量螺旋装置用于实时获取挤干机输送的干物料的瞬时流量值；

所述水分仪设于所述称重计量螺旋装置的出口处，用于实时检测所述称重计量螺旋装置中干物料的水分含量；

所述稀释水管路连接于所述称重计量螺旋装置的出口与所述调节浆池的第一入口之间的管路中，且在所述稀释水管路中设有流量计和第一调节阀；

所述调节浆池的出口与所述调节浆池泵的入口连接，所述调浓水管路连接于所述调节浆池的出口与所述调节浆池泵的入口之间的管路中，且在所述调浓水管路中设有第二调节阀；

所述调节浆池泵的出口经由所述电控三通阀与叩前浆池的入口连接，所述电控三通阀还与所述调节浆池的第二入口连接，且在所述调节浆池泵的出口与所述电控三通阀之间的管路中设有浓度检测装置；

所述称重计量螺旋装置、所述水分仪、所述调节浆池泵、所述流量计、所述第一调节阀、所述第二调节阀、所述电控三通阀以及所述浓度检测装置分别与所述调浓控制器电信号连接。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述调浓控制器用于根据所述瞬时流量值、所述水分含量、预设的稀释后物料目标浓度值，求取稀释水目标流量；并根据所述稀释水目标流量、所述流量计反馈的稀释水实测值，调控所述第一调节阀。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述调浓控制器还用于根据所述浓度检测装置反馈的浓度实测值以及预设的浓度值范围，调控所述第二调节阀。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述调浓控制器还用于根据所述浓度检测装置反馈的浓度实测值以及预设的浓度波动阈值和/或根据所述水分含量以及预设的含水量阈值，控制所述电控三通阀切换阀位，使所述调节浆池泵的出口与所述第二入口或者叩前浆池的入口连通。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述调节浆池还设有第三入口，打浆工艺环节中的浆料回流管路连接至所述第三入口。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述称重计量螺旋装置的出口采用敞口设计。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述流量计采用电磁流量计。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述水分仪采用微波水分仪。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述调节浆池设有卧式搅拌装置。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述卧式搅拌装置与所述调浓控制器电信号连接。

本发明的设计构思在于对挤干后的物料在输送过程中的流量、水分进行实时采集，据此进行稀释调控以实现第一级浓度调节；接着，利用调浓水对调节浆池输出至叩前浆池之前的浆料浓度进行第二级浓度调节，并在进入叩前浆池之前设置电控三通阀实现对浓度波动较大的浆料进行阻断回流进行第三级浓度调节，以此实现打浆前对物料的多级浓度调控，从而确保打浆浓度稳定和有效控制，可以大幅降低输入至后续打浆环节的浆料性能波动，进而提高设备运行稳定性和造纸法再造烟叶产品质量稳定性。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明实施例提供的造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提供了一种造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统的实施例，结合图1所示，可以包括：称重计量螺旋装置1(此为现有的成熟设备，通常用于物料输送，且具有称重计量、流量换算功能)、水分仪2(例如但不限于可以采用微波水分仪)、调节浆池3(为提升物料混合均匀性，优选可以在调节浆池设置卧式搅拌装置34)、调节浆池泵4、稀释水管路5、调浓水管路6、浓度检测装置7、电控三通阀8以及调浓控制器(图中未示)。

所述称重计量螺旋装置1的入口与挤干机(前道工序，图中未示)的出口连接，所述称重计量螺旋装置1的出口则与所述调节浆池3的第一入口31连接，本实施例采用所述称重计量螺旋装置1，主要目的是用于实时获取由前序挤干机输送而来的干物料的瞬时流量值。

所述水分仪2具体可以设置在所述称重计量螺旋装置1的出口处(为提升后续输送性能，所述称重计量螺旋装置1的出口优选采用敞口结构)，本实施例采用所述水分仪2的主要目的是实时检测所述称重计量螺旋装置 1中输送至调节浆池3前的干物料的水分含量(也即是干度)。

接着，所述稀释水管路5连通于所述称重计量螺旋装置1的出口与所述调节浆池3的第一入口31之间的管路中，且在所述稀释水管路5中设有第一调节阀51以及流量计52(例如可以采用电磁流量计)。

所述调节浆池3的出口与所述调节浆池泵4的入口连接，所述调浓水管路6连接于所述调节浆池3的出口与所述调节浆池泵4的入口之间的管路之中，且在所述调浓水管路6中设有第二调节阀61。而所述调节浆池泵4的出口则经由所述电控三通阀8与叩前浆池(从叩前浆池起，后续为常规的打浆工序设备，图中未示出)的入口连接，此外，所述电控三通阀8还与所述调节浆池3的第二入口32连接，且在所述调节浆池泵4的出口与所述电控三通阀8之间的管路中还设有浓度检测装置7。

关于前述各部件的电连接关系，可以参考如下：所述称重计量螺旋装置1(具体可以是称重计量螺旋装置的计量处理模块，此为现有技术，不作赘述)、所述水分仪2、所述调节浆池泵4、所述流量计52、所述第一调节阀51、所述第二调节阀61、所述电控三通阀8以及所述浓度检测装置 7分别与所述调浓控制器电信号连接，这里还需指出两点：其一、如果调节浆池3中设有卧式搅拌装置34时，可以考虑将卧式搅拌装置34也与所述调浓控制器电信号连接；其二、这里的调浓控制器在实际操作中可以采用原机的DCS系统中的调浓单元，在现有技术中也存在调浓机制，具体是在叩前浆池与叩前浆池泵之间连接调浓水管路，并依据经验以及电控阀门的方式对输送到之后的磨浆机的浆料进行浓度调节，而本发明则可以是在此调浓基础上，通过前述部件设计前置的若干级调浓处理(例如但不限于下文介绍的三级调浓)，并配合已有的原始调浓机制实现多级调浓。

据此，本发明对基于前述系统的三级调浓机制进行如下示意性介绍：

(1)第一级：前述调浓控制器可以根据由上述部件获得的所述瞬时流量值、所述水分含量以及预先基于实际工艺需求设定的稀释后物料目标浓度值，求取出稀释水目标流量；并根据该稀释水目标流量及流量实测值来调控所述第一调节阀。这里提供一种非限定的稀释水目标流量计算方式：

(2)第二级：前述调浓控制器还可以根据所述浓度检测装置反馈的浓度实测值以及预设的浓度值范围，调控所述第二调节阀，此处可以理解为对存在一定浓度波动但尚且可以接受的浆料浓度值进行微调，起到防微杜渐的作用。

(3)第三级：前述调浓控制器还可以根据所述浓度检测装置反馈的浓度实测值以及预设的浓度波动阈值，控制所述电控三通阀切换阀位，使所述调节浆池泵的出口与所述第二入口或者叩前浆池的入口连通，此处可以理解为在常态下(由调节浆池输出的物料浓度基本稳定时)可以触发电控三通阀保持调节浆池泵的出口与叩前浆池的入口的连通关系；而当波动较大，例如难以通过第二调节阀纠偏时，则可以触发电控三通阀的阀位切换使调节浆池泵的出口与调节浆池的第二入口连通(调节浆池泵的出口与叩前浆池的入口阻断)，以此实现将浓度不稳定的浆料回流至调节浆池再次进行调浓处理；此外，还可以结合前述水分仪的实测结果以及预设的水分阈值进行电控三通阀的阀位调控。

在此构思基础上，还可以进一步考虑，将叩前浆池及后道的打浆工艺环节中的浆料回流管路接入至图示中的调节浆池3的第三入口33，例如可以将中浓压力筛筛出的不合格浆料再次送回至所述调节浆池3进行多级浓度调控；除此之外，磨机刚开机未达到各磨机设定功率时的回流浆料、中浓压力筛尾浆、停机清洗时回收的设备及管道内的浆料均可以通过浆料回流管路回流至调节浆池，再经前述第二级、第三级浓度控制，以此确保叩前浆池泵出口物料浓度稳定，进而得到性能满足要求的成品浆料。

最后，为便于理解，结合前文介绍以及附图示例，这里给出如下具体的说明：

在造纸法再造烟叶生产过程中，使提取挤干后的干物料进入称重计量螺旋装置中，实时记录螺旋装置中所输送的干物料的瞬时流量值，称重计量螺旋装置处设有微波水分仪，用于实时检测称重计量螺旋装置中物料的水分含量。称重计量螺旋装置在实际操作中，可以但不限于采用HARDY (哈迪)称重传感器作为动态称重机构，并将螺旋输送机安装于称重机构上，当物料经过螺旋输送机时，称重机构检测到输送机上的物料重量作用于称重传感器，产生一个正比于输送机载荷的电信号；同时，在输送机上有一个称重传感器装在支架上，工作时将检测到输送机上的物料重量(螺旋输送机本身的重量可以通过去皮重处理)送入称重仪表，称重仪表再将重量送到调浓控制器(如专门的PLC)，同时由测速传感器和变频器等将输送机的速度信号也发送至PLC，PLC将速度信号与称重信号进行积分处理，得到瞬时流量及累计量；前述速度传感器可以直接连螺旋输送机的轴上，提供一系列脉冲，每个脉冲表示一个皮带运动单元，脉冲的频率正比于输送机速度；称重仪表从称重传感器和速度传感器接收信号，检测到螺旋输送机的动态变化数据，通过积分运算得出一个瞬时流量值和累积重量值，并将数据传输到数据终端处理器得出输送过的物料的重量，并可通过工业以太网和监控管理控制层的PLC进行通讯，实时记录原料的投入量，便于对原料过程用量的统计、过程监控和管理。

接续前文，干物料经称重计量螺旋装置的出料口进入一密闭、设有卧式搅拌装置的调节浆池，调节浆池上可以设有稀释水入口(或者在干物料输送管路中连通稀释水管路)，且稀释水管路上设有电磁流量计和调节阀，稀释水流量由称重螺旋中物料的瞬时流量值、微波水分仪检测的物料水分值以及稀释后物料目标浓度计算得到，第一调节阀和电磁流量计则可以采用PID连锁控制，用于精确控制进入调节浆池的稀释水流量，实现打浆前物料第一级浓度控制。

接着，挤干后的干物料与稀释水在调节浆池内混合均匀后，经调节浆池泵输送至叩前浆池，而此过程中，调节浆池的出口与调节浆池泵之间可设有调浓水管路，该管路上设有第二调节阀，且在调节浆池泵出口管路上设有浓度检测装置和电控三通阀，浓度检测装置与第二调节阀同样可以采用PID连锁控制，用于准确控制调节浆池出口物料浓度，实现打浆前物料第二级浓度控制。

当微波水分仪检测水分值超出设定阈值(如±1％)和/或调节浆池泵出口浓度检测装置检测浓度超过设定阈值(如±0.1％)的其中一个条件满足时，控制电控三通阀切换阀位，即采用回流模式，使得调节浆池泵暂不输送物料至叩前浆池，待上述两种情况对应的水分和/或浓度指标恢复正常时，再次切换电控三通阀切换阀位，使调节浆池泵继续输送物料至叩前浆池，实现打浆前物料第三级浓度控制。

稀释、调浓后物料经叩前浆池缓存后由叩前浆池泵依次输送至后道的磨机、中浓压力筛，如前文所述，叩前浆池出口与叩前浆池泵之间可以设有调浓水管路，以此实现打浆前物料的第四级浓度控制。

前述四级浓度调控机制涉及的期望浓度设定值可以由第一级至第四级依次递减，例如但不限于相差0.1％。

综上所述，本发明的设计构思在于对挤干后的物料在输送过程中的流量、水分进行实时采集，据此进行稀释调控以实现第一级浓度调节；接着，利用调浓水对调节浆池输出至叩前浆池之前的浆料浓度进行第二级浓度调节，并在进入叩前浆池之前设置电控三通阀实现对浓度波动较大的浆料进行阻断回流进行第三级浓度调节，以此实现打浆前对物料的多级浓度调控，从而确保打浆浓度稳定和有效控制，可以大幅降低输入至后续打浆环节的浆料性能波动，进而提高设备运行稳定性和造纸法再造烟叶产品质量稳定性。

本发明实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a， b，c可以是单个，也可以是多个。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统，其特征在于，包括：称重计量螺旋装置、水分仪、调节浆池、调节浆池泵、稀释水管路、调浓水管路、浓度检测装置、电控三通阀以及调浓控制器；

所述称重计量螺旋装置的入口与挤干机的出口连接，所述称重计量螺旋装置的出口与所述调节浆池的第一入口连接，所述称重计量螺旋装置用于实时获取挤干机输送的干物料的瞬时流量值；

所述水分仪设于所述称重计量螺旋装置的出口处，用于实时检测所述称重计量螺旋装置中干物料的水分含量；

所述稀释水管路连接于所述称重计量螺旋装置的出口与所述调节浆池的第一入口之间的管路中，且在所述稀释水管路中设有流量计和第一调节阀；

所述调节浆池的出口与所述调节浆池泵的入口连接，所述调浓水管路连接于所述调节浆池的出口与所述调节浆池泵的入口之间的管路中，且在所述调浓水管路中设有第二调节阀；

所述调节浆池泵的出口经由所述电控三通阀与叩前浆池的入口连接，所述电控三通阀还与所述调节浆池的第二入口连接，且在所述调节浆池泵的出口与所述电控三通阀之间的管路中设有浓度检测装置；

所述称重计量螺旋装置、所述水分仪、所述调节浆池泵、所述流量计、所述第一调节阀、所述第二调节阀、所述电控三通阀以及所述浓度检测装置分别与所述调浓控制器电信号连接；

所述调浓控制器用于根据所述瞬时流量值、所述水分含量、预设的稀释后物料目标浓度值，求取稀释水目标流量；并根据所述稀释水目标流量、所述流量计反馈的稀释水实测值，调控所述第一调节阀。

2.根据权利要求1所述的造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统，其特征在于，所述调浓控制器还用于根据所述浓度检测装置反馈的浓度实测值以及预设的浓度值范围，调控所述第二调节阀。

3.根据权利要求2所述的造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统，其特征在于，所述调浓控制器还用于根据所述浓度检测装置反馈的浓度实测值以及预设的浓度波动阈值和/或根据所述水分含量以及预设的含水量阈值，控制所述电控三通阀切换阀位，使所述调节浆池泵的出口与所述第二入口或者叩前浆池的入口连通。

4.根据权利要求1所述的造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统，其特征在于，所述调节浆池还设有第三入口，打浆工艺环节中的浆料回流管路连接至所述第三入口。

5.根据权利要求1~4任一项所述的造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统，其特征在于，所述称重计量螺旋装置的出口采用敞口设计。

6.根据权利要求1~4任一项所述的造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统，其特征在于，所述流量计采用电磁流量计。

7.根据权利要求1~4任一项所述的造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统，其特征在于，所述水分仪采用微波水分仪。

8.根据权利要求1~4任一项所述的造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统，其特征在于，所述调节浆池设有卧式搅拌装置。

9.根据权利要求8所述的造纸法再造烟叶打浆浓度控制系统，其特征在于，所述卧式搅拌装置与所述调浓控制器电信号连接。

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