液态二氧化碳在烟丝膨胀过程中的应用研究

液态二氧化碳在烟丝膨胀过程中的应用研究

王红超

河南中烟工业有限责任公司许昌卷烟厂  河南省  461000

[摘要]:为解决干冰烟丝在制造过程中出现的工艺泵堵转、工艺中断、浸渍器下盖门冻结等故障。详细分析二氧化碳在烟丝膨胀过程中的应用，研究浸渍器密封性能，总结如下，二氧化碳液体在浸渍器内对烟丝进行浸泡，使二氧化碳液体充分浸入烟丝细胞组织内，使烟丝细胞组织内充满二氧化碳液体，烟丝形成干冰烟丝。并通过排液、降压等工艺过程回收二氧化碳液体合气体，在浸渍缸上安装的零压开关检测到信号后，输送干冰烟丝进入膨胀系统，从而得到膨胀烟丝。

[关键词]:升华、二氧化碳、干冰、浸渍器、膨胀烟丝制作工艺、气态二氧化碳回收

一、二氧化碳升华特性

升华是指物质从固态不经过液态直接变成气态的相变过程。逆过程叫凝华。在相图中，温度和压强低于三相点的部分中，有气相和固相的交界线。凡是从气相越过这条交界线变为固相的过程，都是凝华。相反的过程，即从固相越过这条交界线变为气相的过程升华。

干冰是固态的二氧化碳，熔点为 -78.5。平时见到的干冰在被放置在室温下温度要比熔点高了很多,因此在大气压下会瞬间气化。烟丝膨胀正是利用干冰的升华特性，让经过液态二氧化碳浸泡过的烟丝，在低压下形成干冰烟丝，再在工艺温度下迅速升华，侵入烟丝细胞的干冰迅速升华，冲出烟丝细胞壁形成膨胀烟丝。

二、干冰烟丝制作工艺

如下图一，干冰烟丝制作工艺共包含十九个工艺步骤。

用二氧化碳液体在浸渍器内对烟丝进行浸泡，使二氧化碳液体充分浸入烟丝细胞组织内，使烟丝细胞组织内充满二氧化碳液体，烟丝形成干冰烟丝。

并通过排液、降压等工艺过程回收二氧化碳液体合气体，在浸渍缸上安装的零压开关检测到信号后，输送干冰烟丝进入膨胀系统，经过膨胀工艺流程处理后，得到膨胀烟丝。

图一：干冰烟丝制作工艺

三、液态二氧化碳的储存

从生产厂家购买来的液态二氧化碳被储存在二氧化碳储罐中, 储罐重量传感器用于检测储罐内的重量，当储罐中的二氧化碳重量低于生产要求时，及时通过槽车向储罐补充二氧化碳液体。储罐压力传感器检测储罐内的压力，当储罐和生产工艺罐内的压力差小于1.3MPa时，允许向工艺罐补液。当储罐压力大于1.8MPa时，启动储罐停工制冷机降低储罐内的压力，当储罐压力小于1.65MPa时，关闭储罐停工制冷机，从而保持储罐压力在设定的范围。

四、液态二氧花碳在膨胀烟丝制作过程中的应用

进入生产流程后，储罐内的二氧化碳液体通过补液泵被送入工艺罐。

在生产启动后，根据膨胀烟丝生产工艺流程（如图一），在十九步浸渍器生产过程流程框图的的第八步，工艺罐内的二氧化碳液体通过工艺泵向浸渍缸输送二氧化碳液体用于浸泡烟丝，每次浸渍完烟丝都要消耗掉一部分二氧化碳液体。并且由于工艺罐和浸渍缸都是压力容器，且二氧化碳液体在两个罐体内存在时，都会有气态二氧化碳在两个罐体存在，为了保证在两个压力容器之间能够完成输送二氧化碳液体的过程，必须通过两个罐体之间连接的管道先进行气象平衡，然后再启动工艺泵向浸渍缸输送液态二氧化碳液体。

在浸渍缸内完成膨胀烟丝的浸泡后，浸渍缸内未被烟丝细胞吸收的二氧化碳液体被回排到工艺罐罐体内。工艺过程进入到气态二氧化碳回收阶段。

气态二氧化碳的回收，涉及到气态二氧化碳高压回收罐与低压回收罐，高压压缩机和低压压缩机、制冷机以及冷却循环水设备。为了能完全把浸渍缸内残余的二氧化碳气体完全回收，系统设计两个罐体即气态二氧化碳高压回收罐与低压回收罐用于回收。首先浸渍缸内的高压气态二氧化碳在十九步浸渍器生产过程流程框图的的第十一步，进行第一次减压，高压气态二氧化碳通过连接在浸渍缸和高压回收罐之间的管道被释放到高压回收罐，高压回收罐内的压力增加到高压压缩机启动设定值时，高压压缩机启动进一步提升气态二氧化碳的压力和温度，然后被送往制冷机系统，在制冷机系统冷却剂的作用下，气态二氧化碳变为液态二氧化碳，直接流入工艺罐储存以备下次生产时使用。

进入到十九步浸渍器生产过程流程框图的的第十二步，浸渍器内的低压气态二氧化碳通过连接在浸渍器和低压回收罐之间的管道被送给到低压回收罐，低压回收罐内的气态二氧化碳在低压压缩机的作用下，进一步提升压力后送往高压回收罐。

浸渍缸内的气态二氧化碳经过第一次减压和第二次减压后仍然有少量残余气态二氧化碳，在十九步浸渍器生产过程流程框图的的第十四步，通过安装在浸渍器顶部通往大气的管道，排除残余的二氧化碳气体。最终，安装在浸渍器上的零压开关传感器检测到浸渍器内的压力与外部压力平衡（零压）。这时就可以向浸渍器下道工序输送干冰烟丝了。

图二：浸渍工艺流程框图

五、冷却循环水系统

在高压压缩机、低压压缩机和制冷机工作过程中产生大量热量，冷却循环水系统作为保护系统在制造干冰烟丝过程中，必须要保持运转正常。

六、浸渍器的控制单元

浸渍器是二氧化碳干冰烟丝制作过程中的关键设备，在开启浸渍器下盖输送烟丝前，必须保证浸渍器内压力为零。设置工艺阀站来完成该工艺过程。工艺阀站由多个阀门组成，通过阀门之间的组合，完成压力容器浸渍缸向压力容器工艺罐回排二氧化碳液体。同时监控压力容器工艺罐重量，保证在浸渍烟丝前后浸渍缸内消耗的二氧化碳重量在设定范围内；

   通过工艺阀站阀门之间的组合完成浸渍器内气态二氧化碳的回收与冷凝，且在向高压回收罐和低压回收罐输送二氧化碳气体时，为减少对罐体的冲击，阀门开启过程在初始设定的开启度基础上，每5秒钟步进一次逐步打开，直到完全打开。

   浸渍器中剩余的二氧化碳气体由经消音器排至大气中，当零压开关动作后，表示数字量压力合格，然后比较模拟量压力值，如果浸渍器内两个压力均合乎要求，排空结束。

七、参考文献

[1] 《二氧化碳膨胀线电器控制系统》秦皇岛烟草机械有限责任公司

[2] 《CO2膨胀烟丝工艺浸渍器控制系统的改进》张铁荣  吴兆敏  韩佰恒编著

[3] 《膨胀烟丝线浸渍器过滤网防脱落定位销的分析研究》刘玉民 陈孔军 李智伟编著

[4] 《膨胀烟丝浸渍器密封性能分析》关文锦编著
姓名：王红超

性别：男

出生年月：1976.11

民族：汉

籍贯：河南省禹州市

单位：河南中烟工业有限责任公司

学历：本科