基于实验室批式滚筒干燥装置的热加工强度表征及其对烟丝物理特性的影响

为研究烟丝滚筒干燥过程加工强度的归一化定量表征方法,以实验室批式滚筒干燥装置为平台分析了烟丝在滚筒干燥过程中自身热状态的变化,提供了一种新的烟丝滚筒干燥过程热加工强度表征方法。考察了不同加工条件(筒壁温度和热风温度)对热加工强度的影响,利用图像法和筛分法研究了不同加工条件对烘后烟丝主要物理特性(卷曲度、填充值、耐加工性)的影响规律。结果表明:①以烟丝干燥过程Ts-X特征曲线表征烟丝干燥过程热加工状态变化特征,采用该特征曲线积分平均值表征滚筒干燥过程热加工强度,该参数具有明确的物理意义,即物料在滚筒干燥过程中单位脱水量对应的温度变化率。②实验条件下的滚筒干燥热加工强度范围为4.26～5.10℃/%,筒壁温度和热风温度的升高均会导致热加工强度增大,但筒壁温度和热风温度升高相同温度时,筒壁温度对热加工强度的贡献比热风温度高30%～70%。③在不同的干燥条件下,随着热加工强度增大,烟丝卷曲度和填充值也相应增大,烟丝耐加工性减小。     

滚筒烘丝的放大试验研究

为减小卷烟产品研发成本,缩短研发周期,研制出实验型滚筒烘丝机,并将其与500 kg/h,5 000 kg/h的滚筒烘丝机进行对比研究,以考察滚筒烘丝机在卷烟产品生产中的尺寸放大效应。结果表明:筒壁温度、热风温度、热风速度、热风湿度对烟丝滚筒干燥过程的影响可以用Midilli-Kunck模型准确表征;滚筒干燥机设备尺寸越大出口水分越稳定;为保持产品质量的一致,在应用实验型滚筒干燥机、500 kg/h的滚筒烘丝机、5 000 kg/h的滚筒烘丝机时筒壁温度应依次提高。     

滚筒复烤方式下片烟的尺寸分布变化特征

为了研究滚筒复烤方式下烤后片烟的尺寸分布变化特征,考察了筒壁温度、热风温度、滚筒转速、物料容积率等主要复烤条件对烤后片烟尺寸分布的影响规律,并与热风复烤方式进行了对比分析。结果显示:1滚筒复烤方式下,整个干燥过程片烟含水率变异系数小于2%,筒内片烟的含水率较为均匀。2筒壁温度对片烟干燥时间、干燥速率及片烟烤后温度有显著影响(P值均小于0.05);容积率对片烟干燥时间、干燥速率(P值为0.004 7)有较大影响;热风温度和滚筒转速对片烟干燥时间、干燥速率及片烟烤后温度无显著性影响(P值均大于0.05)。3滚筒复烤后片烟的大片率减少,中片率、小片率增加,片烟特征面积减少,均匀性系数增大。综合来看,在筒壁温度70℃、热风温度80℃~90℃、滚筒转速8 r/min和容积率16.16%的条件下,烤后片烟的大中片率较高,收缩率较低。4片烟干燥速率相近的条件下,滚筒直接复烤后片烟的收缩率明显低于热风复烤方式,大中片率高于热风复烤方式。     

析因设计优化叶丝干燥加工参数

采用析因设计方法,探讨了管板式环形烘丝机各工艺参数对烘后烟丝质量指标的影响.研究结果表明,管板式环形烘丝机干燥过程各工艺参数对烘后烟丝主要质量指标的影响程度各不相同:含水率标偏主要受到热风-排潮风门开度的影响,温度标偏主要受到热风温度及热风-排潮风门开度的影响,填充值主要受到筒壁温度的影响,结构主要受到HT蒸汽压力的影响.可以选取筒壁温度、热风温度、HT蒸汽压力作为优化因素,根据不同产品特点设定其范围;正常生产过程中建议将热风-排潮风门开度作为出口烟丝水分的控制参数,用以提高烟丝水分的稳定性.     

工业中试装置中烟丝的滚筒传输特性

在一工业中试装置中对烟丝的滚筒传输特性进行了研究,考察了冷态稳定传输过程中烟丝流量、筒内风速、滚筒转速以及烟丝含水率对烟丝滚筒滞留量、滞留时间和轴向传输速度的影响,分析了不同条件下烟丝在滚筒内升举—抛洒单元运动时间、运动次数及运动步长的变化规律.结果表明:①筒内风速、滚筒转速和烟丝含水率对烟丝滚筒滞留时间影响显著,随筒内风速、滚筒转速的增大,烟丝滚筒滞留时间减小、轴向传输速度增加,烟丝含水率增大则使得烟丝滚筒滞留时间增加、轴向传输速度减小;②随滚筒转速、烟丝流量、烟丝含水率增大,烟丝在滚筒传输过程中经历的升举—抛洒单元运动次数增加、运动步长减小,筒内风速对烟丝在滚筒内的升举—抛洒单元运动次数和运动步长的影响与之相反.     

滚筒烘丝机控制方法的改进与对比分析

为了解决目前滚筒烘丝机中以筒壁温度控制出口烟丝含水率对产品质量稳定性造成一定影响的问题,对滚筒式烘丝机叶丝干燥去湿控制方法进行了改进:在现有筒壁温度控制模式的基础上增设一套以调节入口热风风量来实现出口含水率自动控制的热风风量控制模式,并且对两种控制模式进行了试验对比,结果表明:①采用热风风量控制模式,出口叶丝含水率和出口叶丝温度的稳定性较好,且含水率和温度的波动范围较小;②采用热风风量控制模式,对叶丝特征尺寸(de)的下降影响程度较小,而叶丝特征尺寸(de)的稳定性较差,且叶丝特征尺寸(de)的波动范围比采用筒壁温度控制模式的波动范围略大;③两种控制模式下的叶丝感官质量差别不大,香气风格一致,在烟气风格特征上略有差别.     

滚筒式薄板烘丝机基于排潮风风量的烟丝含水率控制方法

为解决滚筒式薄板烘丝机烟丝加工过程中筒内环境温度波动对烟丝香气的影响等问题,通过分析滚筒式薄板烘丝机工作过程中影响烟丝含水率的相关变量,在薄板温度和热风温度均恒定的条件下,提出了一种基于排潮风风量的烟丝含水率控制方法。基于排潮风风量建立了控制模型,研究了入口烟丝含水率和入口烟丝流量对排潮风含水量的影响,以及排潮风门开度与风量的关系。利用排潮风门自适应PID专家控制策略实现了控制过程,通过PID值整定,防止烟丝含水率超调和波动。结果表明:改变排潮风风量可以控制薄板烘丝机的烟丝含水率,排潮风门响应时间比蒸汽加热时间短,调控速度比调节薄板温度或热风温度更快,实现了烟丝含水率的快速可调可控;保证了烟丝干燥时香气的稳定,避免同批次烟丝在同质化加工中产生差异,有效提高了卷烟品质。     

不同干燥方式下配方烟丝的保润性能

为探索不同干燥方式对同一配方烟丝物理保润性能的影响,采用动态水分检测方法,分析了气流干燥配方烟丝与滚筒干燥配方烟丝在不同相对湿度条件下的吸湿-解湿性能。结果表明:(1)气流干燥烟丝在吸湿-解湿过程中质量变化率(dm)均高于滚筒干燥烟丝,气流干燥烟丝与空气中水蒸气的交换容量更大。(2)吸湿-解湿过程中,气流干燥烟丝平衡含水率变化量高于滚筒干燥烟丝,且两种烟丝平衡含水率变化量的差值随相对湿度增加而增大。(3)两种烟丝吸湿-解湿过程水分比(MR)曲线变化趋势一致。(4)初始条件(40%RH)下,气流干燥烟丝的保润性能较优。(5)吸湿-解湿过程中,高相对湿度(RH60%)条件下,滚筒干燥烟丝保润性能稍优于气流干燥烟丝;低相对湿度(RH≤60%)条件下,气流干燥烟丝保润性能稍优于滚筒干燥烟丝。     

管板式烘丝筒出口水份控制精度的改进

SH317型滚筒管板式烘丝机出口水份的控制精度和稳定性对烟丝质量有着至关重要的作用,影响出口水份关键因素有筒壁温度、热风温度、排潮开度等。针对筒壁温度、排潮开度等关键因素存在的问题进行必要的改进,具体的措施是在进筒、出筒蒸汽管道上分别加装蒸汽压力传感器,在烘丝筒出口加装负压检测装置,改进后的监控系统能实时监测关键影响因素的变化。经过对监控系统控制精度的改进,避免了过去曾因控制精度偏低造成的质量缺陷,实现烟丝质量控制精度的大幅提高。     

烘丝控制模式的建立与实现

通过对烘丝过程的分析 ,针对现有烘丝控制系统的不足 ,提出了新的控制模式。正常工作时稳定进入烘丝筒内烟丝的脱水量以及烘丝筒的筒壁温度 ,从而稳定烘后烟丝的含水率。在热风管道上增加一个由电磁阀控制的低压蒸汽喷射装置 ,“模拟”正常烘丝过程中筒内的环境 ,以减少“干头”和“干尾”烟丝量。使用新的控制模式 ,提高了烘后烟丝含水率的稳定性 ,“干头”和“干尾”烟丝数量大幅减少     

烘丝工艺参数对卷烟感官质量的影响

为研究制丝工序工艺参数变化对卷烟感官质量和化学成分的影响趋势,按照“卷烟制丝生产线工序质量评价”的要求和方法,对烘丝过程中的滚筒转速、热风温度、热风风门开度和排潮风门开度等工艺参数对卷烟感官质量的影响进行了试验。结果表明:①较高的滚筒转速、热风温度、排潮风门开度有利于卷烟香气的透发和提高,但不利于烟气特性和口感特性的改善;②较低或较高的热风风门开度都不利于卷烟香气特性的改善;③随滚筒转速、热风温度和热风风门开度的增大,烟丝中的挥发性有机酸和非挥发性有机酸总量逐渐降低,TSNA含量逐渐增加;④随排潮风门开度的增大,烟丝中的有机酸总量逐渐增加,TSNA含量逐渐降低。     

基于均匀设计分析滚筒烘丝工艺参数对叶丝质量的影响

为分析滚筒烘丝各工艺参数对烘后叶丝质量的影响,采用均匀设计法对HT蒸汽流量、筒壁温度、热风温度、排潮风门开度及筒体转速等参数对叶丝质量的影响进行了试验.结果表明:①滚筒转速仅对叶丝物理指标有显著影响;排潮风门开度和HT蒸汽流量同时影响叶丝物理指标和感官质量,且影响趋势相同;筒壁温度和热风温度对叶丝物理指标和感官质量均有显著影响,但影响趋势相反.②在试验范围内,各工艺参数的最优组合为:筒壁温度130℃、热风温度90℃、排潮风门开度59％、筒体电机频率24Hz、蒸汽流量240 kg/h,对应烟丝填充值、整丝率和感官质量得分分别比优化前提高了0.18 cm3/g,1.6％和1.8分,碎丝率降低了0.7％.     

Effect of drying on biofilter performance: modeling and experimental approach

The moisture content of biofilter media is a key parameter for its adequate performance. Control of moisture requires a better understanding of the drying of the support due to changes in inlet air temperature and relative humidity and from metabolic heat production by pollutant oxidation. A dynamic one-dimensional model was developed to describe drying and its effect on biofilter performance. Mass and energy balances were established on an elementary representative volume. The biological reaction term incorporated temperature, water content, and pollutant concentration effects. The model describes the variations in pollutant concentration, air relative humidity, temperature, and water content of the media. It predicts (1) water evaporation from the packing material as a consequence of metabolic heat generation and variations of the relative humidity of the inlet air stream, and (2) the resulting decrease in biofilter performance. The model was validated with biofiltration experiments treating gaseous toluene using peat as support. Various ranges of inlet air relative humidity, temperature, air velocity, and inlet pollutant concentration were assayed.     

滚筒干燥中烟丝停留时间预测模型

为准确预测烟丝在滚筒干燥中的停留时间,采用单因素实验的方法,利用装有12块抄板的冷态滚筒设备分别研究了滚筒转速、筒内气速、烟丝流量、滚筒倾角和烟丝含水率对停留时间的影响,建立了两种新的烟丝停留时间预测模型,并将该模型与其他3种经验预测模型进行了验证对比。结果表明:15种试验因素对停留时间均有影响。其中,滚筒转速与停留时间为指数关系,筒内气速、烟丝含水率与停留时间均为线性关系,烟丝流量与停留时间可视为线性或倒数关系,滚筒倾角与停留时间为倒数关系。2所建新模型预测结果与试验结果一致性较高,更适用于试验用冷态滚筒设备。      

叶丝滚筒干燥过程中化学成分的动态变化特征研究

利用批处理式滚筒干燥试验装置,以两种烤烟、一种白肋烟为原料,研究了叶丝滚筒干燥过程中含水率、总植物碱、还原糖、总糖、石油醚提取物等含量随干燥处理时间的动态变化特征,同时对比分析了滚筒壁温对上述指标变化特征的影响。结果表明:①叶丝干燥过程含水率的变化规律符合菲克第二定律,实验所用烤烟的传质有效扩散系数(De)均小于白肋烟。滚筒壁温升高,3种叶丝De值均增大,但上部叶De值的变化较中部叶小;②随干燥时间延长,总植物碱和还原糖含量均呈近似线性下降,随滚筒壁温升高,其下降速率增大;③总糖含量除在160℃干燥结束阶段急剧下降外,整体变化规律不明显;④石油醚提取物含量在不同条件下均有相似的变化规律,其含量随干燥过程的进行呈先升高后降低的趋势,峰值区间均在含水率为8%~2.5%时。     

滚筒分段变温干燥方式下烤烟叶丝质量的变化特征

为分析滚筒分段变温干燥方式下叶丝含水率变化、物理特性及叶丝香味成分变化规律,考察了100、120、130、140、150℃滚筒恒温干燥后,150/100、140/100、130/100、120/100℃滚筒分段变温干燥后,以及140/100℃分段变温干燥条件下分别在叶丝含水率为19%、17%、15%时改变筒壁温度进行干燥后叶丝填充值、弹性的变化情况,并对比了两种干燥方式下叶丝石油醚提取物及香味成分的变化规律。结果表明:①采用第一阶段高温第二阶段低温的变温干燥方式,通过提高脱水前期的筒壁温度,能够明显提升叶丝干燥效率;②与高温恒温干燥过程相比,采用第一阶段高温第二阶段低温的变温干燥方式有利于提高叶丝弹性、填充值,叶丝中棕色化反应产物、类胡萝卜素降解产物等香味成分含量也明显升高;③变温干燥方式下,变温点处烟丝含水率从19%降低至15%时,叶丝填充值呈降低趋势,弹性呈增大趋势,叶丝中香味成分总量也呈降低的趋势。