滚筒内烟丝停留时间数学模型研究

利用自行设计搭建的冷态滚筒试验平台对烟丝在滚筒内的停留时间进行了研究,分别考察了不同滚筒转速、倾角、筒内气速、加料速率和含水率条件下烟丝在滚筒内停留时间的变化规律,基于Friedmam-Marshall模型,引入含水率对模型进行了修正,综合各影响因素,建立了用于预测滚筒内烟丝停留时间的数学模型,并对所建立的数学模型进行了验证。结果表明:①烟丝含水率是决定烟丝在滚筒内平均停留时间的重要因素,传统的预测模型没有考虑这一因素,不适合用于预测烟丝的停留时间;②在传统预测模型中引入含水率对模型进行修正后,模型预测值和实验测试值的偏差降低,模型精度得到提高。     

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.     

滚筒烘丝机内烟丝滞留时间模型的建立及数值模拟

为深入研究滚筒烘丝机内部加工过程,提升卷烟产品品质,通过对烟丝在滚筒烘丝机内的运动过程进行分析,建立了滚筒烘丝机内烟丝滞留时间模型,并通过数值模拟分析了理论模型随各工艺参数的变化规律。结果表明:烟丝滞留时间随着滚筒转速、半径和倾角的增大而减小;与滚筒烘丝机的长度成正比关系;随着滚筒内介质风速的增大略有减小。各工艺参数对烟丝滞留时间的影响大小依次为倾角半径转速长度风速。通过试验验证了滚筒转速与烟丝滞留时间的变化规律,试验结果与数值模拟结果具有较好的一致性。该模型能够准确预测滚筒烘丝机内烟丝滞留时间,有助于加强烘丝过程控制,提高制丝加工品质。     

滚筒加工设备烟丝停留时间分布的测定方法

为了能够真实准确地反映加工设备中烟丝的停留时间分布,提高烟草的加工质量并为加工设备的改进与完善提供依据,选用CO2膨胀烟丝作为示踪物,采用负阶跃示踪法研究建立了滚筒加工设备中烟丝停留时间分布的测定方法,分析了滚筒转速和固体物料流量对烟丝停留时间分布的影响规律.结果表明:①该方法具有测试时间短、重复性好的特点;②物料在滚筒中的平均停留时间和最短停留时间随转速的增加和流量的增大而减少,无因次方差随着滚筒转速的增加和流量的增大而增大.     

滚筒内烟丝干燥过程的数值模拟

为了解析滚筒干燥条件对烟丝干燥过程中筒内的温湿度场和流场的影响规律,采用数值模拟开展烟丝滚筒干燥的筒内温湿度场的研究。通过干燥实验测量滚筒内部空气湿度来验证模拟结果的准确性,探究进口热风温度、进口热风速度、筒壁温度和滚筒转速等因素对滚筒干燥过程中内部水分分布的影响规律。结果表明：(1)增加进口热风温度会使蒸发过程加快;(2)提高进口热风速度能加强滚筒前段部分的水分蒸发,但进口热风速度过大会造成滚筒内整体水分浓度下降;(3)改变筒壁温度直接影响烟丝温度与筒内的平衡含水量,筒内平衡含水量随着筒壁温度的升高而增加;(4)增加滚筒转速会减少烟丝在筒内的停留时间,不利于烟丝的干燥。     

SH611P型滚筒烘丝设备的出口水分稳定性改进

为解决SH611P型滚筒烘丝设备烘丝出口水分长期异常波动问题,以提升烘后烟丝质量稳定性。本试验对烘丝筒转速、物料流量、热风风速、烘丝筒倾角等影响物料分布状态的关键工艺参数进行调整试验。结果表明:2.5°烘丝滚筒倾角与现行加工工序的不匹配是导致烘丝出口水分长期异常波动的根本原因,将2.5°倾角调整为3.5°能解决烘丝出口水分异常波动问题,且标偏更低、Cpk更大,有效提高烘丝出口水分稳定性和烘丝质量。     

脉冲示踪法测定烟丝在滚筒加工设备中的停留时间分布

为了能够使滚筒加工设备中烟丝停留时间分布测定真实准确,选用CO2膨胀烟丝作为示踪物,通过示踪物添加量及方法重复性研究,建立了采用脉冲示踪法研究滚筒加工设备中烟丝停留时间分布的测定方法,利用CO2膨胀烟丝回收率验证了方法的准确度,并分析了滚筒转速和介质流向对烟丝停留时间分布的影响。结果表明:1该方法具有测试方法重复性好、准确度高、应用范围广的特点;2物料在滚筒中的平均停留时间随转速的增加而减少,无因次方差随着滚筒转速的增加而增大;3物料在滚筒中的平均停留时间与介质流向有关,介质顺流时物料停留时间与逆流时相比有所减少。     

滚筒烘丝机中烟丝运动的模拟与试验

为研究烟丝在滚筒烘丝机中的运动状态和干燥规律,对烟丝在滚筒烘丝机内的运动过程进行了分析,在此基础上建立了烟丝运动的数学模型.通过实验对数学模型进行数值求解.计算出了烟丝滞留时间与滚筒半径、滚筒转速和滚筒倾角之间的关系以及烟丝某一时刻在滚筒中所处的空间位置,并进行了实验验证.结果表明,模拟值与测试值有较好的一致性.证明所建立的数学模型合理.     

基于RBF-ARX模型的烘丝机出口含水率优化控制方法

烘丝机出口烟丝含水率采用PID算法以及前馈补偿等控制方案,各控制回路之间相对独立,协调性差,控制精度低,难以实现完全的闭环自动控制。采用RBF-ARX模型对烘丝过程动态特性进行建模,提出了一种基于模型预测的烘丝机出口含水率控制方法。根据生产过程及生产工艺模式,将烘丝过程分为干头、中间及干尾3个阶段分别采用基于模型的优化设定或预测控制方法进行控制,并综合考虑了筒温、排潮等工艺参数同时变化时对出口含水率的影响,以获得工艺参数的最佳配置。应用效果表明:①实现了烘丝过程的自动化控制,避免了在生产过程中人工干预。②头尾段出口含水率在设定值±0.5%内,中间段出口含水率在设定值±0.2%内且标准偏差≤0.10%,可快速抑制各种干扰引起的含水率波动。③头部干烟丝量小于来料流量的0.27%,尾部干烟丝量小于来料流量的0.28%,降低了烟丝浪费和造碎。基于模型预测控制方法能够获得比筒温和排潮独立调节模式更好的控制效果,满足了工业应用的要求。     

生物质定向热裂解液化装置的开发Ⅱ:进料特性与流化规律

对所研发的生物质定向热裂解液化装置(BDFP)的进料特性和流态化规律进行了试验研究。试验探明了进料载气流速、颗粒粒径、电机转速与进料速率的匹配关系,系统考察了床料单独流化和与生物质颗粒混合流化时的流态化规律。通过优化分析确定,合适的工艺参数范围为:进料载气流量为2.2L/min,电机转速范围为25～100r/min,冷态流化气速范围0.35～0.65m/s,冷态气体流量范围为66.7～125L/min(4.0～7.5m3/h),热态气体流量范围为33.3-58.3 L/min(2.0～3.5m3/h),综合考虑确定热态气体操作流量为45 L/min。     

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％.     

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.     

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。     

叶丝滚筒干燥工艺参数对卷烟香气风格的影响

采用因素轮换实验方法和中式卷烟风格感官评价方法,研究了叶丝滚筒干燥主要工艺参数对卷烟香气风格和烤甜香韵的影响。结果表明:实验范围内,烘丝筒壁温度、HT蒸汽压力、烘丝机热风参数、滚筒转速对卷烟香气风格有明显影响,排潮风门开度对卷烟香气风格没有明显影响;采用125~132℃的烘丝筒壁温度有利于突出卷烟烤甜香。通过参数优化,HT蒸汽压力0.6 MPa、热风风机频率30 Hz、热风温度110℃、滚筒电机频率32 Hz时,烘丝筒壁温度达到128.5℃,卷烟的烤甜香提高了0.35分,增幅11.1%,卷烟香气风格更加突出。      

过程能力分析在制丝工艺技术改进中的应用

为稳定、提高卷烟制丝质量,采用统计过程控制技术对制丝关键工序重要参数进行了评价,发现润叶加料、混丝掺配加香工序有待改进,对其进行改进后,再次利用统计过程控制技术进一步完善制丝质量考核体系。结果表明:①经改进后的制丝生产工艺关键指标过程能力指数PPK(Preliminary Process Capability Index)值平均提高了0.23,润叶加料均匀性标准偏差降低了56.5%,梗丝掺配均匀性由改进前的94.27%提高到97.38%;②改进前后批内、批间卷烟样品的感官质量得分波动值分别降低0.29和0.27分,说明改进后批内、批间的内在质量更趋于稳定;③完善制丝质量考核体系后,松散回潮热风温度、润叶加料入口流量、加料比例、烘丝热风温度、加香瞬时比例5个指标的平均PPK值提高6.1%。     

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.     

叶丝风选工艺实用性评价

为评价叶丝风选工艺对卷烟综合质量的影响,在相同条件下,分别对薄板干燥和气流干燥出口叶丝进行了采用与不采用叶丝风选工艺的对比试验。结果表明:①风选能剔除叶丝中气流干燥产生的湿团和薄板干燥产生的焦片,烟丝纯净度可提高0.2百分点以上;②风选降低了高档卷烟香气的透发性,明显改善了低档卷烟的杂气、刺激性和余味,"散花(软蓝)"感官得分提高了0.8分;风选对卷烟烟气成分的影响不显著;③风选提高了叶丝填充能力,降低卷烟单箱消耗0.1kg以上。