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     

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。     

基于恒脱水量的HDT烘丝机烘丝模式的设计

为解决HDT烘丝机生产中存在的出口烟丝含水率波动大、工艺热风温度稳定性差等问题,提出一种基于恒脱水量的烘丝模式。出口和入口烟丝含水率采用级联方式共同调节烘丝流量,使烘丝机的实际脱水量与设定脱水量保持一致;当入口烟丝含水率波动时,系统根据含水率偏差调节入口电子秤的流量,使烘丝机的脱水量保持恒定,保证出口烟丝含水率稳定。以曲靖卷烟厂生产的"云烟(紫)"牌卷烟烟丝为对象进行测试,结果表明:改进后出口烟丝含水率标准偏差由0.25%降低到0.073%,工艺热风温度标准偏差由1.73℃降低到0.35℃,天然气消耗量由85.65 m~3/批次降低到79.34 m~3/批次,可节约生产成本25元/批次。该方法为提高出口烟丝含水率控制精度、降低能源消耗提供了技术支持。     

滚筒烘丝过程干头干尾烟丝物理特性研究

为探索滚筒烘丝过程干头干尾烟丝与正常烟丝品质差异的判定方法,考察了干头干尾烟丝整丝率、整丝率变化率、堆密度及表观密度等物理指标的变化趋势,并基于上述物理指标对不同含水率的烟丝样品进行系统聚类分析,最后通过感官质量评吸对聚类分析结果进行了验证。结果表明:①干头干尾烟丝的整丝率、整丝率变化率、堆密度及表观密度均与含水率存在明显的相关性。②以含水率8.72%～9.46%为聚类分界点,不同含水率的烟丝样品可分为两类。③含水率≤8.72%的干头干尾烟丝与正常水分烟丝的整体感官质量存在显著差异。综合物理指标分析及感官质量验证结果,干头干尾烟丝与正常烟丝品质差异的含水率临界点应在9.00%左右。      

研究RCC烟丝回潮筒耙钉对回潮加水过程的影响

RCC回潮工序是烘丝前最后一个工序,主要作用是对烘前烟丝进行加水回潮处理,提高烟丝的耐加工性。目前回潮工序存在加水不均问题,造成回潮后烟丝含水率波动大、回潮加水量异常,该问题直接影响烘丝机卷曲、定型和烘干功能。为了解决该问题,本文对影响加水过程的关键部位之一——耙钉进行改进优化。通过裁短耙钉,设计等差分布的耙钉,有效解决了回潮加水不均问题,降低了回潮后烟丝含水率波动,提升了产品质量。     

解决烘丝机干头干尾的方法与实现

为解决薄板烘丝机在生产过程中存在干头干尾烟丝量偏大、出口烟丝含水率控制精度低等问题,利用PID控制技术对烘丝机干头干尾控制方式进行了改进.在烘前隧道式叶丝回潮机(HT)入口处增加自动补水装置并修改控制程序,增加料头工作温度自动修正环节并得出烘前来料含水率与工作温度之间的函数关系,在烘丝机出料端进行补偿加水以进一步减少不合格烟丝量.应用效果表明,改进后烘丝控制系统,有效降低了干头干尾量,干头量由原来的每批次27.50 kg降低到3.54 kg,干尾量由原来的21.90kg降低到5.53 kg.批次干头干尾量平均值由70.00 kg降低到7.62 kg,叶丝出丝率由每批次的97.4％提高到98.7％,满足了卷烟生产的需求,改善了卷烟感官品质,减轻了操作人员的劳动强度.     

细支卷烟烟丝贮丝与卷制过程含水率迁移变化

为加强细支卷烟产品生产过程的精细化控制,确保成品烟丝和烟支含水率的稳定,研究贮丝、送丝及卷制过程中烟丝含水率的变化规律。结果表明:细支烟丝表层含水率随贮丝时间的增加而降低;随着环境温湿度的提高,细支烟丝表层含水率和内部含水率的差值越来越大,贮存温湿度大于27℃,湿度大于65%时,细支烟丝开始吸潮;风力及卷包工序水散失0.09%。贮丝环节是细支烟丝含水率散失的重要环节,应针对细支卷烟的生产设置适宜的贮丝温湿度环境和贮丝时间。     

缩短储丝柜换柜时间的改进措施

原储丝柜换柜时间长,造成烘丝机出口烟丝含水率合格率低,并出现干头干尾现象。对此进行了改进:更换挡铁装置,优化运行逻辑控制程序,提高分配行车运行速度等。改进后储丝柜换柜时间由原来的最长135s降低到56s,烘丝出口干头量由平均14.7kg/次降低到9.6kg/次,烘丝出口批次含水率合格率由82.7%提高到90.1%。     

烘丝感官质量的模糊控制

为提高在线烘丝过程烟丝感官质量稳定性的控制水平,采用语言项代表值法和模糊控制图技术对烘丝过程烟丝的感官质量控制进行了试验。结果表明:应用语言项代表值法和模糊控制图技术能够发现烘丝过程中烟丝感官质量出现的异常波动,进而对该批投料的感官质量稳定性做出评判。当生产过程处于稳定状态且批次间的物料组分高度一致时,可将分析用控制图转化为管理用控制图,并与工艺参数结合为一个完整的系统,用于对烘丝过程进行控制和调整。     

烘丝过程中碳酸钾对烟草香味成分含量的影响

为探讨碳酸钾(K2CO3)对烟丝中挥发性、半挥发性香味成分含量的影响,采用实验室模拟烘丝,按烟丝质量0.5％,0.9％,1.3％,1.7％和2.1％的用量将K2CO3水溶液均匀施加于烟丝,平衡48 h后,于设定条件(温度110℃,风速1.57 m/s和转速12 r/min)下烘丝至含水率为12％～13％,再用甲基叔丁基醚萃取烟丝并进行GC/MS检测.结果表明:①K2CO3对烟丝的外观有显著影响,当施加比例超过烟丝质量的1.3％时,部分烟丝变黑;②加入K2CO3后,烟丝中酯类、酸类组分含量呈规律性降低趋势;醇类组分和巨豆三烯酮类组分含量增加.     

滚筒干燥过程中叶丝状态变化对其热物性的影响

为了分析烟草热湿加工处理中的传热过程,通过自行搭建的滚筒干燥过程中烟丝热物性在线测试平台,利用瞬态平面热源法测定了滚筒干燥过程中烟丝的热物性,考察分析了该过程中烟丝温度、含水率对烟丝导热系数、热扩散系数、体积热容的影响。结果表明:①当含水率相同时,烟丝导热系数、体积热容随着烟丝温度的升高而增大,热扩散系数随温度的升高而降低;②当烟丝温度相同时,烟丝导热系数、体积热容随含水率的降低而减小,热扩散系数随着含水率的降低而增大;③干燥过程中,烟丝含水率逐渐减小,烟丝温度逐渐升高,烟丝导热系数在温度与含水率的共同作用下整体有减小的趋势,表明烟丝含水率对导热系数的影响较温度显著。     

滚筒干燥过程中叶丝表面温度变化特征

为了研究滚筒干燥过程中叶丝含水率和温度的变化规律,建立了描述叶丝滚筒干燥过程中表面温度变化的动力学模型,在此基础上进一步考察了不同壁温对叶丝表面温度变化的影响,并对比分析了烤烟和白肋烟两种叶丝干燥过程中表面温度变化特征差异.结果表明:①基于热量和质量传递平衡方程得到的叶丝表面温度动力学模型,可较好反映叶丝干燥过程表面温度动态变化特征.②随着筒壁温度升高,烤烟B2F和白肋烟C3F的升温速率增大,两种叶丝所能达到的表面温度增加;相同干燥条件下,烤烟的表面温度变化较白肋烟的表面温度变化快.③表面温度随含水率的变化经历3个阶段:第1阶段,随含水率下降,表面温度升高很快;第2阶段,随含水率的降低,表面温度缓慢升高;第3阶段,表面温度随含水率的下降而迅速升高.     

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。     

烤烟叶丝微波干燥特性研究

分析了烤烟叶丝含水率和温度随微波作用时间的变化规律并绘制出叶丝微波干燥曲线,研究了不同工艺条件(微波功率、叶丝初始含水率、真空压力)对叶丝微波干燥曲线的影响,在此基础上,建立了烤烟叶丝微波干燥的数学模型。结果表明,烤烟叶丝的微波干燥大致分为3个阶段:第1阶段,干燥速率和温度上升迅速,含水率降低缓慢;第2阶段,干燥速率基本保持不变,温度上升缓慢,含水率下降迅速;第3阶段,干燥速率下降,温度上升缓慢,含水率下降缓慢。微波功率和叶丝初始含水率对叶丝微波干燥曲线的影响显著,而真空压力影响不显著。烤烟叶丝微波干燥的动力学过程可以用薄层干燥的数学模型Page方程描述。     

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。     

基于收缩特性分析的叶丝快速对流干燥动力学模型

为准确表征叶丝脱水过程中的干燥动力学特性,分析了烤烟和白肋烟两种叶丝在下行床快速对流干燥中的孔隙结构变化特征,对叶丝干燥收缩过程进行了数学模型拟合,建立了考虑收缩形变的叶丝干燥过程水分扩散模型,并对模型进行了验证。结果表明:①随着干燥过程中两种叶丝内孔容积的减小,叶丝中孔径大于0.5μm的孔容比例呈降低趋势,而孔径小于0.05μm的孔容比例呈升高趋势;在不同干燥阶段两种叶丝孔径分布的分形维数介于2.45~2.71之间,表明其孔隙结构具有分形特征;②线性叠加式收缩模型能够较好地描述叶丝干燥过程中的收缩现象,烤烟叶丝和白肋烟叶丝体积比V/V₀和含水率比X/X₀的线性相关系数均大于0.99,采用该收缩模型对基于Fick第二定律的水分扩散模型进行修正,实验数据的拟合精度从修正前的0.9069提升到修正后的0.9580;③采用修正的水分扩散模型描述叶丝快速干燥动力学发现,考虑了干燥过程中的叶丝收缩现象后,得到的叶丝水分有效扩散系数降低,表明叶丝干燥过程中的体积收缩不利于传质过程。      

烘丝工艺参数对烘后叶丝质量影响的研究

通过正交试验较为系统地研究了工艺参数与烘后叶丝质量的关系,结果表明:在试验范围内,①各试验因素对烘后叶丝结构(整丝率和碎丝率)的影响较小,均未达到显著水平;排潮风门开度和热风温度对烘后叶丝填充值的影响稍显著;②蒸汽压力对烘后叶丝的香气、谐调、杂气和余味以及感官质量总分有重要影响;热风风门开度和排潮风门开度对烘后叶丝的谐调、杂气和余味以及感官质量总分有重要影响;热风温度对烘后叶丝的杂气也有较为显著影响。