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。      

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。     

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.     

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。     

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。     

滚筒干燥不同控制变量对卷烟产品质量的影响

以滚筒干燥设备中筒壁温度、热风风速、入口物料流量作为控制变量,分别从烟丝物理质量、常规化学成分、感官品质、过程响应速度及稳定性等方面对比分析了不同控制变量对卷烟产品综合质量的影响.结果表明:1)不同控制变量对叶丝整丝率、碎丝率和填充值无明显规律性影响;2)热风风速变量相比其他变量,其所控制的水溶性总糖和水溶性还原糖含量高,总氮、总植物碱、钾和氯的含量无明显规律性影响;3)热风风速控制变量的感官品质评价效果最优,筒壁温度的波动对产品感官品质的影响程度较大,入口物料流量的波动对感官品质影响最小;4)热风风速调节变量对出口叶丝含水率的响应速度较快且稳定性较好,入口物料流量调节变量对于出口叶丝含水率的响应速度较慢且稳定性较差.     

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。     

干燥参数对烘箱法烟丝含水率的影响分析

为规范烘箱法干燥参数并提高烘箱法测烟丝含水率的检测结果的一致性,采用烘箱法对不同的样品量、干燥温度、干燥时间以及烘盒个数对烟丝含水率检测结果的影响进行测定。结果表明,在试验范围内,随着样品量的增加,烟丝含水率检测结果标准偏差逐减小;烟丝含水率检测结果随着干燥温度的增加而增大,且干燥平衡所需的时间也越长;在试验范围内,随着烘盒个数的增多,烟丝含水率的检测结果变化不大,但检测结果的相对标准偏差值随烘盒个数的增多而增大。     

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％.     

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。     

不同卷烟原料物理保润机理研究

为考察不同卷烟原料的物理保润性能,通过动态水分吸附系统、重量法吸附仪和扫描电子显微镜,分别从失水曲线、水吸附量、水吸附焓和微观物理结构进行分析,从机理上阐明了其保润性能的差异性。水分子吸附研究结果表明,在25.2oC,30mbar时,吸附量大小依次为叶丝>膨胀叶丝>膨胀梗丝 >薄片,采用Sips模型拟合后计算其初始吸附焓大小为膨胀梗丝>膨胀叶丝>叶丝>薄片。结合卷烟原料动态水分评价及微观结构差异分析,得出如下结论:梗丝基于其超大孔结构及亲水性表面,随环境湿度的变化表现出吸湿快、解湿快的特点,保润性能最差;叶丝基于其较丰富的油份及内含物的作用,保润性能最好;膨胀叶丝和薄片保润性能居中。      

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     

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.