我國桑蠶繭加工設備的發展歷程

朱良均，楊明英，閔思佳，張海萍

（浙江大學應用生物資源研究所，浙江 杭州 310058）

我國桑蠶繭加工設備的發展歷程

朱良均，楊明英，閔思佳，張海萍

（浙江大學應用生物資源研究所，浙江 杭州 310058）

本文主要介紹了我國桑蠶繭加工設備的發展歷程，簡述了蠶繭加工的發展趨勢。

蠶繭加工；設備；工藝；發展

1 蠶繭加工設備的發展

蠶繭干燥，俗稱為烘繭。蠶繭干燥是指鮮繭經過一定的干燥設備和工藝條件處理達到規定的干燥程度的過程。蠶繭干燥設備，主要分烘繭灶及烘繭機兩大類。由干燥室，熱源裝置，換氣裝置及傳動裝置等組成。干燥室因容繭形式不同有定位式或移位式的繭架傳送網帶或板等。熱源有火熱式、汽熱式、熱風式等。空氣加熱方式有內部給熱和外部預熱式兩種。一般烘繭灶采用內部給熱式，熱風烘繭機采用外部預熱式。

我國早期烘繭是以燃燒木柴為熱源的柴灶。以后熱源逐漸改用煤、無煙煤燃燒，統稱煤灶。根據繭灶的結構不同，又可分為繭架固定的大型煤灶（直接熱式，間接熱式）和繭架移位的風扇車子灶，風機煤灶及推進式灶等［1］。

1.1 間接熱式煤灶

利用輻射熱間接加熱進行烘繭的設備，稱為大型煤灶。該灶型無風扇，依靠自然換氣，用固定繭架放置繭格和半圓拱型長爐膽2～4節的散熱作熱源。在其上方建造大小熱室，下層為大熱室，上層為小熱室。外界冷空氣經過給氣口進入給氣道（在后墻鑄鐵爐兩側），進入大熱室，被灼熱的爐膽加熱后，成為熱空氣經朝上放熱口送入小熱室。然后通過小熱室兩側設立的多孔型放熱孔，流入干燥室，干燥蠶繭。爐膛內的煤燃燒后產生的煙道氣，通過爐膛前端的分熱道經地弄、墻弄、煙囪排出室外。地弄位于干燥室底部左右各一條，盤曲1～2道后延伸到兩側墻上成墻弄，在墻上也盤曲2～3道后再連接前端的煙囪通出屋頂（圖1）。地弄和墻弄產生輻射熱。加熱空氣因密度改變，從干燥室下方流向上方，因熱空氣的流向及分布不均勻，干燥室下部靠近熱源的幾檔蠶繭受熱量較大，離熱源遠的上層及干燥室四角受熱較少，受熱作用弱，干燥較慢。干燥室頂格因熱空氣向上升，受熱較多，受熱作用強，干燥較快。熱空氣在室內吸濕成為濕熱，濕熱滯留在干燥室的中部，弱化了熱空氣作用，使中層繭格受熱少，濕度重，干燥緩慢。因此，大型煤灶的熱量分布不勻，干濕不均勻，中途須翻繭調格，熱利用率低，柳檔設有8～11檔不等，一次烘繭量少。

圖1 大型煤灶（輻射熱式）Figure 1 The large coal stove with radiant heat

這種灶型的熱源部分，在爐膽上方建造熱室，外界冷空氣從給氣口經給氣道進入大熱室，爐膽加熱后經過大熱室放熱口進入小熱室，成為均勻的熱空氣后，再從小熱室放熱孔，流入干燥室放熱吸濕，完成干燥任務。給氣口有閘板，可調節進入給氣道的風量。熱室可使熱空氣混和均勻，防止爐膽輻射熱直接作用于繭面。爐膛的煙道氣，經爐膛前端的分熱道（俗稱分火墻），經地弄和墻弄匯集到前端煙囪排出室外。此種灶型比早期柴灶雖稍有改進，但熱損耗大，熱利用率不高，干燥效率低，勞動強度大等。這種烘繭灶型已被淘汰。

1.2 四川N82型熱風烘繭灶

在間接熱式煤灶的基礎上改進而成。去掉全部大小熱室，在爐膛內裝設火管，由風機強制送入氣流（室外干燥空氣或回收吸濕后排出的濕空氣）通過火管內壁被加熱后，通過鉗形導熱管發散至干燥室中，進行減濕干燥。采用機械送風（熱風）又增加空氣流動與換氣作用，干燥效果較好。

1.3 直接熱式煤灶

采用煙道氣直接引入熱室進行干燥，熱損耗小，熱能利用率高，煤耗低、烘力大。但對煤質要求高，必須采用無煙煤塊或煤屑，含硫量不超過1.5%，以防SO2對繭絲質量的影響。灶型結構與間接熱式的不同，是僅在灶中心線的第2～3節爐膽間增設了直接放熱口。放熱口大小為25×25 cm。拆去小熱室，在大熱室上方裝鉗形導熱管。從散熱孔引進熱空氣流入干燥室中部，風扇把熱空氣強制送入整個干燥室中。烘繭溫度高，熱空氣作用強，濕氣發散快，烘繭時間縮短。如60型煤灶。

在灶內安裝2軸3組橫軸風扇，以移動繭架的繭車替代固定式繭架稱車子風扇灶，能調車換位，不翻繭調格，如浙73-1型車子風扇灶等。

1.3.1 風機煤灶

在間接熱式基礎上改進而成，如江蘇省的灶型。熱源改為直接熱式，去掉小熱室，在大熱室上方安裝鉗形導熱管后從散熱孔將熱窯氣散入干燥室中部，再由風扇送向繭格，在熱室上方裝有一、二組直軸風扇，強制進行熱對流。由于直接熱的作用可提高干燥速度及烘繭能力。但由于風扇軸處于垂直狀態，熱室的上中下各部氣流不能充分混合，蠶繭受熱仍然存在差異，仍需翻繭調格，勞動強度大。

1.3.2 車子風扇灶

利用無煙煤煙道氣的對流熱為主要熱源進行烘繭。如浙73-1型車子風扇灶，是上世紀70年代，浙江省在間接熱式煤灶基礎上改進，在全國主要蠶區應用較多（圖2）。

圖2 浙73-1型車子風扇灶Figure 2 The cocoon drying oven of Zhe 73-1 with fans

干燥室為一長方型磚砌容繭室，內置爐膽、風扇及左右兩側各設繭車兩輛，兩邊側墻設有排氣裝置等。熱源裝置分鑄鐵爐、直接熱給熱裝置，煙道三部分。鑄鐵爐：仍用原煤灶爐筒，鐵鑄拱型半圓長爐膽3節，安裝在灶身正中，埋入灶底線下15 cm。直接熱的放熱口設在灶中心的爐面上，第二節爐面開放熱口一個，并在口上安裝鉗形導熱管一套，左右導熱分支管出口分別伸向中央一組風扇的兩端空檔處，以利熱氣流均勻發散。灶后墻爐門兩側各設給氣口一個，給氣道沿爐腳兩邊伸到直接熱出口處，灶內兩側墻上方各設排氣裝置兩個匯入排氣筒通出灶頂屋面。橫式風扇裝置在干燥室中間，一般電動機1～1.5 kW（或柴油機1.5～2匹馬力）。自動倒順開關使風扇自動定時轉向，以利烘繭干燥均勻。每灶四輛繭車，分14層或15層。每層前后各置繭格一只，每車裝繭格28～30只。繭格框用鐵皮，竹或木制成，繭格片用鉛絲網成竹篾編制，也有用鋼皮網制成。在灶后墻兩側左右各裝曲柄溫度計1只，約在繭車6～9檔繭格中間的位置。浙73-1型車子風扇灶，結構簡單，升溫快，熱利用率高，煤耗低，無需翻繭調格，減輕了勞動強度。

1.4 推進式烘繭灶

為隧道式長方形磚砌體的干燥室，灶型結構如圖3所示。灶的前后端有進、出口門，中央設有鐵軌和風扇，兩側裝有排給氣裝置。容納鐵制繭車12～18輛，由進口沿水平方向移動前進，并從出口被推出繭灶。每輛車分10～14層，可放插繭格20～28只。供熱方式有火熱式，汽熱式，熱風式等。溫度分布呈進口處高，出口處低。蠶繭鋪在繭格內，間歇定時推進，到出口端完成干燥過程。該干燥灶型的特點是整體結構簡單，配溫符合前高后低，換氣系統也隨干燥各區段的需要而配備，每輛繭車均多次移動位置，不需翻繭調格，干燥質量較好，烘繭量大，熱量充分使用，煤耗較低。適合收繭量較大的繭站，日烘繭量（半干繭）可達6250～13500 kg鮮繭。

圖3 推進式烘繭灶示意圖Figure 3 The propelled cocoon drying oven

1.5 雙風扇雙給氣上外爐灶

在浙73-1型灶基礎上改建為雙風扇、雙給氣的上外爐灶。主要改進如下：

（1）爐膽脫離烘繭室：在烘繭室外的后墻處的地平面上，改用耐火磚砌成爐膽，爐子與烘繭室連接處，用耐火磚砌成22×22 mm的導熱管相連接。

（2）增加一層風扇：改用雙層風扇后，克服單層風扇只扇繭車中部繭格，而不能扇及整車上下繭格的缺陷，并取消了調向裝置。改為雙層風扇后，轉速加快，加強烘繭室中氣流量。使繭車各層受熱均勻，排濕充分。

（3）給氣增層增量：設上下給氣，下給氣口的給氣導管設在耐火磚爐膽壁處兩側。上給氣設在烘繭室頂處，前后二根垂直管，將自然空氣引至烘繭室，由于增設雙層給氣后增加換氣量，提高干燥效率。減少繭質過度熱變性程度。

（4）改革導熱管口徑，排氣口高度，繭車增檔增格等加大鋪繭量。具有干燥程度均勻，烘繭能力增大，干繭質量提高等優點。

1.6 循環式烘繭機

機械化干燥設備，為立式長方形干燥室，內裝有6層、8層、10層繭網。按熱源不同可分汽熱式和熱風式兩種。

1.6.1 汽熱循環式烘繭機

干燥機的結構如圖4所示。干燥室一般高約4～5 m，寬約3.6～4.4 m，長約20～25 m。兩側及出口端繭網下方裝有風扇若干組，以完成換氣及冷卻即將出灶繭的溫度與散濕。各層繭網各向相反方向運行移送蠶繭，使繭體段落移動，各粒繭又經過翻轉均勻接觸熱能并翻轉蛹體，代替舊式繭灶的翻繭調格，各層繭網間裝有數量不等的蒸汽管供熱。上層較多，中下層依次減少，使機內溫度分布上高下低。下部設有給氣裝置。中、上部有排氣裝置。在排氣裝置的斜對方裝有風扇，使自然與機械結合進行換氣。鮮繭在鋪繭處鋪滿繭網后，連續由最上層進入機內，逐漸轉移送到末端，藉移層裝置引落到下一層繭網上，最后到達出口端完成干燥作用，并集中至輸送槽引進繭袋中，或輸送至蠶繭堆放場。該型干燥機一次可容鮮繭量2100～2800 kg。

圖4 汽熱循環式烘繭機示意圖Figure 4 The cocoon drying oven with steam and thermal circulation

1.6.2 熱風循環式烘繭機

干燥機的結構如圖5所示。分多層（段型）、一層（段型）、二層（段型）等。多層（段型）烘繭機的結構與汽熱循環式烘繭機基本相同，主要不同處是在干燥室外設有加熱器（蒸汽室或電熱式火管加熱），用風機通過導風管將熱風送入干燥室內，以對流傳熱方式干燥蠶繭。

圖5 熱風式烘繭機示意圖Figure 5 The cocoon drying oven with heated air

一般為6層（段型）或8層（段型）。干燥室內用隔板分成高溫，中溫和低溫三區。如8層型的1～2層為高溫區，3～5層為中溫區，6～8層為低溫區。在高溫區的第1層由室外送風機以一定的風量及風速將加熱器加熱的熱風送入。在第3層設排風機，將濕空氣排出室外。中溫和低溫區同樣有加熱器，送風機，排氣機等裝置。干燥室內風速為0.15～0.2 m/s。

在各區設有溫度自動調節裝置，按蠶繭干燥的工藝要求調節溫濕度，風量和風速等。由于采用強制送熱風干燥蠶繭，烘繭速度快，干燥能力強，一次直干約5 h可達適干。熱量大部分可循環利用，耗熱量少，同時能排除輻射熱的影響，工藝條件能自動調節，操作簡便，蠶繭干燥程度均勻，烘繭質量好。機械化、自動化程度高，是目前較理想的干燥設備。

2 蠶繭加工的展望

我國現有應用、試驗、研究的烘繭技術設備，主要有熱空氣、微波、遠紅外等技術方法及設備，這也是今后蠶繭干燥發展方向。

2.1 烘繭技術

2.1.1 熱空氣烘繭技術

利用干熱空氣（熱氣流）烘繭，主要有3大類型的烘繭設備，包括靜置式烘繭灶、推進式烘繭灶、循環式烘繭機。熱空氣烘繭的工藝條件，是根據蠶繭干燥規律、保護繭質和適干均勻為前提而制定的，現行烘繭設備（主要是靜置式灶型）的工藝條件，如表1所示。

2.1.2 微波烘繭技術

微波是一種波長在0.001～1 m、頻率在0.3～300 GHz的電磁波。微波烘繭是利用高頻電場對極性分子的作用，將微波能量轉變為介質材料吸收的熱能。水是極性分子，微波能穿透繭層深入蛹體內部加熱，并由這種內部加熱建立起蒸汽壓梯度。水分被這種內部蒸汽壓力差被強制輸送到繭層表面，再通過繭層表面蒸發，使蠶繭的水分除去。

微波烘繭與傳統烘繭方式相比，具有明顯的優勢：①烘繭速度快，有利于提高蠶繭烘繭效率。②加熱均勻，有利于提高烘繭質量。③無環境污染，有利于環保和節能。

表1 一般烘繭工藝條件參考表Table 1 The drying process conditions for reference

微波烘繭的不足之處是：①烘繭成本較大；②工藝參數不當會是蛹體的內外壓差過大，產生蛹體熱擊穿和蛹油溢出等。

2.1.3 紅外線烘繭技術

紅外線是一種電磁波，介于可見光和微波之間，具有波動性和粒子性，不需介質傳導，其波長在0.75～1000 μm之間，按波長的不同，又分為近紅外線（波長0.75～1.50 μm）、中紅外線（波長1.50～5.60 μm）、遠紅外線（波長5.60～25 μm）、超遠紅外線（波長25～1000 μm）。紅外線以直線方式傳播，當紅外線射到物體上，就會由電磁波轉化為熱能，一部分被吸收，一部分被反射或透射。

紅外線烘繭有以下優點：①按光速進行，不受空氣的阻礙，加熱迅速。②不加熱周圍空氣，熱量利用經濟。③熱效率高，烘繭快。據試驗，紅外線輻射的熱效率約大于對流熱的30倍，可縮短烘繭時間85%。④能夠直接透過繭層烘干蛹體，符合烘繭主要是蒸發蛹體水分的目的。一般遠紅外線比近紅外線可提高功率5倍，可節電20～30%，效果好的可達50%，因此多用遠紅外線進行烘繭。遠紅外線輻射元件，多采用金屬氧化物、碳化物和硼化物。一般可使用在碳化硅板、管或金屬電熱管表面，也可涂在烘箱、煙道等處。

目前，使用的遠紅外線烘繭設備，以陶瓷為基體，以多晶半導體為發熱體，涂覆遠紅外線輻射層，兩端覆以銀電板，具有升溫快，熱容量少，熱效率高，輻射率高，壽命長的特點。

2.1.4 空氣能烘繭技術

空氣能烘繭的原理是利用主機的蒸發器吸收外界空氣中的熱量，或者回收蠶繭烘干過程中排氣的余熱，經過壓縮機做功，將能量移入干燥室中，干燥室內的熱空氣經過反復循環加溫，吸收蠶繭中的水分，自身降溫加濕，經過熱風排濕或者冷凝除水的過程，把蠶繭中的水分排出帶走，實現連續干燥蠶繭的過程。

空氣能烘繭的優點有：①密封性能好、節約能源；②低溫自然干燥；③干燥質量好；④干燥參數易于控制；⑤無加熱設備，不污染環境。

廣西研制的小型空氣能自動烘繭機，體積小，電器化自動控制干燥蠶繭，操作簡單，烘繭質量穩定，解舒率與潔凈有所提高。

2.1.5 冷藏蠶繭技術

近年來，鮮繭繅絲生產興起較快，因此，需要冷藏蠶繭，即利用低溫冷凍殺蛹和冷藏蠶繭，使其達到保持鮮繭狀態的方法。據試驗，溫度在-10℃下，經6 h，-12℃下，經4 h，-15℃下，經2 h，或0～2℃下，經30 d均可凍殺蛹體。在2～4℃冷藏，則可抑止蠶蛹發育，20 d后完全失去羽化能力。

蠶繭經冷凍殺蛹后的長期冷藏溫度，一般采用0℃左右為宜，也可采用4～5℃進行冷藏，只要采取適當措施，溫度在5℃以下，濕度保持80%以內，可免遭霉害。

冷藏蠶繭是一種新工藝，不經過蠶繭干燥工序，還可簡化煮繭工藝，據試驗，冷藏蠶繭一月后，進行解凍繅絲，其解舒率可提高8～10%，出絲率可提高2～2.5%。但冷藏處理蠶繭需要冷庫和冷藏設備。

2.2 烘繭機（灶）型式

采用無煙煤、柴禾、電等熱源，通過熱空氣烘繭，仍是今后蠶繭干燥技術及設備研究、應用的方向。可能集中在靜置式烘繭灶和循環式烘繭機等型式：①干燥設備制造材料的改進，如防火隔熱等材料的應用，新型輕量材質材料的應用等；②新能源烘繭技術設備的研制使用，使蠶繭干燥加工環保、生態；③小、中型烘繭機的設計制造，面向專業合作社、產繭量大的專業戶，自行烘繭。

［1］黃國瑞主編，繭絲學（M），北京：農業出版社，1994，89～144.

［2］徐俊良主編，養蠶手冊（M），北京：中國農業大學出版社，1999，264～280.

Development of the Equipment for Silk Cocoon Processing in China

ZHU Liang-jun,YANG Ming-ying,MIN Si-jia,ZHANG Hai-ping
（Institute of Applied Bioresources,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China）

The development of the technique and equipment for silk cocoon processing in China was introduced herein. And the future of the silk cocoon processing was prospected.

silk cocoon processing;equipment;technique;development

S886.7

A

0258-4069［2014］01-001-05

現代農業產業技術體系專項（CARS-22）

朱良均（1956-），男，浙江諸暨人，教授，博士生導師。主要從事蠶繭加工及天然高分子材料的研究。E-mail:ljzhu@zju.edu.cn