淺析烘絲機設備參數與工藝加工質量的關系

鐘軍 陳光榮 江銘

摘要：以烘絲機為例論述設備設計的參數與產品之間的關系，列舉了烘絲機內煙絲運動數學模型、煙絲滯留時間、筒體干燥過程控制、物料干燥的衡算、設備相關參數等與煙絲加工之間關系，分析了 HAUNI 烘絲機常見的干頭干尾產生的原因及改進措施，通過設備改進和控制模式優化，大大減少了烘絲過程中產生的干頭干尾量，運行結果表明，改進后與改進前相比，烘絲機產生的干頭干尾量由 110kg 降低到 20kg。

關鍵詞：筒體 運動 滯留時間 衡算 干頭干尾

引言

HAUNIHAUNI 烘絲機的工作原理及運行狀態如下描述：

物料在烘絲筒中向前運行時，蒸氣經管路系統至旋轉接頭后進人烘絲筒內的簿板夾層中，不斷地給煙絲間接加熱;熱空氣從前室、后室進入烘筒內，濕物料在抄板的作用下，把物料分散在干燥用的煙道氣中，向前移動，濕物料得到了載熱體的給熱，物料直接從氣流中獲得熱量，同時水分汽化，達到加快干燥，確保物料干燥均勻。烘絲過程中產生的濕熱空氣和粉塵經過網笆將氣體內所帶物料捕集下來，并由風機抽到除塵器中經除塵后排放。

設備起動后概括地分為空料狀態（基本狀態、壓力建立狀態、預熱狀態、冷卻狀態）和有料狀態（起動狀態、生產狀態、高速倒料狀態、重新起動狀態）兩大類

一、筒體運動分析（以烘絲機為例）

物料在加工過程中，物料在滾筒內的運動從開始到結束的滯留時間是影響加工效果的關鍵因素之一。

物料運動數學模型的建立

1.1 物料運動的物理過程分析

物料通過振槽輸送至滾筒的進料口的導料板上，在滾筒壁和滾筒內抄板的共同作用下做拋灑運動，灑落過程中，物料在重力和氣流的推動力作用下落入滾筒底部，再次被抄板提升作重復運動。滾筒的傾斜角使得物料沿軸向的前進移動。由此可知，煙絲運動與滾筒結構因素（滾筒直徑、滾筒傾角、滾筒轉速、抄板數目）及其物理特性（煙絲形狀，煙絲間的摩擦力等）有關。

1.2 煙絲運動數學模型的建立

煙絲在滾筒內作周期性運動的每個周期可劃分為 2 個階段。第 1 個階段：在轉動的滾筒和抄板作用下，煙絲隨滾筒的轉動被提升，作軸向圓周運動;第 2 階段：在重力和干燥介質推動力的作用下，煙絲飄落的過程是在空間里作拋物線運動。煙絲的每一個運動周期可劃分為一個單元，每個單元包括圓周運動和拋灑運動2 個階段。

根據圓周方程，拋物線方程，流體動力學方程，最后可以得出煙絲在筒體內的滯留時間為：

T=（t×l）/c

式中：l—滾筒長度;c—滾筒中每轉一圈煙絲的軸向位移。其中 c是系數

實際測試運用中可以采用：T=60×W/F

式中 W—某一穩定條件下滾筒內的煙絲重量;F—煙絲流量;

二、筒體物料干燥分析

這里就烘絲機的物料干燥過程進行理論計算，通過熱風風門、熱風溫度、HT 蒸汽壓力、筒體轉速、熱風風門開度、出口負壓等參數值的適當設定可以達到既縮小筒壁溫度的波動又調整筒壁溫度

三、烘絲機干燥參數與設備參數設計

1、對于烘絲機設計是依據如下內容進行設計：物料衡算和熱量衡算：

（1）計算水分蒸發量及干燥產品量

利用公式：W=G C （X 1 -X 2 ）計算出水分蒸發量

利用公式：G C =G 1 ÷（1+X 1 ）計算出絕干物料量

（2）空氣消耗量

利用公式：L=W÷（H 2 -H 0 ）計算出空氣消耗量

（3）干燥系統所需總熱量

利用公式：Q=L（I 1 -I 0 ）+L（I 2 -I 1 ）+G C （I V -I 1 ）+Q 2 計算出干燥系統所需總熱量

2、設備參數計算及確定：

實際在烘絲機干燥物料過程中，一般其工作過程可以分為三段：第一段為預熱段。第二段為蒸發段。第三段為加熱段

（1）筒體直徑、長度、轉速、傾斜率之間的關系可以根據烘絲機設計時最大能力來進行計算。其根據的原理是容積傳熱系數、空氣速度、進氣溫濕度、尾氣溫濕度來計算。

（2）熱風風機和加熱器的計算：

通過前面計算出來的風量、風速計算出風機能力大小及管道尺寸，所需的溫濕度來計算加熱器能力的大小。

① 風機的選型：

風機所需的風量是根據空氣的質量與濕容積的乘積而定的，考慮漏風及儲備，需乘以 1.5 的系數，風量參數還須知道風機的風壓參數，即根據流體的阻力而定。

② 加熱器能力計算：

載熱體進口溫度設定為 100℃，其載熱體進口溫度小于 160℃，則加熱器采用蒸汽加熱器，根據熱量衡算的輸入熱量可知加熱器傳給載熱體的總熱量，結合已知載熱體進入干燥器的溫度、出口溫度要求，傳熱面積、傳熱系數來可選擇合適的加熱器。

③抄板數量：

抄板塊數與圓筒直徑有關，一般塊數與圓筒直徑的關系是：n 1 =（10～14）D（D 為筒體直徑）。

產生干頭干尾的原因分析

（1）由于烘絲機的排潮風門、熱風風門以及熱風前后分配風門均為手動調節，不能根據工作狀態的變化靈活進行調整。

（2）起動狀態：煙絲流量是由小到大逐步趨于穩定的，由于烘絲機是一個大滯后、大慣性系統，煙絲開始通過滾筒時不可避免地會產生干頭煙絲。

（3）尾料狀態：當烘絲機的入口電子秤檢測無料后，系統自動進入尾料控制，尾料時長與筒體轉速、風速等參數相關。因此通過以下幾個方面調節：

①烘絲機人口電子秤的流量控制;

②滾筒速度的控制;

③熱風風機速度的控制;

④排潮風門的控制;

⑤HT 硫化床飽和蒸氣直噴蒸氣閥的控制;

⑥熱風風門的控制。

HAUNl 8000kg/h 烘絲機通過設備改進和控制模式優化，大大減少了烘絲過程中產生的干頭干尾量，據統計，改進前烘絲機產生的干頭干尾量為 110kg，改進后降低到 20kg，達到了降低消耗、穩定提高產品質量的效果。

參考文獻：

[1]陳良元編 卷煙生產工藝技術 鄭州：河南科學技術出版社

[2]黃嘉礽編 煙草工業手冊 北京：中國輕工業出版社

[3]德國HAUNI公司KLD-2薄板式烘絲機使用說明書

[4]羅惕乾編 流體力學（3版） 北京：機械工業出版社