我国桑蚕茧加工设备的发展历程

朱良均，杨明英，闵思佳，张海萍

（浙江大学应用生物资源研究所，浙江 杭州 310058）

我国桑蚕茧加工设备的发展历程

朱良均，杨明英，闵思佳，张海萍

（浙江大学应用生物资源研究所，浙江 杭州 310058）

本文主要介绍了我国桑蚕茧加工设备的发展历程，简述了蚕茧加工的发展趋势。

蚕茧加工；设备；工艺；发展

1 蚕茧加工设备的发展

蚕茧干燥，俗称为烘茧。蚕茧干燥是指鲜茧经过一定的干燥设备和工艺条件处理达到规定的干燥程度的过程。蚕茧干燥设备，主要分烘茧灶及烘茧机两大类。由干燥室，热源装置，换气装置及传动装置等组成。干燥室因容茧形式不同有定位式或移位式的茧架传送网带或板等。热源有火热式、汽热式、热风式等。空气加热方式有内部给热和外部预热式两种。一般烘茧灶采用内部给热式，热风烘茧机采用外部预热式。

我国早期烘茧是以燃烧木柴为热源的柴灶。以后热源逐渐改用煤、无烟煤燃烧，统称煤灶。根据茧灶的结构不同，又可分为茧架固定的大型煤灶（直接热式，间接热式）和茧架移位的风扇车子灶，风机煤灶及推进式灶等［1］。

1.1 间接热式煤灶

利用辐射热间接加热进行烘茧的设备，称为大型煤灶。该灶型无风扇，依靠自然换气，用固定茧架放置茧格和半圆拱型长炉胆2～4节的散热作热源。在其上方建造大小热室，下层为大热室，上层为小热室。外界冷空气经过给气口进入给气道（在后墙铸铁炉两侧），进入大热室，被灼热的炉胆加热后，成为热空气经朝上放热口送入小热室。然后通过小热室两侧设立的多孔型放热孔，流入干燥室，干燥蚕茧。炉膛内的煤燃烧后产生的烟道气，通过炉膛前端的分热道经地弄、墙弄、烟囱排出室外。地弄位于干燥室底部左右各一条，盘曲1～2道后延伸到两侧墙上成墙弄，在墙上也盘曲2～3道后再连接前端的烟囱通出屋顶（图1）。地弄和墙弄产生辐射热。加热空气因密度改变，从干燥室下方流向上方，因热空气的流向及分布不均匀，干燥室下部靠近热源的几档蚕茧受热量较大，离热源远的上层及干燥室四角受热较少，受热作用弱，干燥较慢。干燥室顶格因热空气向上升，受热较多，受热作用强，干燥较快。热空气在室内吸湿成为湿热，湿热滞留在干燥室的中部，弱化了热空气作用，使中层茧格受热少，湿度重，干燥缓慢。因此，大型煤灶的热量分布不匀，干湿不均匀，中途须翻茧调格，热利用率低，柳档设有8～11档不等，一次烘茧量少。

图1 大型煤灶（辐射热式）Figure 1 The large coal stove with radiant heat

这种灶型的热源部分，在炉胆上方建造热室，外界冷空气从给气口经给气道进入大热室，炉胆加热后经过大热室放热口进入小热室，成为均匀的热空气后，再从小热室放热孔，流入干燥室放热吸湿，完成干燥任务。给气口有闸板，可调节进入给气道的风量。热室可使热空气混和均匀，防止炉胆辐射热直接作用于茧面。炉膛的烟道气，经炉膛前端的分热道（俗称分火墙），经地弄和墙弄汇集到前端烟囱排出室外。此种灶型比早期柴灶虽稍有改进，但热损耗大，热利用率不高，干燥效率低，劳动强度大等。这种烘茧灶型已被淘汰。

1.2 四川N82型热风烘茧灶

在间接热式煤灶的基础上改进而成。去掉全部大小热室，在炉膛内装设火管，由风机强制送入气流（室外干燥空气或回收吸湿后排出的湿空气）通过火管内壁被加热后，通过钳形导热管发散至干燥室中，进行减湿干燥。采用机械送风（热风）又增加空气流动与换气作用，干燥效果较好。

1.3 直接热式煤灶

采用烟道气直接引入热室进行干燥，热损耗小，热能利用率高，煤耗低、烘力大。但对煤质要求高，必须采用无烟煤块或煤屑，含硫量不超过1.5%，以防SO2对茧丝质量的影响。灶型结构与间接热式的不同，是仅在灶中心线的第2～3节炉胆间增设了直接放热口。放热口大小为25×25 cm。拆去小热室，在大热室上方装钳形导热管。从散热孔引进热空气流入干燥室中部，风扇把热空气强制送入整个干燥室中。烘茧温度高，热空气作用强，湿气发散快，烘茧时间缩短。如60型煤灶。

在灶内安装2轴3组横轴风扇，以移动茧架的茧车替代固定式茧架称车子风扇灶，能调车换位，不翻茧调格，如浙73-1型车子风扇灶等。

1.3.1 风机煤灶

在间接热式基础上改进而成，如江苏省的灶型。热源改为直接热式，去掉小热室，在大热室上方安装钳形导热管后从散热孔将热窑气散入干燥室中部，再由风扇送向茧格，在热室上方装有一、二组直轴风扇，强制进行热对流。由于直接热的作用可提高干燥速度及烘茧能力。但由于风扇轴处于垂直状态，热室的上中下各部气流不能充分混合，蚕茧受热仍然存在差异，仍需翻茧调格，劳动强度大。

1.3.2 车子风扇灶

利用无烟煤烟道气的对流热为主要热源进行烘茧。如浙73-1型车子风扇灶，是上世纪70年代，浙江省在间接热式煤灶基础上改进，在全国主要蚕区应用较多（图2）。

图2 浙73-1型车子风扇灶Figure 2 The cocoon drying oven of Zhe 73-1 with fans

干燥室为一长方型砖砌容茧室，内置炉胆、风扇及左右两侧各设茧车两辆，两边侧墙设有排气装置等。热源装置分铸铁炉、直接热给热装置，烟道三部分。铸铁炉：仍用原煤灶炉筒，铁铸拱型半圆长炉胆3节，安装在灶身正中，埋入灶底线下15 cm。直接热的放热口设在灶中心的炉面上，第二节炉面开放热口一个，并在口上安装钳形导热管一套，左右导热分支管出口分别伸向中央一组风扇的两端空档处，以利热气流均匀发散。灶后墙炉门两侧各设给气口一个，给气道沿炉脚两边伸到直接热出口处，灶内两侧墙上方各设排气装置两个汇入排气筒通出灶顶屋面。横式风扇装置在干燥室中间，一般电动机1～1.5 kW（或柴油机1.5～2匹马力）。自动倒顺开关使风扇自动定时转向，以利烘茧干燥均匀。每灶四辆茧车，分14层或15层。每层前后各置茧格一只，每车装茧格28～30只。茧格框用铁皮，竹或木制成，茧格片用铅丝网成竹篾编制，也有用钢皮网制成。在灶后墙两侧左右各装曲柄温度计1只，约在茧车6～9档茧格中间的位置。浙73-1型车子风扇灶，结构简单，升温快，热利用率高，煤耗低，无需翻茧调格，减轻了劳动强度。

1.4 推进式烘茧灶

为隧道式长方形砖砌体的干燥室，灶型结构如图3所示。灶的前后端有进、出口门，中央设有铁轨和风扇，两侧装有排给气装置。容纳铁制茧车12～18辆，由进口沿水平方向移动前进，并从出口被推出茧灶。每辆车分10～14层，可放插茧格20～28只。供热方式有火热式，汽热式，热风式等。温度分布呈进口处高，出口处低。蚕茧铺在茧格内，间歇定时推进，到出口端完成干燥过程。该干燥灶型的特点是整体结构简单，配温符合前高后低，换气系统也随干燥各区段的需要而配备，每辆茧车均多次移动位置，不需翻茧调格，干燥质量较好，烘茧量大，热量充分使用，煤耗较低。适合收茧量较大的茧站，日烘茧量（半干茧）可达6250～13500 kg鲜茧。

图3 推进式烘茧灶示意图Figure 3 The propelled cocoon drying oven

1.5 双风扇双给气上外炉灶

在浙73-1型灶基础上改建为双风扇、双给气的上外炉灶。主要改进如下：

（1）炉胆脱离烘茧室：在烘茧室外的后墙处的地平面上，改用耐火砖砌成炉胆，炉子与烘茧室连接处，用耐火砖砌成22×22 mm的导热管相连接。

（2）增加一层风扇：改用双层风扇后，克服单层风扇只扇茧车中部茧格，而不能扇及整车上下茧格的缺陷，并取消了调向装置。改为双层风扇后，转速加快，加强烘茧室中气流量。使茧车各层受热均匀，排湿充分。

（3）给气增层增量：设上下给气，下给气口的给气导管设在耐火砖炉胆壁处两侧。上给气设在烘茧室顶处，前后二根垂直管，将自然空气引至烘茧室，由于增设双层给气后增加换气量，提高干燥效率。减少茧质过度热变性程度。

（4）改革导热管口径，排气口高度，茧车增档增格等加大铺茧量。具有干燥程度均匀，烘茧能力增大，干茧质量提高等优点。

1.6 循环式烘茧机

机械化干燥设备，为立式长方形干燥室，内装有6层、8层、10层茧网。按热源不同可分汽热式和热风式两种。

1.6.1 汽热循环式烘茧机

干燥机的结构如图4所示。干燥室一般高约4～5 m，宽约3.6～4.4 m，长约20～25 m。两侧及出口端茧网下方装有风扇若干组，以完成换气及冷却即将出灶茧的温度与散湿。各层茧网各向相反方向运行移送蚕茧，使茧体段落移动，各粒茧又经过翻转均匀接触热能并翻转蛹体，代替旧式茧灶的翻茧调格，各层茧网间装有数量不等的蒸汽管供热。上层较多，中下层依次减少，使机内温度分布上高下低。下部设有给气装置。中、上部有排气装置。在排气装置的斜对方装有风扇，使自然与机械结合进行换气。鲜茧在铺茧处铺满茧网后，连续由最上层进入机内，逐渐转移送到末端，藉移层装置引落到下一层茧网上，最后到达出口端完成干燥作用，并集中至输送槽引进茧袋中，或输送至蚕茧堆放场。该型干燥机一次可容鲜茧量2100～2800 kg。

图4 汽热循环式烘茧机示意图Figure 4 The cocoon drying oven with steam and thermal circulation

1.6.2 热风循环式烘茧机

干燥机的结构如图5所示。分多层（段型）、一层（段型）、二层（段型）等。多层（段型）烘茧机的结构与汽热循环式烘茧机基本相同，主要不同处是在干燥室外设有加热器（蒸汽室或电热式火管加热），用风机通过导风管将热风送入干燥室内，以对流传热方式干燥蚕茧。

图5 热风式烘茧机示意图Figure 5 The cocoon drying oven with heated air

一般为6层（段型）或8层（段型）。干燥室内用隔板分成高温，中温和低温三区。如8层型的1～2层为高温区，3～5层为中温区，6～8层为低温区。在高温区的第1层由室外送风机以一定的风量及风速将加热器加热的热风送入。在第3层设排风机，将湿空气排出室外。中温和低温区同样有加热器，送风机，排气机等装置。干燥室内风速为0.15～0.2 m/s。

在各区设有温度自动调节装置，按蚕茧干燥的工艺要求调节温湿度，风量和风速等。由于采用强制送热风干燥蚕茧，烘茧速度快，干燥能力强，一次直干约5 h可达适干。热量大部分可循环利用，耗热量少，同时能排除辐射热的影响，工艺条件能自动调节，操作简便，蚕茧干燥程度均匀，烘茧质量好。机械化、自动化程度高，是目前较理想的干燥设备。

2 蚕茧加工的展望

我国现有应用、试验、研究的烘茧技术设备，主要有热空气、微波、远红外等技术方法及设备，这也是今后蚕茧干燥发展方向。

2.1 烘茧技术

2.1.1 热空气烘茧技术

利用干热空气（热气流）烘茧，主要有3大类型的烘茧设备，包括静置式烘茧灶、推进式烘茧灶、循环式烘茧机。热空气烘茧的工艺条件，是根据蚕茧干燥规律、保护茧质和适干均匀为前提而制定的，现行烘茧设备（主要是静置式灶型）的工艺条件，如表1所示。

2.1.2 微波烘茧技术

微波是一种波长在0.001～1 m、频率在0.3～300 GHz的电磁波。微波烘茧是利用高频电场对极性分子的作用，将微波能量转变为介质材料吸收的热能。水是极性分子，微波能穿透茧层深入蛹体内部加热，并由这种内部加热建立起蒸汽压梯度。水分被这种内部蒸汽压力差被强制输送到茧层表面，再通过茧层表面蒸发，使蚕茧的水分除去。

微波烘茧与传统烘茧方式相比，具有明显的优势：①烘茧速度快，有利于提高蚕茧烘茧效率。②加热均匀，有利于提高烘茧质量。③无环境污染，有利于环保和节能。

表1 一般烘茧工艺条件参考表Table 1 The drying process conditions for reference

微波烘茧的不足之处是：①烘茧成本较大；②工艺参数不当会是蛹体的内外压差过大，产生蛹体热击穿和蛹油溢出等。

2.1.3 红外线烘茧技术

红外线是一种电磁波，介于可见光和微波之间，具有波动性和粒子性，不需介质传导，其波长在0.75～1000 μm之间，按波长的不同，又分为近红外线（波长0.75～1.50 μm）、中红外线（波长1.50～5.60 μm）、远红外线（波长5.60～25 μm）、超远红外线（波长25～1000 μm）。红外线以直线方式传播，当红外线射到物体上，就会由电磁波转化为热能，一部分被吸收，一部分被反射或透射。

红外线烘茧有以下优点：①按光速进行，不受空气的阻碍，加热迅速。②不加热周围空气，热量利用经济。③热效率高，烘茧快。据试验，红外线辐射的热效率约大于对流热的30倍，可缩短烘茧时间85%。④能够直接透过茧层烘干蛹体，符合烘茧主要是蒸发蛹体水分的目的。一般远红外线比近红外线可提高功率5倍，可节电20～30%，效果好的可达50%，因此多用远红外线进行烘茧。远红外线辐射元件，多采用金属氧化物、碳化物和硼化物。一般可使用在碳化硅板、管或金属电热管表面，也可涂在烘箱、烟道等处。

目前，使用的远红外线烘茧设备，以陶瓷为基体，以多晶半导体为发热体，涂覆远红外线辐射层，两端覆以银电板，具有升温快，热容量少，热效率高，辐射率高，寿命长的特点。

2.1.4 空气能烘茧技术

空气能烘茧的原理是利用主机的蒸发器吸收外界空气中的热量，或者回收蚕茧烘干过程中排气的余热，经过压缩机做功，将能量移入干燥室中，干燥室内的热空气经过反复循环加温，吸收蚕茧中的水分，自身降温加湿，经过热风排湿或者冷凝除水的过程，把蚕茧中的水分排出带走，实现连续干燥蚕茧的过程。

空气能烘茧的优点有：①密封性能好、节约能源；②低温自然干燥；③干燥质量好；④干燥参数易于控制；⑤无加热设备，不污染环境。

广西研制的小型空气能自动烘茧机，体积小，电器化自动控制干燥蚕茧，操作简单，烘茧质量稳定，解舒率与洁净有所提高。

2.1.5 冷藏蚕茧技术

近年来，鲜茧缫丝生产兴起较快，因此，需要冷藏蚕茧，即利用低温冷冻杀蛹和冷藏蚕茧，使其达到保持鲜茧状态的方法。据试验，温度在-10℃下，经6 h，-12℃下，经4 h，-15℃下，经2 h，或0～2℃下，经30 d均可冻杀蛹体。在2～4℃冷藏，则可抑止蚕蛹发育，20 d后完全失去羽化能力。

蚕茧经冷冻杀蛹后的长期冷藏温度，一般采用0℃左右为宜，也可采用4～5℃进行冷藏，只要采取适当措施，温度在5℃以下，湿度保持80%以内，可免遭霉害。

冷藏蚕茧是一种新工艺，不经过蚕茧干燥工序，还可简化煮茧工艺，据试验，冷藏蚕茧一月后，进行解冻缫丝，其解舒率可提高8～10%，出丝率可提高2～2.5%。但冷藏处理蚕茧需要冷库和冷藏设备。

2.2 烘茧机（灶）型式

采用无烟煤、柴禾、电等热源，通过热空气烘茧，仍是今后蚕茧干燥技术及设备研究、应用的方向。可能集中在静置式烘茧灶和循环式烘茧机等型式：①干燥设备制造材料的改进，如防火隔热等材料的应用，新型轻量材质材料的应用等；②新能源烘茧技术设备的研制使用，使蚕茧干燥加工环保、生态；③小、中型烘茧机的设计制造，面向专业合作社、产茧量大的专业户，自行烘茧。

［1］黄国瑞主编，茧丝学（M），北京：农业出版社，1994，89～144.

［2］徐俊良主编，养蚕手册（M），北京：中国农业大学出版社，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

现代农业产业技术体系专项（CARS-22）

朱良均（1956-），男，浙江诸暨人，教授，博士生导师。主要从事蚕茧加工及天然高分子材料的研究。E-mail:ljzhu@zju.edu.cn