浅析烘丝机设备参数与工艺加工质量的关系

钟军 陈光荣 江铭

摘要：以烘丝机为例论述设备设计的参数与产品之间的关系，列举了烘丝机内烟丝运动数学模型、烟丝滞留时间、筒体干燥过程控制、物料干燥的衡算、设备相关参数等与烟丝加工之间关系，分析了 HAUNI 烘丝机常见的干头干尾产生的原因及改进措施，通过设备改进和控制模式优化，大大减少了烘丝过程中产生的干头干尾量，运行结果表明，改进后与改进前相比，烘丝机产生的干头干尾量由 110kg 降低到 20kg。

关键词：筒体 运动 滞留时间 衡算 干头干尾

引言

HAUNIHAUNI 烘丝机的工作原理及运行状态如下描述：

物料在烘丝筒中向前运行时，蒸气经管路系统至旋转接头后进人烘丝筒内的簿板夹层中，不断地给烟丝间接加热;热空气从前室、后室进入烘筒内，湿物料在抄板的作用下，把物料分散在干燥用的烟道气中，向前移动，湿物料得到了载热体的给热，物料直接从气流中获得热量，同时水分汽化，达到加快干燥，确保物料干燥均匀。烘丝过程中产生的湿热空气和粉尘经过网笆将气体内所带物料捕集下来，并由风机抽到除尘器中经除尘后排放。

设备起动后概括地分为空料状态（基本状态、压力建立状态、预热状态、冷却状态）和有料状态（起动状态、生产状态、高速倒料状态、重新起动状态）两大类

一、筒体运动分析（以烘丝机为例）

物料在加工过程中，物料在滚筒内的运动从开始到结束的滞留时间是影响加工效果的关键因素之一。

物料运动数学模型的建立

1.1 物料运动的物理过程分析

物料通过振槽输送至滚筒的进料口的导料板上，在滚筒壁和滚筒内抄板的共同作用下做抛洒运动，洒落过程中，物料在重力和气流的推动力作用下落入滚筒底部，再次被抄板提升作重复运动。滚筒的倾斜角使得物料沿轴向的前进移动。由此可知，烟丝运动与滚筒结构因素（滚筒直径、滚筒倾角、滚筒转速、抄板数目）及其物理特性（烟丝形状，烟丝间的摩擦力等）有关。

1.2 烟丝运动数学模型的建立

烟丝在滚筒内作周期性运动的每个周期可划分为 2 个阶段。第 1 个阶段：在转动的滚筒和抄板作用下，烟丝随滚筒的转动被提升，作轴向圆周运动;第 2 阶段：在重力和干燥介质推动力的作用下，烟丝飘落的过程是在空间里作抛物线运动。烟丝的每一个运动周期可划分为一个单元，每个单元包括圆周运动和抛洒运动2 个阶段。

根据圆周方程，抛物线方程，流体动力学方程，最后可以得出烟丝在筒体内的滞留时间为：

T=（t×l）/c

式中：l—滚筒长度;c—滚筒中每转一圈烟丝的轴向位移。其中 c是系数

实际测试运用中可以采用：T=60×W/F

式中 W—某一稳定条件下滚筒内的烟丝重量;F—烟丝流量;

二、筒体物料干燥分析

这里就烘丝机的物料干燥过程进行理论计算，通过热风风门、热风温度、HT 蒸汽压力、筒体转速、热风风门开度、出口负压等参数值的适当设定可以达到既缩小筒壁温度的波动又调整筒壁温度

三、烘丝机干燥参数与设备参数设计

1、对于烘丝机设计是依据如下内容进行设计：物料衡算和热量衡算：

（1）计算水分蒸发量及干燥产品量

利用公式：W=G C （X 1 -X 2 ）计算出水分蒸发量

利用公式：G C =G 1 ÷（1+X 1 ）计算出绝干物料量

（2）空气消耗量

利用公式：L=W÷（H 2 -H 0 ）计算出空气消耗量

（3）干燥系统所需总热量

利用公式：Q=L（I 1 -I 0 ）+L（I 2 -I 1 ）+G C （I V -I 1 ）+Q 2 计算出干燥系统所需总热量

2、设备参数计算及确定：

实际在烘丝机干燥物料过程中，一般其工作过程可以分为三段：第一段为预热段。第二段为蒸发段。第三段为加热段

（1）筒体直径、长度、转速、倾斜率之间的关系可以根据烘丝机设计时最大能力来进行计算。其根据的原理是容积传热系数、空气速度、进气温湿度、尾气温湿度来计算。

（2）热风风机和加热器的计算：

通过前面计算出来的风量、风速计算出风机能力大小及管道尺寸，所需的温湿度来计算加热器能力的大小。

① 风机的选型：

风机所需的风量是根据空气的质量与湿容积的乘积而定的，考虑漏风及储备，需乘以 1.5 的系数，风量参数还须知道风机的风压参数，即根据流体的阻力而定。

② 加热器能力计算：

载热体进口温度设定为 100℃，其载热体进口温度小于 160℃，则加热器采用蒸汽加热器，根据热量衡算的输入热量可知加热器传给载热体的总热量，结合已知载热体进入干燥器的温度、出口温度要求，传热面积、传热系数来可选择合适的加热器。

③抄板数量：

抄板块数与圆筒直径有关，一般块数与圆筒直径的关系是：n 1 =（10～14）D（D 为筒体直径）。

产生干头干尾的原因分析

（1）由于烘丝机的排潮风门、热风风门以及热风前后分配风门均为手动调节，不能根据工作状态的变化灵活进行调整。

（2）起动状态：烟丝流量是由小到大逐步趋于稳定的，由于烘丝机是一个大滞后、大惯性系统，烟丝开始通过滚筒时不可避免地会产生干头烟丝。

（3）尾料状态：当烘丝机的入口电子秤检测无料后，系统自动进入尾料控制，尾料时长与筒体转速、风速等参数相关。因此通过以下几个方面调节：

①烘丝机人口电子秤的流量控制;

②滚筒速度的控制;

③热风风机速度的控制;

④排潮风门的控制;

⑤HT 硫化床饱和蒸气直喷蒸气阀的控制;

⑥热风风门的控制。

HAUNl 8000kg/h 烘丝机通过设备改进和控制模式优化，大大减少了烘丝过程中产生的干头干尾量，据统计，改进前烘丝机产生的干头干尾量为 110kg，改进后降低到 20kg，达到了降低消耗、稳定提高产品质量的效果。

参考文献：

[1]陈良元编 卷烟生产工艺技术 郑州：河南科学技术出版社

[2]黄嘉礽编 烟草工业手册 北京：中国轻工业出版社

[3]德国HAUNI公司KLD-2薄板式烘丝机使用说明书

[4]罗惕乾编 流体力学（3版） 北京：機械工业出版社