[发明专利]用于预测烟丝在滚筒烘丝机内热质传递规律的数值方法

说明书

本发明公开了一种用于预测烟丝在滚筒烘丝机内热质传递规律的数值方法，将滚筒烘丝机沿轴向划分为若干等距的微单元，针对各微单元内的烟丝和气流建立热质传递的数学模型；基于质量守恒方程、能量守恒方程和热质平衡方程，利用计算机语言进行编程求解；由烟丝运动模型和修正后的经验公式计算烟丝热质传递数学模型中涉及的停留时间；通过试验方法测得不同温度、含水率条件下烟丝的有效换热系数和传质系数，建立数据库，在计算烟丝沿滚筒烘丝机轴向的温度和含水率时直接调用已编入程序的数据库数据；最后将生产工艺中的运行参数输入模拟系统即可得到烟丝的出口温度、含水率以及其沿滚筒烘丝机轴向的温度和含水率变化曲线。

技术领域

本发明涉及化工、烟草领域，具体涉及一种用于测量烟丝在滚筒烘丝机内热质传递 规律的方法。

背景技术

干燥作为一种历史悠久的工艺方式，其主要目的在于去除物料中的水分，以便储藏、 运输及改善产品品质等。在卷烟工艺中，烟丝干燥即是制丝工艺中的一道关键工序。烟丝的热质交换特性直接关系到其被干燥或者回潮的整个过程，从而影响颗粒本身的含水率、烟丝的填充能力和卷制过程的造碎率以及成品烟的感官质量，与卷烟制品的最终经 济效益密切相关。烟草制丝生产过程中，对复烤后的配方烟片经过松散回潮、加料调制 后，含水率达到有利于烟草形变的水平，之后将烟片切削成丝状颗粒，此时烟丝的含水 率较高，为有利于烟丝的卷烟机卷制成型及香烟的贮存，切后烟丝需要进行干燥至适宜 的水分。现阶段，卷烟工艺生产过程中往往采用现场调试运行参数、多次试验的方法获 取最优操作参数，但是干燥过程中烟丝在滚筒内含水率与温度的数据不易测量，传统的 实验方法则会遇到工作量大、成本高、周期长、能耗大等障碍，生产工艺水平仍停留在 依靠经验操作的阶段，不利于烟丝品质的提高，同时也无法发挥烘丝机的优势。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种可以对不同生 产条件下烟丝在滚筒烘丝机内干燥过程中温度和含水率的变化规律进行预测的数值方法。

技术方案：一种用于预测烟丝在滚筒烘丝机内热质传递规律的数值方法，包括如下 步骤：

步骤一：建立不同运行条件下烟丝在滚筒烘丝机内停留时间数学模型；针对不同滚 筒倾角、转速、抄板结构条件下烟丝在滚筒内的停留时间进行实验研究，实验研究考察了当滚筒倾角(2°、2.5°和3°)，转速(8转/分钟，10转/分钟和12转/分钟)，抄板结构 (2块抄板、4块抄板、6块抄板)条件下，烟丝颗粒在滚筒内的停留时间。然后基于 Friedman andMarshall模型获得修正后关于烟丝停留时间的经验公式；将该经验公式编 入烟丝热质交换模拟系统，输入不同操作参数，得到烟丝在滚筒烘丝机内的停留时间；

步骤二：建立烟丝干燥过程中有效换热系数、传质系数的数据库；通过试验方法对不同温度和含水率条件下烟丝的有效换热系数和传质系数进行测量，并以此建立数据 库，供预测计算时读取使用，在计算烟丝沿滚筒烘丝机轴向的温度和含水率时直接调用 已编入程序的数据库数据；

步骤三：建立不同运行条件下烟丝在滚筒烘丝机内热质交换数学模型；针对每一控 制微单元内建立质量守恒方程、能量守恒方程、热质平衡方程，计算出烟丝在各个单元内的温度和含水率，从而获得烟丝的温度和含水率在滚筒烘丝机内沿其轴向的变化规 律；烟丝在第i个微单元中所计算得到的出口温度和含水率将作为第i+1个微单元的入 口参数，依此类推得到烟丝在各个微单元内的温度和含水率变化规律。

所述步骤二中，当烟丝温度和含水率处于数据库中某两个值之间时，则通过插值方 法获得。

优选的，所述步骤三中，利用Jacob迭代法计算出烟丝在各个单元内的温度和含水率。