CTD 2種不同干燥模式的應(yīng)用研究

陶芳+張振全+湯旭東+徐永虎

摘 要：為研究CTD配置的“恒定能量脫水”和“恒定流量脫水”2種干燥模式的差異性，通過設(shè)計(jì)試驗(yàn)，比較了2種模式下制品物理和感官質(zhì)量以及成品煙氣質(zhì)量情況。在確定無顯著差異的情況下，通過多批次試驗(yàn)比較了2種模式過程控制水平情況，并對結(jié)果進(jìn)行了分析，同時對2種控制程序設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了剖析。結(jié)果表明：2種可控制模式對產(chǎn)品內(nèi)外在質(zhì)量影響甚微，綜合過程控制情況來看，“恒定流量脫水”的控制模式更加適合。

關(guān)鍵詞：CTD；恒流量脫水；恒能量脫水

中圖分類號 TS43 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）07-0139-04

Abstract：In order to study the difference of the models between constant energy dehydration and constant flow dehydration in tobacco machine called CTD，we compared the results including physical，sensory and smoke quality in the models below through experimental design. And also，we compared the process control levels and then analyzed the results by the determination of no significant difference and the advantages and disadvantages of the control procedure design. The results show that the external quality has little difference in the models below，but the model by constant flow has a better effect combined with process control.

Key words：CTD；Constant energy dehydration；Constant flow dehydration

CTD是意大利COMAS公司生產(chǎn)的氣流式煙絲干燥設(shè)備，在同類設(shè)備中擁有“全球處理溫度最低”、“體積最小”2項(xiàng)頭銜。自“黃山”精品線引入該項(xiàng)設(shè)備技術(shù)后，發(fā)現(xiàn)較技改前使用的SH9型氣流式烘絲機(jī)，在過程水分控制穩(wěn)定性、煙絲松散無結(jié)團(tuán)及煙絲純凈度等方面都有較大的改進(jìn)和優(yōu)勢。

“黃山”精品線使用的CTD，其干燥控制模式具備2種，一種是“恒定流量脫水”模式，另外一種是“恒定能量脫水”的控制模式。前者采取的是控制物料流量穩(wěn)定，通過燃燒爐調(diào)節(jié)工藝氣體溫度去控制葉絲出口水分的長期波動；后者采取的是固定爐溫，通過改變物料流量去控制葉絲出口水分的波動。

本文通過對2種干燥模式的對比應(yīng)用，研究并分析其過程控制的差異性和對產(chǎn)品質(zhì)量的影響性，同時，以精準(zhǔn)控制為目標(biāo)，確定最佳的過程控制干燥模式并進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，旨在進(jìn)一步提高過程控制的穩(wěn)定性，提升產(chǎn)品質(zhì)量水平。

1 CTD工作原理

如1圖示，待處理的煙草物料通過進(jìn)料斗（A）喂至氣閘（b）處，從而進(jìn)入膨化單元（C）內(nèi)。膨化單元接到需要加工的煙草，通過噴嘴對煙草噴灑蒸汽，同時有一股超熱氣流推動煙草物料至塔式烘絲機(jī)（D）內(nèi)。離心風(fēng)機(jī)（J）吸入與熱發(fā)生器（I）（通常為BABCOCK生產(chǎn)）連接的導(dǎo)管（G）排出的空氣，從而產(chǎn)生超熱氣流。煙草物料進(jìn)入塔式烘絲機(jī)中時，超熱氣流將煙草輸送到塔式烘絲機(jī)的上部，上部裝有空氣/煙草分離器（E）。此處，煙草和空氣得到分離，離心風(fēng)機(jī)（H）通過再循環(huán)管（G）吸入空氣。空氣冷卻后，離心風(fēng)機(jī)將空氣輸回?zé)岚l(fā)生器。

2 材料與方法

2.1 材料、設(shè)備與儀器 某分組加工產(chǎn)品B組分配方、CTD氣流干燥設(shè)備、填充值測定儀、FD型電熱恒溫干燥箱、彈性測定儀、葉絲振動分選篩、RM200吸煙機(jī)、Aglient7890氣相色譜儀。

2.2 方法 首先在2種不同干燥模式下各生產(chǎn)一批產(chǎn)品，“恒定流量脫水”模式為正常生產(chǎn)批，“恒定能量脫水”模式為試驗(yàn)批。對比CTD干燥設(shè)備出口葉絲物理指標(biāo)、煙氣指標(biāo)以及感官質(zhì)量指標(biāo)的差異性，若無顯著差異，則對“恒定能量脫水”模式連續(xù)試驗(yàn)3批次，驗(yàn)證其過程控制穩(wěn)定性，并與正常生產(chǎn)的“恒定流量脫水”模式進(jìn)行對比。

2.3 統(tǒng)計(jì)分析（1）取樣方法：物理指標(biāo)和感官質(zhì)量指標(biāo)評價的樣品在CTD出口進(jìn)行取樣，其中感官樣品卷制成煙支；煙氣指標(biāo)樣品取成品卷煙進(jìn)行評價；過程控制穩(wěn)定評價以制絲過程采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。（2）檢測方法：物理指標(biāo)、煙氣指標(biāo)及感官質(zhì)量評價按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行。

3 結(jié)果與分析

3.1 2種干燥模式下葉絲物理指標(biāo)分析 從表1可以看出，2種干燥模式下，反映出的葉絲物理指標(biāo)差異不是很顯著。僅從數(shù)據(jù)比較，“恒定能量脫水”干燥控制模式葉絲的填充值略大、彈性略小，但可能是由于取樣樣品和檢測過程帶來的誤差，基本可以忽略。

3.2 2種干燥模式下卷煙煙氣指標(biāo)分析 由表2數(shù)據(jù)所示，2種控制模式下煙氣指標(biāo)值都在設(shè)計(jì)值的允差范圍內(nèi)，差異并不顯著，僅檢測數(shù)據(jù)而言，“恒定能量脫水”干燥控制模式的實(shí)測焦油量和一氧化碳含量略低。

3.3 2種干燥模式下感官質(zhì)量分析 通過對2組感官樣品進(jìn)行暗評，可知整體差異不顯著，“恒定能量脫水”在甜度、雜氣以及干凈程度等方面總體略好（表3、圖2）。

3.4 2種干燥模式下過程控制情況對比分析 如前面所述，“恒定流量脫水”模式是穩(wěn)定物料工藝流量，通過燃燒爐調(diào)節(jié)工藝氣體溫度去調(diào)節(jié)葉絲出口水分的長期波動，“恒定能量脫水”模式是固定脫水量，相對穩(wěn)定工藝氣體溫度，通過改變物料流量去控制葉絲出口水分的波動。從表4和表5中的數(shù)據(jù)可看出，2種干燥模式出口水分標(biāo)偏都能滿足在0.3%的要求內(nèi)，且總體差異不大。“恒定流量脫水”模式下：物料工藝流量波動較小，批內(nèi)波動平均為2.52kg/h；工藝氣溫度波動較大，批內(nèi)波動平均在0.90℃，批間極差為6.06℃?！昂愣芰棵撍蹦Ｊ较拢何锪瞎に嚵髁坎▌虞^大，批內(nèi)標(biāo)偏平均為66.98kg/h，批內(nèi)最大極差為671.19kg/h；工藝氣溫度波動較小，批內(nèi)波動平均在0.09℃，批間極差為0.16℃。

3.5 2種干燥模式控制程序分析

3.5.1 “恒定流量脫水”干燥控制系統(tǒng) 此種方式使用的是以燃燒爐調(diào)節(jié)PG溫度為副回路、出口水分控制為主回路的串級反饋控制系統(tǒng)（圖3）。

影響煙絲出口水分的干擾因素有很多，比如煙絲流量的干擾、PG溫度的干擾、排潮的干擾等，對于這些干擾，系統(tǒng)都通過相對應(yīng)的PID反饋調(diào)節(jié)來消除干擾，各種因素都達(dá)到相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)。但對于反饋控制來說，是測量被控量，通過被控量的實(shí)際值與設(shè)定值之間的差值去調(diào)節(jié)相應(yīng)的調(diào)節(jié)器，從而改變操作變量，最終補(bǔ)償干擾；但是系統(tǒng)無法將干擾控制在被控制量偏離設(shè)計(jì)值之前，所以被控對象總是存在一定的純滯后和容量滯后。此種控制模式，能保證來料流量的穩(wěn)定，但PG溫度波動較大，對煙絲批內(nèi)或批間內(nèi)在質(zhì)量的一致性可能會有影響。且對于來料水分的波動，系統(tǒng)沒有補(bǔ)償控制策略。

3.5.2 “恒定能量脫水”干燥控制系統(tǒng) 此種方式使用的是通過控制入口物料的流量以保證脫水量的恒定，去保證出口水分大小的前饋控制系統(tǒng)。此控制系統(tǒng)，在固定PG溫度的前提下，調(diào)節(jié)來料流量去調(diào)節(jié)出口水分。相應(yīng)的煙絲的內(nèi)在質(zhì)量得到保證，但是來料流量的波動很大，從試驗(yàn)來看，批內(nèi)極差達(dá)到671.19kg/h，可能會對設(shè)備進(jìn)出料氣鎖帶來一定的壓力。

3.5.3 CTD控制程序改進(jìn)的假設(shè) 上述CTD2種控制系統(tǒng)的分析結(jié)果表明，2種控制模式均存在一定的弊端。結(jié)合2種控制原理的分析，為進(jìn)一步探索優(yōu)化CTD的控制程序，提出前饋-反饋的控制假設(shè)。具體是在以燃燒爐調(diào)節(jié)PG溫度為副回路、出口水分控制為主回路的串級反饋控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加物料流量對來料水分的干擾進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那梆伩刂葡到y(tǒng)（如圖5）。通過設(shè)定專門針對來料水分波動的補(bǔ)償運(yùn)算，來補(bǔ)償最終水分控制，從而減輕反饋控制的負(fù)擔(dān)。

4 結(jié)論與討論

（1）2種控制模式下，制品物理、感官質(zhì)量以及成品煙氣指標(biāo)從檢測結(jié)果上看略有差異，但不顯著。表明生產(chǎn)過程中，選擇任意一種控制模式，對產(chǎn)品外在和內(nèi)在質(zhì)量不會有太大的影響。

（2）從CTD設(shè)備出口水分控制標(biāo)偏值來看，2種控制模式都很穩(wěn)定，且差異性不大?！昂愣芰棵撍蹦Ｊ诫m然能保證較為穩(wěn)定的工藝氣溫度，但流量波動太大，可能會對設(shè)備進(jìn)出料氣鎖產(chǎn)生影響。“恒定流量脫水”模式，工藝氣溫度波動表現(xiàn)稍微大些，但從結(jié)果看，批內(nèi)極差值不超過10℃，且感官質(zhì)量評價差異不明顯，屬于可接受范圍。因此，綜合起來，日常生產(chǎn)選擇“恒定流量脫水”更加適合。

（3）因2種控制模式都存在一定的弊端，提出的控制系統(tǒng)改進(jìn)的假設(shè)，在今后設(shè)備優(yōu)化改進(jìn)中可進(jìn)行參考。

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（責(zé)編：張宏民）