外部因素對KLS-2 薄板式滾筒烘絲機(jī)干燥過程穩(wěn)定性的影響及線性回歸分析

余東，徐志強(qiáng)，紀(jì)多敏，萬宇超，周翠江，呂燕娜

（江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司廣豐卷煙廠，江西 廣豐 334600）

在卷煙加工過程中，烘絲工序作為制絲關(guān)鍵工序，主要工藝任務(wù)是對來料葉絲（濕物料）進(jìn)行干燥脫水處理，通過此過程使出料葉絲（干物料）的含水率降低以達(dá)到卷煙品牌工藝規(guī)范的要求。烘絲工序?qū)頍煾泄儋|(zhì)量具有重要影響，不僅能提高葉絲填充能力和耐加工性，還有助于彰顯卷煙香氣風(fēng)格，改善感官舒適性，實(shí)現(xiàn)了葉絲感官質(zhì)量和物理質(zhì)量的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。KLS-2 型薄板式滾筒烘絲機(jī)作為HAUNI 公司生產(chǎn)新一代產(chǎn)品，在設(shè)備磨合期間總是會出現(xiàn)批內(nèi)和批間的烘絲調(diào)節(jié)溫度、出料水分等參數(shù)指標(biāo)無法精準(zhǔn)控制，干頭干尾量水平穩(wěn)定性差，繼而導(dǎo)致產(chǎn)品感官質(zhì)量不穩(wěn)定的實(shí)際問題。基于此，針對影響KLS-2 型薄板式滾筒烘絲機(jī)生產(chǎn)過程穩(wěn)定性的外部因素進(jìn)行研究分析的需求，本文圍繞KLS-2 薄板式滾筒烘絲機(jī)在“熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)”和“筒壁溫度調(diào)節(jié)”的烘絲過程中，對“SIROX 蒸汽流量”“進(jìn)料水分”和“進(jìn)料流量”進(jìn)行梯度測試并建立相應(yīng)的線性回歸方程，基于此進(jìn)一步分析得出不同外部因素對不同溫度調(diào)節(jié)模式的KLS-2 薄板式滾筒烘絲機(jī)加工過程穩(wěn)定性的影響，為烘絲工序過程穩(wěn)定性控制和煙絲質(zhì)量保障提供技術(shù)支撐。

1 KLS-2 薄板式滾筒烘絲機(jī)的溫度調(diào)節(jié)模式

KLS-2 滾筒烘絲機(jī)作為兩段式烘絲機(jī)，在烘絲方式上有兩種調(diào)節(jié)模式可供選擇：（1）固定熱風(fēng)溫度，利用筒壁溫度上下浮動調(diào)節(jié)出料水分；（2）固定筒壁溫度，利用熱風(fēng)溫度上下浮動調(diào)節(jié)出料水分。這2 種烘絲控制模式的熱風(fēng)風(fēng)速（風(fēng)量）是固定不變的，熱風(fēng)風(fēng)門開度根據(jù)風(fēng)速設(shè)定值自動調(diào)節(jié)，排潮風(fēng)門開度根據(jù)排潮負(fù)壓設(shè)定值自動調(diào)節(jié)。

1.1 “熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)”模式的研究

（1）KLS-2 滾筒烘絲機(jī)熱風(fēng)管路布局。KLS-2 滾筒烘絲機(jī)熱風(fēng)管路布局及“熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)”模式工作原理如圖1 所示。

圖1 KLS-2 滾筒烘絲機(jī)熱風(fēng)管路布局及“熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)”模式工作原理圖

其中滾筒單元的熱空氣管路分為4 條，分別為熱風(fēng)管路、次級空氣管路、清潔空氣管路、密封空氣管路。熱風(fēng)管路中高溫?zé)犸L(fēng)(圖1-6)朝煙絲流動方向流過滾筒，其間通過順流方式將熱量傳遞給煙絲并帶走水分；次級空氣管路借助一個(gè)節(jié)流閥(圖1-5)調(diào)節(jié)次級空氣量(圖1-4)，且次級空氣干燥正在轉(zhuǎn)動的篩分滾筒并且防止在排氣管道中形成冷凝水；清潔空氣管路中卸料側(cè)上旋轉(zhuǎn)的篩網(wǎng)滾筒持續(xù)地由從總空氣中分支出的清潔空氣進(jìn)行噴吹清潔，防止煙灰堵塞；密封空氣管路中從主空氣流中分支出的密封空氣(圖1-7)使入口罩板和滾筒之間的密封腔形成正壓，以防止弄臟密封腔。

（2）“熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)”模式的工作原理。如圖1所示，葉絲通過振槽輸送進(jìn)入滾筒烘絲機(jī)內(nèi)。滾筒烘絲機(jī)通過滾筒旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)葉絲翻動，利用烘絲機(jī)入口管路的工藝熱風(fēng)（圖1-A）通過“熱對流”實(shí)現(xiàn)加熱葉絲（圖1-B），蒸發(fā)葉絲內(nèi)部分水分的作用，還可以實(shí)現(xiàn)帶走筒內(nèi)高溫高濕的潮氣，將煙絲干燥過程中產(chǎn)生的水汽排出。

1.2 “筒壁溫度調(diào)節(jié)”模式的研究

（1）KLS-2 滾筒烘絲機(jī)筒壁薄板布局（圖2）。其中滾筒單元的滾筒體連同加熱葉片和所有與煙絲接觸的元件都由鉻鎳鋼制成，滾筒體向外是絕熱的。其內(nèi)壁布滿蒸汽加熱葉片，通過旋轉(zhuǎn)接頭和分配器將蒸汽送入蒸汽加熱葉片的蒸汽通道。葉片上配備兩個(gè)相互獨(dú)立、可加熱的前、后段區(qū)域（圖2-1 和圖2-2），每個(gè)加熱區(qū)有自身的蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路。蒸汽在蒸汽加熱葉片中凝結(jié)。冷凝水通過蒸汽加熱葉片中的回流通道再經(jīng)分配器和回轉(zhuǎn)接頭從干燥機(jī)中流出。

圖2 KLS-2 滾筒烘絲機(jī)筒壁薄板布局圖

（2）“筒壁溫度調(diào)節(jié)”模式的工作原理。如圖1 所示，葉絲通過振槽輸送進(jìn)入滾筒烘絲機(jī)內(nèi)。滾筒烘絲機(jī)滾筒內(nèi)壁上分部安裝有蒸汽加熱葉片，通過“熱傳導(dǎo)”實(shí)現(xiàn)對煙絲的加熱和翻動，使得煙絲可充分接觸薄板受熱將葉絲內(nèi)部分水分蒸發(fā)，并通過排潮風(fēng)機(jī)將帶走筒內(nèi)高溫高濕的潮氣。

2 外部因素對烘絲工序干燥過程穩(wěn)定性的影響

2.1 “SIROX 水分增加”的穩(wěn)定性研究

（1）SIROX 增溫增濕機(jī)結(jié)構(gòu)。廣煙SIROX 增溫增濕機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3 所示，該設(shè)備的工藝任務(wù)是對葉絲進(jìn)行增溫增濕工藝處理。

圖3 SIROX 增溫增濕機(jī)結(jié)構(gòu)圖

（2）SIROX 增溫增濕機(jī)工作原理。葉絲經(jīng)由進(jìn)料振槽(圖3-1)、進(jìn)料罩(圖3-2)和進(jìn)料氣鎖(圖3-3)進(jìn)入加溫加濕器(圖3-4)，加溫加濕器中是一個(gè)不斷旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輥，轉(zhuǎn)輥的軸和耙釘是空心的，空心耙釘?shù)膱A柱形周邊和端面上帶有孔，通過旋轉(zhuǎn)接頭將飽和蒸汽輸入空心軸，經(jīng)由這些孔中噴吹在煙草上，從而使煙草膨脹和潤濕，煙草經(jīng)由出料斗組件(圖3-5)輸送至有蓋板(圖3-6)的出料振槽(圖3-7)上，槽體蓋在設(shè)備運(yùn)行時(shí)須始終處于關(guān)閉狀態(tài)。生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的蒸汽借助排潮管道(圖3-9)和排潮風(fēng)機(jī)(圖3-10)被進(jìn)料罩上面及出料振槽始端和終端的抽氣罩(圖3-8)吸走，蒸汽噴霧管路的打開和關(guān)閉通過連接蒸汽管路的薄膜閥，可實(shí)現(xiàn)精確調(diào)節(jié)工藝蒸汽流量，以滿足不同工藝要求下對蒸汽流量的穩(wěn)定需求。

（3）SIROX 蒸汽流量對水分增加差異性測試。以廬山（新）和金圣（軟）牌號卷煙作為研究對象，連續(xù)生產(chǎn)3 批，通過保障生產(chǎn)過程中環(huán)境條件一致性，確保Sirox 入口水分的一致性，蒸汽流量設(shè)置240±10kg/h，其余參數(shù)不變，待葉絲生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)在線指標(biāo)穩(wěn)定后，按5 分鐘時(shí)間間隔對sirox 入口和出口水分進(jìn)行樣品抽取，并做好密封標(biāo)識，每批次取5 個(gè)樣，通過烘箱法檢測各編號樣品的含水率，計(jì)算出對應(yīng)批次sirox 入口和出口水分的算數(shù)平均值，結(jié)果見表1 和表2。

表1 廬山（新）Sirox 水分增加

表2 金圣（軟）Sirox 水分增加

由表1 和表2 可知，SIROX 增溫增濕機(jī)在生產(chǎn)過程中，針對不同批次葉絲，在保障相同蒸汽流量值且過程穩(wěn)定的條件下，Sirox 入口水分與出口水分值差值保持穩(wěn)定，葉絲物料水分增加基本一致。且隨著Sirox 入口水分的增大，水分增加呈現(xiàn)下降的趨勢，推測原因是物料持水性與其本身含水率成反比。因此得出結(jié)論：SIROX 增溫增濕設(shè)備在烘絲工序中基本滿足其對物料進(jìn)行增溫增濕處理過程中物料水分增加值一致且過程穩(wěn)定的要求。SIROX 蒸汽流量不是造成烘絲過程不穩(wěn)定的主要原因。

2.2 “進(jìn)料水分”穩(wěn)定性研究

（1）筒壁溫度調(diào)節(jié)模式下“進(jìn)料水分”梯度測試及線性回歸分析。以廬山（新）牌號卷煙作為研究對象，通過對煙片預(yù)處理段松散回潮工序加水比例值進(jìn)行設(shè)置，并保障其他生產(chǎn)過程中環(huán)境條件一致，確保烘絲工序的入口水分值呈梯度變化——以中心值為基準(zhǔn)，0.3%為梯度，上下各做3 個(gè)梯度的要求，出口水分達(dá)到廬山（新）12.5%±0.5%的要求，固定熱風(fēng)溫度，允許筒壁溫度自主調(diào)節(jié)，研究烘絲來料水分與筒壁溫度的對應(yīng)關(guān)系（表3）。

表3 廬山（新）筒壁溫度調(diào)節(jié)模式下來料水分梯度測試原始數(shù)據(jù)

通過Mintab16軟件輔助分析得出：廬山（新）牌號“筒壁溫度”與“進(jìn)料水分”的回歸方程為：筒壁溫度=7.4+6.69 進(jìn)料水分。

KLS-2 薄板式滾筒烘絲機(jī)在生產(chǎn)和廬山（新）牌號過程中，針對“進(jìn)料水分”的梯度測試結(jié)果，“筒壁溫度“”與“進(jìn)料水分”具有強(qiáng)相關(guān)性，且均可用線性回歸方程Y=a×X+b（Y 代表筒壁溫度、X 代表進(jìn)料水分）表示，廬山（新）的線性回歸方程中系數(shù)a 為6.69，鑒于此可推測“筒壁溫度”與“進(jìn)料水分”的導(dǎo)數(shù)值為，即入口水分上升0.1%，筒壁溫度上升約為0.67℃。

（2）熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)模式下“進(jìn)料水分”梯度測試及線性回歸分析。以廬山（新）牌號卷煙作為研究對象，通過對煙片預(yù)處理段松散回潮工序加水比例值進(jìn)行設(shè)置，并保障其他生產(chǎn)過程中環(huán)境條件一致，確保烘絲工序的入口水分值呈梯度變化——以中心值為基準(zhǔn)，0.3%為梯度，上下各做3 個(gè)梯度的要求，出口水分達(dá)到廬山（新）12.5%±0.5%的要求，固定筒壁溫度148±3℃，允許熱風(fēng)溫度自主調(diào)節(jié)，研究烘絲來料水分與筒壁溫度的對應(yīng)關(guān)系（表4）。

表4 廬山（新）熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)模式下來料水分梯度測試原始數(shù)據(jù)

通過Mintab16 軟件輔助分析得出：廬山（新）牌號“熱風(fēng)溫度”與“進(jìn)料水分”的回歸方程為：熱風(fēng)溫度=-386+23.3 進(jìn)料水分。

KLS-2 薄板式滾筒烘絲機(jī)在生產(chǎn)廬山（新）牌號過程中，針對“進(jìn)料水分”的梯度測試結(jié)果，“筒壁溫度”與“進(jìn)料水分”具有強(qiáng)相關(guān)性，且均可用線性回歸方程（Y 代表熱風(fēng)溫度、X 代表進(jìn)料水分）表示，廬山（新）的線性回歸方程中系數(shù)a 為23.3，鑒于此可推測“熱風(fēng)溫度”與“進(jìn)料水分”的導(dǎo)數(shù)值為，即入口水分上升0.1%，熱風(fēng)溫度上升約為2.23℃。

2.3 “進(jìn)料流量”穩(wěn)定性研究

（1）筒壁溫度調(diào)節(jié)模式下“進(jìn)料流量”梯度測試及線性回歸分析。以金圣（廬山）卷煙作為研究對象，通過保障生產(chǎn)過程中環(huán)境條件一致性，確保Sirox 入口水分的一致，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)入口水分為20.5%±0.5%，出口水分為金圣（廬山）12.2%±0.5%的要求，固定熱風(fēng)溫度，允許筒壁溫度自主調(diào)節(jié)。設(shè)置滾筒烘絲機(jī)工藝參數(shù)“進(jìn)料流量”值呈梯度變化——以中心值為基準(zhǔn)，200kg/h為梯度，上下各做3 個(gè)梯度，研究來料流量與筒壁溫度的對應(yīng)關(guān)系（表5）。

表5 金圣（廬山）筒壁溫度調(diào)節(jié)模式下進(jìn)料流量梯度測試原始數(shù)據(jù)

通過Mintab16 軟件輔助分析得出：金圣（廬山）牌號“筒壁溫度”與“進(jìn)料流量”的回歸方程為：筒壁溫度=74.5+0.0214 進(jìn)料流量。

KLS-2 薄板式滾筒烘絲機(jī)在生產(chǎn)金圣（廬山）牌號過程中，針對“進(jìn)料流量”的梯度測試結(jié)果，“筒壁溫度”與“進(jìn)料流量”有強(qiáng)相關(guān)性，且均可用線性回歸方程Y=a×X+b（Y 代表筒壁溫度、X 代表進(jìn)料流量）表示，廬山（新）的線性回歸方程中系數(shù)a 為0.0214，鑒于此，可推測“筒壁溫度”與“進(jìn)料流量”的導(dǎo)數(shù)值為，即進(jìn)料流量每上升200kg/h，筒壁溫度上升約為4℃。

（2）熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)模式下“進(jìn)料流量”梯度測試及線性回歸分析。以金圣（廬山）牌號卷煙作為研究對象，通過保障生產(chǎn)過程中環(huán)境條件一致性，確保Sirox 入口水分的一致，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)入口水分為20.5%±0.5%，出口水分為金圣（廬山）12.2%±0.5%的要求，固定筒壁溫度，允許熱風(fēng)溫度自主調(diào)節(jié)。設(shè)置滾筒烘絲機(jī)工藝參數(shù)“進(jìn)料流量”值呈梯度變化——以中心值為基準(zhǔn)，200Kg/h為梯度，上下各做3 個(gè)梯度，研究來料流量與筒壁溫度的對應(yīng)關(guān)系（表6）。

表6 金圣（廬山）熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)模式下進(jìn)料流量梯度測試原始數(shù)據(jù)

通過Mintab16 軟件輔助分析得出：廬山（新）牌號“熱風(fēng)溫度”與“進(jìn)料水分”的回歸方程為：熱風(fēng)溫度=-72.9+0.0519 進(jìn)料流量。

KLS-2 薄板式滾筒烘絲機(jī)在生產(chǎn)金圣（廬山）牌號過程中，針對熱風(fēng)溫度控制模式“進(jìn)料流量”的梯度測試結(jié)果，“筒壁溫度”與“進(jìn)料流量”具有強(qiáng)相關(guān)性，且均可用線性回歸方程Y=a×X+b（Y 代表筒壁溫度、X代表進(jìn)料流量）表示，金圣（廬山）的線性回歸方程中系數(shù)a 分別為0.0519 基本一致，鑒于此，可推測“熱風(fēng)溫度”與“進(jìn)料流量”的導(dǎo)數(shù)值為，即進(jìn)料流量每上升200kg/h，熱風(fēng)溫度上升約為12℃。

2.4 對比分析

由表7 可知，KLS-2 薄板式滾筒烘絲機(jī)在“筒壁溫度控制模式”下，其來料流量梯度測試和來料水分梯度測試的系數(shù)a 值都小于“熱風(fēng)溫度控制模式”下，說明KLS-2 薄板式滾筒烘絲機(jī)在“筒壁溫度控制模式”下生產(chǎn)加工過程的穩(wěn)定性更高，設(shè)備自動化調(diào)節(jié)能力反饋更迅速，調(diào)節(jié)幅度更小相應(yīng)的溫度調(diào)節(jié)范圍更廣，調(diào)節(jié)能力更精確，非穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間更短，過程更容易進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。

表7 筒壁溫度和熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)模式穩(wěn)定性對比

3 結(jié)語

（1）SIROX 增溫增濕設(shè)備在烘絲工序中基本滿足其對物料進(jìn)行增溫增濕處理過程中物料水分增加值一致且過程穩(wěn)定的要求。SIROX 蒸汽流量不是造成烘絲過程不穩(wěn)定的主要原因。

（2）初步推導(dǎo)KLS-2 滾筒烘絲機(jī)分別在筒壁溫度調(diào)節(jié)模式和熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)模式下，進(jìn)料水分、進(jìn)料流量對調(diào)節(jié)溫度的線性回歸方程：

筒壁溫度=7.4+6.69 進(jìn)料水分；

熱風(fēng)溫度=-386+23.3 進(jìn)料水分；

筒壁溫度=74.5+0.0214 進(jìn)料流量；

熱風(fēng)溫度=-72.9+0.0519 進(jìn)料流量。

KLS-2 滾筒烘絲機(jī)的筒壁溫度調(diào)節(jié)模式比熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)模式調(diào)節(jié)能力更精確，非穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間更短，穩(wěn)定性更高。