CN101882172A

CN101882172A - 烟丝烘干实验方法

Info

Publication number: CN101882172A
Application number: CN2010101862835A
Authority: CN
Inventors: 江威
Original assignee: China Tobacco Guangdong Industrial Co Ltd
Current assignee: China Tobacco Guangdong Industrial Co Ltd
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2010-11-10

Abstract

本发明公开一种烟丝烘干实验方法，包括：接收实验类型指令，选择实验类型；按照所选择实验类型，从预设的模型库中选择相应的烟丝烘干数学模型，包括气流空气动力学模型和干燥设备几何模型；接收所选择实验类型对应的实验参数，加入所选择数学模型；对所选择的数学模型进行模拟运算，获得烟丝烘干实验结果。通过计算机数值模拟烟丝烘干过程，可以方便地获得烟丝烘干过程中的气流参数及温度等分布参数，节省实验成本，加快实验周期。

Description

烟丝烘干实验方法

技术领域

本发明涉及利用计算机进行数值仿真实验的方法，特别涉及一种烟丝烘干实验方法。

背景技术

烟丝烘干是烟草行业中的一个重要生成过程，加工参数对于产品的感官质量、化学成分有着十分重要的影响。由于烟丝烘干机中的气流运动状况与温度分布状况很难测试，通过常规方法难以获得全部数据。目前，已有通过实验机获得烟草加工参数的实验方法，但存在组织实验困难、花费成本及时间相对较多等缺陷，不利于普遍推广使用。由于烟丝烘干实验手段的限制，导致产品研制、生产周期较长，不利于提升企业的竞争力，这就有必要研究一种更为简便、有效的烟丝烘干实验方法。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种烟丝烘干实验方法，可以方便地获得烟丝烘干过程中的气流参数及温度等分布参数。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是，一种烟丝烘干实验方法，包括：

接收实验类型指令，选择实验类型；

按照所选择实验类型，从预设的模型库中选择相应的烟丝烘干数学模型，包括气流空气动力学模型和干燥设备几何模型；

接收所选择实验类型对应的实验参数，加入所选择数学模型；

对所选择的数学模型进行模拟运算，获得烟丝烘干实验结果。

干燥设备几何模型包括气流干燥设备几何模型，包括：

一级模型，对应工艺蒸汽流经燃烧炉加热后的水平管；

二级模型，对应与水平管连通的烟丝干燥上升管；

三级模型，对应与干燥上升管顶端连通的旋风分离器。

实验类型包括气流分布状况实验，其气流分布实验的实验参数包括干燥上升管的气流速度、气流温度及气体密度。

气流分布实验的实验结果包括蒸汽流的流线图。

实验类型包括温度分布状况实验，其实验参数包括喷入蒸汽流量。

实验类型包括烟丝运动实验，其实验参数包括烟丝流量、入口烟丝含水率及干燥除去水速度。

以水珠颗粒模型模拟选定含水率及流量的烟丝。

对实验结果进行分析与评价，优选产品的加工参数。

干燥设备几何模型包括滚筒干燥设备几何模型，包括滚筒几何模型及滚筒内部抄板几何模型。

气流空气动力学模型包括气流连续性方程、动量方程、能量方程。

与现有技术相比，本发明通过计算机技术模拟烟丝烘干过程，可获得烟丝烘干过程的气流及温度分布等参数，实验不受场地与时间限制，实施起来较为方便。这种实验方法的周期较短，有利于加快产品研制进程，同时也节约了生产成本，提高了企业的市场竞争力。

附图说明

图1是本发明烟丝烘干实验方法流程图。

具体实施方式

本发明的基本构思是，采用计算机手段模拟烟丝烘干过程，获得烟丝烘干过程的气流及温度等参数。

下面结合附图与具体实施例进行说明。

参见图1，烟丝烘干数值模拟实验方法包括以下步骤：

S101、接收实验类型指令，选择实验类型。

烟丝烘干实验过程可以测试多种参数，因此设有多种实验类型，如气流分布状况实验、温度分布实验、烟丝运动实验等等。接收到实验类型指令后，即可选择相应实验类型并进行后续流程。

S102、按照所选择实验类型，从预设的模型库中选择相应的烟丝烘干数学模型。

根据烟丝烘干设备的特点，预先建立相应地数学模型，包括气流空气动力学模型(气流连续性方程、动量方程、能量方程等)、及干燥设备几何模型，编制成相应模块软件存入模型库中。当选择相应实验类型后，即可从模型库中调取相应的软件模块，建立起数值实验方法所需要的数学模型。

S103、接收所选择实验类型对应的实验参数，加入所选择数学模型。

针对所选择数学模型，加入实验所必须的参数如边界条件等，使得实验过程在预设工艺条件下进行，保证实验结果具有较高的置信度。

S104、对所选择的数学模型进行模拟运算，获得烟丝烘干实验结果。

完成上述步骤后，即可上机对烟丝烘干过程进行模拟运算，获得相应的数据、图表或图像等实验结果。这些结果可进一步分析评价，如满足预期要求，则可根据所选择实验参数确定工艺参数。

S105、判断是否继续实验，

若是，返回步骤S103；

若否，进入步骤S106。

实验过程往往需要重复进行，此时需重新选择实验参数，否则可终止数值模拟过程。

S106、对实验结果进行人工分析与评价，优选产品的加工参数。

通过数值模拟得到的结果一般需要通过人工评价与分析，以便筛选出合适的工艺参数，保证产品质量。当然，对于某些特定类型实验，此过程也可通过专家智能系统进行，在此不再赘述。

上述实验方法应用十分方便，下面以两个应用实例进行说明。

例1、气流干燥方式

气流管式干燥应用于粉粒状物的干燥、分离，目前国内烟草行业使用的气流干燥设备主要有Dickinson legg公司的HXD高温气流式叶丝干燥机和德国HAUNI公司的HDT过热蒸气干燥机。在这种方式下，除建立空气动力学模型、气流干燥设备的几何模型外，还可进一步考虑以下因素：

气流干燥器机的传热，因气流干燥机内气流与烟丝之间主要以对流传热为主，需引入对流传热方程；

气流干燥器机的传质，需引入气流干燥机内气流与烟丝之间的传质过程模型；

液滴蒸发模型，需引入考虑液滴蒸发速率方程等。

对于德国HAUNI公司生产的一种在线高速膨胀干燥系统(HDT)，预设烟丝烘干数学模型包括气流干燥设备几何模型，包括：

一级模型，对应工艺蒸汽流经燃烧炉加热后的水平管；

二级模型，对应与水平管连通的烟丝干燥上升管；

三级模型，对应与干燥上升管顶端连通的旋风分离器。

该几何模型较好地模拟了HDT设备，可进行气流分布状况、温度分布状况、烟丝运动等实验，其中：

气流分布实验的实验参数包括干燥上升管的气流速度、气流温度及气体密度等，其实验结果包括蒸汽流的流线图；

温度分布状况实验的实验参数包括喷入蒸汽流量等；

烟丝运动实验的实验参数包括烟丝流量、入口烟丝含水率及干燥除去水速度等，具体可以水珠颗粒模型模拟所选择含水率及流量的烟丝。

按照上述方法进行实验，可得到多种实验结果，以下为几种实验情形的结果：

(1)HDT干燥段工艺气流流线

表1列出的边界条件为HDT工艺参数，实验结果表明气流经水平管到达干燥上升管后气流速度下降，在旋风分离器内气流速度下降更快；气流围绕旋风分离器中心线到达底部后又从底部螺旋上升到顶部，进入到气流回风管中，在回风管中气流被加速，在出口处速度达到最大值。

表1、HDT干燥段工艺参数

气流速度	气流温度	气体密度	烟丝流量	入口烟丝含水率	干燥除去水速度	喷入蒸汽流量
气流速度	气流温度	气体密度	烟丝流量	入口烟丝含水率	干燥除去水速度	喷入蒸汽流量	25m/s	250℃	0.6kg/m3	500kg/h	22％	52kg/h	120kg/h

(2)HDT干燥上升管中的烟丝运动

采用表1中的工艺参数，将水分为22％流量为500kg/h的烟丝，换算成110kg/h的水珠颗粒模型，通过水珠颗粒模型模拟干燥过程中的传质过程，水珠颗粒直径越小表示干燥中烟丝水分越小。为减少计算量，截取干燥上升管作为几何模型，可得到干燥上升管中水珠颗粒直径变化图。实验结果表明：干燥过程中，烟丝入口处到干燥管的弯头附近，水珠颗粒直径下降最快，干燥管顶端水珠颗粒直径下降最慢；这也就表明烟丝入口到弯头处干燥速度最快，干燥管顶端干燥速度最慢。

(3)HDT干燥上升管中喷入蒸汽的水分传质速度

HDT在烟丝入料口上设有蒸汽喷管，在烟丝进料时喷加蒸汽，对烟丝起到增温增湿的作用。喷入蒸汽在干燥管中水分的传质过程实验结果表明：喷入蒸汽在工艺风推动下射向弯头处，主要传质过程集中在蒸汽喷入口到弯头这一块区域；弯头的几何尺寸影响蒸汽水分的传质过程，如果弯头半径过小，蒸汽喷射会使烟丝在弯头处结绳并且出现湿团。

例2、滚筒干燥方式

滚筒干燥比较气流干燥而言，具有热能利用效率高、产品的干燥质量稳定、产品香气散失少的优点。但这种干燥设备中的气流运动状况很难现场测试，为此需建立的数学模型：

首先，引入气流连续性方程、动量方程及能量方程等；其次，根据滚筒干燥设备的实际尺寸，建立滚筒干燥几何模型，包括滚筒(包括热风管、抽风管、进料口、出料口)几何模型、滚筒内部抄板几何模型等；

再次，对该几何模型进行网格划分，建立该几何空间模型的拓扑网格体系；

最后，将干燥设备工艺参数作为边界条件，利用有限体积法将描述干燥过程的连续性方程、动量方程、能量方程在几何空间模型的拓扑网格体系中离散迭代求解。

这样，在筒壁抄板温度控制、工艺气流温度控制、工艺气流速度控制等模式下，通过模拟实验得到对应滚筒干燥设备几何空间模型的空间各点的温度、压力、物质含量、传热传质量等物理量的数值。将这些数值用几何空间模型图上的色彩标示，即可以进一步分析各物理量在设备空间中的分布趋势和变化方向。

实验结果表明，热风进入滚筒的入口处速度最大，在筒中热风速度沿流动方向逐渐减小，滚筒右侧的热风风速大部分在0～1m/s，而实际测定实验线滚筒烘丝机中靠近出料端的风速为0.2m/s，说明模拟结果与实际测定数据相吻合。

由此可见，通过计算机技术模拟烟丝烘干过程，可获得烟丝烘干过程的气流及温度分布等参数，实验不受场地与时间限制，实施起来较为方便。这种实验方法的周期较短，有利于加快产品研制进程，同时也节约了生产成本，有助于提高企业的市场竞争力。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种烟丝烘干实验方法，其特征在于，包括：

接收实验类型指令，选择实验类型；

2.如权利要求1所述的烟丝烘干实验方法，其特征在于，干燥设备几何模型包括气流干燥设备几何模型，包括：

一级模型，对应工艺蒸汽流经燃烧炉加热后的水平管；

二级模型，对应与水平管连通的烟丝干燥上升管；

三级模型，对应与干燥上升管顶端连通的旋风分离器。

3.如权利要求2所述的烟丝烘干实验方法，其特征在于，实验类型包括气流分布状况实验，其气流分布实验的实验参数包括干燥上升管的气流速度、气流温度及气体密度。

4.如权利要求3所述的烟丝烘干实验方法，其特征在于，气流分布实验的实验结果包括蒸汽流的流线图。

5.如权利要求2所述的烟丝烘干实验方法，其特征在于，实验类型包括温度分布状况实验，其实验参数包括喷入蒸汽流量。

6.如权利要求2所述的烟丝烘干实验方法，其特征在于，实验类型包括烟丝运动实验，其实验参数包括烟丝流量、入口烟丝含水率及干燥除去水速度。

7.如权利要求6所述的烟丝烘干实验方法，其特征在于，以水珠颗粒模型模拟选定含水率及流量的烟丝。

8.如权利要求1所述的烟丝烘干实验方法，其特征在于，对实验结果进行分析与评价，优选产品的加工参数。

9.如权利要求1所述的烟丝烘干实验方法，其特征在于，干燥设备几何模型包括滚筒干燥设备几何模型，包括滚筒几何模型及滚筒内部抄板几何模型。

10.如权利要求1-9任一项所述的烟丝烘干实验方法，其特征在于，气流空气动力学模型包括气流连续性方程、动量方程、能量方程。