CN102621178A - 一种滚筒干燥过程中烟丝热物性在线测试装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种滚筒干燥过程中烟丝热物性在线测试装置，其特征在于：该在线测试装置适于安装在小型滚筒干燥装置中使用，包括烟丝取样单元、热物性测试单元、在线温度测量单元。本发明的在线测试方法是通过烟丝取样单元对干燥至某一特定状态（含水率、温度）自然堆积状态下的烟丝进行取样，并利用热物性测试单元测定烟丝的导热系数、热扩散系数和体积热容。本发明相比现有技术具有如下优点：可以在线测定自然堆积状态下烟丝温度、导热系数、热扩散系数以及体积热容。测试时间较短，数据重复性及稳定性好。

Description

一种滚筒干燥过程中烟丝热物性在线测试装置和方法
技术领域
本发明属于烟草加工中烟丝的热物性测量技术，具体涉及一种滚筒干燥过程中烟丝热物性在线测试装置和方法，可测定烟丝在不同滚筒干燥条件下（筒壁温度、滚筒转速，热风温度等条件）干燥至某一含水率和温度时的导热系数、热扩散系数以及体积热容等。
 
背景技术
烟草的加工涉及一系列的热加工过程，导热系数、热扩散系数、体积热容等热物性数据与传导传热过程密切相关，是对热加工过程进行基础研究、分析计算和工程设计的关键参数。烟草热物性受到烟草堆积密度、热流方向、温度和含水率以及烟草种类等多种因素的影响。烟草的热物性不同，在生产中采用的加工控制参数也不同。
目前烟丝加工过程主要是通过改变工艺参数来改变烟丝的处理环境，处理环境变化将带来烟草热物性改变，这将影响加工中的传质传热过程以及在制品加工质量的变化。常规的热物性测定实验都是常温下测定非加工状态下具有一定含水率的烟丝热物性，而实际生产中往往需要综合考虑温度、含水率对烟丝热物性的影响，因此，实现在线测量一定含水率及温度下烟丝的热物性是非常有必要的。
 
发明内容
本发明的目的正是基于上述现状而专门设计的一种滚筒干燥过程中烟丝热物性在线测试装置和方法，利用本发明可以实现在滚筒烘丝机内，对干燥至某一特定状态（含水率、温度）自然堆积状态下的烟丝进行取样，并测定热物性（导热系数、热扩散系数和体积热容等）。测试时间较短，数据稳定性重复性好，同时实验后的样品可以随时取样，测定含水率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的滚筒干燥过程中烟丝热物性在线测试装置，适于安装在小型滚筒干燥装置中使用，包括烟丝取样单元、热物性测试单元、在线温度测量单元；所述烟丝取样单元由烟丝取样容器、与该容器连接在一起的柱状管以及设置在这两者连接处的固定挡板组成，柱状管另一端连接在立架上；所述热物性测试单元由依次通过检测导线连接的检测探头、热物性分析仪、电脑及软件构成，检测探头设置在烟丝取样容器中并通过固定件固定；所述在线温度测量单元由温度传感器和与温度传感器通过补偿导线连接的温度记录仪构成，温度传感器设置在烟丝取样容器中。
柱状管通过卡槽与立架相连接，柱状管的上下位置通过卡槽在立架的固定位置上下调整。
本发明所用的温度传感器为热电偶。
烟丝取样容器和固定挡板均由绝热材料制成，以适应滚筒中的高温环境。
本发明的在线测试方法为：通过烟丝取样单元对干燥至某一特定状态（含水率、温度）自然堆积状态下的烟丝进行取样，并利用热物性测试单元测定烟丝的导热系数、热扩散系数和体积热容。
具体测试过程如下：开启热物性分析仪预热1小时，同时调整小型滚筒干燥装置至设定工艺条件，将一定量一定含水率的烟丝放入小型滚筒干燥装置中，对烟丝处理一定的时间后，放入该发明装置，对样品在线取样，同时开启温度检测单元检测和记录烟丝的温度数据T，经10s左右，取样容器中充满被测烟丝样品。此时开启预热好的热物性分析仪，测定烟丝的热物性，测试完成通过集成的分析软件得到烟丝的导热系数、热扩散系数和体积热容。检测结束后，移出被测样品称重，计算松散堆积状态下被测烟丝的堆积密度ρp，同时取样，利用烘箱法检测该样品的含水率M。热物性分析仪检测得到的热物性数据（导热系数、热扩散系数和体积热容），即为在一定的温度T、含水率M和堆积密度ρp的在线数据。
本发明相比现有技术具有如下优点：
（1）              可以在线测定自然堆积状态下烟丝温度、导热系数、热扩散系数以及体积热容。
（2）              测试时间较短，数据重复性及稳定性好。
 
附图说明
图1本发明测定装置结构示意图
图1中：1是烟丝取样容器，2是探头，3是探头固定件，4是探头及导线固定架，5是热电偶，6是柱状管，7是检测导线，8是卡槽，9是温度记录仪，10是高度旋纽，11是立架，12是底座，13是滚筒内抄板，14是烟草复合传热式小型滚筒干燥装置的滚筒，15是热物性分析仪，16是电脑及软件，17是固定挡板。
 
具体实施方式
本发明以下结合附图做进一步描述：
如图所示：本发明的滚筒干燥过程中烟丝热物性在线测试装置，适于安装在小型滚筒干燥装置中使用，包括烟丝取样单元、热物性测试单元、在线温度测量单元；所述烟丝取样单元由烟丝取样容器（1）、与该容器连接在一起的柱状管（6）以及设置在这两者连接处的固定挡板（17）组成，柱状管（6）另一端通过卡槽（8）与立架（11）相连接，柱状管的上下位置通过卡槽在立架（11）的固定位置上下调整。所述热物性测试单元由依次通过检测导线（7）连接的检测探头（2）、热物性分析仪（15）、电脑及软件（16）构成，检测探头（2）设置在烟丝取样容器（1）中并通过固定件（3）固定；所述在线温度测量单元由温度传感器（即热电偶5）和与温度传感器通过补偿导线连接的温度记录仪（9）构成，温度传感器设置在烟丝取样容器中。
具体结构组成及连接过程如下：
烟丝取样单元是由烟丝取样容器（1）、穿装检测导线（7）的柱状管（6）和其连接处的固定挡板（17）组成，柱状管（6）另一端通过卡槽（8）与立架（11）相连接，柱状管（6）的上下位置通过卡槽在立架的固定位置上下调整。热物性测试单元是由在烟丝取样容器中心位置设置检测探头（2）、检测导线（7）、热物性分析仪（15）、电脑及相关软件（16）等组成，探头（2）通过固定件（3）固定，其中检测探头（2）通过检测导线（7）与热物性分析仪（15）连接，检测导线（7）经探头及导线固定架（3）后通过柱状管（6）、卡槽（8）及立架（11）后连接至热物性分析仪（15）上，热物性分析仪检测信号通过数据连接线连接电脑对数据进行分析后得到检测结果。在线温度测量单元是由固定于烟丝取样容器（1）中的带有补偿导线的热电偶（5）与温度记录仪（9）组成。
本发明以下结合具体实例将检测过程及结果详述如下：
开启热常数分析仪预热1小时，同时调整小型滚筒干燥装置至滚筒壁温120℃，热风温度130℃，转速9rpm后，将500 g                                               
Figure 2012100606898100002DEST_PATH_IMAGE002
5 g，湿基含水率22%
Figure 927365DEST_PATH_IMAGE002
0.5% 的烟丝放入小型滚筒干燥装置中，对烟丝处理6’18’’后，放入该发明装置，对样品在线取样，同时开启温度检测装置检测和记录取样装置中烟丝的温度数据T，经20s左右，取样装置中充满被测烟丝样品。此时开启预热好的热物性分析仪（15），测定烟丝的热物性，测试完成通过电脑及相关软件（16）得到烟丝的导热系数、热扩散系数和体积热容。检测结束后，移出被测样品称重，计算松散堆积状态下被测烟丝的堆积密度ρp，同时取样，利用烘箱法检测该样品的含水率M。热物性分析仪检测得到的热物性数据（导热系数、热扩散系数和体积热容），即为在一定的温度T、含水率M和堆积密度ρp的在线数据。将该实施例在滚筒壁温120℃，热风温度130℃，转速9rpm下重复5次，结果如表1所示。
表1烟丝含水率为12.5%时烟丝含水率、温度、堆积密度、热物性
实验次数 1 2 3 4 5 平均值 标准偏差
含水率M（%） 12.15 12.46 12.73 12.52 12.92 12.52 0.3033
温度T(℃) 64.6 67.2 64.9 66.6 67.0 66.06 1.2198
堆积密度ρp (kg/m3) 130 133 129 130 128 130 1.8708
导热系数(W/m·K) 0.1313 0.1318 0.1271 0.1309 0.1348 0.13118 0.0027
热扩散系数(mm2/s) 0.2368 0.1954 0.1874 0.2472 0.1861 0.21058 0.0291
体积热容(MJ/m3·K) 0.5545 0.6745 0.6783 0.5298 0.7243 0.63228 0.0850

Claims (5)

1. 一种滚筒干燥过程中烟丝热物性在线测试装置，其特征在于：该在线测试装置适于安装在小型滚筒干燥装置中使用，包括烟丝取样单元、热物性测试单元、在线温度测量单元；所述烟丝取样单元由烟丝取样容器、与该容器连接在一起的柱状管以及设置在这两者连接处的固定挡板组成，柱状管另一端连接在立架上；所述热物性测试单元由依次通过检测导线连接的检测探头、热物性分析仪、电脑及软件构成，检测探头设置在烟丝取样容器中并通过固定件固定；所述在线温度测量单元由温度传感器和与温度传感器通过补偿导线连接的温度记录仪构成，温度传感器设置在烟丝取样容器中。
2.根据权利要求1所述的滚筒干燥过程中烟丝热物性在线测试装置，其特征在于：柱状管通过卡槽与立架相连接，柱状管的上下位置通过卡槽在立架的固定位置上下调整。
3.根据权利要求1所述的滚筒干燥过程中烟丝热物性在线测试装置，其特征在于：温度传感器为热电偶。
4.根据权利要求1所述的滚筒干燥过程中烟丝热物性在线测试装置，其特征在于：烟丝取样容器和固定挡板均由绝热材料制成。
5.一种利用权利要求1中的在线测试装置进行测试烟丝热物性的方法，其特征在于：通过烟丝取样单元对干燥至某一特定状态（含水率、温度）自然堆积状态下的烟丝进行取样，并利用热物性测试单元测定烟丝的导热系数、热扩散系数和体积热容。
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