淺析烘絲機(jī)設(shè)備參數(shù)與工藝加工質(zhì)量的關(guān)系

鐘軍 陳光榮 江銘

摘要：以烘絲機(jī)為例論述設(shè)備設(shè)計(jì)的參數(shù)與產(chǎn)品之間的關(guān)系，列舉了烘絲機(jī)內(nèi)煙絲運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型、煙絲滯留時(shí)間、筒體干燥過(guò)程控制、物料干燥的衡算、設(shè)備相關(guān)參數(shù)等與煙絲加工之間關(guān)系，分析了 HAUNI 烘絲機(jī)常見(jiàn)的干頭干尾產(chǎn)生的原因及改進(jìn)措施，通過(guò)設(shè)備改進(jìn)和控制模式優(yōu)化，大大減少了烘絲過(guò)程中產(chǎn)生的干頭干尾量，運(yùn)行結(jié)果表明，改進(jìn)后與改進(jìn)前相比，烘絲機(jī)產(chǎn)生的干頭干尾量由 110kg 降低到 20kg。

關(guān)鍵詞：筒體 運(yùn)動(dòng) 滯留時(shí)間 衡算 干頭干尾

引言

HAUNIHAUNI 烘絲機(jī)的工作原理及運(yùn)行狀態(tài)如下描述：

物料在烘絲筒中向前運(yùn)行時(shí)，蒸氣經(jīng)管路系統(tǒng)至旋轉(zhuǎn)接頭后進(jìn)人烘絲筒內(nèi)的簿板夾層中，不斷地給煙絲間接加熱;熱空氣從前室、后室進(jìn)入烘筒內(nèi)，濕物料在抄板的作用下，把物料分散在干燥用的煙道氣中，向前移動(dòng)，濕物料得到了載熱體的給熱，物料直接從氣流中獲得熱量，同時(shí)水分汽化，達(dá)到加快干燥，確保物料干燥均勻。烘絲過(guò)程中產(chǎn)生的濕熱空氣和粉塵經(jīng)過(guò)網(wǎng)笆將氣體內(nèi)所帶物料捕集下來(lái)，并由風(fēng)機(jī)抽到除塵器中經(jīng)除塵后排放。

設(shè)備起動(dòng)后概括地分為空料狀態(tài)（基本狀態(tài)、壓力建立狀態(tài)、預(yù)熱狀態(tài)、冷卻狀態(tài)）和有料狀態(tài)（起動(dòng)狀態(tài)、生產(chǎn)狀態(tài)、高速倒料狀態(tài)、重新起動(dòng)狀態(tài)）兩大類(lèi)

一、筒體運(yùn)動(dòng)分析（以烘絲機(jī)為例）

物料在加工過(guò)程中，物料在滾筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)從開(kāi)始到結(jié)束的滯留時(shí)間是影響加工效果的關(guān)鍵因素之一。

物料運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建立

1.1 物料運(yùn)動(dòng)的物理過(guò)程分析

物料通過(guò)振槽輸送至滾筒的進(jìn)料口的導(dǎo)料板上，在滾筒壁和滾筒內(nèi)抄板的共同作用下做拋灑運(yùn)動(dòng)，灑落過(guò)程中，物料在重力和氣流的推動(dòng)力作用下落入滾筒底部，再次被抄板提升作重復(fù)運(yùn)動(dòng)。滾筒的傾斜角使得物料沿軸向的前進(jìn)移動(dòng)。由此可知，煙絲運(yùn)動(dòng)與滾筒結(jié)構(gòu)因素（滾筒直徑、滾筒傾角、滾筒轉(zhuǎn)速、抄板數(shù)目）及其物理特性（煙絲形狀，煙絲間的摩擦力等）有關(guān)。

1.2 煙絲運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建立

煙絲在滾筒內(nèi)作周期性運(yùn)動(dòng)的每個(gè)周期可劃分為 2 個(gè)階段。第 1 個(gè)階段：在轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒和抄板作用下，煙絲隨滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)被提升，作軸向圓周運(yùn)動(dòng);第 2 階段：在重力和干燥介質(zhì)推動(dòng)力的作用下，煙絲飄落的過(guò)程是在空間里作拋物線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。煙絲的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期可劃分為一個(gè)單元，每個(gè)單元包括圓周運(yùn)動(dòng)和拋灑運(yùn)動(dòng)2 個(gè)階段。

根據(jù)圓周方程，拋物線(xiàn)方程，流體動(dòng)力學(xué)方程，最后可以得出煙絲在筒體內(nèi)的滯留時(shí)間為：

T=（t×l）/c

式中：l—滾筒長(zhǎng)度;c—滾筒中每轉(zhuǎn)一圈煙絲的軸向位移。其中 c是系數(shù)

實(shí)際測(cè)試運(yùn)用中可以采用：T=60×W/F

式中 W—某一穩(wěn)定條件下滾筒內(nèi)的煙絲重量;F—煙絲流量;

二、筒體物料干燥分析

這里就烘絲機(jī)的物料干燥過(guò)程進(jìn)行理論計(jì)算，通過(guò)熱風(fēng)風(fēng)門(mén)、熱風(fēng)溫度、HT 蒸汽壓力、筒體轉(zhuǎn)速、熱風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度、出口負(fù)壓等參數(shù)值的適當(dāng)設(shè)定可以達(dá)到既縮小筒壁溫度的波動(dòng)又調(diào)整筒壁溫度

三、烘絲機(jī)干燥參數(shù)與設(shè)備參數(shù)設(shè)計(jì)

1、對(duì)于烘絲機(jī)設(shè)計(jì)是依據(jù)如下內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)：物料衡算和熱量衡算：

（1）計(jì)算水分蒸發(fā)量及干燥產(chǎn)品量

利用公式：W=G C （X 1 -X 2 ）計(jì)算出水分蒸發(fā)量

利用公式：G C =G 1 ÷（1+X 1 ）計(jì)算出絕干物料量

（2）空氣消耗量

利用公式：L=W÷（H 2 -H 0 ）計(jì)算出空氣消耗量

（3）干燥系統(tǒng)所需總熱量

利用公式：Q=L（I 1 -I 0 ）+L（I 2 -I 1 ）+G C （I V -I 1 ）+Q 2 計(jì)算出干燥系統(tǒng)所需總熱量

2、設(shè)備參數(shù)計(jì)算及確定：

實(shí)際在烘絲機(jī)干燥物料過(guò)程中，一般其工作過(guò)程可以分為三段：第一段為預(yù)熱段。第二段為蒸發(fā)段。第三段為加熱段

（1）筒體直徑、長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速、傾斜率之間的關(guān)系可以根據(jù)烘絲機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)最大能力來(lái)進(jìn)行計(jì)算。其根據(jù)的原理是容積傳熱系數(shù)、空氣速度、進(jìn)氣溫濕度、尾氣溫濕度來(lái)計(jì)算。

（2）熱風(fēng)風(fēng)機(jī)和加熱器的計(jì)算：

通過(guò)前面計(jì)算出來(lái)的風(fēng)量、風(fēng)速計(jì)算出風(fēng)機(jī)能力大小及管道尺寸，所需的溫濕度來(lái)計(jì)算加熱器能力的大小。

① 風(fēng)機(jī)的選型：

風(fēng)機(jī)所需的風(fēng)量是根據(jù)空氣的質(zhì)量與濕容積的乘積而定的，考慮漏風(fēng)及儲(chǔ)備，需乘以 1.5 的系數(shù)，風(fēng)量參數(shù)還須知道風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓參數(shù)，即根據(jù)流體的阻力而定。

② 加熱器能力計(jì)算：

載熱體進(jìn)口溫度設(shè)定為 100℃，其載熱體進(jìn)口溫度小于 160℃，則加熱器采用蒸汽加熱器，根據(jù)熱量衡算的輸入熱量可知加熱器傳給載熱體的總熱量，結(jié)合已知載熱體進(jìn)入干燥器的溫度、出口溫度要求，傳熱面積、傳熱系數(shù)來(lái)可選擇合適的加熱器。

③抄板數(shù)量：

抄板塊數(shù)與圓筒直徑有關(guān)，一般塊數(shù)與圓筒直徑的關(guān)系是：n 1 =（10～14）D（D 為筒體直徑）。

產(chǎn)生干頭干尾的原因分析

（1）由于烘絲機(jī)的排潮風(fēng)門(mén)、熱風(fēng)風(fēng)門(mén)以及熱風(fēng)前后分配風(fēng)門(mén)均為手動(dòng)調(diào)節(jié)，不能根據(jù)工作狀態(tài)的變化靈活進(jìn)行調(diào)整。

（2）起動(dòng)狀態(tài)：煙絲流量是由小到大逐步趨于穩(wěn)定的，由于烘絲機(jī)是一個(gè)大滯后、大慣性系統(tǒng)，煙絲開(kāi)始通過(guò)滾筒時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生干頭煙絲。

（3）尾料狀態(tài)：當(dāng)烘絲機(jī)的入口電子秤檢測(cè)無(wú)料后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入尾料控制，尾料時(shí)長(zhǎng)與筒體轉(zhuǎn)速、風(fēng)速等參數(shù)相關(guān)。因此通過(guò)以下幾個(gè)方面調(diào)節(jié)：

①烘絲機(jī)人口電子秤的流量控制;

②滾筒速度的控制;

③熱風(fēng)風(fēng)機(jī)速度的控制;

④排潮風(fēng)門(mén)的控制;

⑤HT 硫化床飽和蒸氣直噴蒸氣閥的控制;

⑥熱風(fēng)風(fēng)門(mén)的控制。

HAUNl 8000kg/h 烘絲機(jī)通過(guò)設(shè)備改進(jìn)和控制模式優(yōu)化，大大減少了烘絲過(guò)程中產(chǎn)生的干頭干尾量，據(jù)統(tǒng)計(jì)，改進(jìn)前烘絲機(jī)產(chǎn)生的干頭干尾量為 110kg，改進(jìn)后降低到 20kg，達(dá)到了降低消耗、穩(wěn)定提高產(chǎn)品質(zhì)量的效果。

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