论文部分内容阅读
摘要 建立松散回潮过程水介质质量动态守恒模型，实现对松散回潮工序增湿过程的量化。通过对在线验证的结果分析，最后根据模型设定一定的出口烟叶水分，通过调整过程工艺水施加量，进一步证明了模型的实用性。
关键词 松散回潮；水介质；动态质量守恒
中图分类号 TS452 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）12-0201-02
Abstract We can achieve the quantification to the humidification process in the loosening and conditioning by building a dynamic mass conservation model to aqueous medium.Through the analysis to online verification results，the model reflects the changes of aqueous medium in the process of the loosening and conditioning.According to the model，set the moisture of export tobacco leaf，we adjust the quantities of process water and the result proves the model′s validity.
Key words loosening and conditioning； aqueous medium； dynamic mass conservation
烟叶松散回潮工序是将块状复烤后烟叶进行松散并增加烟叶的温度和水分，以满足本工序工艺质量要求和后序工序加工要求。在整个系统中参与水交换的主要有进料烟叶水分、出料烟叶水分、环境空气水分、排潮空气水分、直喷蒸汽、引射蒸汽、工艺水等几类[1]。
根据对烟叶增湿的要求，若忽略烟包内和烟包间烟叶水分的差异性，参与加工过程的所有水介质理论上是处于动态平衡状态，也就是物理学意义上的系统内部水质量守恒。根据守恒的定义，若在部分水介质可控的情况下，其他不可控的因素可以建立动态平衡方程，从而实现出口水分可控的目的。在松散回潮工序内，直喷蒸汽、引射蒸汽、工艺水可以直接获取或设定，进料烟叶水分、环境空气水分、排潮空气水分均可进行直接或间接测量或计算，那么根据水介质质量守恒原则，出料烟叶水分就能计算得到。
根据以上分析，松散回潮过程水介质质量守恒的模型结构应该为进料烟叶水分 吸入环境空气水分 直喷蒸汽 引射蒸汽 工艺水=排潮水分 出料烟叶水分，即：
1 模型因素定义
一是烟叶水分基于干基烟叶物料重量进行计算；二是排潮水分根据排潮管道内实测风速、湿度、温度、气压、管径计算；三是环境空气水分根据排潮内干空气量与环境吸入空气干空气量等量原则以及环境温度、湿度计算；四是直喷蒸汽、引射蒸汽、工艺水以在线实际值计算。
2 模型方程和模型各参数的表征
根据公式（1）模型结构，对各因素进行符号化，得到如下公式：
3 参数计算及数据采集
在模型方程中，min，ms，mg，mw直接在线记录，？准in，？准out可以通过取样检测获得，根据推导，得到：
根据热物理学理论知识可知，计算湿空气含水量运用以下热力学方程：
其中，p表示湿空气大气压，ps表示饱和湿空气水蒸汽分气压，d为干空气含湿量（单位为kg水/kg干空气），Rh表示湿空气相对湿度，t表示摄氏温度，ρ表示空气密度，Dp为排潮管道直径（单位为m），VP为排潮管道风速。
通过公式（4）～（7）可以计算排潮水量，而滚筒入口处环境空气的引入量则需要通过间接计算，具体方法是通过计算排潮过程干空气量反推环境空气总量，进而得到环境引入水量。
4 模型实验验证
为了避免不同等级原料的理化性质对原料吸湿性能的影响，选择黄山（金皖烟）L10A等级原料，共进行4次过程检测，期间调整直喷蒸汽施加量分别为70、90、100、115 kg/h进行验证。其中烟叶水分检测使用FED115热风干燥箱，排潮风速及温湿度使用testo-445多功能测量仪配风速和温湿度探头。具体记录和检测数据如下表1、2所示。
根据以上数据代入方程计算得到如下结果，如表3所示。从最终结果的修正值来看，修正值占输入水量（或输出水量）约5‰，符合水介质过程质量动态守恒的模型，因此该模型具有可信度。
为进一步证明该模型在生产中的实际应用，进行了一次目标出口水分为18.5%的实验。提前对L10A等级原料进行水分检测，在松散回潮加工开始后的稳定阶段实时测量排潮温湿度和风速，记录环境温湿度，固定直喷蒸汽和引射蒸汽量，即时调整工艺水量至理论流量，取该等级原料出口处样本进行水分检测，结果显示：进料流量5 000 kg/h，直喷蒸汽量100 kg/h，引射蒸汽量73 kg/h，计算值：工艺水量330 kg/h，排潮管径25 cm，排潮风速5.3 m/s，排潮温度48.1 ℃，排潮湿度100%，环境温度24.8 ℃，环境湿度50%，入口含水率11.29%，目标值：出口含水率18.5%。
根据模型计算，需要工艺水量为330 kg/h。最终对出口烟叶含水率进行检测得到结果为18.53%，与目标值完全吻合。
5 结论
水介质质量动态守恒模型符合生产实际过程中水的变化情况，且能够指导过程生产工艺控制。通过把握各变量之间的关系，能够实现以下作用：一是通过对过程设备参数、工艺参数的掌握，能够有目的地获得预想的松散回潮出口水分；二是为了实现某一特定松散回潮后烟叶水分，在原料贮存环境不能完全受控情况下可以通过调节过程工艺水施加量获得稳定水分的出口烟叶；三是通过对不同等级烟叶原料的水分的精准掌握，松散回潮工序控制过程可以结合烟叶加工顺序进行对工艺水施加量的精准控制，从而获得水分更加稳定的加工后烟叶，从而为后序加工提供稳定原料。
6 参考文献
[1] 朱东风.影响松散回潮后烟片含水率的分析与控制[J].科技创新导报，2013（21）：94-95.
[2] 王启山.常见温度下饱和水蒸气分压力的计算[J].天津理工学院学报，1986（2）：40-43.
[3] 魏仕英.湿蒸汽流气动和热力学参数的计算[J].真空与低温，1988（2）：5-13.
[4] 费恩曼等.费恩曼物理学讲义（第1卷）[M].郑永令，译.上海：上海科学技术出版社，2005（6）：408-410.
[5] DOUGLAS C，GIANCOLI.Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics （Third Edition）[M].滕小瑛，改编.北京：高等教育出版社，2005（7）：376-378.
[6] 丁锦飞.道尔顿分压定律的泛用[J].青海师专学报，1983（1）：132-134.
[7] 李兴华.国际上用于确定湿空气密度的通用公式[J].国外计量，1983（5）：80-82.
关键词 松散回潮；水介质；动态质量守恒
中图分类号 TS452 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）12-0201-02
Abstract We can achieve the quantification to the humidification process in the loosening and conditioning by building a dynamic mass conservation model to aqueous medium.Through the analysis to online verification results，the model reflects the changes of aqueous medium in the process of the loosening and conditioning.According to the model，set the moisture of export tobacco leaf，we adjust the quantities of process water and the result proves the model′s validity.
Key words loosening and conditioning； aqueous medium； dynamic mass conservation
烟叶松散回潮工序是将块状复烤后烟叶进行松散并增加烟叶的温度和水分，以满足本工序工艺质量要求和后序工序加工要求。在整个系统中参与水交换的主要有进料烟叶水分、出料烟叶水分、环境空气水分、排潮空气水分、直喷蒸汽、引射蒸汽、工艺水等几类[1]。
根据对烟叶增湿的要求，若忽略烟包内和烟包间烟叶水分的差异性，参与加工过程的所有水介质理论上是处于动态平衡状态，也就是物理学意义上的系统内部水质量守恒。根据守恒的定义，若在部分水介质可控的情况下，其他不可控的因素可以建立动态平衡方程，从而实现出口水分可控的目的。在松散回潮工序内，直喷蒸汽、引射蒸汽、工艺水可以直接获取或设定，进料烟叶水分、环境空气水分、排潮空气水分均可进行直接或间接测量或计算，那么根据水介质质量守恒原则，出料烟叶水分就能计算得到。
根据以上分析，松散回潮过程水介质质量守恒的模型结构应该为进料烟叶水分 吸入环境空气水分 直喷蒸汽 引射蒸汽 工艺水=排潮水分 出料烟叶水分，即：
1 模型因素定义
一是烟叶水分基于干基烟叶物料重量进行计算；二是排潮水分根据排潮管道内实测风速、湿度、温度、气压、管径计算；三是环境空气水分根据排潮内干空气量与环境吸入空气干空气量等量原则以及环境温度、湿度计算；四是直喷蒸汽、引射蒸汽、工艺水以在线实际值计算。
2 模型方程和模型各参数的表征
根据公式（1）模型结构，对各因素进行符号化，得到如下公式：
3 参数计算及数据采集
在模型方程中，min，ms，mg，mw直接在线记录，？准in，？准out可以通过取样检测获得，根据推导，得到：
根据热物理学理论知识可知，计算湿空气含水量运用以下热力学方程：
其中，p表示湿空气大气压，ps表示饱和湿空气水蒸汽分气压，d为干空气含湿量（单位为kg水/kg干空气），Rh表示湿空气相对湿度，t表示摄氏温度，ρ表示空气密度，Dp为排潮管道直径（单位为m），VP为排潮管道风速。
通过公式（4）～（7）可以计算排潮水量，而滚筒入口处环境空气的引入量则需要通过间接计算，具体方法是通过计算排潮过程干空气量反推环境空气总量，进而得到环境引入水量。
4 模型实验验证
为了避免不同等级原料的理化性质对原料吸湿性能的影响，选择黄山（金皖烟）L10A等级原料，共进行4次过程检测，期间调整直喷蒸汽施加量分别为70、90、100、115 kg/h进行验证。其中烟叶水分检测使用FED115热风干燥箱，排潮风速及温湿度使用testo-445多功能测量仪配风速和温湿度探头。具体记录和检测数据如下表1、2所示。
根据以上数据代入方程计算得到如下结果，如表3所示。从最终结果的修正值来看，修正值占输入水量（或输出水量）约5‰，符合水介质过程质量动态守恒的模型，因此该模型具有可信度。
为进一步证明该模型在生产中的实际应用，进行了一次目标出口水分为18.5%的实验。提前对L10A等级原料进行水分检测，在松散回潮加工开始后的稳定阶段实时测量排潮温湿度和风速，记录环境温湿度，固定直喷蒸汽和引射蒸汽量，即时调整工艺水量至理论流量，取该等级原料出口处样本进行水分检测，结果显示：进料流量5 000 kg/h，直喷蒸汽量100 kg/h，引射蒸汽量73 kg/h，计算值：工艺水量330 kg/h，排潮管径25 cm，排潮风速5.3 m/s，排潮温度48.1 ℃，排潮湿度100%，环境温度24.8 ℃，环境湿度50%，入口含水率11.29%，目标值：出口含水率18.5%。
根据模型计算，需要工艺水量为330 kg/h。最终对出口烟叶含水率进行检测得到结果为18.53%，与目标值完全吻合。
5 结论
水介质质量动态守恒模型符合生产实际过程中水的变化情况，且能够指导过程生产工艺控制。通过把握各变量之间的关系，能够实现以下作用：一是通过对过程设备参数、工艺参数的掌握，能够有目的地获得预想的松散回潮出口水分；二是为了实现某一特定松散回潮后烟叶水分，在原料贮存环境不能完全受控情况下可以通过调节过程工艺水施加量获得稳定水分的出口烟叶；三是通过对不同等级烟叶原料的水分的精准掌握，松散回潮工序控制过程可以结合烟叶加工顺序进行对工艺水施加量的精准控制，从而获得水分更加稳定的加工后烟叶，从而为后序加工提供稳定原料。
6 参考文献
[1] 朱东风.影响松散回潮后烟片含水率的分析与控制[J].科技创新导报，2013（21）：94-95.
[2] 王启山.常见温度下饱和水蒸气分压力的计算[J].天津理工学院学报，1986（2）：40-43.
[3] 魏仕英.湿蒸汽流气动和热力学参数的计算[J].真空与低温，1988（2）：5-13.
[4] 费恩曼等.费恩曼物理学讲义（第1卷）[M].郑永令，译.上海：上海科学技术出版社，2005（6）：408-410.
[5] DOUGLAS C，GIANCOLI.Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics （Third Edition）[M].滕小瑛，改编.北京：高等教育出版社，2005（7）：376-378.
[6] 丁锦飞.道尔顿分压定律的泛用[J].青海师专学报，1983（1）：132-134.
[7] 李兴华.国际上用于确定湿空气密度的通用公式[J].国外计量，1983（5）：80-82.