滚筒干燥对烟丝热物性的影响研究

摘要

卷烟质量与烟丝热物性和机械特性密切相关，对于烟丝的贮存和一系列热加工生产过程，都需要有烟丝的热物性数据。烟草热物性数据是设计烟草机械以及制定卷烟加工工艺时所需要的基础材料。干燥是烟草加工过程中重要的单元操作，研究干燥过程中烟丝热物性的变化规律，对深入分析烟丝状态变化以及烟丝加工过程中的传热现象、优化卷烟加工工艺参数等都具有重要意义。
　　 本课题利用自主研发建立的在线烟丝热物性测试装置，测定了滚筒干燥过程中烟丝热物性的变化，并对热物性测试装置的稳定性进行了验证。通过测定不同滚筒壁温、热风温度、滚筒转速下滚筒干燥过程中烟丝热物性的变化，考察了烟丝温度、含水率对滚筒干燥过程中烟丝导热系数、热扩散系数、体积热容的影响规律，并建立了烟丝导热系数与烟丝温度、含水率之间关系的数学模型。主要结论如下：
　　 1.利用建立的在线烟丝热物性测试装置，通过重复试验发现，测试装置稳定性较好，可以用于干燥过程中烟丝热物性的测定；烟丝干基堆积密度在测定过程中变化较小，由于烟丝干基堆积密度相对于含水率和温度对烟丝热物性影响较小，因此试验得到热物性数据可用于分析含水率和温度对烟丝热物性的影响。
　　 2.在烟丝干燥过程中，滚筒壁温较热风温度、滚筒转速对干燥过程影响显著；随着滚筒壁温的升高，烟丝温度及含水率变化较快。在实验测定范围内，滚筒壁温相同时，热风温度、滚筒转速对干燥速度、烟丝温度的影响较小。
　　 3.在干燥过程中，随着烟丝含水率的减小，烟丝温度的升高，烟丝的导热系数、热扩散系数、体积热容整体分别呈升高、减小、升高的趋势，说明在干燥过程中，含水率对导热系数的影响较温度的影响显著。
　　 4.当烟丝含水率相同时，导热系数、体积热容随着温度的升高而升高，热扩散系数随温度的升高而减小。烟丝温度相同时，导热系数、体积热容随含水率增大而增大，热扩散系数随着含水率的增大而减小。
　　 5.当堆积烟丝孔隙率处于87％～93％、温度在85℃以下、含水率在10.0％～17.5％范围时，在Krupiczka模型以及两相散乱堆积模型的基础上，利用半逆解法建立了烟丝导热系数与温度、含水率、孔隙率的数学模型。通过对模型验证发现，模型预测值与实验值相关系数R2>0.8，误差基本在10％以内，能够较好的预测烟丝导热系数，可以用于滚筒干燥过程中烟丝导热系数的预测。
　　 6.在本课题实验参数范围内，不同干燥强度处理后烟丝导热系数的最小值、体积热容的最大值、热扩散系数的最大值出现在滚筒壁温120～140℃，热风温度100～130℃范围内。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1.1 对干燥过程的研究

1.2 对烟草热物性的研究

1.2.1 对材料热物性测试方法的研究

1.2.2 对烟草热物性影响因素的研究

1.2.3 对多孔材料导热系数预测模型的研究

1.3 国内外研究现状总结

1.4 课题研究背景

1.5 研究内容

第二章 试验装置与试验材料

2.1 试验材料

2.2 热物性测定的测试原理

2.3 在线烟丝热物性测试装置的建立

2.3.1 在线烟丝热物性测试装置的主要组成部分

2.3.2 在线烟丝热物性测试装置的参数计算

2.3.3 在线烟丝热物性测试装置的稳定性

2.3.4 在线烟丝热物性测试装置的操作

2.4 试验方法

2.5 试验方案设计

第三章 烟丝热物性测定取样时间的确定

3.1 不同干燥条件下烟丝含水率的测定

3.2 取样时间的确定

第四章 滚筒干燥过程中烟丝热物性的变化

4.1 滚筒壁温、热风温度、滚筒转速对烟丝温度的影响

4.2 滚筒干燥过程中烟丝热物性的变化

4.2.1 不同干燥条件下烟丝导热系数的变化

4.2.2 不同干燥条件下烟丝热扩散系数的变化

4.2.3 不同干燥条件下烟丝体积热容的变化

4.3 烟丝温度对热物性的影响

4.3.1 烟丝温度对导热系数的影响

4.3.2 烟丝温度对热扩散系数的影响

4.3.3 烟丝温度对烟丝体积热容的影响

4.4 烟丝含水率对导热系数的影响

4.4.1 烟丝含水率对导热系数的影响

4.4.2 烟丝含水率对热扩散系数、体积热容的影响

4.5 利用半逆解法建立导热系数的数学模型

4.5.1 滚筒干燥过程中导热系数模型的建立

4.5.2 导热系数数学模型的验证

4.6 结论

第五章 干燥条件对干燥后烟丝热物性的影响

5.1 不同滚筒干燥条件下干燥后烟丝热物性的变化

5.2 滚筒干燥后烟丝热物性测试装置的建立

5.3 滚筒干燥后烟丝热物性影响因素

5.4 试验结果及分析

5.4.1 滚筒壁温对干燥后烟丝热物性的影响

5.4.2 热风温度对干燥后烟丝热物性的影响

5.4.3 滚筒转速对干燥后烟丝热物性的影响

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 论文创新点

6.3 进一步研究的建议

符号表

参考文献

作者简介

致谢