一种基于质量统计的梗丝干燥流化床的参数调优方法

摘要

本发明公开了一种基于质量统计的梗丝干燥流化床的参数调优方法，包括S100：分别采集梗丝干燥流化床每个区的温度样本分别为X

说明书

技术领域

本发明涉及烟草加工领域，尤其涉及一种基于质量统计的梗丝干燥流化床的 参数调优方法。

背景技术

烟草行业烘梗丝工序是整个制梗丝流程的重点工序。FBD，Fluid Bed Dryer， 是用于梗丝干燥膨胀的流化床，在控制上分为三个区：一区干燥区、二区定型区 和三区物料传送区，每个区都有单独的温度。FBD的工艺任务就是将切后的梗 丝快速干燥、定型，物料通过振动传送，并依靠空气将热量传递给梗丝，梗丝中 的水分也是靠流化床内的空气带走。

FBD三区温度和舱内负压直接影响着成品梗丝的含水率与填充值，其中， 梗丝的含水率与填充值主要影响梗丝的柔软性、可塑性和耐加工性，而且直接影 响卷烟的燃吸品质和理化性能。如果梗丝含水率与填充值不理想，会直接影响成 品烟丝品质，以及吸阻、燃烧性等理化指标异常波动，从而影响消费者利益。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于质量统计的梗丝干燥流化床的参数 调优方法，优化FBD的三个区的温度和舱内负压参数，使流化床设备发挥最大 的性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下具体方案：

一种基于质量统计的梗丝干燥流化床的参数调优方法，包括以下步骤：

步骤S100：分别采集梗丝干燥流化床一区、二区和三区的温度作为影响因 子，其响应分别为含水率Y₁和填充值Y₂，每个区的温度样本分别为X₁、X₂和X₃；

步骤S110：利用中心复合设计优化流化床每个区的温度分别对含水率和填 充值响应；

步骤S120：当满足含水率、填充值以及整体合意性大于90％时的温度值时， 得到梗丝干燥流化床一区、二区和三区各个区的最佳温度；

步骤S200：在梗丝干燥流化床的每个区的最佳温度下，分别采集梗丝干燥 流化床的梗丝流量和残梗量作为影响因子，样本分别为X₄、X₅，它们的响应均 为舱内负压Y₃；

步骤S210：建立梗丝流量与干燥流化床舱内负压拟合曲线，以及残梗量与 干燥流化床舱内负压拟合曲线，确定干燥流化床舱内负压数值范围；

步骤S220：对干燥流化床舱内负压数据按照中位数或四分数进行编码化；

步骤S230：对步骤S220所得干燥流化床舱内负压数据进行方差处理，根据 干燥流化床舱内负压对含水率和填充值的影响来确定干燥流化床舱内最佳负压 值。

所述步骤S100梗丝干燥流化床一区、二区和三区三个区的温度采集过程， 具体包括以下步骤：

步骤S101：分别判断一区、二区和三区的温度样本值是否符合正态分布 X_i～N(μ,δ²)；若符合正态分布，则继续；若不符合正态分布，则返回步骤S100； 其中，i＝1,2,3；

步骤S102：分别判断每个区的温度样本值是否稳定；若稳定，则继续；若 不稳定，则返回步骤S100；

步骤S103：对步骤S102所得的流化床的三个区的温度按照中位数或四分数 进行编码化；

步骤S104：对步骤S103所得数据进行方差处理，分别判断每个区的温度是 否对梗丝含水率的影响和对填充值影响的显著性；若对梗丝含水率的影响和对填 充值影响不显著，则返回步骤S100；若对梗丝含水率的影响和对填充值影响显 著，则继续进入步骤S110。

所述步骤S110中利用中心复合设计优化流化床每个区的温度分别对含水率 和填充值响应的具体过程为：

首先，采用序贯试验策略，利用中心复合设计的方法对步骤S100所获得的 流化床三个区的温度样本值的因子数、水平数、中心点、立方点、星号点、仿行 数、功效和效应；其中，当样本值的因子数、水平数、中心点、立方点、星号点、 仿行数与设定值一致，功效大于0.8且效应小于0.2时，满足设计分析要求；

然后，对满足设计分析要求的温度数据分别对含水率和填充值进行方差处 理，与预设的含水率权重、填充值权重、均值重要度和标准差重要度进行对比分 析处理。

步骤S100中所述的“响应”指输入分别为梗丝干燥流化床一区温度X₁、二区 温度X₂和三区的温度X₃变化时，则干燥流化床输出的梗丝含水率Y₁相应变化； 输入分别为梗丝干燥流化床一区温度X₁、二区温度X₂和三区的温度X₃变化时， 则干燥流化床输出的填充值Y₂相应变化；它们之间有确切的关系式，可采用函数 关系式或频率响应表示；步骤S200中所述的“响应”指输入为梗丝流量X₄变化 时，舱内负压Y₃也随着X₄变化而变化；输入为残梗量X₅变化时，舱内负压Y₃也 随着残梗量X₅变化而变化；它们各自之间也有确切的关系式，可采用函数关系 式或频率响应表示。

附图说明

图1为本发明的基于质量统计的梗丝干燥流化床的参数调优方法示意图；

图2为本发明的干燥流化床的每个区的温度采样样本流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于质量统计的梗丝干燥流化床的参数调优方法，包括：

首先进行梗丝干燥流化床的每个区的温度优化：

步骤S100：分别采集梗丝干燥流化床一区、二区和三区的温度作为影响因 子，其响应分别为含水率Y₁和填充值Y₂，每个区的温度样本分别为X₁、X₂和X₃；

步骤S110：利用中心复合设计优化流化床每个区的温度分别对含水率和填 充值响应；

步骤S120：当满足含水率、填充值以及整体合意性大于90％时的温度值时， 得到梗丝干燥流化床一区、二区和三区各个区的最佳温度。

如图2所示，所述步骤S100梗丝干燥流化床一区、二区和三区三个区的温 度采集过程，具体包括以下步骤：

步骤S101：分别判断一区、二区和三区的温度样本值是否符合正态分布 X_i～N(μ,δ²)；若符合正态分布，则继续；若不符合正态分布，则返回步骤S100； 其中，i＝1,2,3；

步骤S102：分别判断每个区的温度样本值是否稳定；若稳定，则继续；若 不稳定，则返回步骤S100；

步骤S103：对步骤S102所得的流化床的三个区的温度按照中位数或四分数 进行编码化；

步骤S104：对步骤S103所得数据进行方差处理，分别判断每个区的温度是 否对梗丝含水率的影响和对填充值影响的显著性；若对梗丝含水率的影响和对填 充值影响不显著，则返回步骤S100；若对梗丝含水率的影响和对填充值影响显 著，则继续进入步骤S110。

所述步骤S110中利用中心复合设计优化流化床每个区的温度分别对含水率 和填充值响应的具体过程为：

首先，采用序贯试验策略，利用中心复合设计的方法对步骤S100所获得的 流化床三个区的温度样本值的因子数、水平数、中心点、立方点、星号点、仿行 数、功效和效应；其中，当样本值的因子数、水平数、中心点、立方点、星号点、 仿行数与设定值一致，功效大于0.8且效应小于0.2时，满足设计分析要求；

然后，对满足设计分析要求的温度数据分别对含水率和填充值进行方差处 理，与预设的含水率权重、填充值权重、均值重要度和标准差重要度进行对比分 析处理。

本实施例中采集的梗丝干燥流化床一区、二区和三区的温度以及它们符合的 正态分布，如表1所示。

表1 采集的梗丝干燥流化床每区温度及其正态分布

采用序贯试验策略，利用中心复合设计的方法对步骤S100所获得的流化床 三个区的温度样本值的因子数、水平数、中心点、立方点、星号点、仿行数、功 效和效应，如表2所示；

表2 中心复合设计分析流化床三个区的温度样本值结果

根据表1中的数据，分析干燥流化床的每个区的温度对含水率均值的方差：

S＝0.120759 PRESS＝0.726927

R-Sq＝80.35％ R-Sq(预测)＝67.35％ R-Sq(调整)＝74.45％

由于σ数据不正态将其进行对数转换为lnσ正态数据，含水率lnσ的方差分 析为：

S＝0.0902951 PRESS＝0.422213

R-Sq＝94.83％ R-Sq(预测)＝91.08％ R-Sq(调整)＝93.28％

同样，根据表1中的数据，可分析干燥流化床的一区、二区和三区每个区的 温度对填充值均值的方差，最后分析的结果如表3所示。

表3 FBD一、二、三区温度对含水率Y₁和填充值Y₂的影响分析结论

确定梗丝干燥流化床的每个区的最佳温度后，继续调整梗丝干燥流化床的舱 内负压值：

步骤S200：分别采集梗丝干燥流化床的梗丝流量和残梗量作为影响因子， 样本分别为X₄、X₅，它们的响应均为舱内负压Y₃；

步骤S210：建立梗丝流量与干燥流化床舱内负压拟合曲线，以及残梗量与 干燥流化床舱内负压拟合曲线，确定干燥流化床舱内负压数值范围；

步骤S220：对干燥流化床舱内负压数据按照中位数或四分数进行编码化；

步骤S230：对步骤S220所得干燥流化床舱内负压数据进行方差处理，根据 干燥流化床舱内负压对含水率和填充值的影响来确定干燥流化床舱内最佳负压 值。

经梗丝流量与干燥流化床舱内负压拟合曲线，以及残梗量与干燥流化床舱内 负压拟合曲线分析，确定FBD负压试验范围(-1.4bar～-0.65bar)，其膨后梗丝 流量与残梗产生量在接受的范围内；

选择FBD负压值为-1.4bar、-1.0bar、-0.65bar与含水率进行方差分析，分析 后的结果如表4所示。

表4 FBD舱内负压对Y1含水率和Y2填充值的影响分析结果

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保 护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本 领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的 保护范围以内。