滚筒干燥实验设备及建立烟草滚筒干燥REA模型的方法技术

本发明专利技术涉及一种滚筒干燥实验设备及建立烟草滚筒干燥REA模型的方法。其中，滚筒干燥实验设备包括：滚筒，所述滚筒上设置有孔，所述孔位于滚筒的旋转轴线上；和采样装置，所述采样装置能够通过所述孔进出滚筒的筒腔。该滚筒干燥实验设备可用于检测烟草干燥过程中的物性参数，进一步建立烟草滚筒干燥REA模型，为研究烟草干燥行为提供了很好的工具。

【技术实现步骤摘要】
滚筒干燥实验设备及建立烟草滚筒干燥REA模型的方法
本专利技术属于物料干燥处理领域，具体涉及一种滚筒干燥实验设备及建立烟草滚筒干燥REA模型的方法。
技术介绍
在现代大规模卷烟工业生产中，滚筒干燥设备被广泛地应用与烟草物料的干燥脱水。干燥脱水是烟草物料加工中的关键热湿环节，贯穿了烟叶原料从采后初烤、打叶复烤到制丝的整个加工流程。干燥烟草的主要目的是从烟草中去除特定量的水分，使烟草能够满足包装密度的要求，同时还改善烟草的感官质量。烟草干燥过程中，烟草的温湿度的变化对于烟草加工物理质量及感官质量均有着较为显著的影响。理解烟草在滚筒中的干燥行为，对于准确地控制干燥过程、开发和改进干燥系统具有重要的意义。随着数值计算技术的发展，各种干燥模型被广泛应用于描述农作物的干燥特性。Newton、Page、ModifiedPage、HendersonandPabis、Logarithmic、Two-term、WangandSingh和Midilli等人开发了各种半经验或者经验模型。然而，不同的模型的方程的组成差异很大，特定的模型对于特定实验条件的拟合效果较好，当实验条件的范围改变或扩大时，结果通常会有所偏差。如何选择合适的模型评价烟草在大型工业滚筒中的干燥过程，是本领域技术人员面临的难题。工业滚筒设备体积庞大，一个典型的工业滚筒的直径约为1.9m，长度约为9.6m。在滚筒干燥过程中，只能检测到进料口和出料口的烟草温度和水分参数，对于烟草在滚筒中的具体变化，本领域技术人员不能得知。如何知晓烟草在滚筒中发生的干燥行为，也是本领域技术人员面临的难题。
技术实现思路
本专利技术一方面提供一种滚筒干燥实验设备，包括：滚筒，所述滚筒上设置有孔，所述孔位于滚筒的旋转轴线上；和采样装置，所述采样装置能够通过所述孔进出滚筒的筒腔。上述滚筒干燥实验设备的优点是：利用该设备可以在滚筒旋转干燥的过程中采集正在干燥的烟草样品。由于孔位于滚筒的旋转轴线上，采样装置通过所述孔进出滚筒的筒腔时不会影响滚筒的旋转，也不会被滚筒的旋转所干扰，因而能够顺利地采集烟草样品。由于采样时无需停止滚筒的旋转，几乎不影响烟草正常的干燥过程，如此采集的样品参数十分可观、准确。使用上述滚筒干燥实验设备能够采集在不同干燥温度下，经不同干燥时间的烟草的理化参数，这些参数对于理解烟草的干燥行为，建立烟草干燥模型有重要意义。在一个实施方案中，本专利技术任一项所述的滚筒干燥实验设备，所述采样装置进出筒腔时的移动路径与滚筒的旋转轴线重合。在一个实施方案中，本专利技术任一项所述的滚筒干燥实验设备，所述采样装置上设置有开放的样品槽。在一个实施方案中，本专利技术任一项所述的滚筒干燥实验设备，所述采样装置在一个实施方案中，本专利技术任一项所述的滚筒干燥实验设备，还包括：温度传感器(例如红外温度传感器)，所述温度传感器设置在滚筒外且位于所述孔的附近，用于测量采样装置采集的干燥样品的温度。上述温度传感器能够准确快速地测量烟草样品的温度。在一个实施方案中，根据本专利技术任一项所述的滚筒干燥实验设备，滚筒的长度为0.5～2m(例如0.6m、0.8m、1m、1.2m、1.5m、1.7m、1.9m)，直径为1～3m(例如1.5m、1.9m、2m、2.5m)。专利技术人发现，使用上述尺寸的滚筒检测的参数用于建立卷烟干燥模型，模型的准确度很高。在一个实施方案中，采样装置伸入滚筒部分的长度是滚筒长度的0.5～1倍，例如0.8～1倍。本专利技术又一方面提供一种建立烟草在滚筒中干燥时烟草含水率X与干燥时间t的函数关系的方法，包括：a)在使用本专利技术任一项的滚筒干燥实验设备干燥烟草的过程中，在不同干燥温度Tb下，在不同干燥时间t，用采样装置采集滚筒中的烟草样品，并分别检测各烟草样品的以下参数：烟草干基重量mt、烟草含水量mw和烟草温度Tt；b)根据步骤a)的参数，建立烟草干燥的REA模型，并根据REA模型确定烟草含水率X与干燥时间t的函数关系。在一个实施方案中，本专利技术任一项所述的方法，烟草温度是烟草表面温度。在一个实施方案中，本专利技术任一项所述的方法，还包括：用采样装置将检测后的烟草样品放置回滚筒筒腔中。在一个实施方案中，本专利技术任一项所述的方法，步骤b)还包括：-计算烟草含水率X，-计算烟草含水率随时间变化率-计算烟草温度随时间变化率在一个实施方案中，本专利技术任一项所述的方法，步骤b)还包括：根据在干燥过程中干燥气体向烟草传递的热量等于烟草升温的吸热量与烟草水分气化吸热量之和来计算以下参数：烟草-干燥气体界面的传热系数h。专利技术人发现，采用上述方法计算获得烟草-干燥气体界面的传热系数h，用于建立烟草干燥模型，所得模型的预测结果非常准确。在一个实施方案中，本专利技术任一项所述的方法，步骤b)还包括基于以下等式计算干燥温度Tb下干燥时间t的烟草-干燥气体界面的传热系数hT,t：其中，A为烟草的比表面积；Cp,w为水的比热容；Cp,t为烟草的比热容；ΔHw为水气化潜热。在一个实施方案中，本专利技术任一项所述的方法，通过以下步骤计算烟草-干燥气体界面的传热系数h：-在一个干燥温度Tb下，对不同干燥时间t＝t1、t2、t3…tn取样检测，求解不同干燥时间对应的烟草传热系数求平均值，得-在不同干燥温度Tb＝T1、T2、T3…Tm取样检测，获得不同干燥温度对应的求平均值，得在一个实施方案中，本专利技术任一项所述的方法，通过以下等式计算烟草-干燥气体界面的蒸汽的传质系数hm：Dv为干燥气体的扩散率；kb为干燥气体的导热系数；ρb为干燥气体的密度。在一个实施方案中，本专利技术任一项所述的方法，所述REA模型包括和(X-Xe)的函数关系，即其中，为干燥温度Tb下的饱和蒸汽浓度；为烟草温度Tt下的饱和蒸汽浓度；ρv,b为干燥温度Tb下的蒸汽浓度；A为烟草的比表面积；hm为烟草-干燥气体界面的蒸汽的传质系数；Xe为平衡含水率。在一个实施方案中，本专利技术任一项的方法，g(X-Xe)是关于X的一元n次方程，优选n大于或等于3。在一个实施方案中，本专利技术任一项的方法，烟草含水率X与干燥时间t的函数关系如下：上述函数关系特别适合于上部烟烟叶。在一个实施方案中，本专利技术任一项的方法，烟草含水率X与干燥时间t的函数关系如下：上述函数关系特别适合于下部烟烟叶。在一个实施方案中，本专利技术任一项的方法，烟草含水率X与干燥时间t的函数关系如下：U＝165～170，V＝75～80，W＝11～13；优选地，所述函数关系如下：上述函数关系适合于各种烟叶。在一个实施方案中，本专利技术任一项的方法，是指相对活化能。在一个实施方案中，本专利技术任一项的方法，在一个实施方案中，烟草含水率X与干燥时间t的函数关系还包括以下参数：烟草温度Tt。在一个实施方案中，烟草含水率X与干燥时间t的函数关系还包括以下参数：干燥温度Tb。在一个实施方案中，烟草含水率X与干燥时间t的函数关系还包括以下参数：平衡含水率Xe。在一个实施方案中，建立烟草含水率X与干燥时间t的函数关系是指：建立烟草含水率X、烟草温度Tt与干燥时间t的函数关系。在一个实施方案中，建立烟草含水率X与干燥时间t的函数关系是指建立烟草含水率X、烟草温度Tt、干燥温度Tb与干燥时间t的函数关系。在一个实施方案中，传热系数h＝1.8～2.2W·m-2·K-1(例如1.9、2.0、2.1W·本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滚筒干燥实验设备，包括：滚筒，所述滚筒上设置有孔，所述孔位于滚筒的旋转轴线上；和采样装置，所述采样装置能够通过所述孔进出滚筒的筒腔。

【技术特征摘要】
1.一种滚筒干燥实验设备，包括：滚筒，所述滚筒上设置有孔，所述孔位于滚筒的旋转轴线上；和采样装置，所述采样装置能够通过所述孔进出滚筒的筒腔。2.根据权利要求1所述的滚筒干燥实验设备，所述采样装置进出筒腔时的移动路径与滚筒的旋转轴线重合。3.根据权利要求1所述的滚筒干燥实验设备，所述采样装置上设置有开放的样品槽。4.根据权利要求3所述的滚筒干燥实验设备，所述采样装置被设置成能够绕滚筒的旋转轴线翻转。5.根据权利要求1所述的滚筒干燥实验设备，还包括：温度传感器(例如红外温度传感器)，所述温度传感器设置在滚筒外且位于所述孔的附近，用于测量采样装置采集的干燥样品的温度。6.根据权利要求1所述的滚筒干燥实验设备，滚筒的长度为0.5～2m，直径为1～3m。7.一种建立烟草在滚筒中干燥时烟草含水率X与干燥时间t的函数关系的方法，包括：c)在使用权利要求1～6的滚筒干燥实验设备干燥烟草的过程中，在不同干燥温度Tb下，在不同干燥时间t，用采样装置采集滚筒中的烟草样品，并分别检测各烟草样品的以下参数：烟草干基重量mt、烟草含水量mw和烟草温度Tt；d)根据步骤a)的参数，建立烟草干燥的REA模型，并根据REA模型确定烟草含水率X与干燥时间t的函数关系。8.根据权利要求7所述的方法，还包括：用采样装置将检测后的烟草样品放置回滚筒筒腔中。9.根据权利要求7所述的方法，步骤b)还包括：-计算烟草含水率X，-计算烟草含水率随时间变化率-计算烟草温度随时间变化率10.根据权利要求7所述的方法，步骤b)还包括：根据在干燥过程中干燥气体向烟草传递的热量等于烟草升温的吸热量与烟草水分气化吸热量之和来计算以下参数：烟草-干燥气体界面的传热系数h。11.根据权利要求10所述的方法，步骤b)还包括基于以下等式计算干燥温度Tb下干燥时间t的烟草-干燥气体界面的传热系数hT,t：其中，A为烟草的比表面积；Cp,w为水的比热容；Cp,t为烟草的比热容；ΔHw为水气化潜热。12.根据权利要求11所述的方法，通过以下步骤计算烟草-干燥气体界面的传热系数h：-在一个干燥温度Tb下，对不同干燥时间t＝t1、t2、t3…tn取样检测，求解不同干燥时间对应的烟草传热系数求平均值，得-在不同干燥温度Tb＝T1、T2、T3…Tm取样检测，获得不同干燥温度对应的求平均值，得13.根据权利要求12所述的方法，通过以下等式计算烟草-干燥气体界面的蒸汽的传质系数hm：Dv为干燥气体的扩散率；kb为干燥气体的导热系数；ρb为干燥气体的密度。14.根据权利要求7～13任一项所述的方法，所述REA模型包括和(X-Xe)的函数关系，即其中，

【专利技术属性】
技术研发人员：李巧灵，李跃锋，陈河祥，谢卫，刘泽春，黄惠贞，苏明亮，林志平，曾强，王锐亮，罗登炎，
申请(专利权)人：福建中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：福建,35