一种烟丝热风变温干燥装置及其变温干燥试验方法
【专利摘要】一种烟丝热风变温干燥装置及其变温干燥试验方法，该装置包括烟丝干燥箱、湿热空气控制及输送系统，特征是：烟丝干燥箱分隔成两个干燥温度不同的高、低温干燥室；湿热空气控制及输送系统包括空气压缩机、湿度控制系统以及两组空气加热器构成，两组空气加热器分别与高、低温干燥室连通以实现变温加热；在烟丝干燥箱中设置有盛料器以及温湿度探头。其变温干燥试验方法是将烟丝干燥过程分为两段即前段高温干燥、后段降低干燥温度干燥烟丝直至目标含水率，提供该变温干燥方法不仅可以改善烟丝的物理特性，提高烟丝的耐加工性，还可以提高被干燥烟丝的感官品质，为企业优化工艺过程提供一种基本的实验方法，为烟丝变温干燥提供相关的基础研究数据。
【专利说明】一种烟丝热风变温干燥装置及其变温干燥试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及烟草(或类似烟草的生物质)加工领域，具体是一种烟丝热风变温干燥装置及其变温干燥试验方法。
【背景技术】
[0002]干燥通常指利用热能降低或除去含水物料水分的过程，干燥过程是应用普遍的单元操作，在工农业各方面都有广泛的应用，涉及到化工、食品、农业、轻工、建筑、煤炭、纺织、木材等各个领域。烟丝干燥是卷烟加工中的关键工序，切后的烟丝含水率比较高，需要通过干燥去湿，使烟丝含水率均匀一致，以适应卷制的要求以及改善和提高叶丝的感官质量。目前烟丝的干燥特性主要是在恒温干燥过程中揭示的，即在干燥设备中干燥介质的温度基本不变。但是经过长期的实验研究发现恒温干燥存在很多的问题:第一，在烟丝的干燥过程中由于干燥环境温度保持不变，导致干燥环境不能够适应物料状态的变化。在烟丝干燥后期，由于烟丝的含水率大大降低，用于蒸发水分的热量很大一部分用于烟丝温度的提升，导致烟丝外层细胞向内部收缩，细胞间隙变得越来越小，内部水分向外部传递变得更加困难，这样就会导致烟丝的物理特性发生较大的变化，并最终影响到烟丝的耐加工性。第二，持续的高温干燥会对烟丝的致香成分以及常规的化学成分产生不良的影响，并最终影响到卷烟的感官品质。
[0003]变温干燥是一种新型的干燥技术，已经越来越广泛的被各个行业所利用。传统的干燥方法是:采用恒定的干燥介质温度对物料进行干燥直至所要求的水分。变温干燥的基本思路是:根据物料所处的不同干燥阶段，采用不同的介质温度来实现干燥物料的方法，也就是先用相对高的介质温度对物料进行干燥，等物料含水率降低到某一适宜值时，降低干燥介质温度，干燥物料直至目标含水率。采用变温干燥的工艺不仅可以改善被干燥物料的物理特性，进一步提高物料的耐加工性，还可以提高被干燥物料的感官品质。
[0004]截止目前，对烟丝的变温干燥工艺的研究很少，用于烟丝变温干燥的装置同样是少之又少。因此能否设计一种适用于烟丝变温干燥的装置并设计出相应的变温干燥试验方法已引起有关业内人士的关注。
【发明内容】
[0005]本发明的目的正是基于上述现有技术状况，提供一种用于烟丝热风变温干燥装置及变温干燥试验方法。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
本发明的烟丝热风变温干燥装置，包括烟丝干燥室以及与烟丝干燥室相连通的湿热空气控制及输送系统，其中:烟丝干燥室通过一保温插板分隔成两个干燥温度不同的高、低温干燥室；所述湿热空气控制及输送系统包括空气压缩机、湿度控制系统以及两组空气加热器构成，所述湿度控制系统由蒸汽发生器、加热套、蒸汽输入泵以及温度控制仪组成，两组空气加热器分别与高、低温干燥室连通以实现变温加热；在烟丝干燥箱中设置有盛料器以及温湿度探头。
[0007]所述高、低温试验干燥室分别由一路空气加热系统、蒸汽施加系统和数据采集显示系统控制，高、低温干燥室并排设置并通过一插板隔开，用于盛放烟丝的盛料筐可在两干燥试验箱中往复移动。高温、低温干燥室均为对流传热的固定床式结构，在高、低温干燥室下部均设置有用于加热气体均匀分布的空气分布板，加热气流由试验箱底部由下而上对盛料筐内的烟丝进行干燥。
[0008]所述盛料器为圆筒状盛料器，盛料器底部为网状透孔结构，以保证热气流由盛料器底部进入，穿过料筒内烟丝，由干燥箱顶部排出，达到使烟丝升温干燥的目的。
[0009]所述低温干燥室中设置有用于将盛料器推送至高温干燥室的推送机构，该推送机构由一弧形卡环和与其连接的推送杆组成。
[0010]利用上述变温干燥装置进行变温干燥的试验方法包括以下步骤:
(1)烟丝水分调制:用烘箱法测定试验烟丝的含水率，计算一定量烟丝达到预定初始含水率MO时所需要的加水量，对烟丝加水并混合均匀，用袋装密封48h后备用；
(2)装置预热:设定烟丝热风变温干燥装置中高、低温干燥室温度和热风风速，其中高温干燥室热风温度范围设置在100-150°C,低温干燥室热风温度范围设置在60-100°C,热风风速设置在0-1.2m/s范围；
(3)预干燥试验:热风温度、热风风速稳定后，IOg烟丝样品以薄层状均匀布撒在盛料器上，盛料器置于高温干燥室；采用减重法，在预定的试验条件下按5-60s的时间间隔，测定烟丝在tl、t2、t3……tn等不同干燥时间的含水率，从而得到烟丝的干燥曲线；根据干燥曲线确定烟丝干燥至某一特定含水率M所需要的干燥时间tx ；
(4)变温干燥试验:另将IOg烟丝在高温干燥室内进行热风干燥，当干燥时间达到上述步骤(3)中所确定的时间tx时，将装有烟丝的盛料器移送至低温干燥室内，烟丝在低温干燥室内继续干燥至12.5%水分；
(5)取样分析:干燥结束后，将烟丝取出袋装密封，作为烟丝填充值等物理质量、香味成分等化学质量以及感官质量的检测样品。
[0011]本发明装置可以实现烟丝的对流变温干燥，且试验方法简单易行，可以提高干燥后烟丝的耐加工性和感官品质，为企业优化干燥工艺过程提供一种基本的实验方法。干燥装置的试验条件能够涵盖实际生产过程的热风温度、风速等工况条件，试验样品量能够满足较全面分析测试要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1热风变温干燥装置主视图。
[0013]图2热风变温干燥装置侧视图。
[0014]图3为湿度控制系统示意图。
[0015]图4为推送机构示意图。
[0016]图1-4中:1.空气压缩机，2.质量流量计，3.湿度控制系统，3-1.蒸汽发生器，3-2.温度控制仪，3-3.柱塞泵，3-4.加热套，4.加热器，5.温度探头，6.温湿度控制仪，
7.低温干燥室，8.高温干燥室，9.保温插板，10.推送机构，11.盛料器，12.空气分布板，
13.温湿度探头，14.锥形管图5是不同干燥条件下烟丝的填充值。
[0017]图6是不同干燥条件下香味成分的总量。
【具体实施方式】
[0018]本发明的变温干燥装置以下结合附图做进一步描述:
如图1、2所述:一种烟丝热风变温干燥装置，包括烟丝干燥箱以及与烟丝干燥箱相连通的湿热空气控制及输送系统，其中:烟丝干燥箱通过一保温插板(9)分隔成两个干燥温度不同的高、低温干燥室(7、8);所述湿热空气控制及输送系统包括空气压缩机(I)、湿度控制系统(3)以及两组空气加热器构成，所述湿度控制系统(3)由蒸汽发生器(3-1)、加热套(3-4),蒸汽柱塞泵(3-3)以及温度控制仪(3-2)组成(参见图3)，两组空气加热器(4)分别与高、低温干燥室连通以实现变温加热；在烟丝干燥箱中设置有盛料器(11)以及温湿度探头(13)。
[0019]在低温干燥室(8)中设置有用于将盛料器推送至高温干燥室(7)的推送机构
(10)，该推送机构由一弧形卡环和与其连接的推送杆组成(参见图4)。
[0020]盛料器为桶状盛料器，盛料器底部为网状透孔结构，以保证热气流由盛料器底部进入，穿过料筒内烟丝，由干燥箱顶部排出，达到使烟丝升温干燥的目的。
[0021]在高、低温干燥室下部均设置有用于加热气体均匀分布的空气分布板(12)。两组空气加热器通过两组输送管道分别通入高、低温干燥室底部。 [0022]工作过程结合附图描述如下:空气压缩机将压缩空气输入热风变温干燥装置，气体可以分两路分别进入两个加热器，分别调节两个加热器功率使进入干燥室的气体的温度符合干燥的要求(左干燥室为高温干燥室，右干燥室为低温干燥室)；调节湿度控制系统的蒸汽发生器和柱塞泵将蒸汽喷入空气加热器内部，分别使进入左右两干燥室的气体湿度符合干燥的要求，蒸汽管道上的加热套和温度控制仪来控制蒸汽的温度以避免蒸汽冷凝；分别调节质量流量计，从而使干燥气体以一定的流速通过左右两个干燥室。待通过左右两干燥室的气体温度、湿度、流速都符合各自要求时，将一定质量一定含水率的烟丝放入盛料器，将盛料器放入左干燥室(高温干燥室)干燥烟丝，因烟丝初始含水率是已知的，所以采用减重法来测定烟丝的含水率，当测得烟丝含水率到达某一适宜值时，抽开连接左右干燥室的保温插板，利用推送杆将盛料器推送至右干燥室，抽回推送杆，关闭保温插板，让烟丝在右干燥室(低温干燥室)的干燥条件下进行干燥直至目标含水率。
[0023]利用上述变温干燥装置进行变温干燥的试验方法包括以下步骤:
(1)烟丝水分调制:用烘箱法测定试验烟丝的含水率，计算一定量烟丝达到预定初始含水率MO时所需要的加水量，对烟丝加水并混合均匀，用袋装密封48h后备用；
(2)装置预热:设定烟丝热风变温干燥装置中高、低温干燥室温度和热风风速，其中高温干燥室热风温度范围设置在100-150°C,低温干燥室热风温度范围设置在60-100°C,热风风速设置在0-1.2m/s范围；
(3)预干燥试验:热风温度、热风风速稳定后，IOg烟丝样品以薄层状均匀布撒在盛料器上，盛料器置于高温干燥室；采用减重法，在预定的试验条件下按5-60s的时间间隔，测定烟丝在tl、t2、t3……tn等不同干燥时间的含水率，从而得到烟丝的干燥曲线；根据干燥曲线确定烟丝干燥至某一特定含水率M所需要的干燥时间tx ； (4)变温干燥试验:另将IOg烟丝在高温干燥室内进行热风干燥，当干燥时间达到上述步骤(3)中所确定的时间tx时，将装有烟丝的盛料器移送至低温干燥室内，烟丝在低温干燥室内继续干燥至12.5%水分；
(5)取样分析:干燥结束后，将烟丝取出袋装密封，作为烟丝填充值等物理质量、香味成分等化学质量以及感官质量的检测样品。
[0024]如图5所示:对不同热风温度下的恒温干燥，烟丝填充值随热风温度的增大而增力口。这是由于干燥温度越高，烟丝脱水速率越快，烟丝在内部温湿度变化所产的应力作用下卷曲变形程度越高，从而使得烟丝的填充性增大。不同变温干燥条件下，烟丝的填充值均高于后段低温热风条件下恒温干燥结果，而低于前段高温热风条件下恒温干燥结果。对于IOO0C -70°C变温干燥条件，烟丝填充值则相对接近于100°C高温热风恒温干燥结果。
[0025]如图6所示:分别采用100°C、70°C和前段100°C后段70°C (分界点为含水率19%出)，将将含水率为30%的烟丝干燥至12.5%时烟丝香味成分总量，由图可以看出低温干燥条件下烟丝香味成分总量高于高温干燥条件下烟丝香味成分总量，采用前段高温后段低温的变温干燥方式香味成分的总量介于高温干燥与低温干燥之间，明显高于高温干燥而与低温干燥相接近。
【权利要求】
1.一种烟丝热风变温干燥装置，包括烟丝干燥箱以及与烟丝干燥箱相连通的湿热空气控制及输送系统，其特征在于:烟丝干燥箱通过一保温插板分隔成两个干燥温度不同的高、低温干燥室；所述湿热空气控制及输送系统包括空气压缩机、湿度控制系统以及两组空气加热器构成，所述湿度控制系统由蒸汽发生器、加热套、蒸汽输入泵以及温度控制仪组成，两组空气加热器分别与高、低温干燥室连通以实现变温加热；在烟丝干燥箱中设置有盛料器以及温湿度探头。
2.根据权利要求1所述的烟丝热风变温干燥装置，其特征在于:在低温干燥室中设置有用于将盛料器推送至高温干燥室的推送机构，该推送机构由一弧形卡环和与其连接的推送杆组成。
3.根据权利要求1所述的烟丝热风变温干燥装置，其特征在于:盛料器为桶状盛料器，盛料器底部为网状透孔结构。
4.根据权利要求1所述的烟丝热风变温干燥装置，其特征在于:在高、低温干燥室下部均设置有用于加热气体均匀分布的空气分布板。
5.根据权利要求1所述的烟丝热风变温干燥装置，其特征在于:两组空气加热器通过两组输送管道分别通入高、低温干燥室底部。
6.一种利用权利要求1所述变温干燥装置进行变温干燥的试验方法，其特征在于:该实验方法是通过将 烟丝依次放在变温干燥装置中的高温、低温干燥室中进行干燥来实现的，高、低温干燥室分别由一路空气加热系统、蒸汽施加系统和数据采集显示系统控制，具体试验方法步骤如下: (1)烟丝水分调制:用烘箱法测定试验烟丝的含水率，计算一定量烟丝达到预定初始含水率MO时所需要的加水量，对烟丝加水并混合均匀，用袋装密封48h后备用； (2)装置预热:设定烟丝热风变温干燥装置中高、低温干燥室温度和热风风速，其中高温干燥室热风温度范围设置在100-150°C,低温干燥室热风温度范围设置在60-100°C,热风风速设置在0-1.2m/s范围； (3)预干燥试验:热风温度、热风风速稳定后，IOg烟丝样品以薄层状均匀布撒在盛料器上，盛料器置于高温干燥室；采用减重法，在预定的试验条件下按5-60s的时间间隔，测定烟丝在tl、t2、t3……tn等不同干燥时间的含水率，从而得到烟丝的干燥曲线；根据干燥曲线确定烟丝干燥至某一特定含水率M所需要的干燥时间tx ； (4)变温干燥试验:另将IOg烟丝在高温干燥室内进行热风干燥，当干燥时间达到上述步骤(3)中所确定的时间tx时，将装有烟丝的盛料器移送至低温干燥室内，烟丝在低温干燥室内继续干燥至12.5%水分； (5)取样分析:干燥结束后，将烟丝取出袋装密封，作为烟丝填充值等物理质量、香味成分等化学质量以及感官质量的检测样品。
【文档编号】A24B3/04GK104013089SQ201410206839
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】朱文魁, 段鹍, 陈良元, 常纪恒, 李斌, 刘斌, 王岩 申请人:中国烟草总公司郑州烟草研究院