一种滚筒干燥非稳态加工过程头料和尾料阶段的调控优化方法与流程

本发明涉及烟草加工技术领域，尤其涉及滚筒干燥非稳态加工过程头料和尾料阶段的调控优化方法。

背景技术：

在烟丝加工过程中作为卷烟制丝关键加工工序的滚筒烘丝过程，是通过蒸气加热的筒壁和热风为烟丝提供干燥热源，其控制系统主要包括蒸汽压力控制、热风温度控制系统、筒体转速控制。滚筒烘丝过程以筒壁干燥为主，筒壁温度是通过调节蒸气薄膜阀调控蒸气压力来控制的。对热风温度的控制是通过热风回路中的加热器或冷热风门来控制的。烘丝含水率一般使用蒸气回路控制，即对筒壁蒸气压力或热风换热器实施双闭环串级控制，控制筒壁或热风温度达到出口含水率的要求。滚筒烘丝增加烟丝卷曲度和弹性，提高烟丝品质和填充值。但滚筒烘丝机在工作过程中，生产开始和结束时由于烟丝量较少，而烘丝机的滚筒具有较大热容，造成烘丝机进出口叶丝的“料头”、“料尾”（不合格产品），“料头”、“料尾”现象是烟草行业目前面临的普遍问题，“料头”、“料尾”的产生使得烟丝中化学成分也随着水分损失而发生显著变化，造成烟丝香气质、香气量降低、杂气增多、细腻程度降低、刺激性增强、干燥感增加、和干净程度降低等。除此之外，“干头”、“干尾”经过后序加工造碎率较高，极大降低了产品加工质量、感官质量以及产品加工的均匀一致性，增加了烟丝原料的消耗。

近年来，随着烟草企业对生产过程的控制要求不断提高，尽可能地降低叶丝干燥加工过程中产生的“料头”、“料尾”烟丝量,是卷烟企业提质降耗的重要目标之一。目前，为了减少“料头”、“料尾”烟丝量，一种方案是通过对干燥时段划分及筒内留存时间和经验加水进行了控制（《中国烟草学会》，2007(9)：347-352），提高出口烟丝含水率的稳定性；另一种方案是通过优化烘丝头料工作温度，通过温度自动修正环节（《烟草科技》，2013(9)：27-29），以降低干头干尾量。但上述的解决方案主要还是以经验为主，操作难度大，很难把握。同时，在滚筒干燥过程中， “料头”、“料尾”受筒壁温度、热风温度、滚筒转速及补新风时间等综合因素的影响，如果仅调控单个影响因素很难高效去控制“料头”、“料尾”。因此，探寻一种高效控制滚筒干燥非稳态加工过程头料和尾料阶段的调控优化方法，是增强卷烟产品质量稳定性、降低烟丝加工过程消耗的重要途径。

技术实现要素：

本发明的目的正是基于上述现有技术状况而提供一种控制滚筒干燥非稳态加工过程头料和尾料阶段的调控优化方法。该方法通过依次获取料头阶段和料尾阶段两个非稳态加工过程中各关键加工参数的最优控制水平、非稳态阶段到稳态加工过程（或稳态加工过程到非稳态阶段）关键加工参数的切换时间，从而确定可有效减少低含水率不合格烟丝量的滚筒干燥非稳态加工过程最优调控模式。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种滚筒干燥非稳态加工过程头料和尾料阶段的调控优化方法，通过分析滚筒干燥料头阶段和料尾阶段出口叶丝含水率和流量随时间的变化特征，以低含水率不合格烟丝产生量最少为目标，确定料头阶段筒壁蒸汽压力、热风温度、滚筒转速、补新风延时时间加工参数的最优控制水平，以及相应的筒壁蒸汽压力、热风温度、滚筒转速从非稳态阶段到稳态加工过程的切换时间；同时确定料尾阶段筒壁蒸汽压力、热风温度、滚筒转速加工参数的最优控制水平，以及上述参数从稳态加工过程到非稳态阶段的切换时间；将上述获取的料头阶段和料尾阶段最优加工参数组合及参数切换时间，用于调控滚筒干燥非稳态加工过程头料和尾料阶段。

具体包括以下步骤：

（1）、根据烟丝在稳态加工阶段的筒壁蒸汽压力设定值Pw,在滚筒干燥设备的料头和料尾控制程序中于0.6～1.2Pw范围内依次设置若干不同的筒壁蒸汽压力条件；上述每个筒壁蒸汽压力条件下，滚筒干燥设备分别进行过料烘丝，烘丝过程中采用水分仪和在线称重装置分别记录和测定料头和料尾阶段出口叶丝含水率和流量随时间的变化曲线；

（2）、根据烟丝在稳态加工阶段的热风温度设定值Tg,在滚筒干燥设备的料头和料尾控制程序中于0.6～1.0Tg范围内依次设置若干不同的热风温度条件；上述每个热风温度条件下，滚筒干燥设备分别进行过料烘丝，烘丝过程中采用水分仪和在线称重装置分别记录和测定料头和料尾阶段出口叶丝含水率和流量随时间的变化曲线；

（3）、根据烟丝在稳态加工阶段的滚筒转速设定值N,在滚筒干燥设备的料头和料尾控制程序中于1～1.5N范围内依次设置若干不同的滚筒转速条件；上述每个滚筒转速条件下，滚筒干燥设备分别进行过料烘丝，烘丝过程中采用水分仪和在线称重装置分别记录和测定料头和料尾阶段出口叶丝含水率和流量随时间的变化曲线；

(4)、根据烟丝在稳态加工阶段的补新风延时时间设定值t,在滚筒干燥设备的料头控制程序中于1～3t范围内依次设置若干不同的补新风延时时间条件；上述每个补新风延时时间条件下，滚筒干燥设备分别进行过料烘丝，烘丝过程中采用水分仪和在线称重装置分别记录和测定料头阶段出口叶丝含水率和流量随时间的变化曲线；

(5)、在（1）～（4）所获取的料头和料尾阶段各加工条件下出口叶丝含水率变化曲线中，分别确定叶丝含水率达到9%和6%所对应的时间值t1和t2；在每个加工条件对应的出口叶丝流量变化曲线中，分别计算出料头和料尾阶段含水率低于9.0%的不合格烟丝质量W1、含水率低于6.0%的不合格烟丝质量W2；

（6）、在料头阶段，根据不同筒壁蒸汽压力、热风温度、滚筒转速和补新风延时时间下的不合格烟丝质量，当W2值大于0时，以W2值最小为准则，确定料头阶段上述四个加工参数的最优值；当W2值为0时，则以W1最小为准则，确定料头阶段上述四个加工参数的最优值；

（7）、在料尾阶段，根据不同筒壁蒸汽压力、热风温度和滚筒转速下的不合格烟丝质量，当W2值大于0时，以W2值最小为准则，确定料尾阶段上述三个加工参数的最优值；当W2值为0时，则以W1最小为准则，确定料尾阶段上述三个加工参数的最优值；

（8）、在料头阶段，将滚筒干燥设备控制程序中筒壁蒸汽压力、热风温度、滚筒转速和补新风延时时间加工参数分别设置为（6）中所确定的最优值，在滚筒干燥设备的料头控制程序中分别将筒壁蒸汽压力、热风温度、滚筒转速加工参数从料头阶段到稳态加工阶段的切换延迟时间在30-90s范围内设置为不同水平，依次在每个加工参数的切换延时时间条件下，进行过料烘丝，并记录和测定料头阶段出口叶丝含水率和流量随时间的变化曲线；

（9）、依据（6）中所述的优化原则，分别确定料头阶段筒壁蒸汽压力、热风温度、滚筒转速的切换延时时间最优值，由此获得料头阶段控制程序中的最佳加工参数组合及各加工参数相应的最优切换延迟时间；

（10）、在料尾阶段，同样地依次执行（8）～（9）步骤，分别确定料尾阶段筒壁蒸汽压力、热风温度、滚筒转速的切换延时时间最优值，由此获得料尾阶段控制程序中的最佳加工参数组合及各加工参数相应的最优切换延迟时间。

上述步骤（1）～（4）中所述的水分仪，为公知技术中的在线红外水分仪；所述在线称重装置，为为公知技术中的电子皮带秤或核子秤。

上述步骤（5）中所述料头阶段的W1和W2是对出口叶丝流量变化曲线积分得到的，具体计算方法如下：

上式中，t为时间，Wt为在线称重装置检测的t时刻对应出口叶丝实时流量值。

上述步骤（5）中所述料尾阶段的W1和W2具体计算方法如下：

本发明的优点在于为烟丝滚筒干燥过程料头和料尾非稳态加工阶段控制程序的设置提供了一种科学有效的优化方法，采用该方法所确定的滚筒干燥料头和料尾阶段调控模式，与传统的经验方法相比，可有效降低滚筒干燥加工环节的烟丝干头干尾量，降低烟叶原料消耗。

附图说明

图1为本发明的调控方法步骤框图。

图2料头阶段滚筒出口叶丝干基流量随时间变化曲线图。

图3料尾阶段滚筒出口叶丝干基流量随时间变化曲线图。

图4三种组合方式料头阶段不合格烟丝量示意图。

图5三种组合方式料头阶段不合格时间示意图。

图6料头阶段三种方式组合条件下，滚筒出口物料含水率和单位时间物料量随时间变化曲线图。

图7两种组合方式料尾阶段不合格烟丝产生量示意图。

图8两种组合方式料尾阶段时间示意图。

图9料尾阶段二种方式组合条件下，滚筒出口物料含水率和单位时间物料量随时间变化曲线图。

具体实施方式

本发明以下结合实施例（附图）做进一步描述。

实施例

以甲厂为例，控制滚筒干燥非稳态加工过程头料和尾料阶段的调控方法是：

1、在甲厂正常生产时，确保滚筒筒壁压力（温度）依次为1.0bar、1.2bar、1.4bar、1.6bar，烘丝机进入待机状态后进行正常进料，物料通过皮带秤开始进行稳定喂料的时间记为0s，在烘丝机出口每隔10s接取一个烟丝样品，接取时间为10s。样品按照取样先后顺序称重，同时测定样品水分，并换算出物料干基流量的变化情况，即可得到料头或料尾阶段的出口叶丝含水率、干基流量及不合格烟丝量的变化情况。绘制料头、料尾阶段时间、出口不合格烟丝量随筒壁压力变化曲线。

2、在甲厂正常生产时，确保滚筒热风温度依次为85℃、90℃、95℃、100℃、烘丝机进入待机状态后进行正常进料，物料通过皮带秤开始进行稳定喂料的时间记为0s，在烘丝机出口每隔10s接取一个烟丝样品，接取时间为10s。样品按照取样先后顺序称重，同时测定样品水分，并换算出物料干基流量的变化情况，即可得到料头或料尾阶段的出口叶丝含水率、干基流量及不合格烟丝量的变化情况。绘制料头、料尾阶段时间、出口不合格烟丝量随热风温度变化曲线。

3、在甲厂正常生产时，确保滚筒转速依次为6.5rpm、8.5rpm、10.5rpm、12.5rpm、烘丝机进入待机状态后进行正常进料，物料通过皮带秤开始进行稳定喂料的时间记为0s，在烘丝机出口每隔10s接取一个烟丝样品，接取时间为10s。样品按照取样先后顺序称重，同时测定样品水分，并换算出物料干基流量的变化情况，即可得到料头或料尾阶段的出口叶丝含水率、干基流量及不合格烟丝量的变化情况。绘制料头、料尾阶段时间、出口不合格烟丝量随滚筒转速变化曲线。

4、在甲厂正常生产时，确保补新风延时时间依次为30s、50s、70s、90s、烘丝机进入待机状态后进行正常进料，物料通过皮带秤开始进行稳定喂料的时间记为0s，在烘丝机出口每隔10s接取一个烟丝样品，接取时间为10s。样品按照取样先后顺序称重，同时测定样品水分，并换算出物料干基流量的变化情况，即可得到料头或料尾阶段的出口叶丝含水率、干基流量及不合格烟丝量的变化情况。绘制料头阶段时间、出口不合格烟丝量随滚筒转速变化曲线。

5、通过步骤1、2、3、4综合考虑，料头阶段非稳态加工过程中确定工艺参数最优组合为筒壁温度（压力）1.0bar、热风温度90℃、滚筒转速10.5rpm、补新风延时时间30s，料尾阶段非稳态加工过程中确定工艺参数最优组合为筒壁温度（压力）1.0bar，热风温度85℃，滚筒转速10.5rpm。

6、滚筒干燥过程料头阶段的筒壁温度、热风温度等干燥参数设置，一般均低于稳态生产阶段，以降低干头烟丝量。因此，在料头阶段，如果适当延长筒壁温度、热风温度切换到稳态加工条件之前的处理时间，即相当于进一步降低料头阶段的干燥强度，有助于进一步降低烟丝干头量。因此，对筒壁温度切换延时时间，设计优化考察30s(原料头阶段调控值)、50s、70s三个水平；对热风温度切换延时时间，设计优化考察30s(原料头阶段调控值)、50s两个水平；对滚筒转速切换延时时间，设计考察30s、50s两个水平。调控方案如表1

料头阶段三种方式组合条件下，绘制滚筒出口物料含水率随时间变化曲线见图2、三种组合方式料头阶段不合格烟丝量见图3、三种组合方式料头阶段不合格时间见图4。

在料尾阶段，适当缩短筒壁温度由稳态加工条件切断到料尾状态的延时时间，有助于降低料尾阶段的干燥强度，从而进一步降低烟丝干尾量。因此，对筒壁温度切换延时时间，设计优化考察40s、30s两个水平。调控方案如表2

料尾阶段两种方式组合条件下，绘制滚筒出口物料含水率随时间变化曲线见图5、两种组合方式料尾阶段不合格烟丝产生量见图6、两种组合方式料尾阶段时间见图7。

7、通过综合分析，甲厂料头阶段非稳态加工过程最优组合调控方案如下：筒壁温度（压力）1.0bar、热风温度90℃、滚筒转速10.5rpm、补新风延时时间30s，非稳态到稳态过程的最优切换时间为筒壁温度（压力）70s、热风温度和滚筒转速50s。料尾阶段非稳态加工过程最优组合调控方案如下：筒壁温度（压力）1.0bar、热风温度85℃、滚筒转速10.5rpm，稳态到非稳态过程的最优切换时间为30s。