CN101491368A - 烟草复合传热式小型滚筒干燥装置 - Google Patents

Abstract

一种烟草复合传热式小型滚筒干燥装置，包括与气源和水源相连接的预热器、饱和湿空气发生器、混合器、滚筒装置以及数据采集装置，预热器和饱和湿空气发生器可分别通过输送管路将各自所产生的气体送入混合器混合后再经过旋转接头进入滚筒装置中，对滚筒内的烟丝进行可控停留时间的处理，其中预热器、饱和湿空气发生器、混合器以及送入滚筒装置的气流温度均可通过智能控温仪控制。本发明的实质性特点是：滚筒在控制一定的转速和筒壁温度条件下，与通入的干燥气体介质共同对滚筒内一定量的烟丝样品进行设定干燥时间的处理，同时在处理过程中可以将部分烟丝取出做物理、化学和感官质量分析和评价，进而对干燥过程中烟丝加工质量特征做出分析和判断。

Description

烟草复合传热式小型滚筒干燥装置

技术领域

本发明涉及烟草加工设备，具体是一种烟草复合传热式小型滚筒干燥装置，是针对烟丝(或梗丝、薄片等卷烟原料)或片烟在可控的复合传热(筒壁温度、气体介质温度和湿度)和一定的滚筒转速条件下进行干燥的小型装置，最大批处理量为1kg。

背景技术

在烟草生产加工过程中，基于复合传热的滚筒干燥器应用最为广泛，针对烟丝(或梗丝、薄片等卷烟原料)的加工过程为稳态过程，而烟丝在稳态过程中发生的热湿传递是瞬态过程，而瞬态过程中加工质量随处理条件和停留时间的变化特征是稳态过程控制的核心。实际生产中滚筒烘丝机的主要结构有干燥滚筒、传动***、供气***、热风***、冷凝***、压缩空气***和电子控制***等几部分。它以蒸汽作为热源，通过加热筒壁和筒内布置的加热板对烟丝进行传导加热，且从外部向滚筒引入热风气流对烟丝进行对流传热干燥。

研究者针对滚筒内发生的烟丝热湿传递特征及其过程中物理、化学性质的变化进行过一定的研究，所采用的方法多数为单一传热下的干燥过程研究，即在只有对流传热条件下的干燥过程(即热风干燥过程)，通过不同停留时间下间歇取样或测量对过程中物理和化学性质的变化进行研究，以此作为评价滚筒干燥器烟丝质量变化特征，由于基本的传热方式单一(过程仅考虑了对流传热)，所以得到的结果与烟丝滚筒干燥过程有很大的差别，但实验数据能够较好的描述单一传热下的干燥规律，所以该方法在食品加工领域有广泛的应用。

在烟丝滚筒干燥研究中，有研究者开发了能够复合传热的实验装置，该实验装置***是由实验区、测量装置、热风***、加湿***、底部加热装置等几部分组成。加湿***用来调节实验用空气的初始含湿量，底部加热装置是为了增加传导传热方式，底部加热为几个电加热片。该装置的传热方式一定程度上很好的实现了对复合传热的干燥过程，但由于烟丝在滚筒中存在两种运动模式，其一是随着导热板一起做提升运动，另外一种是在导热板运动到一定角度，烟丝被自由抛洒，而该装置中的烟丝状态是静止堆积，传导传热方式不能均匀的处理烟丝，同时电加热片无法满足片上温度场的均匀；同时存在湿空气的温湿度条件无法控制。因此该装置没有很好的解决复合传热下的滚筒干燥的相关问题。

而在生产中所使用的烟丝滚筒干燥设备上研究烟丝加工特性，存在以下问题：1、烟丝用量过大(300kg/h～10000kg/h)，造成烟丝浪费；2、中间样品无法取出，造成研究质量与停留时间关系的困难，3、生产设备操作参数的调整范围和控制精度有限，易造成实现数据的不可重复性。

发明内容

本发明正是针对已有实验室研究用装置和生产设备在科研中的不足，提供一种在实验室中使用的烟草复合传热式小型滚筒干燥装置，该装置能够针对烟丝(或梗丝、薄片等卷烟原料)在可控的复合传热(模拟烟丝滚筒干燥设备中的筒壁温度、热风温湿度)和滚筒转速(模拟烟丝在滚筒中的运动过程)条件下进行干燥处理的装置。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：本发明的烟草复合传热式小型滚筒干燥装置，包括与气源和水源相连接的预热器、饱和湿空气发生器、混合器、滚筒装置以及数据采集装置，预热器和饱和湿空气发生器可分别通过输送管路将各自所产生的气体送入混合器混合后再经过旋转接头进入滚筒装置中，对滚筒内的烟丝进行可控停留时间的处理，其中预热器、饱和湿空气发生器、混合器以及送入滚筒装置的气流温度均可通过智能控温仪控制。

所述滚筒装置由外固定筒体、通过支撑拖轮设置在外固定筒体中的内滚动筒体以及滚筒活动侧盖组成，在内滚动筒体内壁上设有抄板，内滚动筒体通过电机驱动旋转，电机为变频电机，在滚筒活动侧盖上设有取样孔及气体出口。

所述内滚动筒体和抄板均为相通的夹层结构，在夹层中设有搅拌构件并充装有加热油。

在外固定筒体与内滚筒筒体之间设置有加热棒，并布设有智能控温仪和温度传感器。

在内滚动筒体的进气孔口处设有气体分布板。

在本发明中，预热器、混合器均为夹层结构，在夹层内均设有加热元件，该加热元件均通过智能控温仪控制。

在饱和湿空气发生器中设有智能控温仪。

在本发明中，所述预热器、饱和湿空气发生器、混合器、滚筒装置的外壁以及相应的连接管道外壁均设有保温层。

在预热器、混合器夹层或保温层中以及混合器与旋转接头之间的管路保温层中相应设置有温度传感器。

所用气源可选择为空气、氮气或二氧化碳中的任意一种。

本发明的实质性特点是：滚筒在控制一定的转速和筒壁温度条件下，与通入的干燥气体介质共同对滚筒内一定量的烟丝样品进行设定干燥时间的处理。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、该装置可以形成宽范围的滚筒干燥条件。具体是干燥气体介质的多选择性，气体介质可选择空气、氮气、二氧化碳等；干燥气体介质中湿蒸汽分压最大值可达80％～90％，控制精度5％；干燥介质温度控制范围为60℃～180℃，控制精度±1℃；滚筒筒壁温度最高可达180℃，控制精度±1℃；转速可控制在0～20转/分钟。

2、该装置为批处理装置。便于对烟丝处理时间进行控制，同时处理过程中可以将部分烟丝取出做物理、化学和感官质量分析和评价，所以该装置能够对干燥过程中烟丝加工质量特征做出分析和判断。

3、该装置的批处理量为100g～1000g，最大处理量为10kg/h

4、使用夹层的筒壁可以保证筒壁温度的均匀，筒壁温度极差小于3℃。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为滚筒装置主剖图。

图3为滚筒装置截面剖视图。

图中：1、计量水泵，2、流量计，3、预热器，4、饱和湿空气发生器，5、混合器，6、气体介质管路，7、加热带，8、智能控温仪，9、温度传感器，10、加热元件，11、旋转接头，12、滚筒装置，13、外固定筒体，14、内滚动筒体，15、支撑拖轮，16、抄板，17、搅拌构件，18、取样孔，19、气体出口，20、轴承，21、加热棒，22、加热油，23、滚筒外壁，24、气体分布板，25滚筒活动侧盖，26、电机，27、烟丝。

具体实施方式

本发明以下结合附图作进一步描述：

如图1-3所示：本发明的烟草复合传热式小型滚筒干燥装置，包括与气源和水源相连接的预热器3、饱和湿空气发生器4、混合器5、滚筒装置12以及数据采集装置，预热器3和饱和湿空气发生器4可分别通过输送管路将各自所产生的气体送入混合器5混合后再经过旋转接头11进入滚筒装置12中，对滚筒内的烟丝进行可控停留时间的处理，其中预热器3、饱和湿空气发生器4、混合器5以及送入滚筒装置12的气流温度均可通过智能控温仪8控制。

所述滚筒装置12由外固定筒体13、通过支撑拖轮15设置在外固定筒体中的内滚动筒体14以及滚筒活动侧盖25组成，在内滚动筒体内壁上设有抄板16，内滚动筒体14通过电机26驱动旋转，电机26为变频电机，在滚筒活动侧盖25上设有取样孔18及气体出口19。

所述内滚动筒体14和抄板16均为相通的夹层结构，在夹层中设有搅拌构件17并充装有加热油22。

在外固定筒体13与内滚动筒体14之间设置有加热棒21，并布设有智能控温仪8和温度传感器9。

在内滚动筒体14的进气孔口处设有气体分布板24。

在本发明中，预热器3、混合器5均为夹层结构，在夹层内均设有加热元件10，该加热元件均通过智能控温仪8控制。

在饱和湿空气发生器4中设有智能控温仪8。

在本发明中，所述预热器3、饱和湿空气发生器4、混合器5、滚筒装置12的外壁均设有保温层，在混合器5与旋转接头11之间的管路上加设有加热带以及保温层。

在预热器3、混合器5夹层或保温层中以及混合器与旋转接头之间的管路保温层中相应设置有温度传感器9。

本发明的工作原理及过程如下：

该设备中的干燥气体介质形成需要通过以下装置实现：

实施方式1，在设定干燥气体介质温度为90℃以上条件下，可以采用从绝干气源(空气、氮气、CO₂)引出，经过流量计2控制一定流量气体沿箭头方向的气体管道进入预热器3中，沿箭头方向经过预热器进入混合器5中，通过计算获得设定的干燥气体介质中含湿量，设定的计量水泵1的输出水量，输出的水沿箭头方向的水管道进入预热器3中进行预热、升温、气化，沿箭头方向经过预热器进入混合器5中，通过智能控温仪8对预热器3和混合器5加热量进行控制，此处的温度控制设定为高于干燥气体介质温度5℃～10℃左右，混合器中形成的一定含湿量的干燥气体介质沿箭头方向经过干燥气体介质管路经旋转接头11进入干燥滚筒装置12内，在混合器5与旋转接头11之间的干燥气体介质管路上加设有加热带7以及保温层，同时在管路末端设置智能控温仪8，通过智能控温仪对干燥气体介质管路上的加热带7加热量进行控制，此处的温度控制设定为干燥气体介质温度设定值。

实施方式2，在设定干燥气体介质温度为90℃以下条件下，可以采用从绝干气源(空气、氮气、CO₂)引出，经过流量计2控制一定流量气体沿箭头方向的气体管道进入预热器3的气体通道中，沿箭头方向经过预热器3进入混合器5中，通过计算获得设定在一定温度下饱和湿空气的绝干干气体流量，采用从绝干气源(空气、氮气、CO₂)引出，经过流量计控制一定流量气体沿箭头方向的进入饱和湿空气发生器4，饱和湿空气发生器4中设置加热装元件10、智能控温仪8和保温层，通过智能控温仪8对饱和湿空气发生器4的温度进行控制，此过程是通过气体夹带的方式形成设定温度下的饱和湿气，形成的饱和湿气沿箭头方向经保温管道进入混合器5中，通过智能控温仪8对预热器3和混合器5的加热量进行控制，此处的温度控制设定为高于干燥气体介质温度5℃～10℃左右，混合器中形成的一定含湿量的干燥气体介质沿箭头方向经过干燥气体介质管路经旋转接头11进入干燥滚筒装置12内，在混合器5与旋转接头11之间的干燥气体介质管路上加设有加热带7以及保温层，，通过智能控温仪8对干燥气体介质管路上的加热带7加热量进行控制，此处的温度控制设定为干燥气体介质温度设定值。

该装置的滚筒中筒壁温度的控制可以通过以下方式实现：滚筒装置12包括外固定筒体13和能够自由旋转的带有夹层的内滚动筒体14和与之连接的抄板16(4～8块)组成，内滚动筒体14和抄板16的夹层内部是联通的，夹层中充入90％～95％体积的可以加热的加热油22，形成夹层中的油浴，内滚动筒体14中设置可以在旋转过程中起到强化加热油充分混和的搅拌构件17和温度检测的分布式温度传感器9，内滚动筒体14外周围均匀设置多支加热棒21，并在其中设置智能控温仪8，由智能控温仪8与分布式温度传感器9联合实现对内滚动筒体14温度的控制。在由多支加热棒21组成的环形空间外是外固定筒体13和保温层，外固定筒体13和保温层在热湿处理过程中是静止不动，即不随内滚动筒体14转动。

该装置中的滚筒转动及转速的控制可以通过以下方式实现：内滚动筒体14由变频电机26驱动，转速的实现是通过的调节变频电机的频率进行对转速的调节控制，内滚动筒体14通过支撑拖轮15设置在外固定筒体中，可保证内滚动筒体14在转动过程中平稳运行。

该装置中干燥气体介质的进出可以通过以下方式实现：干燥气体介质通过旋转接头11进入滚筒内中的气室，干燥气体介质经分布板24后，气流比较均匀一致，该气流与滚动中飘散的烟丝27及在抄板16上的烟丝接触后，水平通过该滚筒。在滚筒的另一端的滚筒活动侧盖25设置有气体出口19，处理后气体经该出口由排风***排离实验区。

该装置中烟丝样品的加入、取出与整体排出可以通过以下方式实现：该处理装置为批式处理装置，在滚筒活动侧盖25上设置两个取样孔18，当处理条件稳定后，将装入一定量的烟丝27推入滚筒内，为保证加料均匀性，在加料过程中，滚筒要慢速转动。加料结束后，经过一段时间后，根据试验处理对样品重量的要求，及时将一定样品利用取料器将样品取出。此后重复上述试验过程。实验结束后，将活动侧盖25打开，将滚筒通过倾斜，倾斜角度可为0-90°，将滚筒中处理后的烟丝取出，将滚筒恢复水平位置，结束本次试验后，设定新的处理条件，准备下次实验。

该装置中的数据采集装置是将过程中气体流量信号(气体流量计)，气体温度信号，筒壁温度信号，通过数据采集***进入计算机，便于数据记录、整理和分析。

Claims (10)

1、一种烟草复合传热式小型滚筒干燥装置，其特征在于，它包括与气源和水源相连接的预热器(3)、饱和湿空气发生器(4)、混合器(5)、滚筒装置(12)以及数据采集装置，预热器(3)和饱和湿空气发生器(4)可分别通过输送管路将各自所产生的气体送入混合器(5)混合后再经过旋转接头(11)进入滚筒装置(12)中，对滚筒内的烟丝(27)进行可控停留时间的处理，其中预热器(3)、饱和湿空气发生器(4)、混合器(5)以及送入滚筒装置(12)的气流温度均可通过智能控温仪(8)控制。

2、根据权利要求1所述的烟草复合传热式小型滚筒干燥装置，其特征在于：滚筒装置(12)由外固定筒体(13)、通过支撑拖轮(15)设置在外固定筒体中的内滚动筒体(14)以及滚筒活动侧盖(25)组成，在内滚动筒体(14)内壁上设有抄板(16)，内滚动筒体(14)通过电机(26)驱动旋转，在滚筒活动侧盖(25)上设有取样孔(18)及气体出口(19)。

3、根据权利要求2所述的烟草复合传热式小型滚筒干燥装置，其特征在于：内滚筒筒体(14)和抄板(16)均为相通的夹层结构，在夹层中设有搅拌构件(17)并充装有加热油(22)。

4、根据权利要求2所述的烟草复合传热式小型滚筒干燥装置，其特征在于：外固定筒体(13)与内滚动筒体(14)之间设置有加热棒(21)，并布设有智能控温仪(8)和温度传感器(9)。

5、根据权利要求2所述的烟草复合传热式小型滚筒干燥装置，其特征在于：在内滚动筒体(14)的进气口处设有气体分布板(24)。

6、根据权利要求2所述的烟草复合传热式小型滚筒干燥装置，其特征在于：电机(26)为变频电机。

7、根据权利要求1所述的烟草复合传热式小型滚筒干燥装置，其特征在于：预热器(3)、混合器(5)均为夹层结构，在夹层内均设有加热元件(10)，该加热元件均通过智能控温仪(8)控制。

8、根据权利要求1所述的烟草复合传热式小型滚筒干燥装置，其特征在于：在饱和湿空气发生器(4)中设有智能控温仪(8)。

9、根据权利要求1所述的烟草复合传热式小型滚筒干燥装置，其特征在于：所述预热器(3)、饱和湿空气发生器(4)、混合器(5)、滚筒装置(12)的外壁以及相应的连接管道外壁均设有保温层。

10、根据权利要求7或9所述的烟草复合传热式小型滚筒干燥装置，其特征在于：在预热器、混合器夹层或保温层中以及混合器与旋转接头之间的管路保温层中相应设置有温度传感器(9)。

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