CN104000299A - 烟草滚筒远红外复合干燥实验设备 - Google Patents

Abstract

一种烟草滚筒远红外复合干燥实验设备，其特征在于：包括卧式滚筒、与滚筒相连接的热风输送***以及设置在滚筒内腔中的远红外加热装置，所述热风输送***包括依次连接的气源、气体预热器、蒸汽发生器、换热器以及通入滚筒内腔的输气管道；在滚筒的后端壁上开设有物料口且设置有排潮管。该实验设备能够将传统烟丝滚筒干燥中筒壁热传导加热、热风对流加热与远红外辐射加热结合起来。通过多种加热方式的结合能够满足烟丝在较低的筒壁温度下快速干燥，得到水分均匀填充效果较好的产品。并可以实现根据原料不同、产品目标不同来控制不同滚筒干燥阶段的筒壁温度和远红外辐射强度，进而实现差异化生产精细化生产。

Description

烟草滚筒远红外复合干燥实验设备

技术领域                 

本发明涉及烟草工艺过程中的烟丝干燥设备，尤其是一种烟草滚筒远红外复合干燥实验设备，即具体利用筒壁、热风、远红外加热板将热传导、对流传热、辐射传热多种加热方式结合在一起的复合干燥设备。并可采用分段加热分段控制技术实现烟丝干燥过程中的精细化加工。

背景技术

干燥在烟草加工中是非常重要的工序，不同的干燥设备、不同的干燥方法对烟草的物理特性、感官特性、化学成分都有非常显著的影响。目前，烟丝干燥的主要有气流干燥和滚筒干燥两种形式。气流干燥主要依靠对流传热的方式对烟丝进行干燥，将叶丝连续加入干燥管内，在高温高湿气体的输送过程中，使烟丝脱去水分。气流干燥的特点是热效率高、干燥时间短、处理量大、得到的产品填充值较高，但是气流干燥产品的水分均匀性较差、香味物质损失较大。滚筒干燥设备通过热风和烟丝间的对流传热、滚筒壁和烟丝间热传导实现烟丝的干燥。滚筒干燥的产品指标的均衡性较好，但是产品填充值相对较低。

对于现有的滚筒干燥设备仍然不能完全解决以下几个问题。首先，烟丝干燥产品填充值与烟丝保香之间的矛盾。其次，滚筒干燥过程中干燥速率和能源利用率的提升。最后，滚筒干燥设备根据原料的差异、产品目标的不同进行差异化生产、多元化控制的空间较小。

随着干燥技术的发展，一些新型的干燥技术在食品、化工等行业逐渐应用。新型的干燥设备也越来越趋向于采用多种加热方式并用的复合干燥方式。例如将传统的加热方式与远红外加热方式结合起来，由于远红外加热具有快速升高物料温度提高干燥速率、加热均匀、热转化率较高、具有一定的穿透性等优点，结合现有滚筒干燥的加热方式很有可能解决传统烟丝干燥过程中存在的一些问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种烟丝滚筒远红外复合干燥实验设备。该实验设备能够将传统烟丝滚筒干燥中筒壁热传导加热、热风对流加热与远红外辐射加热结合起来。通过多种加热方式的结合能够满足烟丝在较低的筒壁温度下快速干燥，得到水分均匀填充效果较好的产品。并且通过对筒壁加热装置、远红外加热板的模块化安装与控制，可以实现根据原料不同、产品目标不同来控制不同滚筒干燥阶段的筒壁温度和远红外辐射强度，进而实现差异化生产精细化生产。 

本发明的目的是通过以下技术措施实现的：

一种烟草滚筒远红外复合干燥实验设备，包括由动力机构驱动旋转的设有中心轴的卧式滚筒、与滚筒相连接的热风输送***以及设置在滚筒内腔中的远红外加热装置，在滚筒筒壁上依次设有加热层和保温层，在滚筒内腔壁上固设有物料抄板，所述热风输送***包括依次连接的气源、气体预热器、蒸汽发生器、换热器以及通入滚筒内腔的输气管道；所述远红外加热装置为采用陶瓷远红外辐射板组成的半圆形加热面板，且加热面板的辐射功率可调，在滚筒的后端壁上开设有物料口且设置有排潮管。

气体预热器与蒸汽发生器以并联方式设置在热风输送***中，分别与气源和换热器相连接。

所述远红外加热装置是采用陶瓷远红外辐射板组成半圆形加热面板，沿滚筒轴向方向安装。根据滚筒旋转的方向，由于物料抄板的翻动作用物料主要倾向于旋转方向一面，半圆形远红外加热板以轴向夹角为30°的位置通过支架安装在中心轴上，中心轴固定在滚筒两端不随滚筒转动而转动，能够有效提高辐射加热效率，加热面板的辐射功率通过远红外加热控制器控制。同时可以根据加工需要，辐射面板的辐射功率可以程序控制，在0-5KW范围内调节，从而在不同干燥阶段采用不同的加热功率进行干燥。

在蒸气发生器出口处、空气预热器出口处、换热器出口处分别安装有无线温湿度传感器，以便于控制相应设备的输出温湿度

滚筒筒壁上的加热层是通过布设在筒壁上的加热管来加热的，加热管可沿滚筒轴向分段布置，且在加热层中布设有无线温度传感器，并通过PID控制器对筒壁温度实施控制。

物料抄板的截面为三角锥结构，顶角为90°，物料抄板的这一特殊设计能够有效增大换热面积、加强物料搅拌作用，同时三角型的抄板结构使物料在滚筒滚动过程中可以减小物料抛洒高度，减小物料造碎，提高物料利用率。。

所述动力机构为变频电机，可实现对滚筒转速在0-20rpm内调整。

所述滚筒固定在底盘支架上，通过控制电机转速来控制滚筒的转速，实现滚筒转速在0-20rpm范围内调节。滚筒的后端壁开设的物料口，可以实现对物料的加料和出料，并且可以在不同的干燥阶段对物料进行取料，方便实验研究。物料口由有机玻璃构成，方便对实验过程进行观察。

根据实验要求的不同，进入滚筒内的热风可有两种，一种是绝干热风，另一种是一定湿含量的热风。当需要绝干热风时，气体直接通过气体预热器进入换热器中对气体进行加热。通过控制器控制换热器的功率来调节绝干热风的温度。当需要一定湿含量的热风时，通过气体流量控制装置可以设定分别控制进入蒸气发生装置内的气体量以及进入空气预热器的气体量，通过调节不同气量将滚筒内气速控制在0-0.5m/s范围。将蒸气发生器产生的气体和空气预热器预热后的气体混合后通入换热器加热，气体温度可根据需要在0-200℃范围内调节。加热后的气体通过管道输送至滚筒入口，通过旋转接头进入滚筒内部，对物料进行加热后，最终通过设置在滚筒后端旋转接头上的排潮管排出。

本发明提供的试验装置具有三种不同的复合传热干燥工作模式，包括辐射-对流复合传热、辐射-对流-传导复合传热和对流-传导复合传热，其工作过程分别如下：

1、在辐射-对流复合传热工作模式下，试验装置的筒壁加热***关闭，将干燥热风的流量、温度、湿度按预定的试验条件设置；待热风状态稳定后，按设定辐射功率开启远红外加热器，将调制好水分的定量烟丝放入滚筒中，同时按设定的滚筒转速开启筒体转动驱动电机，开始计时干燥；干燥过程中，通过物料口定时对筒中烟丝取样，可对水分、温度、烟丝结构等物理质量和感官质量进行分析检测。

2、在辐射-对流-传导复合传热工作模式下，将筒壁温度和干燥热风的流量、温度、湿度按预定的试验条件设置；待筒壁温度和热风状态稳定后，按设定辐射功率开启远红外加热器，将调制好水分的定量烟丝放入滚筒中，同时按设定的滚筒转速开启筒体转动驱动电机，开始计时干燥，干燥过程中可对烟丝定时取样分析检测物理质量和感官质量。

3、对流-传导复合传热工作模式下，将远红外加热器关闭，将筒壁温度和干燥热风的流量、温度、湿度按预定的试验条件设置；待筒壁温度和热风状态稳定后，将调制好水分的定量烟丝放入滚筒中，同时按设定的滚筒转速开启筒体转动驱动电机，开始计时干燥，干燥过程中可对烟丝定时取样分析检测物理质量和感官质量。

本发明具有如下优点：

1、本发明在滚筒装置中将远红外辐射加热与热传导、对流传热方式相结合，由于远红外辐射加热方式调控响应迅速，且对物料具有一定穿透性，与传统的单一传导加热及对流加热滚筒干燥装置相比，该装置有利于改善烟丝干燥质量均匀性。

2、本发明装置具备不同传热复合方式的干燥试验功能，可以针对不同干燥原料，针对性开展辐射-对流复合传热、辐射-对流-传导复合传热和对流-传导复合传热等不同加工模式下的干燥特性研究。

3、本发明滚筒装置中，辐射、对流、传导三种基本传热过程的***加热参数均灵活可调，且干燥过程中烟丝取样方便，有利于形成宽范围的干燥试验研究条件。

附图说明

图1为：设备原理示意图。

图2为：设备截面示意图。

图3为：远红外加热器结构示意图。

图中标注：1-滚筒、2-滚筒保温层、3-加热层、4-滚筒内腔腔壁、5-物料抄板、6、25-旋转接头、7-排潮管、8-物料口、9-电机、10-转动托辊、11-传动***控制器、12-远红外加热控制器、13-热风***控制器、14-筒壁加热控制器、15、16-气体流量计、17-蒸气发生器、18-气体预热器、19、20、22-无线温湿度传感器、21-换热器、23-无线温度传感器、24-中心轴、26-远红外加热装置、27-陶瓷远红外辐射板、28-滚筒支撑托辊、29-滚筒支座。

具体实施方式

本发明以下结合附图进一步描述：

如图1所示：一种烟草滚筒远红外复合干燥实验设备，包括由变频电机9驱动旋转的设有中心轴24的卧式滚筒1、与滚筒相连接的热风输送***以及设置在滚筒内腔中的远红外加热装置，在滚筒筒壁上依次设有加热层3和保温层2，在滚筒内腔腔壁4上固设有物料抄板5，所述热风输送***包括依次连接的气源、气体预热器18、蒸汽发生器17、换热器21以及通入滚筒内腔的输气管道；所述远红外加热装置26为采用陶瓷远红外辐射板27组成的半圆形加热面板，且加热面板的辐射功率可调，在滚筒的后端壁上开设有物料口且设置有排潮管7。

气体预热器18与蒸汽发生器17以并联方式设置在热风输送***中，分别与气源和换热器21相连接。

所述远红外加热装置是采用陶瓷远红外辐射板组成半圆形加热面板，沿滚筒轴向方向安装。根据滚筒旋转的方向，由于物料抄板的翻动作用物料主要倾向于旋转方向一面，半圆形远红外加热板以轴向夹角为30°的位置通过支架安装在中心轴上（参见图2），能够有效提高辐射加热效率，加热面板的辐射功率通过远红外加热控制器12控制。同时可以根据加工需要，辐射面板的辐射功率可以程序控制，在0-5KW范围内调节，从而在不同干燥阶段采用不同的加热功率进行干燥。

在蒸气发生器出口处、空气预热器出口处、换热器出口处分别安装有无线温湿度传感器19、20、22，以便于控制相应设备的输出温湿度

滚筒筒壁上的加热层是通过布设在筒壁上的加热管来加热的，加热管可沿滚筒轴向分段布置，且在加热层中布设有无线温度传感器23，并通过PID控制器14对筒壁温度实施控制。

物料抄板的截面为三角锥结构，顶角为90°，物料抄板的这一特殊设计能够有效增大换热面积、加强物料搅拌作用，同时三角型的抄板结构使物料在滚筒滚动过程中可以减小物料抛洒高度，减小物料造碎，提高物料利用率。

所述滚筒固定在底盘支架上，通过控制电机转速来控制滚筒的转速，实现滚筒转速在0-20rpm范围内调节。滚筒的后端壁开设的物料口8，可以实现对物料的加料和出料，并且可以在不同的干燥阶段对物料进行取料，方便实验研究。物料口由有机玻璃构成，方便对实验过程进行观察。

本发明的工作原理如下：滚筒1由电机9驱动并完成预热，通过筒壁加热控制器14设定筒壁温度，待温度传感器23反馈后的温度达到设定值后完成预热。根据加工需要通过远红外加热控制器12设定元红外加热板26的功率。通过设定进入蒸气发生器17内和气体预热器18内气体的流量，以及蒸气发生器17恒温箱水的温度，使进入滚筒1内的热风达到工艺要求的温度和湿度。将切丝后的叶丝水分平衡到工艺要求值，通过物料口8加入到滚筒1中进行干燥，根据实验要求在不同时间段通过物料口8取料。

热风输送***的工作过程结合附图描述如下：

如图1所示，热风加热***当需要绝干热风时，气体通过流量计16直接进入气体预热器18中，通过预热的气体进入换热器21中对气体进一步加热。产生的热风通过进气管连接的旋转接头25进入滚筒1内，同时可以通过热风***控制器13来调节换热器21的功率进而调节进入滚筒1内绝干热风的温度。当需要进入滚筒内的热风具有一定的湿度时，首先将蒸气发生器17的恒温水箱水设定在一定的温度，当气体通过蒸气发生器17后产生的气体就会携带一定量的水分。另一组气体通过空气预热器18使气体经过初步预热，防止和蒸气混合后发生冷凝。混合后的气体通过换热器21，使气体进一步升温。通过热风***控制器13以及气体温湿度无线传感器(19、20、22）反馈后的数据调节换热器21的加热功率，使进入滚筒1内的热风保持在设定的温度和湿度。

加热后的气体通过管道输送至滚筒入口，通过旋转接头25进入滚筒1内部，对物料进行加热后，最终通过设置在滚筒后端旋转接头6上的排潮管7排出。

Claims (8)

1.一种烟草滚筒远红外复合干燥实验设备，其特征在于：包括由动力机构驱动旋转的设有中心轴的卧式滚筒、与滚筒相连接的热风输送***以及设置在滚筒内腔中的远红外加热装置，在滚筒筒壁上依次设有加热层和保温层，在滚筒内腔壁上固设有物料抄板，所述热风输送***包括依次连接的气源、气体预热器、蒸汽发生器、换热器以及通入滚筒内腔的输气管道；所述远红外加热装置为采用陶瓷远红外辐射板组成的半圆形加热面板，且加热面板的辐射功率可调，在滚筒的后端壁上开设有物料口且设置有排潮管。

2.根据权利要求1所述的烟草滚筒远红外复合干燥实验设备，其特征在于：气体预热器与蒸汽发生器以并联方式设置在热风输送***中，分别与气源和换热器相连接。

3.根据权利要求1所述的烟草滚筒远红外复合干燥实验设备，其特征在于：半圆形加热面板以轴向夹角为30°的位置通过支架安装在中心轴上。

4.根据权利要求1所述的烟草滚筒远红外复合干燥实验设备，其特征在于：在蒸气发生器出口处、空气预热器出口处、换热器出口处分别安装有无线温湿度传感器。

5.根据权利要求1所述的烟草滚筒远红外复合干燥实验设备，其特征在于：加热面板的辐射功率通过远红外加热控制器控制。

6.根据权利要求1所述的烟草滚筒远红外复合干燥实验设备，其特征在于：滚筒筒壁上的加热层是通过布设在筒壁上的加热管来加热的，加热管可沿滚筒轴向分段布置，且在加热层中布设有无线温度传感器，并通过PID控制器对筒壁温度实施控制。

7.根据权利要求1所述的烟草滚筒远红外复合干燥实验设备，其特征在于：物料抄板的截面为三角锥结构，顶角为90°。

8.根据权利要求1所述的烟草滚筒远红外复合干燥实验设备，其特征在于：所述动力机构为变频电机，可实现对滚筒转速在0-20rpm内调整。