梗丝低速气流干燥设备的设计与应用

目前，梗丝干燥主要有滚筒、流化床和气流3种干燥方式。采用滚筒式干燥可以获得较好的含水率均匀性，但由于干燥时间较长，膨胀后的梗丝细胞收缩严重，制成的梗丝填充值较低；采用流化床干燥可以获得较高的填充值，但由于难以解决床体端面物料流量和风速均匀性的问题，致使梗丝出口含水率均匀性较差；采用气流式干燥既可以获得较高的填充值，又有较好的含水率均匀性，是比较理想的梗丝干燥方式。
但目前使用的梗丝气流干燥设备均存在着干燥路径长、风速大、造碎大等缺陷，如COMAS高塔气流干燥设备干燥过程中的风速在25m/s以上，设备高度达18m；COMAS的三塔在干燥过程中的风速为33m/s，物料经过三上三下8次变向，造碎程度大；HAUNI的气流设备高度达16m，风速为20m/s，且价格昂贵。国内烟草行业在使用过程中对该类设备也进行了一些改进：采用管塔式结构和脉冲式气流输送；将垂直干燥管改造成具有大半径的圆弧形流道和截面呈椭圆形的卧式干燥管道，并改进热风分配比例；将干燥塔改进为内塔和外塔相结合结构等，虽然在一定程度上缩短了干燥路径，减少了造碎，提高了含水率均匀性，但其在能耗和含水率均匀性等方面仍有待改进。为此，设计研发了低风速梗丝气流干燥设备，采用倒锥型气流干燥器，将进料管设计为上下两层以降低风速，利用匀风、匀料装置提高热交换效率，以提高梗丝加工品质，降低能源消耗。
1系统结构梗丝低速气流干燥设备与其他气流干燥设备的结构组成相似，主要由干燥器、气料分离器、除尘器、热风动力等部件组成，见。其中，干燥器是气流干燥设备的核心部件，直接决定着设备的性能。
1.1干燥器目前在化工、食品、制药等行业所采用的气流干燥设备，以干燥器的形状区分，主要有长管、短管、脉冲、倒锥形和环形等。其中，①长管干燥器应用早且使用广泛，优点是结构简单，缺点是干燥管过长，一般为1020m，设备装配空间高度较高。②短管干燥器多用于沙石类物料的干燥，不适宜于烟草物料。③脉冲气流干燥采用管径交替缩小与扩大的方法，使物料运动交替加速或减速，这种干燥方式热交换效率高，但局部风速相对较高，容易造碎。④环形干燥器是将直管变成环形结构，从而降低了干燥器的高度，但由于干燥管转弯部分较多，故局部管壁易于粘料，对物料的造碎也较大。⑤倒锥形气流干燥器气流速度由下而上逐渐减小，不同悬浮速度的物料可分别在管内不同的高度悬浮。含水率大的物料悬浮速度大，在干燥管内移动速度慢，干燥时间长；含水率小的物料悬浮速度小，在干燥管内移动速度快，干燥时间较短。因此这种干燥方式可以获得较好的含水率均匀性，同时由于风速变化使物料和热风产生相对运动，热交换效率也较高。综合考虑干燥器系统阻力、热交换效率和梗丝造碎情况，且有利于实现低风速气流干燥，因而选用了倒锥形干燥器。
1.2气料分离器气料分离主要采用切向和旋风两种方式。考虑到梗丝密度较小，物料与热风分离难度较大，气料分离器选用切向落料器比旋风落料器可获得更好的分离效果。
1.3除尘器除尘器主要有旋风和布袋两种形式。布袋除尘器除尘效率高，但占地面积大，清理保养难度大，不适合于高温高湿气体的除尘和在车间生产环境中使用；旋风除尘器虽然除尘效率较低，但占地面积小，清理保养方便，对热风系统的阻力影响小，适合于高温高湿气体除尘和在车间生产环境中使用，因此除尘选用了旋风除尘器。
1.4热风加热器热风加热器主要有蒸汽热交换器和热风炉两种。
蒸汽热交换器使用蒸汽为热源，蒸汽是二次能源，能源利用率低，提供的热风温度低（一般不超过170C），受蒸汽质量影响大，蒸汽热交换器系统阻力大，容易积尘存在安全隐患；热风炉使用柴油或天燃气一次能源作为燃料，能源利用率较高，可克服蒸汽热交换器的不足，因此热风加热器选用了热风炉。
综上所述，为了使加工的梗丝具有较好的膨胀效果（或填充值）和含水率均匀性，同时达到加工过程低风速、低造碎的要求，确定的梗丝膨胀干燥系统整体结构见。
2技术实现2.1工艺风速不同含水率梗丝在竖直管道内低悬浮速度的试验结果见表1.为实现低风速条件下的安全输送，将倒锥形干燥管干燥入口（梗丝含水率36）的气流速度设定为7m/s，干燥出口（梗丝含水率13）的气流速度设表1不同含水率梗丝低悬浮速度的测定结果物料状态含水率/低悬浮速度/（m/s）膨化后梗丝2.2干燥管和进料管干燥管作为设备的关键部件，形状为方形，在风力输送物料时，方形的四角风速不稳定，容易堆积物料，因此在设计制造时将方形的四角制作成较大的圆角，并把内壁打磨光滑。
根据生产能力2000kg/h（按标准含水率12），来料含水率40，出口含水率12.5，计算出脱水量G=917kg/h，由脱水量G计算出所需要的热量M=2.225x109，由质量和能量守恒定理可得出携带热量M所需要的空气Q（风机风量）约为36000m3/h.根据风机风量Q及干燥管上部和下部风速计算出干燥管上部和下部截面面积分别为3.2m2和1.4m2，干燥管尺寸见。
根据系统的风量（36000m3/h）和风速，以梗丝（含水率36）34倍的悬浮速度、排潮量、梗丝含水率（脱水量）等组成。干燥热风循环使用，干燥后回风的一部分（占总风量的20-30）通过排潮管道排出干燥系统；回风的大部分（占总风量的70-80）分成2路，由热风分配阀门调节，一路进入热风炉加热，另一路直接进入混合箱与加热后的热风混合后形成工艺热风。热风炉的出风温度控制在200~250C，控制精度3C；干燥管上部的风速为3.23.4m/s，工作风温控制在170~230°C，控制精度1C.通过调整热风风机的频率控制风量，风机频率控制在30~50Hz；系统风量的调节范围为36000~58000m3/h，控制范围为干燥系统的排潮量通过调整排潮管道内风门的角执行器进行控制。排潮风门开度可在0~100°之间调节，为了节省能源，在设备预热阶段时排潮风门关闭，在正常生产时排潮风门的开度控制在3070.梗丝出口含水率的控制是根据工艺要求设定，按照进料流量和含水率计算出脱水量，在干燥系统风量、排潮量一定的情况下，通过调整工作风温进行控制，出口含水率控制范围为设定值±0.5.系统的工艺流程为：膨化后的梗丝由进料气锁送入进料管，进料管沿气流方向倾斜安装，在热风作用下将梗丝输送到倒锥形干燥管内，经匀料辊分散后达到悬浮状态，并沿风速方向向上运动，因干燥管采用倒锥形设计，风速向上逐渐减小。而梗丝在运动过程中不断地干燥脱水，含水率逐渐降低，含水率小的梗丝运动速度快，干燥时间短；反之，速度慢，干燥时间长。梗丝通过这种运动自行调节干燥含水率，从而提高干燥后的含水率均匀性。在悬浮干燥过程中，梗丝中的梗头、梗签、团块等重物被风选分离，下落到干燥管底部并排出。
3应用效果表2梗丝物理质量对比①工艺方式平均填充值/（cm3/g）平均整丝率/平均碎丝率/平均含水率/梗丝干燥出口断面含水率极差/低速气流干燥7.7490.811.5113.120.61流化床干燥7.8785.822.5012.922.10注：①检测点为干燥后。表3卷烟样品感官质量对比①工艺方式\"黄金叶（帝豪）“\"红旗渠（银河之光）”光泽香气协调杂气刺激性余味合计光泽香气协调杂气刺激余味合计低速气流干燥5.0028.145.0010.43刘邦俊，杨军，蒋健。SH9叶丝膨胀干燥设备特性及应用//2006年烟草机械学术研讨会征集论文汇编（下册）。
上海：中国烟草学会工业委员会，2006：783-786.高玉梅，李辉，孙革。新型叶丝梗丝高膨胀干燥设备的设计应用。烟草科技，2008代建文，杨枚。HDT设备结构及其工艺控制原理。烟草杜爱详，马铁兵。叶丝快速膨化干燥方法：中国，1436495A.2003-08-20.（下转第32页）