CTD,2种不同干燥模式的应用研究

材料与方法

2.1 材料、设备与仪器 某分组加工产品B组分配方、CTD气流干燥设备、填充值测定仪、FD型电热恒温干燥箱、弹性测定仪、叶丝振动分选筛、RM200吸烟机、Aglient7890气相色谱仪。

2.2 方法 首先在2种不同干燥模式下各生产一批产品，“恒定流量脱水”模式为正常生产批，“恒定能量脱水”模式为试验批。对比CTD干燥设备出口叶丝物理指标、烟气指标以及感官质量指标的差异性，若无显著差异，则对“恒定能量脱水”模式连续试验3批次，验证其过程控制稳定性，并与正常生产的“恒定流量脱水”模式进行对比。

2.3 统计分析（1）取样方法：物理指标和感官质量指标评价的样品在CTD出口进行取样，其中感官样品卷制成烟支；烟气指标样品取成品卷烟进行评价；過程控制稳定评价以制丝过程采集的数据进行统计。（2）检测方法：物理指标、烟气指标及感官质量评价按行业标准规定的方法进行。

3 结果与分析

3.1 2种干燥模式下叶丝物理指标分析 从表1可以看出，2种干燥模式下，反映出的叶丝物理指标差异不是很显著。仅从数据比较，“恒定能量脱水”干燥控制模式叶丝的填充值略大、弹性略小，但可能是由于取样样品和检测过程带来的误差，基本可以忽略。

3.2 2种干燥模式下卷烟烟气指标分析 由表2数据所示，2种控制模式下烟气指标值都在设计值的允差范围内，差异并不显著，仅检测数据而言，“恒定能量脱水”干燥控制模式的实测焦油量和一氧化碳含量略低。

3.3 2种干燥模式下感官质量分析 通过对2组感官样品进行暗评，可知整体差异不显著，“恒定能量脱水”在甜度、杂气以及干净程度等方面总体略好（表3、图2）。

3.4 2种干燥模式下过程控制情况对比分析 如前面所述，“恒定流量脱水”模式是稳定物料工艺流量，通过燃烧炉调节工艺气体温度去调节叶丝出口水分的长期波动，“恒定能量脱水”模式是固定脱水量，相对稳定工艺气体温度，通过改变物料流量去控制叶丝出口水分的波动。从表4和表5中的数据可看出，2种干燥模式出口水分标偏都能满足在0.3%的要求内，且总体差异不大。“恒定流量脱水”模式下：物料工艺流量波动较小，批内波动平均为2.52kg/h；工艺气温度波动较大，批内波动平均在0.90℃，批间极差为6.06℃。“恒定能量脱水”模式下：物料工艺流量波动较大，批内标偏平均为66.98kg/h，批内最大极差为671.19kg/h；工艺气温度波动较小，批内波动平均在0.09℃，批间极差为0.16℃。

3.5 2种干燥模式控制程序分析

3.5.1 “恒定流量脱水”干燥控制系统 此种方式使用的是以燃烧炉调节PG温度为副回路、出口水分控制为主回路的串级反馈控制系统（图3）。

影响烟丝出口水分的干扰因素有很多，比如烟丝流量的干扰、PG温度的干扰、排潮的干扰等，对于这些干扰，系统都通过相对应的PID反馈调节来消除干扰，各种因素都达到相对应的稳态。但对于反馈控制来说，是测量被控量，通过被控量的实际值与设定值之间的差值去调节相应的调节器，从而改变操作变量，最终补偿干扰；但是系统无法将干扰控制在被控制量偏离设计值之前，所以被控对象总是存在一定的纯滞后和容量滞后。此种控制模式，能保证来料流量的稳定，但PG温度波动较大，对烟丝批内或批间内在质量的一致性可能会有影响。且对于来料水分的波动，系统没有补偿控制策略。

3.5.2 “恒定能量脱水”干燥控制系统 此种方式使用的是通过控制入口物料的流量以保证脱水量的恒定，去保证出口水分大小的前馈控制系统。此控制系统，在固定PG温度的前提下，调节来料流量去调节出口水分。相应的烟丝的内在质量得到保证，但是来料流量的波动很大，从试验来看，批内极差达到671.19kg/h，可能会对设备进出料气锁带来一定的压力。

3.5.3 CTD控制程序改进的假设 上述CTD2种控制系统的分析结果表明，2种控制模式均存在一定的弊端。结合2种控制原理的分析，为进一步探索优化CTD的控制程序，提出前馈-反馈的控制假设。具体是在以燃烧炉调节PG温度为副回路、出口水分控制为主回路的串级反馈控制系统的基础上，增加物料流量对来料水分的干扰进行补偿的前馈控制系统（如图5）。通过设定专门针对来料水分波动的补偿运算，来补偿最终水分控制，从而减轻反馈控制的负担。

4 结论与讨论

（1）2种控制模式下，制品物理、感官质量以及成品烟气指标从检测结果上看略有差异，但不显著。表明生产过程中，选择任意一种控制模式，对产品外在和内在质量不会有太大的影响。

（2）从CTD设备出口水分控制标偏值来看，2种控制模式都很稳定，且差异性不大。“恒定能量脱水”模式虽然能保证较为稳定的工艺气温度，但流量波动太大，可能会对设备进出料气锁产生影响。“恒定流量脱水”模式，工艺气温度波动表现稍微大些，但从结果看，批内极差值不超过10℃，且感官质量评价差异不明显，属于可接受范围。因此，综合起来，日常生产选择“恒定流量脱水”更加适合。

（3）因2种控制模式都存在一定的弊端，提出的控制系统改进的假设，在今后设备優化改进中可进行参考。

参考文献

[1]胡寿松.自动控制原理（第六版）[M].北京：科学出版社，2013.

[2]YC/T152-2001 卷烟 烟丝填充值的测定[S].

[3]YC/T178-2003 烟丝整丝率、碎丝率的测定方法[S].

[4]国家标准化管理委员会.GB5606-2005[S].

（责编：张宏民）

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