本發(fā)明涉及一種管道氣流式干燥物料含水率的控制方法，適用于封閉的管道氣流干燥裝置進(jìn)行物料干燥時(shí)的含水率控制。

技術(shù)背景

當(dāng)煙葉、煙絲等輕質(zhì)物料進(jìn)入管道氣流式干燥裝置后，在高溫?zé)釟饬鬏斔瓦^程中，熱氣流與物料充分接觸，物料受到干燥脫水，含水率降低。在正常生產(chǎn)中，生產(chǎn)工藝對物料干燥后的含水率都有嚴(yán)格要求，且是物料加工質(zhì)量的重要控制指標(biāo)。要控制干燥后物料的含水率，首先需要確定干燥裝置的脫水能力(即干燥裝置的脫水率M，用單位時(shí)間內(nèi)的脫水量來衡量)，通常在干燥裝置入口安裝電子秤(測量和控制物料瞬時(shí)流量S)和水分儀(檢測物料含水率W_i)，則干燥后的物料含水率為：

公式(1)中：

W0：干燥后的物料含水率，單位：％；

S：干燥裝置入口物料流量，單位：Kg/h；

M：經(jīng)干燥裝置后物料所減少的水分量(即脫水率)，單位：Kg/h。

目前對干燥裝置的脫水率的測定主要采用實(shí)驗(yàn)方法：即針對不同的設(shè)備參數(shù)(熱風(fēng)溫度、風(fēng)速等參數(shù)不同)分別進(jìn)行物料脫水實(shí)驗(yàn)來測定干燥裝置的脫水率，設(shè)備參數(shù)和工藝參數(shù)變化后就需要重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致物料浪費(fèi)和生產(chǎn)效率低下；且通過過料實(shí)驗(yàn)測量設(shè)備脫水率時(shí)，不可能將干燥裝置參數(shù)的所有變化范圍都模擬完整，一旦設(shè)備參數(shù)變?yōu)闆]有經(jīng)過實(shí)驗(yàn)?zāi)M過的值，生產(chǎn)中沒有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，物料干燥后的含水率就容易偏離調(diào)控目標(biāo)值。此外，部分干燥系統(tǒng)不進(jìn)行設(shè)備脫水率測定，生產(chǎn)過程中當(dāng)檢測到干燥后物料含水率與期望值存在偏差時(shí)對設(shè)備參數(shù)和入口物料流量進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，以減小干燥后物料含水率與期望值的偏差，這樣的調(diào)控方式存在滯后性，干燥后物料的含水率易波動(dòng)，與調(diào)控目標(biāo)有偏差，調(diào)控效果不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述干燥裝置干燥后物料含水率控制過程中存在的問題，本發(fā)明要解決的問題是采取通過計(jì)算方式來獲得干燥裝置脫水率控制的方法。

本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法：將脫水率公式和入口物料流量公式寫入PLC控制器，PLC通過干燥后物料含水率工藝設(shè)定值與實(shí)際含水率的偏差采用PID閉環(huán)反饋調(diào)整，PLC根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)對進(jìn)入封閉管道氣流干燥裝置中的物料瞬時(shí)流量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測和調(diào)控，調(diào)節(jié)進(jìn)入管道氣流式干燥裝置的物料量，使干燥后物料的實(shí)際含水率趨近工藝設(shè)定值。

所述的脫水率公式為，M＝2.79×10-⁵×(T_i-T₀)×F，其中脫水率M、入口物料溫度Ti、出口物料溫度To、熱風(fēng)風(fēng)量F；入口物料流量公式為：

其中S是入口物料流量、W_t是工藝設(shè)定的干燥后物料含水率、W_i是干燥裝置入口處的物料含水率。

PLC通過控制干燥裝置入口處的電子皮帶秤的速度來調(diào)節(jié)進(jìn)入的物料量。

本控制方法使用溫度傳感器或熱電偶實(shí)時(shí)在線檢測干燥裝置的物料入口處熱風(fēng)溫度、出口處熱風(fēng)溫度；使風(fēng)速流量計(jì)或者風(fēng)速傳感器檢測通過干燥裝置的熱風(fēng)風(fēng)速；使用水分儀實(shí)時(shí)監(jiān)測進(jìn)入干燥裝置的物料含水率W_i、干燥出口處的物料含水率W₀。

由公式(1)可知，來料瞬時(shí)流量S和來料含水率W_i可用電子秤和水分儀較準(zhǔn)確測量得到，而干燥裝置的脫水率則無法直接測量得到。當(dāng)物料進(jìn)入干燥裝置，在熱風(fēng)的加熱作用下，物料所含水分吸熱氣化，同時(shí)熱風(fēng)溫度降低，所釋放出的熱量為：

△Q＝C×W×(T_i-T_o) (2)

公式(2)中：

△Q：干燥裝置內(nèi)的熱風(fēng)向物料所釋放的熱量，單位：焦耳；

C：熱風(fēng)的比熱容，熱空氣的比熱容一般是1003～1009J/(kg·℃)，通常取值為1005J/(kg·℃)；

W：是有效干燥段內(nèi)與物料有接觸換熱的熱風(fēng)風(fēng)量，單位：kg；

Ti及To：干燥裝置物料入口處和出口處熱風(fēng)溫度，單位：℃。

由于干燥裝置內(nèi)除了熱風(fēng)就是物料，熱風(fēng)所釋放出的熱量將物料水分汽化，經(jīng)查詢相關(guān)資料，單位質(zhì)量的水被汽化所吸收的熱量(汽化熱)是恒定的，為3.6×107J/kg。因此可知物料吸熱△Q與干燥裝置的脫水率M(單位時(shí)間內(nèi)的脫水量)有如下關(guān)系：

△Q＝3.6×10⁷×M×H

由該公式推導(dǎo)出：

公式(3)中：H為時(shí)間，單位小時(shí)。用風(fēng)量傳感器可測量單位時(shí)間內(nèi)流過檢測點(diǎn)的風(fēng)量，稱為單位時(shí)間風(fēng)量F，因此公式(3)就可轉(zhuǎn)換為：

M＝2.79×10^-5×(T_i－T_o)×F (4)

將公式(4)代入公式(1)后，可推導(dǎo)出入口物料流量為：

通過調(diào)節(jié)來料瞬時(shí)流量S實(shí)現(xiàn)干燥后物料含水率Wo的調(diào)控，使干燥后物料含水率達(dá)到調(diào)控目標(biāo)值Wt(工藝標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值)，當(dāng)Wo與Wt趨于一致時(shí)，此時(shí)的來料瞬時(shí)流量為：

本發(fā)明的脫水率公式是居于熱風(fēng)所釋放的熱量全部轉(zhuǎn)化為梗絲中水分的汽化熱，但實(shí)際上熱風(fēng)中的物料同時(shí)也吸收了部分熱量，但這部分熱量無法準(zhǔn)確的量化，因此在使用上述公式計(jì)算調(diào)控入口流量時(shí)，本發(fā)明同時(shí)使用PID閉環(huán)反饋控制算法來增強(qiáng)干燥后物料含水率調(diào)控的準(zhǔn)確性(其中干燥裝置入口物料流量

本發(fā)明的適用條件：本發(fā)明所述的干燥裝置使用熱風(fēng)對煙葉、煙絲等微粒狀、絲狀或片狀的輕質(zhì)物料進(jìn)行干燥，裝置的有效干燥段必須是全封閉的管狀通道，干燥段外面應(yīng)有隔熱層，避免干燥段與外界產(chǎn)生熱交換；熱氣流在干燥管內(nèi)快速流過，物料進(jìn)入干燥管后與熱氣流充分接觸，熱氣流帶動(dòng)物料向前流動(dòng)，從干燥管末端排出物料，從物料進(jìn)入干燥管到排出干燥管的部分就是有效干燥段。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過傳感器檢測干燥裝置參數(shù)(有效干燥段入口熱風(fēng)溫度、出口熱風(fēng)溫度及熱風(fēng)風(fēng)量)，直接計(jì)算設(shè)備的脫水率，避免了通過實(shí)驗(yàn)方法測量設(shè)備的脫水能力導(dǎo)致的物料浪費(fèi)和生產(chǎn)效率低下的問題；而本發(fā)明計(jì)算出的脫水率能較準(zhǔn)確的跟蹤干燥裝置各參數(shù)的變化情況，因此干燥后物料的含水率更穩(wěn)定；同時(shí)本發(fā)明的物料干燥效果比直接用反饋調(diào)節(jié)進(jìn)行物料干燥的控制系統(tǒng)好很多，調(diào)控的滯后性和超調(diào)偏差大為減少，適用于對物料干燥后含水率要求穩(wěn)定性更高的生產(chǎn)線。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的控制方法示意圖。

具體實(shí)施方式

參見圖1，具體實(shí)施的技術(shù)方式及流程為：

1.本發(fā)明需使用溫度傳感器或熱電偶實(shí)時(shí)在線檢測干燥裝置的物料入口處熱風(fēng)溫度T_i，出口處熱風(fēng)溫度To；用風(fēng)速流量計(jì)或者風(fēng)速傳感器檢測風(fēng)速，再根據(jù)熱風(fēng)密度、干燥管的截面積計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)流過干燥段的熱風(fēng)量F；采用水分儀實(shí)時(shí)監(jiān)測進(jìn)入干燥裝置的物料含水率W_i、干燥出口處的物料含水率Wo；采用控制型電子皮帶秤對進(jìn)入干燥裝置的物料瞬時(shí)流量S進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測和調(diào)控。根據(jù)以上采集到的各個(gè)參數(shù)，代入公式(4)對干燥裝置的脫水率進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，將計(jì)算得到的脫水率代入公式(5)計(jì)算物料流量S，再由物料流量S控制干燥裝置入口電子皮帶秤，使干燥后物料含水率Wo與工藝設(shè)定值W_t趨于一致。以上計(jì)算工作可用可編程控制器PLC來完成，若干燥裝置或生產(chǎn)線有可編程控制器，可直接利用該控制器完成脫水率的計(jì)算和物料干燥過程的控制，若無現(xiàn)成的控制器，則需采購單獨(dú)的PLC控制器，微型PLC即可完成本發(fā)明的計(jì)算和控制功能。

2.將本發(fā)明所需參數(shù)的傳感器信號(hào)輸入到PLC控制器，確保輸入信號(hào)正確，將脫水率公式(4)和入口物料流量計(jì)算公式(5)按PLC控制器的編程格式寫入PLC控制器，保證控制程序正常運(yùn)行。

3.在PLC控制器中建立PID閉環(huán)反饋運(yùn)算控制程序，以入口物料流量計(jì)算公式的運(yùn)算值作為PID控制的前饋控制量，輔以出口物料含水率的閉環(huán)反饋運(yùn)算值對入口物料流量進(jìn)行修正，將修正后的入口物料流量值輸出到干燥裝置入口電子秤，控制入口物料流量。