.鄭州輕工業(yè)學(xué)院 2.福建中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心常明彬李 曉

?

基于環(huán)境溫濕度條件的松散回潮加水量預(yù)測(cè)模型研究

1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院 2.福建中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心
常明彬1,2李 曉1

[摘要]為了保障制絲過(guò)程中烘前葉絲含水率的穩(wěn)定性，分析環(huán)境溫濕度對(duì)過(guò)程物料含水率散失的影響，并用多元回歸分析方法建立松散回潮加水量預(yù)測(cè)模型。采用模型預(yù)測(cè)與經(jīng)驗(yàn)方法對(duì)比的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。結(jié)果表明：烘前物料含水率設(shè)定值為19.2%時(shí)，應(yīng)用本方法進(jìn)行松散回潮機(jī)加水量設(shè)定，所獲得的烘前葉絲含水率更接近工藝標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值，且批次間穩(wěn)定性更高，批次間烘前葉絲含水率的波動(dòng)得到改善。

[關(guān)鍵詞]環(huán)境溫濕度 多元回歸 烘前含水率 加水量

在制絲生產(chǎn)過(guò)程中，烘絲是影響煙絲物理質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵工序[1]。當(dāng)烘絲前來(lái)料含水率有較大波動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致烘絲過(guò)程參數(shù)產(chǎn)生波動(dòng)，影響煙絲綜合質(zhì)量。目前，國(guó)內(nèi)制絲線主要通過(guò)調(diào)整松散回潮機(jī)加水量實(shí)現(xiàn)對(duì)烘絲機(jī)入口含水率的控制[2]，而在設(shè)置加水量參數(shù)時(shí)未考慮環(huán)境溫濕度對(duì)后續(xù)煙葉含水率的影響，導(dǎo)致烘前葉絲批間含水率出現(xiàn)較大偏差[3]，因此，針對(duì)烘前葉絲含水率的穩(wěn)定性控制，利用多元回歸分析環(huán)境溫濕度對(duì)制絲過(guò)程含水率的影響，建立基于環(huán)境溫濕度條件的松散回潮加水量預(yù)測(cè)模型，最終達(dá)到烘前葉絲含水率穩(wěn)定的目的。

1 數(shù)據(jù)處理

1.1 數(shù)據(jù)采集

以精品線2014年1月～12月生產(chǎn)的七匹狼（紅）為對(duì)象，環(huán)境溫濕度與過(guò)程物料含水率采集位點(diǎn)如圖1所示，過(guò)程工藝參數(shù)通過(guò)MES系統(tǒng)采集。采用箱線圖、正態(tài)分布等方法，對(duì)批次數(shù)據(jù)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，存在異常數(shù)據(jù)的批次不納入分析。

圖1 環(huán)境溫濕度與過(guò)程物料含水率采集位點(diǎn)

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.2.1 預(yù)處理1。由于溫度與相對(duì)濕度是兩個(gè)相互影響的變量，因此，相對(duì)濕度轉(zhuǎn)換為濕含量，濕含量按式（1）計(jì)算。

式中：

x——濕空氣的濕含量，單位為千克水每千克干空氣（kg/kg）；

RH——濕空氣的相對(duì)濕度，%；

T——濕空氣的溫度，℃；

1.2.2 預(yù)處理2。為了更好地綜合溫度與濕度的差異，選擇濕空氣的熱焓來(lái)表示，濕焓按式（2）計(jì)算得出：

式中：

I——濕空氣的濕焓，kJ/kg；

1.2.3 預(yù)處理3。根據(jù)干燥理論，物料水分散失主要與濕空氣中的水蒸氣分壓有關(guān)。借鑒化學(xué)勢(shì)的概念，濕空氣中的水蒸氣的化學(xué)勢(shì)為：

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1車間內(nèi)全年環(huán)境溫濕度變化

由圖2、圖3可見(jiàn)：車間內(nèi)濕含量、熱焓值變化規(guī)律呈明顯的拋物線變化，貯葉房?jī)?nèi)濕含量、熱焓值無(wú)明顯變化。

圖2 車間全年環(huán)境溫濕度變化規(guī)律

圖3 貯葉房?jī)?nèi)全年環(huán)境溫濕度變化規(guī)律

1.3.2工序間全年環(huán)境溫濕度變化

由圖4、圖5可見(jiàn)：工序之間的溫濕度變化規(guī)律曲線具有相似性，或者說(shuō)，各工序點(diǎn)之間的溫濕度狀態(tài)具有較強(qiáng)的相關(guān)性和連續(xù)性（尤其是松散和潤(rùn)葉）；熱焓值可同時(shí)反映溫度與濕含量的變化情況，而且其變化規(guī)律呈明顯的拋物線變化。

圖4 工序間全年濕含量的變化情況

圖5 工序間全年熱焓的變化情況

1.3.3 環(huán)境溫濕度對(duì)制絲過(guò)程含水率的影響

由制絲過(guò)程分析可知，松散回潮后與烘前的含水率應(yīng)符合下式：

松散回潮后至烘前物料水分的變化主要取決于工序加工過(guò)程和工序之間的物料輸送過(guò)程，工序水分可由自動(dòng)控制進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸送過(guò)程水分變化主要取決于環(huán)境條件和經(jīng)歷的時(shí)間。

采用公式（3）計(jì)算的松散回潮、預(yù)混、潤(rùn)葉和烘前濕空氣化學(xué)勢(shì)（以下簡(jiǎn)稱松散勢(shì)、預(yù)混勢(shì)、潤(rùn)葉勢(shì)和烘前勢(shì)）與過(guò)程含水率散失的相關(guān)性分析如表1、圖6～圖10所示，可以看出：松散與預(yù)混，潤(rùn)葉與烘前之間的相關(guān)性較好；烘前的化學(xué)勢(shì)與過(guò)程水分散失的相關(guān)性較強(qiáng)，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表1 全年制絲過(guò)程物料含水率散失

圖6 各位點(diǎn)化學(xué)勢(shì)的相關(guān)分析

圖7 松散勢(shì)與水分散失

圖8 潤(rùn)葉勢(shì)與水分散失

圖9 預(yù)混勢(shì)與水分散失

圖10 烘前勢(shì)與水分散失

1.3.4 物料貯存時(shí)間對(duì)過(guò)程水分的影響

松散回潮后，物料主要經(jīng)歷了預(yù)混和貯葉兩個(gè)存貯過(guò)程，其貯存時(shí)間與水分的散失情況如圖11、圖12所示?？梢钥闯?，貯存時(shí)間與過(guò)程水分散失無(wú)顯著的相關(guān)性。

圖11 預(yù)混時(shí)間與松散潤(rùn)葉水分散失

圖12 貯葉時(shí)間與潤(rùn)后至烘前水分散失

2 數(shù)學(xué)建模

根據(jù)公式（4），而且過(guò)程水分散失（松散潤(rùn)葉間散失+潤(rùn)葉烘前散失）與潤(rùn)葉加濕之間的相關(guān)性較好。因此，將松散至潤(rùn)葉間散失+潤(rùn)葉至烘前散失與潤(rùn)葉加濕綜合為一項(xiàng)與環(huán)境條件相關(guān)的因子。而且，松散后水分與加水比例直接相關(guān)，與環(huán)境相關(guān)性較小。由于松散、預(yù)混、潤(rùn)葉和烘前的化學(xué)勢(shì)具有較好的相關(guān)性，且烘前勢(shì)與過(guò)程水分散失的相關(guān)性較其他位點(diǎn)的相關(guān)性強(qiáng)，選擇烘前勢(shì)作為變量進(jìn)行多元線性回歸。所以可假設(shè)：

式中，Y為烘絲入口水分，A、B、C為方程回歸系數(shù)。結(jié)果如表2和圖13所示，可以看出方程的擬合度較好。

表2 多元線性回歸結(jié)果

圖13 預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的比較

3 模型應(yīng)用效果

采用本文方法與過(guò)去憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)置加水量進(jìn)行烘前葉絲含水率控制相比，對(duì)比效果見(jiàn)表3。表3中，本文方法的15個(gè)批次烘前葉絲含水率均值為19.223%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.146%；經(jīng)驗(yàn)方法的15個(gè)批次烘前葉絲含水率均值為19.224%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.203%?？梢?jiàn)，與經(jīng)驗(yàn)方法相比，采用本方法能夠減小烘前葉絲含水率與標(biāo)準(zhǔn)值的誤差，有助于提高批次間烘前葉絲含水率的穩(wěn)定性。

表3 經(jīng)驗(yàn)方法與本文方法烘前葉絲含水率對(duì)比 （%）

4 結(jié)論

（1）工序之間的溫濕度變化規(guī)律曲線具有相似性，且各工序物料含水率散失與環(huán)境溫濕度變化相關(guān)性較強(qiáng)，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

（2）應(yīng)用本方法進(jìn)行松散回潮機(jī)加水量設(shè)定，所獲得的烘前葉絲含水率更接近工藝標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值，且批次間穩(wěn)定性更高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳小林.李飛宇.葉絲HT入口含水率對(duì)管板式烘絲機(jī)筒壁溫度的影響[J].重慶與世界(學(xué)術(shù)版), 2014(11).

[2] 吳光陽(yáng). 煙葉來(lái)料含水率對(duì)烘絲效果影響的研究[J]. 食品科技，2008（3）: 29-31.

[3] 鐘文焱，陳曉杜，馬慶文，等. 基于多因素分析的烘絲機(jī)入口含水率預(yù)測(cè)模型的建立與應(yīng)用[J]. 煙草科技，2015，48（5）：67-73.