《滚筒加工设备烟丝停留时间分布的测定 示踪物法试验报告》

PAGEPAGE9滚筒加工设备烟丝停留时间分布的测定示踪物法技术报告项目组2012年8月目录1项目背景及意义 22主要研究内容 43预期效果 54技术路线 65示踪物法测定烟丝停留时间的基本原理 66材料与方法 76.1仪器及材料 76.1.1试验仪器与设备 76.1.1试验材料与试剂 76.2试验方法 76.2.1示踪物含量测定的研究方法 76.2.2停留时间分布测定方法研究 86.2.3方法的验证与应用（共同试验） 87结果与分析 97.1示踪物选择 97.2示踪物含量的测定方法研究及准确性评价 117.2.1示踪物含量测定方法研究 117.2.2示踪物含量测定方法准确度评价 127.3停留时间分布测定方法研究 147.3.1示踪物添加方法研究 147.3.2取样方法研究 217.3.3停留时间分布测定结果的计算与表达 257.3.4停留时间分布测定方法的准确度评价 278方法的验证与应用 308.1不同滚筒转速停留时间分布的测定 308.1.1干燥滚筒不同转速条件下停留时间分布的测定 308.1.2加香滚筒不同转速条件下停留时间分布的测定 328.2不同风向条件下停留时间分布的测定 348.3不同风速条件下停留时间分布的测定 369．结论 38参考文献 391项目背景及意义停留时间是指物料从进入到离开加工设备停留的时间，由于物料在系统中流速分布的不均匀、颗粒的扩散、对流以及由于设备设计等方面的原因，实际加工过程中物料在系统中的停留时间有长有短，从而形成了一定的停留时间分布。停留时间与加工质量密切相关，停留时间分布理论是化学反应工程等学科的重要组成部分，广泛地应用于涉及流动及混合的诸多工业领域。通过物料在加工设备中停留时间分布（residencetimedistribution，RTD）的测定可以对设备的工况进行分析，提供改进设备操作性能的有用信息、改进方向和改进措施；通过停留时间分布建立合适的流动模型，作为物料、热量以及动量衡算的基础，可以指导反应器或其它设备的设计[1]。物料在加工设备中的停留时间分布是一个随机过程，可用概率论中的分布密度和分布函数来定量描述物料在设备内的停留时间分布。停留时间分布通常由试验测定，主要采用示踪物的“应答技术”（stimulusresponse），即入口以某种方式加入示踪物，在出口检测示踪物含量随时间的变化，以示踪物的运动代表颗粒主体的运动。文献报导的示踪物含量的检测方法主要是基于放射性、超声波反射、光学反射、导电性、磁性、近红外吸收等原理，采用MnO2、La2O3、填料、炭黑、TiO2、KNO3、NaCl、铁粉、有色染料等不同性质的示踪物[2]。示踪物添加方式主要为脉冲法、阶跃法和周期扰动法，常用的是前两种方法。其中，脉冲法简单、适用范围广且示踪剂消耗少；阶跃法的操作较为简便，但适用于带有定量喂料系统的加工设备，且示踪物用量较多。为了比较不同的停留时间分布，通常是比较其统计特征值。常用的统计特征值有两个，一个是数学期望，一个是方差。数学期望也就是均值，均值为对原点的一阶距，对于停留时间分布而言即平均停留时间；方差为对此均值的二阶距，是衡量加工设备内物料停留时间与平均停留时间的离散程度的量度。为了消除均值对方差的影响，在比较不同操作条件下停留时间分布离散程度时，一般使用无因次方差。影响加工设备内物料停留时间分布的因素主要有原料特性、设备结构、工艺条件等。其他行业对于颗粒类物料在加工设备中停留时间分布方面的研究较多，如干燥机、水泥窑[3、4]、连续混合器[5]、球磨机、造粒机、废弃物的焚烧及热解窑、固定床、气流床[6]、循环流化床[7]等。烟草行业对该领域的研究还较少。主要侧重于物料在加工设备内平均停留时间的测定，如企业采用纸片、手套（带硬币）作为标识物进行物料平均停留时间的测定，该种方法测定的平均停留时间差异较大，测定变异系数较大，而且当标识物裹在物料中时不容易被及时检测到，测试数据仅仅反映物料粗略通过时间，而对于物料在加工设备内的停留时间分布离散状况及混合情况无法反映。另外，一种近年烟草行业引入的化工行业常用的滞留量法测定平均停留时间的方法也开始逐渐被应用，该方法在设备运行稳定情况下，停机，将设备内的物料倒出，利用滞留量与物料流量做除法来计算物料平均停留时间。该方法对于冷态情况下的测定较为适应，但在热态加工过程中，物料含水率不断发生变化，采用滞留量法进行测定难度较大，而且，采用滞留量法测定的仅为物料平均停留时间，而无法反映物料在加工设备内的停留时间分布离散状态以及物料的返混程度。1969年，Hedge[8]以梗丝作为示踪物，利用类似于停留时间分布的方法对加工设备中物料的轴向混合特性进行了初步探索。利用梗丝与配方烟丝在总植物碱含量上的差异，在加工设备入口连续进料配方烟丝流中的某一区域替换放入一定量的梗丝，同时在出口取样测定物料的总植物碱含量随时间变化的响应曲线；通过响应曲线比较了气流与滚筒烘丝系统的轴向混合强弱，分析了MolinsMark8卷烟机的混合效果并与理想混合器进行了对比。结果表明：滚筒烘丝的轴向混合程度要强于气流烘丝；卷烟机的混合效果与带有外循环的全混流理想混合器十分接近，混合效果较好。此研究的方法类似于停留时间分布法，示踪物添加方式属于应答技术中的脉冲示踪法。但由于示踪物梗丝的出口含量无法准确测定，所以仅能定性的描述颗粒轴向混合情况，无法用RTD定量的表征轴向混合的强弱和颗粒的平均停留时间。1987年，BAT公司[9]采用对物料进行放射性照射，通过探测加工设备出口物料放射性的办法，对高速干燥机内物料的平均停留时间及物料停留时间分布进行了测定，通过对测定结果分析，发现高速干燥机需要改进的地方，进而将测定结果用于设备的加工改进和放大。2011年，刘栋[10]等选用CO2膨胀烟丝作为示踪物，采用负阶跃示踪法对滚筒加工设备中烟丝停留时间分布的测定方法进行了探讨，分析了滚筒转速和固体物料流量对烟丝停留时间分布的影响规律。结果表明：物料在滚筒中的平均停留时间和最短停留时间随转速的增加和流量的增大而减少，无因次方差随着滚筒转速的增加和流量的增大而增大。虽然该研究初步探索了滚筒加工设备烟丝停留时间分布测定方法，但该方法需要在滚筒设备前有稳定的计量掺配系统，具有一定的局限性；且采用阶跃示踪法时存在流量的波动，可能造成测定结果的偏差。在该项目之前，烟草行业尚未建立完善的、且广泛适用的烟草物料在加工设备中停留时间分布的测定方法。而烟草物料在干燥、加香、混合、输送、卷制等加工过程都存在一定的停留时间分布，例如：烟丝在干燥设备（滚筒和气流）中的停留时间分布影响干燥后的物理、感官质量及其均匀性，加香滚筒中烟丝的停留时间分布影响加香的均匀性和物料混合的均匀性，卷烟机中烟丝的停留时间分布影响卷烟产品配方组成的均匀性和稳定性。本项目通过对示踪物添加方法研究、停留时间分布测定方法研究、停留时间分布表征方法研究，建立滚筒加工设备烟丝停留时间分布测定方法，并对建立的方法进行验证及应用。通过该方法的建立及应用将有助于进一步提高烟草的加工质量并为加工设备的改进与完善提供依据。首先，利用建立的停留时间分布测定方法可以指导烟草加工设备的研发及设备的放大，提高设备加工的针对性和控制精度；其次，利用该方法可以对滚筒加工设备的工艺性能进行测试，实现不同风速、滚筒转速等操作条件改变情况下的平均停留时间和停留时间分布的测定，进而对物料的停留时间分布离散状况、返混程度进行测定分析；再次，利用该测定方法还可以对其它烟草物料加工设备，如：风送、卷烟机等进行物料停留时间分布的测定；另外，通过该测定方法的建立，可以为异地、多点加工及加工均质化提供测试分析手段。2主要研究内容1）示踪物的添加方法研究①示踪物的选择；②示踪物的添加量、添加方式研究；③示踪物含量的测定方法和准确性评价。2）停留时间分布测定方法研究①取样点、取样量、取样方法的确定与研究；②示踪物的分离。3）停留时间分布的表征方法研究4）建立适用于滚筒加工设备烟丝停留时间分布的标准测定方法5）试验验证。3预期效果1）研究适用于烟草物料滚筒加工过程运动特性研究的示踪技术及应用方法；2）滚筒加工设备中烟丝停留时间分布的特征值计算及表征；3）建立示踪物法测定滚筒加工设备烟丝停留时间分布的方法。4技术路线滚筒加工设备烟丝停留时间分布的测定示踪物法滚筒加工设备烟丝停留时间分布的测定示踪物法示踪物的选择示踪物添加方法研究取样方法研究示踪物含量测定方法研究分离测定方法准确度度评价示踪物添加方式研究示踪物添加量的确定取样量的确定取样频次的确定烟丝停留时间分布测定结果的计算与表达滚筒加工设备烟丝停留时间分布测定方法的建立与测定结果评价滚筒加工设备烟丝停留时间分布测定方法的验证与应用图1技术路线5示踪物法测定烟丝停留时间的基本原理滚筒加工设备投料并运行稳定后，在设备入口瞬时加入一定量的示踪物（CO2膨胀烟丝），同时在设备出口等时间间隔进行取样，直至物料中无示踪物。利用CO2膨胀烟丝与测试烟丝密度的差异，用漂浮分离法测定烟丝样品中的示踪物含量，由各样品中的示踪物含量计算分布密度函数值，并由此计算烟丝在滚筒加工设备内的停留时间分布特征量平均停留时间及烟丝在滚筒内的停留时间分布无因次方差。6材料与方法6.1仪器及材料6.1.1试验仪器与设备RetschAS400筛分仪（德国Retsch公司，筛网孔径为：8.00mm、6.70mm、5.60mm、4.75mm、4.00mm、3.35mm、2.80mm、2.00mm、1.40mm和0.71mm）；UltraPYC1200e全自动真密度分析仪（美国Quantachrome公司）；恒温恒湿箱；PL3001-SMettler电子天平（感量：0.01g，瑞士Mettler公司）；LC-233烘箱（爱斯佩克环境仪器（上海）有限公司）等。叶丝滚筒干燥设备（HAUNI公司KLD2-3型、COMAS公司THT1798/2222A型、秦皇岛烟机公司SH315D型、秦皇岛烟机公司SH35C型），HAUNI公司ModelFLT型滚筒加香机。6.1.1试验材料与试剂CO2膨胀烟丝、叶丝（烤烟、白肋烟）、梗丝再造烟叶丝、和配方烟丝。正己烷、环己烷、乙酸乙酯（AR，西陇化工股份有限公司）。6.2试验方法6.2.1示踪物含量测定的研究方法（1）示踪物的选择通过对烟丝各组分（叶丝、梗丝、CO2膨胀烟丝、薄片丝等）的密度（表观密度、真密度）和结构进行测定，根据测定结果选择CO2膨胀烟丝作为示踪物，并对CO2膨胀烟丝作为示踪物的具体条件进行研究确定。（2）示踪物含量的测定根据示踪物CO2膨胀烟丝与其它烟丝组分的密度差异，选择合适的分离液进行CO2膨胀烟丝与其它烟丝组分的分离，对分离后的烟丝样品进行晾制、烘干，并计算样品中CO2膨胀烟丝干基百分含量。（3）分离测定方法准确度评价采用人工掺配的办法，配制不同质量（15g、50g、100g、150g）及不同CO2膨胀烟丝比例（1%、3%、5%、10%、20%）的烟丝样品，对已知CO2膨胀烟丝比例的烟丝样品利用分离液进行分离测定，进而评价CO2膨胀烟丝分离测定方法的正确度和精密度。同时，为选择合适的示踪物添加比例提供依据。6.2.2停留时间分布测定方法研究（1）示踪物添加方法研究对现有的示踪物添加方式（脉冲法、阶跃法、周期扰动法）进行对比分析，评价各方法的优缺点，根据评价结果确定适用于烟草行业的示踪物添加方式；在此基础上对示踪物在不同添加量下的准确度进行评价，确定合适的示踪物添加比例；并对示踪物含水率对测定结果的影响进行对比研究。（2）取样方法研究依据滚筒设备状况，确定示踪物法测定滚筒加工设备烟丝停留时间分布适宜的取样点；依据设备的生产能力大小，取样的代表性，并结合分离测定的工作量确定每次取样量；并对不同的取样时间间隔测定的烟丝停留时间分布状况进行对比分析，确定适宜的取样频次。（3）停留时间分布测定结果的表达及方法准确度的评价通过相关停留时间分布测定结果的分析研究和计算对比，确定适宜的停留时间分布测定结果的计算表达；并通过试验对比分析，对评价方法正确度和重复性进行评价。6.2.3方法的验证与应用（共同试验）采用所建立的滚筒加工设备烟丝停留时间分布测定方法对不同生产企业的滚筒加工设备分别进行不同滚筒转速、不同风速和不同介质流向的停留时间分布测定与应用，并与相关研究结论进行对比分析。7结果与分析7.1示踪物选择示踪物的选择对于停留时间分布测定方法的准确性至关重要。示踪物的选择应遵循以下原则[2]：示踪物不反应、不吸附、不消耗；除了区别于被示踪物料的某一可检测性质外，两者应具有尽可能相同的物理性质；示踪物含量较低时也能够检测；用于多相系统检测的示踪物不发生由一相转移到另一相的情况。对烟草物料而言，从产品质量的角度来考虑，其他行业所使用的示踪物如MnO2、La2O3、炭黑、TiO2、KNO3、NaCl、铁粉、有色染料不宜在烟草加工中使用，理想的示踪物应是其配方中的组分之一。相比于其他性质差异，粒径差异是引起示踪物与物料主体分离的主要因素[11]；Campell和Bauer[12]指出当颗粒密度比小于3:1时，颗粒的粒径差异对分离的作用更显著。为了选择合适的示踪物，对烟丝各组分的密度和结构进行了测定分析。将各烟丝组分按照GB/T16447[13]的要求进行含水率平衡，对平衡后的烟丝各组分分别进行密度和结构测定，测定结果见表1、表2和图2所示。由表1知，CO2膨胀烟丝密度比叶丝、梗丝约小一倍左右。表1试验材料的基本物理性质——密度试验材料密度（g/cm3）干基含水率（%）CO2膨胀烟丝0.47414.031气流干燥叶丝1.08314.024滚筒干燥叶丝1.12614.054梗丝1.18814.354薄片（造纸法）1.24012.049注：密度的测定使用正己烷排液法，表中数据为6次测量的平均值。由表2和图2可知，CO2膨胀烟丝的特征尺寸比叶丝小0.31mm、比梗丝小0.06mm，粒径分布整体差异不大。因此，选用CO2膨胀烟丝作为示踪物可以通过比重法测定其在烟丝中的含量，且在试验中不会造成显著的分离作用。表2试验材料的基本物理性质——烟丝筛下累积分布（%）及拟合结果样品筛网孔径（mm）拟合结果6.705.604.754.003.352.802.001.400.71denR2膨胀烟丝96.289.979.464.462.258.543.124.32.93.361.440.98配方叶丝84.980.575.165.661.855.739.721.93.43.671.300.98梗丝98.295.790.471.658.15523.113.13.13.422.200.99注：试验材料筛下累计分布（%）、特征尺寸（de，mm）和尺寸分布均匀度系数（n）的测定采用文献[14]的方法，烟丝筛下累计分布特征方程为；表中数据为3次测量的平均值。图中函数曲线为烟丝筛下累计分布方程对不同试验材料数据的拟合曲线：膨胀烟丝、配方叶丝和梗丝的拟合结果分别如图中的实线（solidline）、虚线加点线（dasheddot）和点线（dotline）所示。图2试验材料尺寸分布拟合曲线由于CO2膨胀烟丝的原料差异较大，且各企业CO2膨胀烟丝生产加工参数差异较大，因此为了保证利用比重法检测示踪物含量的准确性，我们抽取了行业内五家企业的10个CO2膨胀烟丝样品进行了表观密度测定，并对CO2膨胀烟丝样品的采用漂浮法的分离效果进行了测定，具体见表3。由表3数据，当CO2膨胀烟丝漂浮比例达95%以上时，确定CO2膨胀烟丝作为示踪物，其表观密度低于0.550g/cm3。表3CO2膨胀烟丝密度与漂浮法分离效果关系编号密度（g/cm3）分离效果（%）甲企业膨丝A0.542896.41膨丝B0.538497.20膨丝C0.498798.76乙企业膨丝D0.473898.82膨丝E0.496596.09丙企业膨丝F0.593489.80丁企业膨丝G0.531798.84膨丝H0.467898.37戊企业膨丝I0.484297.87膨丝J0.584187.91注：密度的测定使用正己烷排液法，表中数据为6次测量的平均值。7.2示踪物含量的测定方法研究及准确性评价7.2.1示踪物含量测定方法研究7.2.1.1分离液的选取由7.1可知，可以采用比重法对测试样品中的CO2膨胀烟丝进行分离。比重法测定样品中的CO2膨胀烟丝可采用风分，以及分离液进行分离的办法。为了提高分离精度及测定结果的稳定性，采用分离液对测试样品中的CO2膨胀烟丝进行分离。一方面，由于CO2膨胀烟丝表观密度在0.5g/cm3左右，其它各烟丝组分密度均高于1.0g/cm3，因此分离液的密度应介于两者之间，为了保证分离的精度，分离液密度应在0.75——0.85g/cm3之间。另一方面，为了保证分离过程中样品各组分的密度不发生变化，分离液应为非极性或弱极性，且与烟丝中的水分不互溶。根据以上分析，参考相关文献[15,16]记载，选定环己烷和乙酸乙酯按2:1配比作为分离液，常温下两者互溶，配置分离液的密度为0.819g/cm3，介于CO2膨胀烟丝和其它烟丝组分之间，且不溶于水，因此适合作为分离液进行示踪物分离。分离过程需在通风橱中进行，充分搅拌后，CO2膨胀烟丝浮于分离液上层，而其它组分沉积在分离液下层，将两部分烟丝分别取出，待烟丝中分离液在常温通风环境中挥发后，放入烘箱烘干，并以此计算烟丝样品中CO2膨胀烟丝（干基）百分含量。7.2.1.2分离时间的确定由于在分离过程烟丝样品要浸泡在分离液中，且可能需要多次搅拌分离，这个过程可能会发生烟丝样品密度的微量改变，因此我们对烟丝样品的分离时间进行了研究分析。具体数据见表4。依据表中数据，分离时间在10min之内，漂浮起的CO2膨胀烟丝比例基本不变，在98%以上，15min时，膨丝浮起比例开始减少，因此，确定每个样品利用分离液的分离时间不超过10min。表4漂浮比例占CO2膨胀烟丝比例分离时间（min）251015202530漂浮比例（%）98.8498.5298.2897.2695.9094.8092.87注：分离液采用环己烷：乙酸乙酯=2:1，CO2膨胀烟丝采用50g，表中数据为3次测量的平均值。图3CO2膨胀烟丝漂浮比例随分离时间的变化曲线7.2.2示踪物含量测定方法准确度评价为了考察漂浮分离法的准确度，并对分离方法的正确度和精密度进行评价，采用人工掺配的方法，按照设定的膨丝比例配制不同质量的配方烟丝样品，并进行重复性测试。表5所示为配方烟丝中只含有叶丝和膨丝的测试结果，设定的膨丝比例分别为1%、3%、5%、10%，配制质量分别为10g、50g、100g、200g的样品，重复测试30次。由于试验在同一试验室进行，精密度可以用标准偏差表示。从表5可以看出，在试验测试水平范围内，测试结果的精密度在0.12%~0.21%之间，且当膨丝比例大于3%时测试结果的变异系数小于5%。表6所示为配方烟丝中含有叶丝、梗丝、薄片丝和膨丝的测试结果（梗丝和薄片丝的设定比例均为15%），设定的膨丝比例分别为1%、3%、5%、10%、20%，配制质量分别为15g、50g、100g、150g的样品，重复测试20次。由表6可以看出，在试验测试水平范围内，测试精密度范围在0.11%~0.60%之间，且当膨丝比例大于3%时，变异系数在5%以内。表5含有叶丝和膨丝条件下漂浮分离法的准确度测试量（g）膨丝添加比例（%）实测膨丝比例（均值，%）标准偏差（%）变异系数（%）1011.00.1212.033.00.134.355.00.142.81010.00.161.65011.00.1212.033.00.144.755.00.142.81010.00.151.510011.00.1212.033.00.144.755.00.153.01010.00.161.620011.00.1414.033.00.155.055.00.204.0109.90.212.1注：表中的每个试验点重复测定30次，共480个样品。表6全配方条件下漂浮分离法的准确度样品测试量（g）膨丝添加比例（%）实测膨丝比例（均值，%）标准偏差（%）变异系数（%）1511.530.2114.0633.100.144.5255.050.203.96109.340.333.532019.220.331.725011.490.138.6233.160.113.3355.110.224.311010.040.414.082018.840.603.1810011.290.1612.1633.020.124.0155.010.081.60109.670.121.242019.940.603.01150g11.320.1914.3933.070.092.8555.080.214.13109.880.393.952019.110.583.04注：表中的每个试验点重复测定20次，共400个样品。7.3停留时间分布测定方法研究7.3.1示踪物添加方法研究7.3.1.1示踪物添加方式的确定示踪物添加方式主要为脉冲法、阶跃法和周期扰动法，常用的是前两种方法。其中，阶跃法的操作较为简便，但适用于带有定量喂料掺配系统的加工设备，示踪物用量较多，且采用阶跃法容易造成流量的不稳定，从而造成进入滚筒设备的物料流量发生变化，对测定的停留时间分布结果造成一定的影响；脉冲添加示踪物法简单、适用范围广且示踪剂消耗少，且测定的停留时间分布结果反映的是物料整个分布状况（完整分布图形），其难度在于如何缩短示踪物的添加时间。由于本方法适用于滚筒加工设备烟丝停留时间分布的测定，不仅包括加香机内烟丝停留时间的分布测定，也包括滚筒烘丝机内烟丝停留时间的测定。而滚筒烘丝机前不具备定量喂料掺配系统，为了达到方法的适用范围，提高测试精度，本方法根据以上关于示踪物添加方式的分析，确定采用脉冲法添加示踪物进行滚筒加工内烟丝停留时间分布的测定。在采用脉冲法进行示踪物添加过程中，为了提高测定的准确性，首先在滚筒加工设备入口取出与加入CO2膨胀烟丝等量的物料主体，同时快速加入相同量的CO2膨胀烟丝作为示踪物进行停留时间分布的测定。7.3.1.2示踪物添加量确定滚筒加工设备烟丝停留时间的分布的测定过程，示踪物的添加量关系测定结果的准确性和重复性。示踪物加入量过小，可能由于示踪物的检测精度因素，造成测试结果的波动，不能真实地反映示踪物的停留时间分布状况；示踪物加入量过大，由于示踪物与物料主体的个别性质差异，可能对物料主体的流动产生影响。因此，示踪物的添加量应大小合适，一方面能满足检测方法的检测精度；另一方面示踪物的添加不对物料主体运动状态产生影响，使示踪物能准确稳定的代表物料主体的停留时间分布。根据以上分析，采用脉冲法进行滚筒加工设备烟丝停留时间分布的测定，分别采用添加加香筒持料量（筒内物料滞留量，持料量的测定参考YC/T429[17]中5.4.1.5方法。）的1%、2%和3%比例的示踪物量，进行加香筒停留时间分布的测定，烟丝样品中CO2膨胀烟丝百分含量测定结果见图4所示。图4三种示踪物添加量条件下CO2膨胀烟丝检测浓度由图4可知，采用三种不同的示踪物添加比例条件进行滚筒加工设备烟丝停留时间的测定，加香滚筒出口CO2膨胀烟丝百分含量测定值存在差异，采用1%持料量示踪物添加比例测得样品中膨丝比例高于3%的样品只有一个，浓度曲线高于3%的范围覆盖浓度分布曲线下面积非常小；而采用2%和3%持料量示踪物添加比例测得的烟丝样品3%以上浓度样品个数都为5个，而且两者烟丝样品中CO2膨胀烟丝百分含量高于3%曲线覆盖的面积在烟丝样品浓度曲线下覆盖面积的75%以上。由7.2.2可知，烟丝样品中CO2膨胀烟丝百分含量高于3%时测定精密度较高，且变异系数在5%以下，测定精确度较高。为了保证测试精度，示踪物添加比例应高于持料量的2%，为了进一步比较1%和3%持料量示踪物添加条件下停留时间分布测试结果的差异，分别对1%和3%持料量的示踪物添加量进行了3次重复试验，并对所取的试验烟丝样品利用分离液进行分离，根据测定结果对烟丝停留时间分布进行计算。具体测定数据见表7、表8和图5、图6。表7烟丝样品中CO2膨胀烟丝检测浓度（示踪物添加量为持料量1%）取样时间（s）试验1试验2试验30.000.000.000.005.000.000.000.0010.000.000.000.0015.000.000.000.0020.000.000.000.0025.000.000.000.0030.000.000.000.0035.000.000.000.0040.000.000.160.0045.000.000.280.0050.000.210.330.1855.000.400.430.4660.000.600.960.7565.001.182.461.4370.002.173.452.7275.002.623.873.4680.003.253.003.1685.001.911.611.9590.001.110.931.1395.000.820.660.72100.000.680.350.54105.000.640.250.54110.000.460.240.44115.000.380.180.47120.000.440.280.34125.000.330.190.17130.000.310.000.20135.000.300.000.00140.000.230.000.00145.000.120.000.00150.000.000.000.00155.000.000.000.00160.000.000.000.00备注采用500kg/h加香机进行试验，转速为10rpm，示踪物添加量为130g。图5CO2膨胀烟丝检测浓度（示踪物添加量为持料量1%）由表7可知，采用示踪物添加量为持料量的1%时，三次试验所取的烟丝样品中，CO2膨胀烟丝最大百分含量分别为3.25%、3.87%、3.46%，且高于3%的样品数分别为1、3、2个。由图5可知，浓度曲线高于3%的范围覆盖浓度分布曲线下面积非常有限，由7.2.2可知，采用分离液进行CO2膨胀烟丝百分含量测定时，当CO2膨胀烟丝百分含量高于3%时测定准确度较高，测定变异系数在5%以内。因此，采用示踪物添加量为持料量的1%偏小，采用分离液进行示踪物分离时检测精度较低，可能会造成停留时间分布测试结果准确度下降，波动变大。表8烟丝样品中CO2膨胀烟丝检测浓度（示踪物添加量为持料量3%）取样时间（s）试验1试验2试验30.000.000.000.005.000.000.000.0010.000.000.000.0015.000.000.000.0020.000.000.000.0025.000.000.000.0030.000.000.000.0035.000.000.000.0040.000.000.000.1745.000.190.170.2250.000.320.220.0955.000.330.510.6760.000.821.631.7865.003.144.786.7270.005.169.3310.6675.008.4112.5213.3080.0010.8711.187.6285.006.776.944.3390.003.143.392.0395.001.611.451.48100.001.080.871.09105.000.700.720.92110.000.530.620.58115.000.580.500.55120.000.450.330.38125.000.290.370.37130.000.220.260.48135.000.280.210.27140.000.280.000.18145.000.160.000.00150.000.000.000.00155.000.000.000.00160.000.000.000.00备注采用500kg/h加香机进行试验，转速为10rpm，示踪物添加量为390g。图6CO2膨胀烟丝检测浓度（示踪物添加量为持料量3%）由表8可知，采用示踪物添加量为持料量的3%时，三次试验所取的烟丝样品中，CO2膨胀烟丝最大百分含量分别为10.87%、12.52%、13.30%，且高于3%的样品数分别为6个、6个、5个。由图6可知，浓度曲线高于3%的范围覆盖浓度分布曲线下面积的85%以上，由7.2.2可知，采用分离液进行CO2膨胀烟丝百分含量测定时，当CO2膨胀烟丝百分含量高于3%时测定准确度较高，测定变异系数在5%以内。因此，采用示踪物添加量为持料量的3%时，利用分离液进行示踪物分离时检测精度较高，停留时间分布测试结果重复性较好。由表7和表8数据计算可得不同示踪物添加量条件下烟丝在加香筒内的停留时间分布，计算结果见表9。由表9数据可知，分别采用示踪物添加量为持料量的1%和3%时，计算平均停留时间存在一定差异，分别采用1%和3%持料量的CO2膨胀烟丝添加时，三次平均值分别为80.8s和79.4s，两者差异不大；但采用1%持料量的CO2膨胀烟丝添加时，三次测定计算的平均停留时间极差、标偏和变异系数均大于采用3%持料量的CO2膨胀烟丝添加时的计算结果；且由停留时间分布离散指数计算结果可知，采用1%持料量的CO2膨胀烟丝添加时的计算结果较采用3%持料量的CO2膨胀烟丝添加时的计算结果极差较大。由以上分析可知，采用3%持料量的CO2膨胀烟丝添加，测定结果较1%稳定，重复性好。表9不同示踪物添加比例条件下停留时间分布计算结果示踪物添加比例平均停留时间/s停留时间分布无因次方差计算值平均值极差标偏变异系数(%)1%85.280.88.94.455.510.05376.30.03681.00.0383%81.579.43.61.872.360.03278.80.02677.90.035备注根据以上的试验测定结果的计算及分析，在保证测试检测精度及较高测试重复性前提下，又不影响物料主体的运动状态，确定示踪物的添加量为滚筒持料量的2%——3%。7.3.1.3示踪物含水率对测定结果的影响研究滚筒加工设备烟丝停留时间分布的测定包括加香滚筒和烟丝干燥滚筒两种设备，加香滚筒前后物料的含水率变化较小（一般在1%以内），而烟丝干燥滚筒前后物料的含水率变化较大（一般在6%以上），因此在进行停留时间分布测定时，示踪物含水率可能会对测定结果产生一定的影响，因此试验比较了两种示踪物含水率条件下的停留时间分布测定情况，其中12.2%示踪物含水率为贮丝房直接取料含水率，而23.5%示踪物含水率为调制后与干燥滚筒入口物料含水率一致情况。停留时间分布测定烟丝样品浓度曲线见图7，停留时间分布计算结果见表10。图7不同示踪物含水率条件下CO2膨胀烟丝检测浓度由图7可知，示踪物含水率添加条件下测定的滚筒出口烟丝浓度曲线图形接近，最高CO2膨胀烟丝百分含量基本一致，但示踪物含水率为12.2%时，浓度曲线出现一定的波动，即示踪物含水率为23.5%的浓度曲线较为平滑，这可能是由于示踪物含水率较低，与烟丝主体的含水率存在一定的差异，造成运动过程的波动。由表10可知，两者计算平均停留时间和停留时间分布无因次方差相近。为了保证测试过程示踪物与主体烟丝运动的一致，保证测试精度及测试的准确性，在进行停留时间分布测定时，应先将示踪物含水率调整为与滚筒加工设备前物料主体的含水率一致。表10不同示踪物含水率条件下停留时间分布计算结果示踪物含水率（%）平均停留时间（s）停留时间分布无因次方差23.5436.290.01212.2440.420.013备注干燥滚筒设备生产能力为500kg/h，转速为10rpm。由于在该过程中存在CO2膨胀烟丝先回潮，再干燥到12.5%左右的含水率，为了考察经过该过程后CO2膨胀烟丝在漂浮分离过程的漂浮效果是否发生变化，分别将CO2膨胀烟丝回潮到18%、22%、26%的含水率，再干燥至12.5%左右的含水率，然后进行漂浮分离效果测定，重复试验3次，每次CO2膨胀烟丝为50g，测定结果见表11所示。由表中数据可知，CO2膨胀烟丝经回潮干燥过程后，漂浮分离效果和分离精度不变。表11不同含水率CO2膨胀烟丝干燥后漂浮比例物料回潮后含水率（%）12.518.022.026.0漂浮比例（%）98.8498.8699.1097.95注：分离液采用环己烷：乙酸乙酯=2:1，CO2膨胀烟丝采用50g，表中数据为3次测量的平均值，干燥后含水率为（12.5±0.5）%。7.3.27.3.2采用示踪法对滚筒加工设备烟丝停留时间分布进行测定时，最理想的状态是所加入的示踪物全部被检测到，但本方法在进行滚筒加工设备烟丝停留时间分布测定时，所采用的是CO2膨胀烟丝作为示踪物，考虑到实际生产过程，及试验检测任务量，实际测量过程中需进行取样确定。在进行取样过程中，从示踪物加入开始，在滚筒加工设备出口取样，直至所取样品中无示踪物CO2膨胀烟丝。为了反映真实的停留时间分布状况，每次接取的烟丝样品，应为滚筒加工设备出口物料完整截面，但由于设备生产能力差异较大，从500kg/h——6000kg/h，甚至更大生产能力，因此，在不同的设备出口接取的物料量存在较大差异。通过实际操作过程，不同生产能力设备出口接取的样品量在50g——150g，为了准确的测定烟丝在不同滚筒加工设备中的停留时间分布，且不增加后续CO2膨胀烟丝检测的工作量，在实际操作过程中根据设备生产能力及设备生产状况，每次接取烟丝样品量应为滚筒加工设备出口物料完整截面，根据实际操作经验，在50g——150g之间。7.3.2采用CO2膨胀烟丝作为示踪物进行滚筒加工设备烟丝停留时间分布测定时，CO2膨胀烟丝在滚筒加工设备入口处加入后，同时在设备出口连续进行取样，通过对所取烟丝样品中CO2膨胀烟丝百分含量的测定，确定滚筒加工设备烟丝停留时间的分布。滚筒设备出口烟丝样品的取样频次，即取样的时间间隔，关系到测定停留时间分布的准确度。取样频次越高，取样的时间间隔越短，测试结果越精确，但烟丝样品中CO2膨胀烟丝检测任务越重。因此，需要选择适宜的取样频次，使测试结果既能充分反映烟丝在滚筒加工设备内的停留时间分布状况，又最大限度的降低检测任务和检测成本。分别对烘丝滚筒和加香滚筒进行不同取样频次的停留时间分布测定，并比较停留时间分布测定结果。由于滚筒出口采用人工取样的办法，进行人工取样的最短时间间隔为5s，因此，设定不同的取样频次分别为5s/次、10s/次、15s/次、20s/次、25s/次，测定加香滚筒设备出口CO2膨胀烟丝浓度曲线见图8～图12，测定烟丝干燥滚筒设备出口CO2膨胀烟丝浓度曲线见图13～图17。停留时间分布测定计算结果见表12。图8加香机出口膨丝浓度曲线（5s/次）图9加香机出口膨丝浓度曲线（10s/次）图10加香机出口膨丝浓度曲线（15s/次）图11加香机出口膨丝浓度曲线（20s/次）图12加香机出口膨丝浓度曲线（25s/次）图13干燥滚筒出口膨丝浓度曲线（5s/次）图14干燥滚筒出口膨丝浓度曲线（10s/次）图15干燥滚筒出口膨丝浓度曲线（15s/次）图16干燥滚筒出口膨丝浓度曲线（20s/次）图17干燥滚筒出口膨丝浓度曲线（25s/次）由图8～图12加香滚筒设备出口CO2膨胀烟丝浓度曲线和图13～图17干燥滚筒设备出口CO2膨胀烟丝浓度曲线可知，采用不同的频次进行滚筒加工设备出口烟丝样品接取，滚筒出口CO2膨胀烟丝浓度曲线整体形状没有发生大的变化，曲线对时间轴没有发生平移。但取样频次的变化造成CO2膨胀烟丝浓度曲线发生一定的局部变化，特别是对于烟丝停留时间较短的加香滚筒，随取样频次的降低，浓度曲线变化较大，而对于烟丝停留时间较长的烟丝干燥滚筒，随取样频次的降低，浓度曲线变化较小。由表12不同取样频次条件下的停留时间分布计算结果可知，相对于烟丝停留时间较长的烟丝干燥滚筒，取样频次对于烟丝停留时间较短的加香滚筒影响更大，随取样频次的增加，烟丝计算平均停留时间发生一定变化，但变化较小，在5%以内，但停留时间分布离散指数变化率较高，特别是当取样频次低于10s/次。表12不同取样频次条件下停留时间分布计算结果设备类型取样频次（s/次）平均停留时间停留时间分布无因次方差计算值（s）变化率（%）计算值变化率（%）加香滚筒577.85/0.035/1078.320.600.0375.711578.100.320.03014.292080.493.390.0375.712577.930.100.01751.43烘丝滚筒5365.02/0.006/10364.820.050.0060.0015364.880.040.0060.0020364.070.260.0060.0025364.060.260.0060.00备注加香滚筒设备生产能力为500kg/h，转速为10rpm；烟丝干燥滚筒设备生产能力为500kg/h，转速为10rpm，热风为顺流模式。根据取样频次对不同滚筒加工设备（加香滚筒、干燥滚筒）的停留时间分布影响状况（分布曲线、计算平均停留时间、停留时间分布离散指数）试验结果分析，取样频次对停留时间较短的滚筒停留时间分布测定结果影响显著。为了保证取样频次能够满足各种生产能力滚筒加工设备烟丝停留时间分布测定的需要，取生产能力和停留时间都接近最小的500kg/h加香滚筒的合理取样频次10s/次作为本方法的取样频次。即从满足测试精度及降低工作量和检测成本两方面考虑，确定滚筒加工设备烟丝停留时间分布的取样频次为10s/次。7.3.3停留时间是指物料从进入到离开加工设备停留的时间，实际加工过程中物料在系统中的停留时间有长有短，从而形成了一定的停留时间分布。物料在加工设备中的停留时间分布是一个随机过程，可用概率论中的分布密度和分布函数来定量描述物料在设备内的停留时间分布。停留时间分布密度函数用E(t)表示[1，18，19]，其定义为：同时进入加工设备的N个质点中，停留时间介于t和t+dt间的质点所占分数为E(t)dt。停留时间分布函数用F(t)表示，其定义是：流过加工设备的物料中停留时间小于t的质点（或停留时间介于0~t之间的质点）的分数，用表示。采用脉冲法添加示踪物测定滚筒加工设备烟丝停留时间分布采用分布密度函数描述，其物理意义为：停留时间在t和t+dt之间的颗粒占总颗粒的分率。计算公式为：（1）式中：——滚筒加工设备出口烟丝样品中示踪物干基百分含量，%；——取样时间间隔，单位为秒（s）。用停留时间分布密度函数E(t)和停留时间分布函数F(t)来描述系统的停留时间，给出了很好的统计分布规律。但是为了比较不同停留时间分布之间的差异，通常是比较其统计特征值[1，18，19]。常用的统计特征值有两个，一个是数学期望，一个是方差。数学期望也就是均值，均值为对原点的一阶距，对于停留时间分布而言即平均停留时间，其计算公式为：（2）式中：——滚筒加工设备内烟丝平均停留时间，单位为秒（s）；——滚筒加工设备出口烟丝样品取样距加入示踪物的时间，单位为秒（s）；——分布密度函数值，可由公式（1）分布密度函数方程计算得到。方差为对停留时间分布均值的二阶距，表明加工设备内物料在轴向上的返混程度及停留时间分布离散程度，其计算公式为：（3）式中：——滚筒加工设备内烟丝平均停留时间，可由公式（2）平均停留时间公式计算得到；——滚筒加工设备出口烟丝样品取样距加入示踪物的时间，单位为秒（s）；——分布密度函数值，可由公式（1）分布密度函数方程计算得到。为了消除均值对方差的影响，在比较不同操作条件下轴向返混程度及停留时间分布离散程度时，一般使用无因次方差。（4）由停留时间分布得到的平均停留时间即为物料的加工时间或处理时间，反映的是物料整体平均停留时间，是影响物料加工质量的关键因素；而停留时间分布无因次方差反应的是物料轴向上的返混程度及停留时间分布离散程度，主要影响加工质量的均匀性，非理想条件下，越大，物料返混程度越大，停留时间长短不一参差不齐的程度越大。7.3.4停留时间分布测定方法的准确度7.3（1）停留时间分布计算结果与滞留量法测定结果对比首先采用所建立的示踪物法测定滚筒加工设备烟丝停留时间分布方法对500kg/h加香滚筒进行3次停留时间分布测定，三次测定浓度曲线见图18所示，利用公式（2）计算的密度分布函数值见表13，根据公式（2）和公式（4）计算的平均停留时间和停留时间分布无因次方差见表14。图18三次试验加香滚筒出口CO2膨胀烟丝检测浓度表13三次试验停留时间分布密度函数值时间（s）试验1试验2试验3三次试验数据极差0.000.00000.00000.00000.000010.000.00000.00000.00000.000020.000.00000.00000.00000.000030.000.00000.00000.00000.000040.000.00000.00000.00060.000650.000.00140.00080.00030.001160.000.00360.00580.00660.003070.000.02280.03330.03950.016780.000.04800.04000.02830.019790.000.01390.01210.00750.0064100.000.00480.00310.00410.0017110.000.00230.00220.00210.0002120.000.00200.00120.00140.0008130.000.00100.00090.00180.0008140.000.00120.00010.00070.0005150.000.00000.00000.00000.0000160.000.00000.00000.00000.0000备注表14三次测定停留时间分布计算结果平均停留时间停留时间分布无因次方差计算值（s）平均值（s）极差（s）标偏（s）变异系数(%)试验181.5179.533.191.732.180.032试验278.750.026试验378.320.037备注500kg/h加香滚筒，转速为10rpm。参照文献[20，21]记载方法，采用滞留量法对加香滚筒内的烟丝平均停留时间进行测定，测定计算公式为：（5）式中，——滚筒加工设备内烟丝平均停留时间，单位为秒（s）；——滚筒加工设备内烟丝持料量，单位为千克（kg）；——物料流量，单位为千克每小时（kg/h）。采用滞留量法测定平均停留时间结果见表15。表15滞留量法测定平均停留时间结果项目编号滚筒持料量（kg）平均停留时间（s）计算值平均极差标偏测试112.1587.4885.085.402.75测试211.9085.68测试311.4082.08备注500kg/h加香滚筒，转速为10rpm。两种测试方法相比，由停留时间分布计算的平均停留时间分别为81.51s、78.75s、78.32s，平均值为79.53s，极差为3.19s；由有滞留量法测定的平均停留时间分别为87.48s、85.68s、82.08s，平均值为85.08s，极差为5.40s。由两组计算结果可知由停留时间分布测试计算的平均停留时间与化工常用的滞留量法测得的平均停留时间较为接近，且由停留时间分布测试计算的平均停留时间极差、标偏均小于采用滞留量法测得数值。（2）CO2膨胀烟丝回收率示踪物CO2膨胀烟丝回收率对于测试方法的正确性非常重要，回收率的高低可以从侧面反映测试方法的正确度。对三次试验检测到的CO2膨胀烟丝回收率进行计算，计算结果见表16。由表中数据可知三次测试CO2膨胀烟丝回收率较高，均高于92%。表16三次试验CO2膨胀烟丝回收率总烟丝（g）叶丝（g）膨丝（g）回收率（%）试验1干燥后1493.131454.2938.8492.63干燥前1689.351645.4143.94计算1388913527.75361.25试验2干燥后1319.441282.7636.6899.02干燥前1486.891445.5541.34计算1388913502.84386.16试验3干燥后1587.531548.6238.9196.02干燥前1785.261741.5043.76计算1527814903.54374.49备注每次试验加入CO2膨胀烟丝量为390g。由停留时间分布计算平均停留时间与滞留量法测定结果对比分析和CO2膨胀烟丝回收率测定计算可知，所建立的脉冲示踪法测定滚筒加工设备烟丝停留时间分布测定结果正确度较高。7.3由图18停留时间分布浓度曲线可知，三次测定滚筒加工设备出口CO2膨胀烟丝浓度具有较好的重复性；由表13可知，三次测定滚筒加工设备停留时间分布密度函数值重复性较好，同一取样时间，分布密度函数值极差均小于0.0197。由表14可知，采用所建立的滚筒加工设备烟丝停留时间分布测定计算方法所得的三次平均停留时间及停留时间分布无因次方差均较为接近。三次测定的平均停留时间极差、标偏、变异系数均小于采用滞留量法测得结果，证明所建立的测试方法重复性好。8方法的验证与应用8.1不同滚筒转速停留时间分布的测定8.1.1干燥滚筒不同转速条件下停留时间分布的测定利用所建立的滚筒加工设备烟丝停留时间分布测定方法对甲厂某型号的500kg/h烟丝干燥滚筒进行了不同滚筒转速（7rpm、10rpm、13rpm）停留时间分布的测定，滚筒设备出口CO2膨胀烟丝浓度检测结果见表17，计算分布密度函数曲线见图19，停留时间分布特征值计算结果见表18表17干燥滚筒出口CO2膨胀烟丝浓度检测结果（不同滚筒转速）取样时间（s）7rpm检出浓度（%）10rpm检出浓度（%）13rpm检出浓度（%）0.000.000.000.00……240.000.000.000.00250.000.000.000.62260.000.000.000.98270.000.000.001.81280.000.000.002.50290.000.000.004.50300.000.000.006.49310.000.000.008.65320.000.000.0010.66330.000.000.5711.01340.000.000.9110.44350.000.001.619.33360.000.002.238.15370.000.003.156.65380.000.004.565.31390.000.006.203.91400.000.006.463.32410.000.008.652.47420.000.007.991.75430.000.008.481.54440.000.747.841.07450.001.027.160.88460.001.515.700.60470.002.065.550.53480.002.204.250.36490.002.663.690.29500.003.263.000.00510.003.282.430.00520.004.421.800.00530.004.541.500.00540.005.171.150.00550.005.511.030.00560.006.320.920.00570.005.880.640.00580.006.420.000.00590.005.640.000.00600.005.890.000.00610.005.760.000.00620.004.790.000.00630.004.360.000.00640.003.640.000.00650.003.310.000.00660.003.350.000.00670.002.880.000.00680.002.370.000.00690.002.370.000.00700.001.670.000.00710.000.630.000.00720.000.000.000.00730.000.000.000.00740.000.000.000.00图19干燥滚筒停留时间分布密度函数曲线（不同滚筒转速）由表17和图19可知，随滚筒转速的增加，滚筒出口CO2膨胀烟丝检出浓度和分布密度函数值呈现一定的变化规律。随滚筒转速增加，滚筒出口检测到CO2膨胀烟丝时间越短，检测到的CO2膨胀烟丝最高浓度越高；随滚筒转速增加，滚筒停留时间分布密度函数曲线在时间轴前移，且曲线最高值越高。由表18干燥滚筒停留时间分布特征值计算结果可知，随滚筒转速增加，平均停留时间逐渐减小，停留时间分布无因次方差逐渐增大，但计算无因次方差值都较小，烟丝在滚筒内的流动模型接近于平推流，这与相关研究结论[10,22,23]一致。表18不同干燥滚筒转速停留时间分布特征值计算结果转速平均停留时间（s）停留时间分布无因次方差7rpm578.340.01110rpm435.890.01213rpm344.590.015备注500kg/h干燥滚筒，双循环热风系统，取样频次：10s/次。8.1.2加香滚筒不同转速条件下停留时间分布的测定利用所建立的滚筒加工设备烟丝停留时间分布测定方法对乙厂某型号的500kg/h加香滚筒进行了不同滚筒转速（7rpm、10rpm、14rpm）停留时间分布的测定，滚筒设备出口CO2膨胀烟丝浓度检测结果见表19，计算分布密度函数曲线见图20，停留时间分布特征值计算结果见表20。表19加香滚筒出口CO2膨胀烟丝浓度检测结果（不同滚筒转速）取样时间（s）7rpm检出浓度（%）10rpm检出浓度（%）14rpm检出浓度（%）0.000.0000.0000.00010.000.0000.0000.20020.000.0000.0000.42230.000.0000.0000.19640.000.0000.3070.58650.000.0800.3216.34660.000.1900.3293.64770.000.4331.7030.49180.001.3525.3200.34590.005.4045.7100.279100.006.3202.3190.285110.003.5161.1620.417120.002.0460.5790.284130.001.2840.5400.311140.001.0960.4040.174150.000.6440.2590.309160.000.6170.2130.100170.000.6580.3490.000180.000.5490.2370.000190.000.2740.2900.00200.000.160.0900.00210.000.000.000.00220.000.000.000.00230.000.000.000.00由表19和图20可知，随滚筒转速的增加，滚筒出口CO2膨胀烟丝检出浓度和分布密度函数值呈现一定的变化规律。随滚筒转速增加，滚筒出口检测到CO2膨胀烟丝时间越短，检测到的CO2膨胀烟丝最高浓度越高；随滚筒转速增加，滚筒停留时间分布密度函数曲线在时间轴前移，且曲线最高值越高。图20加香滚筒停留时间分布密度函数曲线（不同滚筒转速）由表20加香滚筒停留时间分布特征值计算结果可知，随滚筒转速增加，平均停留时间逐渐减小，停留时间分布无因次方差逐渐增大，物料返混程度增加，停留时间分布离散程度增加，但计算无因次方差值都较小，烟丝在滚筒内的流动模型更接近于平推流，这与相关研究结论[10,22,23]一致。表20不同加香滚筒转速停留时间分布特征值计算结果转速平均停留时间（s）停留时间分布无因次方差7rpm110.260.06010rpm94.910.08614rpm62.430.200备注500kg/h加香滚筒，无循环风系统，取样频次：10s/次。由8.1.1和8.1.2试验计算分析可知，随滚筒转速增加，干燥滚筒和加香滚筒的烟丝浓度分布曲线和停留时间分布密度函数曲线呈现一致的变化规律；且由停留时间分布计算的特征值计算结果变化趋势一致，即随滚筒转速的增加，计算平均停留时间呈减小趋势，停留时间分布无因次方差呈增大趋势，物料返混程度增加。8.2不同风向条件下停留时间分布的测定利用所建立的滚筒加工设备烟丝停留时间分布测定方法对丙厂某型号的500kg/h烟丝干燥滚筒进行了不同热风流向（顺流、逆流）停留时间分布的测定，滚筒设备出口CO2膨胀烟丝浓度检测结果见表21，计算分布密度函数曲线见图21，停留时间分布特征值计算结果见表22。表21干燥滚筒出口CO2膨胀烟丝浓度检测结果（不同热风流向）时间（s）顺流逆流0.000.000.0010.000.000.00………………250.000.000.00260.000.200.00270.000.350.00280.000.450.00290.000.340.00300.000.780.00310.001.100.00320.001.810.00330.003.660.00340.004.680.15350.007.760.30360.0010.190.54370.0011.320.90380.009.801.77390.007.164.70400.003.426.76410.002.328.51420.000.928.26430.000.659.98440.000.169.31450.000.006.01460.000.006.19470.000.004.76480.000.003.20490.000.002.57500.000.001.49510.000.001.86520.000.001.83530.000.000.81540.000.001.48550.000.000.49560.000.000.39570.000.000.37580.000.000.17590.000.000.00600.000.000.00由表21和图21可知，不同风向条件下，滚筒出口CO2膨胀烟丝检出浓度和分布密度函数值呈现一定的变化规律。顺流条件下，滚筒出口检测到CO2膨胀烟丝时间比逆流短，顺流条件下检测到的CO2膨胀烟丝最高浓度高于逆流条件下；与逆流相比，顺流条件下滚筒停留时间分布密度函数曲线在时间轴前移，且曲线最高值高于逆流情况下。图21不同风向滚筒停留时间分布密度函数曲线由表22干燥滚筒停留时间分布特征值计算结果可知，顺流风向条件下平均停留时间小于逆流条件下的平均停留时间，计算无因次方差值基本一致，都较小，说明在干燥滚筒内的物料返混程度较小，停留时间分布离散程度不高。表22不同风向烟丝停留时间分布特征值计算结果风向平均停留时间（s）停留时间分布无因次方差顺流364.820.006逆流520.750.006备注500kg/h干燥滚筒，具有顺逆流热风系统，取样频次：10s/次。8.3不同风速条件下停留时间分布的测定利用所建立的滚筒加工设备烟丝停留时间分布测定方法对丁厂某型号的2300kg/h烟丝干燥滚筒进行了顺流风向不同风速（风机频率为）停留时间分布的测定，滚筒设备出口CO2膨胀烟丝浓度检测结果见表23，计算分布密度函数曲线见图22，停留时间分布特征值计算结果见表24。表23干燥滚筒出口CO2膨胀烟丝浓度检测结果（不同风速）取样时间（s）风机频率30Hz风机频率22Hz风机频率14Hz00.000.000.00100.000.000.00200.000.000.00300.000.000.00400.000.000.00500.000.000.00600.000.000.00700.000.000.00800.000.000.00900.000.000.001000.000.000.001100.000.000.001200.840.000.001301.670.001.551402.481.962.301503.792.022.081604.512.832.171705.602.822.971806.073.332.731906.574.493.052007.914.883.632107.655.834.902205.886.576.552304.547.847.192403.626.047.442502.004.207.092601.583.666.732700.943.445.772800.002.234.882900.001.834.243000.001.073.473100.000.002.293200.000.001.373300.000.000.863400.000.000.003500.000.000.00由表23和图22可知，顺流情况下，随风速的增加，滚筒出口CO2膨胀烟丝检出浓度和分布密度函数值呈现一定的变化规律。随风速增加，滚筒出口检测到CO2膨胀烟丝时间越短，滚筒