粘胶短纤维的干燥特性及其动力学模型研究

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1、粘胶短纤维的干燥特性及其动力学模型研究王瑞利1，李慧1，张军2*(1．黄河科技学院工学院，河南郑州450006;2．郑州大学化工与能源学院，河南郑州450001)摘要:分析了热风温度、纤维层厚度、热风速度、纤维层含水率等工艺参数对粘胶短纤维干燥过程的影响，在此基础上，建立了粘胶短纤维的干燥动力学模型，应用单指数干燥模型和Logaritmic干燥模型对比研究了纤维的干燥特性。结果表明:单指数干燥模型和Logaritmic干燥模型都能很好地描述热风温度、纤维层厚度、纤维层含水率对其干燥速率的影响;在计算热风温度以及热风速度对纤维干燥的影响时，两个干燥模型计算结果与实验结果略有偏差;相比单指

2、数模型，Logaritmic干燥模型的计算结果和实验结果吻合较好，能更好地分析粘胶短纤维的干燥规律，对粘胶短纤维干燥特性的工程应用提供理论依据。关键词:粘胶短纤维干燥特性动力学模型干燥速率中图分类号:TQ341+．1;TQ340．652文献标识码:A文章编号:1001-0041(2014)06-0056-04粘胶纤维作为一种常见而又重要的化工原材料，在工业生产和日常生活中得到广泛的使用。粘胶纤维的干燥过程耗能较大，为了提高经济效益，生产环节绿色环保，对粘胶纤维的干燥过程进行理论和实验研究具有重大的意义［1］。在前期研究中，对粘胶短纤维链板式松弛热定型机内部流场进行了数值模拟，得到了其流

3、场速度和压力分布规律，结合现场测试结果，提出对其匀风板的改进方案，并进行了验证［2－3］;通过粘胶纤维干燥特性实验，分别测定了热风温度、纤维层厚度、热风风速、纤维层含水率等工艺参数对其干燥过程的影响［4］。国内外研究人员对其他不同类型的纤维和干燥形式进行了实验和理论研究，进一步研究粘胶短纤维干燥影响因素，尤其增加对粘胶短纤维热风干燥过程动力学理论分析，从而更好地提高其干燥效率，降低干燥成本是十分必要的。作者在前期粘胶短纤维干燥特性的实验研究基础上，应用单指数干燥模型和三参数Logaritmic干燥模型，对粘胶短纤维的热风干燥特性进行了理论研究;对实验数据进行回归分析，得到了粘胶短纤维的

4、干燥动力学模型参数，进而得出粘胶短纤维的热风干燥理论计算曲线;并对模型的计算结果与实验结果进行比较，得到更适合分析粘胶短纤维干燥规律的理论模型。设计了一种结构简单、测试方便的粘胶纤维干燥实验装置，此实验装置已申请了国家发明专利［5］。从图1可知，该实验装置由空气压缩机、电加热炉、纤维干燥器组成。空气由压缩机输送，进入加热炉被加热到设定温度后流入纤维干燥器。气体流量由调节阀调节，并由转子流量计进行计量。干燥器入口装有温、湿度传感器、压力传感器和气流速度传感器。干燥器出口也安装有温、湿度传感器、压力传感器和气流速度传感器，用以测量干燥器内的空气状况。传感器通过数据线连接到计算机中进行数据处

5、理，可以得到干燥实验过程中测试点的温度、压力、湿度。图1干燥实验装置示意Fig．1Schemeofdryingexperimentalunit1—压缩机;2—流量调节阀;3—转子流量计;4—加热炉;5—三通阀;6—干燥室;7—纤维层;8—数据采集显示器收稿日期:2014-05-22;修改稿收到日期:2014-09-22。作者简介:王瑞利(1979—)，女，讲师，从事机械设计制造及与能源开发及节能研究。E-mail:63876193@qq．com。基金项目:郑州市科技攻关项目(20130789)。通讯联系人。E-mail:zhang_jun@zzu．edu．cn。11．1纤维干燥实验干燥

6、实验装置为了真实地反应粘胶纤维的干燥过程，自行*第6期王瑞利等．粘胶短纤维的干燥特性及其动力学模型研究571．2实验方法粘胶纤维由郑州纺织机械有限公司提供;在进行实验前，首先对物料进行预处理。纤维大小由干燥器尺寸确定。影响纤维干燥的因素设定:纤维厚度(H)分120℃对纤维层进行干燥。通过对实验结果拟合，选取两个模型的Ｒ为0．972。根据公式(3)～(5)分别计算出相应的参数，并由公式(1)和(2)计算出两个模型的纤维干燥曲线即纤维M与t的关系。从图2可知，随着T的提高，热风传递给纤维层的热量也越多，纤维干燥速率也随之加快。通过两个干燥模型计算结果发现:T为100℃时，干燥时间为150～

7、300s的干燥阶段，以及T为120℃时，干燥时间为150～250s的干燥阶段，两个模型描述结果都不能完全接近实验曲线。但从整体来看两个模型计算的曲线都能反映实验过程，尤其在干燥时间为0～150s的干燥曲线。但比较两个模型计算结果，三参数Logaritmic模型比单指数模型能更接近实验结果。别为90mm和150mm;纤维层初始含水率(S)用蒸馏水配制，采用BL200S型电子天平测定物料质量，分别配制S为90%和170%;热风风速(V)由调节阀控制