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【科研故事】读书《烟草干燥工艺学》连载⑬

已有 1333 次阅读 2022-9-27 11:48 |个人分类:【科研故事】|系统分类:科研笔记

有段时间没有做记录了，在这两期公众号，我都讲到了科研仪器装备，并没有介绍其中的背景故事，但发现关于科研仪器的介绍广告阅读量还是相当不错的，这说明大家可能对我这种聊天式的写作风格还是有些犯难，但我还是要把故事持续讲下去。

今天我在兰州厂的车间中忙碌，在工作人员的帮助下，对我们研发的两台装备进行开箱、安装、调试、取样测试等工作，突然意识到一个问题，以后到技术中心或者企业单位，除了项目合作的交流、讨论和共同实验以外，又多了一项固定任务，就是“对客户的回访”，因为由我们研发的仪器及相关装备已经在行业各个中烟工业技术中心和卷烟厂有了阵地（这两年在国家局、行业各单位信任和支持下，我们科研仪器成果落地推进相当迅速），获得了广泛应用，已经成为我们实验室分享技术成果的重要媒介，本周二、三和今天在某地出差，除了进行正常合作项目交流进展以外，我们对一台崭新的仪器装备和一台我们最新研制的工程样机进行了安装调试，并与用户进行了实验计划做了详细交流，期待尽快获得最新的数据，以便我们能够更好的服务于行业高质量发展，看到我们的logo和枫杨街2号，感觉有特别的成就感和自豪感，图1是正在安装的一台成熟仪器，图2是成熟仪器的铭牌，图3是我和我们一台工程样机的合影。只有我们不断努力，持续创新，才能让“枫杨街2号”的大旗飘扬在行业高质量发展的主战场，将科研成果写到祖国大地上，我不敢止步！

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图1.团队正在安装一台新仪器

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图2.带有“枫杨街2号”的铭牌


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图3.是我和新作品（工程样机）的合影

有段时间没有讲故事了，我就不长篇赘述，讲上这周经历的其他三件事儿，上周周三，像往常一样，我们院新来的同事要进行实习了。带领新同事实习，这确实是我喜欢做的事情，因为可以将我对行业和科技发展动向的一些基本认知分享给新同事。我们新员工的实习主要还是集中在卷烟厂，时间设置还是比较长的，当我看到计划是约十天的时间，主要分布三个车间，制丝、卷包还有物流，这个我也向未来建议，如果有时间的话，更应该了解一下动力车间的运行。我们是科研单位，期待新同事将烟草科技这件事儿作为“志业”来做，而不仅仅是一件工作，养家糊口而已，更要在其中实现自己的人生价值。当然，尽早了解卷烟是如何做出来的，可能更有助于激发新同事们的创新活力，因为这里更加接近于终端产品“卷烟”，我的介绍一般性情况时，我主要介绍一下我对卷烟的基本理解，从制作“一支烟”谈到到生产“万亿支”这种数量级的发展历程；从卷烟的前世今生谈到目前烟草业发展，机遇与挑战并存；以烟草工艺领域的发展历程概述为主线，以“人”、“事”、“物”为辅助，同时讲到其他相关领域的发展历程。在介绍这些发展历程的同时，重要的是要切入当时所处的社会大背景，当然这些还是凝聚了我个人的一些认识、想法和不算深入的一些思考，期待对新同事们有所启发，努力做到烟草科技的发展进化与发展的时代同步。就像我一直认为的那样，作为一个科研人员，理解好我们技术发展基础是如何理解好我们烟草科技发展的内在推动力。同样，换句我们化学工程背景的工程语言就是，强化传递现象的关键在于增加动力减少阻力。最后我也针对新同事们所处的各个领域，提供了我的一些建议，如何利用好这次实习的机会，更多的为自己在未来的工作中赋能，期待大家能在即将到来的十天实习生活和未来激动人心的工作生涯发展的更好、更快、更强。图4.和新同事们一起聊美好的实习生活。

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图4.和新同事们一起聊美好的实习生活

这周进行了一些学术报告，特别邀请东南大学李健老师在实验室做报告，看到最近我们合作的一些工作，在放弃了一些最初一些设想后，获得的实验结果是特别喜人的，这也是在我们充分的对我们研究工作重新认知以后获得的启示，也就是在放弃一些描述性细节性的图像识别功能，强化对流体流量与流速测量中的算法算力，是的，我们期待获得基本的数据得到了较好的测量和发展，也许大家认为这是一种“妥协”，我也是这么认为，这种妥协，真正的让我们更加接近对质量提升调控目标的原定目标的实现。简而言之，”测、调、控“的实现，有时候并不需要特别增加他们的美感，而在于实现原有目标时，它确实是能够发挥了巨大的作用。下一步在下个月的设备性能提升中，我们尽快出图开始加工相关装备，做好快出多出数据的基本准备。这个工作足够精彩，期待未来我持续讲述我们创新的故事。图5.东南大学李健老师在我们实验室做学术报告。

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图5.东南大学李健老师在我们实验室做学术报告

科研人员的日常，唯有读书和跑步不能辜负，我们还是回到的我们《烟草干燥工艺学》这本书，间隔了两期没有更新，相信小伙伴们还可以跟得上，干燥动力学的意义在于干燥速度的快慢，让我们通过什么方式和方法能够获得这一数据呢？这里最简单的试验相信每个人都有这样的经历，洗后的衣服在风、阳光等作用下速度都会加快，快慢是程度，但如何检测和获得呢，我们需要获得水分和时间的关系，获得水分和时间的关系后，再对时间求导（微商或者差减），即可获得干燥速度和时间的关系，这是一个干燥动力学的基本关系图，这里讲到有三个基本步骤，1掐表检测水分；2寻找水分和时间的关系；3寻找水分增减速度与时间的关系；三步就完成了干燥动力学基本数据的获取。
上述步骤其实少了一个环节，干燥环境和快速测量或者取样测试的环节，同时，根据不同的测试目的，要消除的影响因素不同，我们消除气膜扩散阻力（就是要增加气速或者说风速，直到气速或者是风速没有影响），我们有时要消除内扩散阻力，（就是要不断减小颗粒大小，直到颗粒大小没有影响），这个对于烟草干燥而言是有些复杂的，我们一般情况下不会尽力消除，而作为烟草固有特性保留下来，但这种保留一定有形态特征与研究对象说明问题的需求一直。接下来重点是如何获得稳定性的干燥环境和尽可能的消除外扩散阻力影响，同时能够实现水分在线检测，或者是退而求其次（妥协的方法）实现在线取样呢？
这里可能的方法还是比较多的，最重要也是最常被挂念的一种方式，就是热重分析的方法。热重分析的故事比较久远，其实就是在可控的气流介质条件下，被处理样品的重量变化被连续性地观察和测量。那么这个方法就非常简单，只需要一个天平和一股可控流量的气流即可；可控流量的气流实现呢，可以通过流量计（在前面章节中进行过详述）和一定压力的气源即可；如果可控流量的气流同时要调控温度的话，这里就需要增加一个预热器或者换热器，这里所讲的预热器通常可以通过电热来实现，当然还有很多电热的方法，换热可以采用流体换热等等（在仪器中不建议使用，因为还是存在控制存在强滞后性，不过如果有写专利的需求，可以描述成另外的实施例）；如果可控流量的气流需要点湿度控制的话，这个在前面的故事中我已经讲过多次，大家可以理解为加湿，我真的见到过有人就拿着喷壶给热空气加湿的，其实这是可以的，但约束比较多，如果真的写专利，也可以保护起来，因为改劣也有可能变成最优解。当然，此时我用到最多的技术就是产生饱和蒸汽的方法，这个在我们研制的所有涉及湿度的仪器和装备中都有涉及，就像我经常使用流态化技术和压力控制技术一样普遍，每次都特别好用和有效。如果更高的气流湿度需要，我就可以增加蒸汽，这个方法也比较简单，我们制造一个蒸汽发生器即可，其原理又是个换热器。说到这里，其实干燥装置的已经变得足够复杂了，要有天平、气源、流量计、加热器、加湿器还有水，要自动称量的话，要有数据线和电脑，这套系统是我进入行业工作后第一台自行研制的装备，结构图6，热重干燥装置，目前学名：烟草热湿处理在线分析仪，低版本软件画的，没有再修改过，目前该装置实物照片见图7。图6中11和10，一个智能控温仪，一个多路控温仪，其实类似，我上学的时候就长这个样子，我们煤化所一退休的杨老师精心手工打造，价格非常便宜，我用起来感觉超过很多国外的同类产品，而且价格很低，匠人精神的产品越来越少了，在我们实验室目前还有三台在用，近二十年了，依然控温很好，温阶也很稳。（跑题了），再做个广告，柱塞泵我惯用北京卫星厂，流量计七星华创，液压装备生产基地山西榆次，当然作为工程师的我们拥有很多自己心中的惯用的品牌产品。

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图6.热重干燥装置（目前学名；烟草热湿处理在线分析仪）

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图7.烟草热湿处理在线分析仪（热重法）

对了，忘记介绍了热重法获得干燥动力学数据的基本假设了，这个假设是在可控的干燥环境中重量的变化都是来源于水分的增加或者减少。基于这个基本假设，我们就可以获得水分与时间的关系，重量随时间变化是显而易见的，图8所示干燥动力学基本数据。

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图8.烟草干燥动力学基本数据

到这里，怎么又多了一组数据，就是温度的变化，这个可以有，也可以没有，我们通过红外测温技术很容易获得，因为热质传递过程通常是耦合在一起的，我在这里做了增设，当然可以不要。有时候做减法是必要的，正如我们的生活。
好吧，还是让我们期待下一期继续一起体会“发现的乐趣”。




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