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棉花是新疆地区的主要经济作物。但新疆南部干燥的环境条件易导致棉花含水率过低，对棉花加工、运输和存储造成一定的影响。回潮率过低的棉花不仅存在安全风险，还影响棉花的经济效益。为此，对皮棉加湿工艺的研究现状和发展趋势进行综述。首先，介绍了皮棉加湿的基本原理和应用领域；然后，从加湿设备、控制系统、测量仪器等方面，对皮棉加湿工艺的研究现状进行了梳理和总结，分析了存在的问题和不足；最后，对皮棉加湿工艺的发展趋势进行了分析和展望，指出未来将向自动化、精细化、绿色化和工艺创新等方向发展，以期为皮棉加湿工艺的发展提供参考。
皮棉加湿工艺主要技术和装置
主要存在问题及解决措施
棉花加湿主要依靠加湿机在生产线上实时进行加湿操作，需要特定人员进行加湿操作控制，且主要根据棉花含水量检测仪等检测含水量的设备数据、棉花加工时的进棉量等参数实时调节加湿设备的挡位或开关。因此，使用经验及主观因素易对加工皮棉的质量造成影响。当前加湿过程控制具有非线性、滞后的缺点，极大限制了生产力。
针对这个问题提出的解决措施如下：1）采用自适应控制算法，自适应控制算法可以根据实时测量数据自动调整控制参数，以控制非线性和滞后性，从而提高控制精度和稳定性。2）引入模型预测控制技术，通过建立模型来预测设备的响应，从而在控制过程中纠正滞后和非线性问题，提高控制精度和稳定性。3）优化控制策略。根据设备的实际情况和生产需求，优化控制策略，采用更加灵活、智能的控制方式，提高控制精度和响应速度。4）引入先进的控制器和传感器。高精度和高灵敏度的控制器和传感器可以提高设备的测量和控制精度，降低滞后性和非线性问题的影响。
皮棉加湿不均匀主要有以下几方面原因：皮棉加工后初始的回潮率不确定、不一致；加工过程中进入设备的皮棉的量动态变化；加湿过程中加湿器发生的水蒸气的功率不稳定，通过皮棉的流场均匀度不一致；进入皮棉的状态和加湿气流的接触程度不一致。
目前广泛采用的蒸气雾化方式容易受到热惯性的影响，难以根据加工量变化及时调整雾化量，只有在产量稳定的情况下才能够实现均匀加湿，但是要保持产量稳定却较为困难。这种不稳定的湿度控制可能会影响棉花加工过程中的纤维质量或加工效率。
针对这个问题提出的解决措施如下：1）改善加湿设备。调优加湿设备的参数，以适应不同产量下的加湿需求，并保证加湿器的工作稳定性和可靠性。2）优化加湿控制。采用先进的自动化控制系统，根据不同加工量和环境条件实时调整加湿量和湿度控制参数，以实现精确的加湿控制。3）改善通风系统。加强通风系统的设计和调整，使得空气流动更加均匀，提高空气湿度的均匀性，减少湿度差异。4）优化工艺流程。优化生产工艺流程，避免产量波动对加工过程中湿度控制的影响，以保证皮棉加湿的均匀性。
目前棉花含水量的测量有电阻法、电容法、电阻电容联合法、红外法、微波法、电荷耦合器件法、烘箱法等。电阻法是最常用的方法之一，将测量传感器插入棉包中，通过给插入棉花的2个金属探头加直流电并测量流过棉花的电流就可以得到棉花含水量，但这种方法受棉花的状态、压力、密度和环境温湿度等因素的影响较大。水分测量仪通常需要人工监控以实时测量棉花含水率，但这种方法具有一定的滞后性，使得实现稳定质量的皮棉加湿较为困难。
针对这个问题提出的解决措施如下：1）优化测量方法，可采用多种测量方法相结合的方式，综合考虑各种因素对测量结果的影响，以获得更加精确的含水率数据；2）引入智能控制系统，以实时监测和调节设备和测量仪器的工作状态，及时发现和纠正问题，提高测量精度和稳定性；3）通过培训提高操作人员的技能水平，使其能够准确操作设备和测量仪器，以便及时发现和处理问题，保证测量结果的准确性。
采用蒸汽换热器产生的雾化水需要安装锅炉等大型设备，投资大、耗能多，而且结构复杂不利于老厂的设备改造。虽然中小型棉花加工厂的棉花加工工艺大同小异，但具体的设备和流程并不完全相同。因此，在这种情况下引入棉花加湿设备可能会增加棉花加工的成本。受加工产量、经济效益等因素的影响，加湿设备的引入面临很大的阻力。
针对这个问题提出的解决措施如下：1）执行标准化设计。对于加湿设备的设计，采用标准化的设计思路，将设备结构简化、模块化，降低设备的复杂程度，提高设备的兼容性。2）优化设备参数。优化设备加湿量、加湿速度、加湿面积等参数，以适应不同的生产工艺和场地条件，并提高设备的稳定性和可靠性。3）引入智能控制技术。采用先进的传感器和控制系统，实时监测和调节加湿设备的工作状态，提高设备的自适应能力和控制精度。
趋势与展望
皮棉加湿工艺作为棉花加工技术的一部分，旨在提高皮棉生产过程中的经济效益、产品质量以及储存安全性，所以皮棉加湿过程需要尽量低能耗、绿色环保。降低热源成本可以有效降低加工成本，因此，可考虑将棉花加工厂建立在当地的热力发电厂、供暖公司等企业附近，利用余热资源对棉花调湿。
结合不同皮棉加湿方式的优势，将不同加湿方式有效联合。因地制宜，考虑棉产区气候、空气含水量等因素，选择合适的棉花调湿方式。综合考虑籽棉调湿方式和皮棉加湿方式，开发合适的加工工艺过程。寻找低能耗、高效能的皮棉加湿作业模式，在提高加湿速率、减少加湿能耗和成本的基础上进一步提高皮棉品质。
近年来，对皮棉回潮率准确测定和动态调节的研究取得了一定进展。引入模糊控制技术到皮棉加湿工艺过程中，通过建立实际情况下的模糊控制模型，实现标准化皮棉加湿生产，可在一定程度上减少人为控制所导致的皮棉产品质量不稳定的问题。
转载、转发请注明如下出处：
中国棉花，2024，51（5）：50-56.
https://doi.org/10.11963/cc20230072
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