戚小琛 周香 張茜 阮旭良 史書(shū)偉 楊旭海

收稿日期：2023-05-23? ? ? ? ?第一作者簡(jiǎn)介：戚小琛，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械化，qxcaxt2@163.com。*通信作者：楊旭海，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)工程，63505809@qq.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（31860455，31760471）；橫向課題“西北內(nèi)陸棉區(qū)棉花調(diào)濕機(jī)理研究”

Research status and development trend of cotton humidification technology

Qi Xiaochen， Zhou Xiang， Zhang Qian， Ruan Xuliang， Shi Shuwei， Yang Xuhai*

摘要：棉花是新疆地區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)作物。但新疆南部干燥的環(huán)境條件易導(dǎo)致棉花含水率過(guò)低，對(duì)棉花加工、運(yùn)輸和存儲(chǔ)造成一定的影響?；爻甭蔬^(guò)低的棉花不僅存在安全風(fēng)險(xiǎn)，還影響棉花的經(jīng)濟(jì)效益。為此，對(duì)皮棉加濕工藝的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行綜述。首先，介紹了皮棉加濕的基本原理和應(yīng)用領(lǐng)域；然后，從加濕設(shè)備、控制系統(tǒng)、測(cè)量?jī)x器等方面，對(duì)皮棉加濕工藝的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了梳理和總結(jié)，分析了存在的問(wèn)題和不足；最后，對(duì)皮棉加濕工藝的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析和展望，指出未來(lái)將向自動(dòng)化、精細(xì)化、綠色化和工藝創(chuàng)新等方向發(fā)展，以期為皮棉加濕工藝的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：皮棉；加濕工藝；研究現(xiàn)狀；存在問(wèn)題；發(fā)展趨勢(shì)

棉花是中國(guó)的主要經(jīng)濟(jì)作物之一[1]。新疆地處中國(guó)內(nèi)陸，氣候干旱、日照充足，是當(dāng)前中國(guó)最大的棉花生產(chǎn)區(qū)。據(jù)2022年數(shù)據(jù)，新疆棉花產(chǎn)量占全國(guó)棉花產(chǎn)量的90.2%，占國(guó)內(nèi)消費(fèi)的比重約為67%，并且已經(jīng)連續(xù)27年位居全國(guó)第一[2-3]。新疆棉花在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上以其優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、纖維較長(zhǎng)等特點(diǎn)而備受青睞[4-5]。

皮棉作為一種天然的纖維原料，廣泛應(yīng)用于紡織品、織物和服裝等領(lǐng)域[6]。然而，皮棉在加工過(guò)程中容易受到氣候和環(huán)境等因素的影響，導(dǎo)致其含水率產(chǎn)生波動(dòng)，進(jìn)而影響其質(zhì)量和性能。相關(guān)研究表明：棉花回潮率大時(shí)，棉纖維的強(qiáng)度提高，剛度降低，摩擦因數(shù)增大，這會(huì)導(dǎo)致清棉效率和軋花工作效率降低[7-8]。皮棉中水分過(guò)多時(shí)，機(jī)器和輸送管內(nèi)部會(huì)凝結(jié)水汽而堵塞皮棉的輸送，導(dǎo)致整個(gè)軋花過(guò)程不能順利進(jìn)行[9]。含水率過(guò)低的棉花的主要缺點(diǎn)如下：（1）干燥的棉花由于彈性增大導(dǎo)致成包困難。（2）干燥導(dǎo)致纖維表面靜電增大，存在一定的安全隱患。（3）運(yùn)輸過(guò)程中，棉纖維膨脹力過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致棉包崩包，造成運(yùn)輸困難。（4）棉纖維制成的紗線易產(chǎn)生脆斷，毛羽數(shù)量增加并偏長(zhǎng)，嚴(yán)重影響織機(jī)效率和布品質(zhì)量。（5）結(jié)算時(shí)，含水率較低會(huì)導(dǎo)致棉包質(zhì)量減輕而造成虧損。因此，皮棉加濕在棉花加工中具有重要作用，可以通過(guò)控制棉花的水分含量，提高棉花的加工性能和加工質(zhì)量，降低能耗和成本，增加棉花產(chǎn)品的質(zhì)量[10-12]。在過(guò)去幾十年中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究和探索，并取得了一些重要成果和進(jìn)展。

擬通過(guò)研究相關(guān)資料，從皮棉加濕的原理和方法，包括蒸汽加濕、噴霧加濕等，介紹皮棉加濕工藝的研究現(xiàn)狀及特點(diǎn)；回顧過(guò)去幾十年國(guó)內(nèi)外學(xué)者在皮棉加濕工藝方面的研究成果，包括加濕參數(shù)的優(yōu)化、加濕設(shè)備的改進(jìn)、加濕控制策略等；分析當(dāng)前皮棉加濕工藝面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，并展望未來(lái)皮棉加濕工藝的發(fā)展趨勢(shì)。這將為棉花加工企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)解決皮棉加濕工藝面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)提供參考，促進(jìn)皮棉加濕工藝的進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)，推動(dòng)棉花加工技術(shù)的發(fā)展。

1 皮棉加濕工藝的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

皮棉加濕工藝在棉花加工行業(yè)的早期就已被研究。最初是使用傳統(tǒng)的加濕方式，如霧化噴淋和利用棉花自身特性加濕等方法來(lái)控制棉花的水分含量。然而，這些方法存在很大的局限性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的加濕效果，同時(shí)還會(huì)造成棉花品質(zhì)損失和能源浪費(fèi)。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，皮棉加濕工藝也得到了持續(xù)發(fā)展。20世紀(jì)初，開(kāi)始使用蒸汽加濕技術(shù)來(lái)控制棉花的水分含量[13]。這種方法可以實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的加濕效果，并且可減少棉花品質(zhì)損失和能源浪費(fèi)。隨后，又研究出了一些加濕設(shè)備，如旋轉(zhuǎn)噴霧加濕器、超聲波加濕器等，這些設(shè)備可以更加高效地加濕，且能減少能耗和環(huán)境污染。

美國(guó)是棉花加濕工藝發(fā)展較為先進(jìn)的國(guó)家之一。美國(guó)擁有豐富的土地資源，為了提高經(jīng)濟(jì)效益，追求規(guī)?；藁ㄉa(chǎn)[14]。美國(guó)的棉花加工行業(yè)已經(jīng)有200多年的發(fā)展歷程，棉花加工技術(shù)相對(duì)成熟[15]。美國(guó)農(nóng)業(yè)部從1959年就開(kāi)始研究皮棉加濕技術(shù)，主要研究對(duì)皮棉的熱加濕。從最初的集棉塵籠加濕發(fā)展到目前的皮棉滑道格柵加濕和蒸汽滾筒皮棉加濕等10余種加濕機(jī)。皮棉滑道格柵加濕是由不銹鋼格柵、格柵板互相咬合錯(cuò)開(kāi)，形成百葉窗式的有開(kāi)口間隙的皮棉滑道，熱濕空氣從滑道下部的格柵進(jìn)入，向上穿過(guò)皮棉胎進(jìn)行加濕。這種百葉窗式的結(jié)構(gòu)利于皮棉在熱濕氣流環(huán)境中沿滑道下滑，從而防止雜質(zhì)聚集在格條柵下。蒸汽滾筒皮棉加濕系統(tǒng)是在蒸汽滾筒內(nèi)使用濕熱空氣加濕，可避免集棉塵籠內(nèi)阻塞和網(wǎng)面受潮等問(wèn)題。該方式下蒸汽滾筒將棉花壓擠形成厚薄均勻一致的棉胎，再向棉胎通入濕熱空氣，完成加濕工作。這樣可以提高棉道的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，也使打包變得相對(duì)容易。2018年，美國(guó)農(nóng)業(yè)工程師Whitelock等[16]在美國(guó)西部的商用軋棉機(jī)上進(jìn)行了棉花加濕試驗(yàn)，以評(píng)估濕空氣加濕對(duì)纖維品質(zhì)和運(yùn)行成本等的影響，證明在皮棉滑道處進(jìn)行加濕使棉包含水率提高了約0.9百分點(diǎn)。

2019年烏茲別克斯坦塔什干棉花工業(yè)科學(xué)中心Gulyaev等[17]設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了1種棉花加濕裝置。試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果顯示，使用該裝置加濕后，棉花的凈增濕率可以達(dá)到1.6%，并且可提高加濕均勻性。

我國(guó)皮棉加濕技術(shù)研發(fā)起步于20世紀(jì)90年代初。以鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所為代表的國(guó)內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)，在參照外國(guó)加濕設(shè)備的基礎(chǔ)上制造了幾種加濕設(shè)備，但效果均不太理想。

在2006年，濟(jì)南大學(xué)徐小妮等[18]提出在棉花加濕過(guò)程中引入模糊控制，以克服傳統(tǒng)控制設(shè)計(jì)的不足，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的有效控制。通過(guò)MATLAB軟件中提供的Fuzzy控制工具箱，在控制系統(tǒng)投入實(shí)際運(yùn)行之前，對(duì)其進(jìn)行仿真分析，從而可以適當(dāng)調(diào)整其相關(guān)參數(shù)[19]。仿真軟件的使用，使模糊控制的設(shè)計(jì)得到很大的簡(jiǎn)化。

進(jìn)入21世紀(jì)，鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所阮旭良等[20]在總結(jié)前期研發(fā)工作、學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，于2007年成功研制出基于熱加濕原理的MJPT-A型塔式皮棉加濕機(jī)，經(jīng)過(guò)試用和優(yōu)化完善，取得了較為理想的應(yīng)用效果。該塔式皮棉加濕設(shè)備主要由集皮棉總管、加濕塔、橫隔板、皮棉塵籠組成，皮棉在風(fēng)力輸送作用下通過(guò)分風(fēng)閥，在加濕塔的入口與熱濕氣流相遇，皮棉與熱濕氣流在加濕塔內(nèi)部混合接觸，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮棉的加濕[21]。之后，該所還推廣了棉花調(diào)濕測(cè)控協(xié)調(diào)系統(tǒng)，可根據(jù)不同工藝環(huán)節(jié)和加工設(shè)備對(duì)棉花回潮率的要求，靈活調(diào)整控制方式，以滿(mǎn)足不同工藝環(huán)節(jié)對(duì)棉花回潮率的需求，為實(shí)現(xiàn)棉花的精細(xì)加工奠定了基礎(chǔ)[22]。

2 皮棉加濕工藝主要技術(shù)和裝置

皮棉加濕是指對(duì)棉花加工過(guò)程中的皮棉進(jìn)行加濕處理，以控制其水分含量，提高其加工質(zhì)量和加工性能的工藝[23]。未加工的皮棉表面含有天然的蠟質(zhì)和其他物質(zhì)的沉積物，特別是鈣和鎂的果膠酸鹽，使其具有防水性，如果在軋花過(guò)程中液態(tài)水被澆在棉花上，軋花作業(yè)將變得不規(guī)律，并且可能完全停止[15]。此外，直接噴射的液態(tài)水無(wú)法滲透到棉胎內(nèi)部，水分長(zhǎng)時(shí)間分布不均衡可能導(dǎo)致棉包上出現(xiàn)潮濕的斑點(diǎn)，有增加細(xì)菌和降低纖維品質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，皮棉加濕過(guò)程中也應(yīng)該防止過(guò)度加濕，以避免因意外凝結(jié)導(dǎo)致堵塞。

皮棉加濕可以通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)，如利用棉花自身特性加濕、噴水霧加濕、蒸汽加濕和皮棉的熱加濕等方法（表1）。在軋花過(guò)程中，利用皮棉輸送到集棉機(jī)的過(guò)程中，通過(guò)吹/吸棉胎的方式，使水分分布均勻。在加濕過(guò)程中，需要控制加濕時(shí)間、加濕量、加濕溫度等參數(shù)，而加熱可以增加水蒸氣運(yùn)送的能力和水蒸氣壓力，有效提高棉纖維吸收水分效率，以實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的加濕效果，并提高棉花的質(zhì)量和加工性能。皮棉加濕工藝在棉花加工中具有重要作用，可以降低棉花品質(zhì)損失，提高棉花的品質(zhì)和加工性能，也可以節(jié)約能源、減少成本、保護(hù)環(huán)境。

2.1 棉花自身特性加濕

棉花自身具有吸水、易與周?chē)諝饨粨Q水分的特性，在一定溫度和氣壓的環(huán)境中靜置一段時(shí)間后，棉花濕度會(huì)達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡[24]。單位時(shí)間內(nèi)纖維從大氣中吸收的水分子數(shù)等于從纖維內(nèi)逸出返回大氣的水分子數(shù)時(shí)，纖維的回潮率趨于穩(wěn)定，這種現(xiàn)象稱(chēng)為吸（放）濕平衡[25]。利用棉花自身的特性，可以將濕度過(guò)大的棉花放置在干燥環(huán)境中，使其與周?chē)諝饨粨Q水分，從而達(dá)到干燥的目的。在需要增加棉花水分的情況下，可以將干燥的棉花放置在濕度較高的加濕房中，讓棉纖維從空氣中吸收水分，以達(dá)到加濕的效果。加濕房的設(shè)定要注意不同季節(jié)和不同天氣的棉花濕度變化范圍較大，根據(jù)具體情況調(diào)整預(yù)定濕度值[26]。在棉花運(yùn)輸以及軋花過(guò)程中，也可以通過(guò)適當(dāng)吹棉的方式使棉內(nèi)的含水率盡量均勻[27]。

這種加濕方法的優(yōu)點(diǎn)是加濕成本低，可以充分利用棉花自身特性，但是也存在很大的缺點(diǎn)：1）加濕和干燥周期難控制?？棵藁ㄗ陨砦匦允蛊溥_(dá)到目標(biāo)的含水率，需要根據(jù)棉包的松緊程度調(diào)整回潮平衡時(shí)間，即若使用原棉包（緊包），回潮平衡時(shí)間需36 h以上；若使用棉包開(kāi)松后的散件包，回潮平衡時(shí)間只需8 h，具體控制時(shí)應(yīng)根據(jù)棉包實(shí)際情況區(qū)別對(duì)待，減小回潮率差異[28]。這種加濕方法受環(huán)境影響很難準(zhǔn)確控制調(diào)濕時(shí)間，而在棉花市場(chǎng)中，棉花貿(mào)易價(jià)格往往隨時(shí)間的變化而波動(dòng)[29]，故利用該方法加濕可能對(duì)皮棉的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生較大影響。2）濕度不易控制。這種加濕方法極易受到環(huán)境的影響，尤其在南方潮濕氣候下儲(chǔ)存棉花時(shí)，須準(zhǔn)備溫濕度可控的存儲(chǔ)空間，加濕成本高。3）加濕不均勻。棉花存儲(chǔ)時(shí)往往是成堆存放的，在高含水量空氣中進(jìn)行水分交換時(shí)，容易出現(xiàn)表層棉花過(guò)度加濕、內(nèi)部水分交換不均的現(xiàn)象。而采取棉包開(kāi)松后的散件包存儲(chǔ)，需要較大的儲(chǔ)存空間，通過(guò)增加倉(cāng)儲(chǔ)成本以保持恒溫恒濕，不利于創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 噴水霧加濕

噴水霧加濕主要在棉花加工過(guò)程中進(jìn)行。其主要原理是通過(guò)使用具有噴霧嘴的加濕機(jī)，將水轉(zhuǎn)化為細(xì)密的水霧，使其彌漫在棉花運(yùn)輸滑道中實(shí)現(xiàn)對(duì)棉花的加濕[30]。

加濕機(jī)安裝位置的不同，對(duì)各項(xiàng)工藝流程有不同的影響。第1種是在皮棉清理機(jī)組出棉口后面，在前往集棉機(jī)之前的皮棉輸送管路中間加濕皮棉；第2種是在皮棉從最后一臺(tái)棉機(jī)流出去打包之前，往皮棉棉片上噴水霧加濕。

國(guó)外多采用彌霧器水分自動(dòng)加濕機(jī)，且主要在皮棉打包前進(jìn)行加濕[13]。這種加濕方法有加濕時(shí)間短，不額外占據(jù)空間，加濕效率高等優(yōu)勢(shì)。但該方法存在加濕不均勻，加濕設(shè)備不能實(shí)時(shí)調(diào)整加濕量，加濕效果存在滯后性，加工后棉纖維品質(zhì)不穩(wěn)定等問(wèn)題。

2.3 皮棉的熱加濕和蒸汽加濕

皮棉的熱加濕方法主要是利用棉纖維的吸濕性能和空氣容納水的能力[31]，通過(guò)加熱空氣，噴淋霧化水分，將熱空氣和水分混合形成具有一定溫度和較高相對(duì)濕度的熱濕氣流，與棉纖維混合并充分接觸，形成溫度差、濕度差和壓強(qiáng)差，從而迫使棉纖維吸收熱濕氣流中的水分子，將其轉(zhuǎn)化為吸附水，以實(shí)現(xiàn)棉纖維的加濕目的。

王澤武等[32]研制出在皮棉進(jìn)入滑道前進(jìn)行皮棉加濕的加濕設(shè)備，主要由集棉機(jī)、加濕機(jī)、加濕霧化器、風(fēng)道式加熱器、溫濕度檢測(cè)儀組成。加熱器產(chǎn)生的熱氣流與霧化器產(chǎn)生的水霧匯合形成熱濕氣流強(qiáng)制穿透皮棉層對(duì)皮棉進(jìn)行加濕。這種加濕方式有助于軋花過(guò)程中保持纖維長(zhǎng)度，并減少打包時(shí)所需的動(dòng)力。

胡斌等[33]設(shè)計(jì)了1種全方位皮棉加濕裝置，主要由皮棉輸送管道、蒸汽輸送管道、環(huán)形噴頭、隔板、底部噴頭、蒸汽回收裝置、濕度傳感器等結(jié)構(gòu)組成。其過(guò)程是：皮棉由上方輸送管道進(jìn)入裝置，下落過(guò)程中由環(huán)形噴頭進(jìn)行加濕，在底部由底部噴頭進(jìn)行二次加濕，提升加濕均勻度，并由蒸汽回收裝置對(duì)蒸汽進(jìn)行回收以減少冷凝水。

蒸汽加濕利用濕度、溫度和壓強(qiáng)差能夠有效提高加濕效果，使棉花纖維更好地吸收水分。其存在問(wèn)題是高溫高濕的加濕氣流容易產(chǎn)生冷凝[34]，這對(duì)加濕過(guò)程非常不利。如果過(guò)多的冷凝水滲入棉包，可能導(dǎo)致皮棉濕度過(guò)高，進(jìn)而降低皮棉的等級(jí)，直接造成經(jīng)濟(jì)損失。此外，該方式的加濕量不能根據(jù)棉花的含水率實(shí)時(shí)調(diào)整，具有一定的滯后性。

2.4 滑道式皮棉加濕

滑道式皮棉加濕工藝有2種主要形式。

第1種是在皮棉滑道上方安裝加濕噴口，通過(guò)管道輸送霧化水汽至噴口，當(dāng)皮棉經(jīng)過(guò)時(shí)向其噴灑霧化水霧以達(dá)到加濕效果。一般會(huì)在滑道上平行布置多排噴口，并通過(guò)控制開(kāi)閉數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)加濕量。這種方法成本低廉且設(shè)備易于安裝，但缺點(diǎn)是加濕效果不夠均勻且未考慮溫度對(duì)加濕效果的影響。

第2種是將皮棉滑道改為密閉滑道，通過(guò)向滑道中通入熱濕氣流實(shí)現(xiàn)皮棉加濕，然后通過(guò)軸流風(fēng)機(jī)排出大氣[35]。噴霧管位于傾斜設(shè)置的皮棉滑道上方位置，噴嘴排列成行，并位于集棉機(jī)出口處附近，滑道加熱板和吹風(fēng)管安裝在皮棉滑道的底部，該結(jié)構(gòu)有利于控制噴水霧加濕程度和加濕的溫度。這種方式與噴水霧加濕相比，提升了加濕效率，增加了棉纖維吸水量；與蒸汽加濕相比，避免了熱蒸汽產(chǎn)生冷凝水對(duì)皮棉污染的隱患，且成本較低，推廣空間較大。

2.5 塔式皮棉加濕

塔式皮棉加濕工藝是通過(guò)濕熱空氣與棉纖維接觸進(jìn)行吸濕作用達(dá)到提高棉纖維回潮率的目的[36]。其原理是在原集棉管道上安裝三通導(dǎo)向閥實(shí)現(xiàn)皮棉加濕，在密閉保溫的皮棉加濕機(jī)內(nèi)通過(guò)特定的熱濕氣流完成皮棉加濕過(guò)程，加濕后的皮棉出加濕機(jī)后再通過(guò)三通導(dǎo)向閥進(jìn)入原集棉管道，經(jīng)集棉機(jī)進(jìn)入打包系統(tǒng)[11]。鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所研究了1種皮棉塔式加濕裝置，利用加濕主管和加濕塔串裝構(gòu)成加濕旁路，設(shè)計(jì)的加濕旁路的入口和出口與集皮棉總管的連通處分別與集皮棉總管形成三通結(jié)構(gòu)，可以降低加濕能耗，提高加濕效率。塔式皮棉加濕設(shè)備的加濕效果好，加濕均勻，但成本較高。

3 主要存在問(wèn)題及解決措施

目前，我國(guó)棉花加工行業(yè)的基本狀況是棉機(jī)制造企業(yè)多，規(guī)模小，棉花加工機(jī)械化和自動(dòng)化程度低[37]。部分棉花加工企業(yè)在選擇和使用加濕設(shè)備方面存在技術(shù)和設(shè)備的滯后問(wèn)題。一些老舊的設(shè)備無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)濕度控制的精確要求，效率低下，不能適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需求。相對(duì)于其他棉花加工工藝，皮棉加濕工藝的發(fā)展歷程較短，在實(shí)際應(yīng)用中還存在許多問(wèn)題。

3.1 控制非線性，具有滯后性

棉花加濕主要依靠加濕機(jī)在生產(chǎn)線上實(shí)時(shí)進(jìn)行加濕操作，需要特定人員進(jìn)行加濕操作控制，且主要根據(jù)棉花含水量檢測(cè)儀等檢測(cè)含水量的設(shè)備數(shù)據(jù)、棉花加工時(shí)的進(jìn)棉量等參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)加濕設(shè)備的擋位或開(kāi)關(guān)[38]。因此，使用經(jīng)驗(yàn)及主觀因素易對(duì)加工皮棉的質(zhì)量造成影響。當(dāng)前加濕過(guò)程控制具有非線性、滯后的缺點(diǎn)，極大限制了生產(chǎn)力。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題提出的解決措施如下：1）采用自適應(yīng)控制算法，自適應(yīng)控制算法可以根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，以控制非線性和滯后性，從而提高控制精度和穩(wěn)定性。2）引入模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)，通過(guò)建立模型來(lái)預(yù)測(cè)設(shè)備的響應(yīng)，從而在控制過(guò)程中糾正滯后和非線性問(wèn)題，提高控制精度和穩(wěn)定性。3）優(yōu)化控制策略。根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況和生產(chǎn)需求，優(yōu)化控制策略，采用更加靈活、智能的控制方式，提高控制精度和響應(yīng)速度。4）引入先進(jìn)的控制器和傳感器。高精度和高靈敏度的控制器和傳感器可以提高設(shè)備的測(cè)量和控制精度，降低滯后性和非線性問(wèn)題的影響。

3.2 加濕不均勻

皮棉加濕不均勻主要有以下幾方面原因：皮棉加工后初始的回潮率不確定、不一致；加工過(guò)程中進(jìn)入設(shè)備的皮棉的量動(dòng)態(tài)變化；加濕過(guò)程中加濕器發(fā)生的水蒸氣的功率不穩(wěn)定，通過(guò)皮棉的流場(chǎng)均勻度不一致；進(jìn)入皮棉的狀態(tài)和加濕氣流的接觸程度不一致。

目前廣泛采用的蒸氣霧化方式容易受到熱慣性的影響，難以根據(jù)加工量變化及時(shí)調(diào)整霧化量，只有在產(chǎn)量穩(wěn)定的情況下才能夠?qū)崿F(xiàn)均勻加濕，但是要保持產(chǎn)量穩(wěn)定卻較為困難。這種不穩(wěn)定的濕度控制可能會(huì)影響棉花加工過(guò)程中的纖維質(zhì)量或加工效率。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題提出的解決措施如下：1）改善加濕設(shè)備。調(diào)優(yōu)加濕設(shè)備的參數(shù)，以適應(yīng)不同產(chǎn)量下的加濕需求，并保證加濕器的工作穩(wěn)定性和可靠性。2）優(yōu)化加濕控制。采用先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，根據(jù)不同加工量和環(huán)境條件實(shí)時(shí)調(diào)整加濕量和濕度控制參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)精確的加濕控制。3）改善通風(fēng)系統(tǒng)。加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整，使得空氣流動(dòng)更加均勻，提高空氣濕度的均勻性，減少濕度差異。4）優(yōu)化工藝流程。優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，避免產(chǎn)量波動(dòng)對(duì)加工過(guò)程中濕度控制的影響，以保證皮棉加濕的均勻性。

3.3 棉花含水量測(cè)量?jī)x難以測(cè)得精確的含水率

目前棉花含水量的測(cè)量有電阻法、電容法、電阻電容聯(lián)合法、紅外法、微波法、電荷耦合器件法、烘箱法等[39]。電阻法是最常用的方法之一，將測(cè)量傳感器插入棉包中，通過(guò)給插入棉花的2個(gè)金屬探頭加直流電并測(cè)量流過(guò)棉花的電流就可以得到棉花含水量[40]，但這種方法受棉花的狀態(tài)、壓力、密度和環(huán)境溫濕度等因素的影響較大。水分測(cè)量?jī)x通常需要人工監(jiān)控以實(shí)時(shí)測(cè)量棉花含水率，但這種方法具有一定的滯后性，使得實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定質(zhì)量的皮棉加濕較為困難。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題提出的解決措施如下：1）優(yōu)化測(cè)量方法，可采用多種測(cè)量方法相結(jié)合的方式，綜合考慮各種因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，以獲得更加精確的含水率數(shù)據(jù)；2）引入智能控制系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)設(shè)備和測(cè)量?jī)x器的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正問(wèn)題，提高測(cè)量精度和穩(wěn)定性；3）通過(guò)培訓(xùn)提高操作人員的技能水平，使其能夠準(zhǔn)確操作設(shè)備和測(cè)量?jī)x器，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問(wèn)題，保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.4 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，兼容性不好

采用蒸汽換熱器產(chǎn)生的霧化水需要安裝鍋爐等大型設(shè)備，投資大、耗能多，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜不利于老廠的設(shè)備改造[41]。雖然中小型棉花加工廠的棉花加工工藝大同小異，但具體的設(shè)備和流程并不完全相同。因此，在這種情況下引入棉花加濕設(shè)備可能會(huì)增加棉花加工的成本。受加工產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益等因素的影響，加濕設(shè)備的引入面臨很大的阻力。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題提出的解決措施如下：1）執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。對(duì)于加濕設(shè)備的設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)思路，將設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、模塊化，降低設(shè)備的復(fù)雜程度，提高設(shè)備的兼容性。2）優(yōu)化設(shè)備參數(shù)。優(yōu)化設(shè)備加濕量、加濕速度、加濕面積等參數(shù)，以適應(yīng)不同的生產(chǎn)工藝和場(chǎng)地條件，并提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。3）引入智能控制技術(shù)。采用先進(jìn)的傳感器和控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)加濕設(shè)備的工作狀態(tài)，提高設(shè)備的自適應(yīng)能力和控制精度。

4 趨勢(shì)與展望

4.1 綠色低能耗，低成本

皮棉加濕工藝作為棉花加工技術(shù)的一部分，旨在提高皮棉生產(chǎn)過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)效益、產(chǎn)品質(zhì)量以及儲(chǔ)存安全性，所以皮棉加濕過(guò)程需要盡量低能耗、綠色環(huán)保。降低熱源成本[42]可以有效降低加工成本，因此，可考慮將棉花加工廠建立在當(dāng)?shù)氐臒崃Πl(fā)電廠、供暖公司等企業(yè)附近，利用余熱資源對(duì)棉花調(diào)濕。

4.2 選擇合適的加濕方式

結(jié)合不同皮棉加濕方式的優(yōu)勢(shì)，將不同加濕方式有效聯(lián)合。因地制宜，考慮棉產(chǎn)區(qū)氣候、空氣含水量等因素，選擇合適的棉花調(diào)濕方式。綜合考慮籽棉調(diào)濕方式和皮棉加濕方式，開(kāi)發(fā)合適的加工工藝過(guò)程。尋找低能耗、高效能的皮棉加濕作業(yè)模式，在提高加濕速率、減少加濕能耗和成本的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高皮棉品質(zhì)。

4.3 控制各工藝流程的棉花含水率

近年來(lái)，對(duì)皮棉回潮率準(zhǔn)確測(cè)定和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的研究取得了一定進(jìn)展。引入模糊控制技術(shù)到皮棉加濕工藝過(guò)程中，通過(guò)建立實(shí)際情況下的模糊控制模型，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化皮棉加濕生產(chǎn)，可在一定程度上減少人為控制所導(dǎo)致的皮棉產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的問(wèn)題。

隨著市場(chǎng)對(duì)高質(zhì)量棉花需求的增加，對(duì)棉花加工技術(shù)的要求越來(lái)越高。皮棉加濕工藝作為棉花加工中的重要環(huán)節(jié)，具有廣闊的發(fā)展前景，未來(lái)將朝著自動(dòng)化、精細(xì)化、綠色化和工藝創(chuàng)新等方向發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：楊子山 責(zé)任校對(duì)：秦凡）

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