一種微波熱解微藻實驗裝置及監控系統的製作方法

2023-12-06 10:52:51 2

本實用新型涉及一種微波熱解裝置及監控系統，尤其涉及一種微波熱解微藻實驗裝置及監控系統。

背景技術：

微藻是一些微觀的藻類生物質，具有生長速度快，油脂含量高等特點；油脂中大多是中性油脂，含有不飽和脂肪酸的程度低，這使微藻具有潛力替代化石燃料。微藻油脂的含量通常高於其他蔬菜作物，被確認為是生產生物燃油的原料。隨著化石燃料的日益枯竭以及溫室效應的日趨嚴重，開發可再生能源微藻對緩解能源緊張和減少碳排放具有重要的意義。

熱解是熱化學轉化方法的一種，是在無氧或缺氧條件下受熱後有機物發生熱裂解，產生各種新的氣體、液體和固體的現象。隨著人們對熱解產油興趣的增加，以獲得生物油為目的的快速熱解技術的研究和應用越來越受到重視，微波熱解技術應運而生。

目前對於微藻微波熱解的研究，主要側重於熱解影響因素的考察，包括微藻種類、微波功率、添加物種類及比例等。控溫條件下的微波熱解幾乎未涉及，而常規熱解研究表明溫度是影響熱解過程的重要因素。目前用於實驗研究的裝置往往只能容納很少量的試樣，而試樣的量過少不利於微波熱解產油影響因素的研究及油的收集和提取。此外，針對實驗研究的需要，有必要研發一套能夠較為準確的測量並控制溫度且能容納大量試樣的微波熱解裝置及能夠進行數據的採集和記錄，並直觀的在計算機上輸出微波功率、溫度、重量隨時間變化的監控系統，而此方面的成套裝置及監控系統還未見報導。

技術實現要素：

本實用新型是為了解決上述問題而提出的一種微波熱解微藻實驗裝置及監控系統，目的是較為準確的測量物料內部溫度，實現對微波功率和熱解溫度線性可調，並可在線測量溫度和失重量隨時間變化的關係數據。

為實現上述目的，本實用新型採用了如下的技術方案：

一種微波熱解微藻實驗裝置及監控系統，整套裝置包括微波發生系統、質量測量系統、溫度測量系統、熱解及產物收集分析系統，監控系統包括監控計算機、控制站以及數據採集系統；控制站包括西門子PLC控制器、擴展模塊、微波控制模塊；利用大量熱電偶和壓力傳感器以及外置PLC系統進行智能控制，監控計算機將溫度設定值通過串口通訊通知控制站並接受控制站返回的各種參數如溫度、重量等，控制站分別與熱電偶、壓力傳感器、磁控管發生系統、電機和氣質聯用儀電連接。

一種微波熱解微藻實驗裝置，其特徵是：由電機、浮子流量計、氮氣瓶、微波發生系統、熱電偶、攪拌軸、攪拌翅片、壓力傳感器、殘渣出口、罐體、控制站、氣質聯用儀、乾燥器、閥門、高溫過濾網、微型氣泵、冰浴、一級積液瓶、二級積液瓶、三級積液瓶組成；罐體上部中心設置支架，支架上安裝電機，罐體上部四周設置四個微波倉，微波倉內設有微波發生系統，氮氣瓶通過浮子流量計與罐體相連，罐體下部兩側設置熱解殘渣出口。

其中罐體左右兩側從上到下每隔固定距離設置一個熱電偶，熱電偶測量範圍為0---1300℃，解析度為1℃，型號：K型。

其中為防止熱電偶在微波場中「打火」，毀壞熱電偶以及對測溫產生幹擾，熱電偶與爐膛使用金屬螺栓緊密連接。

其中罐體內部中心設有帶攪拌翅片的攪拌軸，攪拌軸的上部由連接套與減速器連接，攪拌裝置能使物料始終均勻分布在罐內。

其中罐體的下方設置了壓力傳感器,壓力傳感器通過變送器與控制站電連接。

其中在罐體上方四周設置四個微波發生系統，微波發生系統由變壓器、磁控管、波導管等組成，磁控管產生的微波功率在0-3kW之間，並連續可調，型號為：LG-2M285。

一種微波熱解微藻實驗裝置的監控系統，其特徵是：

熱電偶通過擴展模塊中SM331與控制站電連接；微波發生系統與控制站電連接；壓力傳感器通過變送器與控制站電連接；控制站通過串口與監控計算機電連接；氣質聯用儀通過串口與監控計算機連接。

控制站包括西門子PLC控制器、擴展模塊、微波控制模塊、PLC通過串口接收執行監控計算機發出的各種指令；並通過擴展模塊採集熱電偶信號和壓力傳感器陣列信號，通過數學建模判斷物料的位置，選擇處於物料之中的熱電偶所測量的溫度，用於溫度控制，同時上傳給監控計算機。

監控計算機安裝組態王軟體，提供人機接口，用戶在監控計算機上設定微波功率、加熱時間、溫度等多項參數，通過串口通訊通知控制站並接收控制站返回的各種參數，採用圖形化方式顯示試樣在特定微波功率、溫度下失重量隨時間變化的關係及溫度隨時間變化的關係曲線等變化曲線。

本實用新型能夠較為準確的測量物料內部的溫度，磁控管產生的微波功率在0-3kW之間線性可調，可以實現物料的恆溫/變溫微波熱解，能動態測量物料在特定微波功率、溫度下失重量隨時間變化的關係及溫度隨時間變化的關係及溫度以固定的升溫速率加熱條件下的熱失重曲線，監控系統使用組態王軟體進行數據的採集和記錄，能夠在計算機上直觀的顯示微波功率、溫度、重量隨時間變化的曲線。利用氣質聯用儀，對所產氣體和冰浴中所收集的油的成分進行詳細分析並將相關數據通過串口送給監控計算機。本裝置尤其適用於試樣量較大的實驗研究。

附圖說明

圖1是本實用新型的一種微波熱解微藻實驗裝置示意圖。

圖2是本實用新型的監控系統示意圖。

圖中所示： 1.電機 2.減速器 3.微波倉 4.浮子流量計 5.氮氣瓶 6.支架 7.微波發生系統 8.熱電偶 9.攪拌軸 10.攪拌翅片 11.壓力傳感器 12.殘渣出口 13.罐體 14.連接套 15.控制站 16. 監控計算機 17.氣質聯用儀 18.乾燥器 19.閥門 20.高溫過濾網 21.微型氣泵 22.冰浴 23.一級積液瓶 24.二級積液瓶 25.三級積液瓶。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型進行詳細說明。

由圖1所示，一種微波熱解微藻實驗裝置由電機1、減速器2、微波倉3、浮子流量計4、氮氣瓶5、支架6、微波發生系統7、熱電偶8、攪拌軸9、攪拌翅片10、壓力傳感器11、殘渣出口12、罐體13、連接套14、控制站15、計算機監控系統16、氣質聯用儀17、乾燥器18、閥門19、高溫過濾網20、微型氣泵21、冰浴22、一級積液瓶23、二級積液瓶24、三級積液瓶25組成；罐體13上部中心設置支架6，支架6上部設有帶電機1的減速器2，罐體13上部四周設置四個微波倉3，微波倉3內設置有微波功率線性可調的微波源；罐體13內部中心設有帶攪拌翅片10的攪拌軸9，攪拌軸9的上部由連接套14與減速器2連接；罐體13的底部放置壓力傳感器11陣列，底部兩側設置殘渣出口12；氮氣瓶5通過浮子流量計4與罐體13上方左側相連，罐體右側管道通過高溫過濾網20與冰浴22連接，冰浴22中收集生物柴油，剩餘氣體通過乾燥器18後經過閥門19，進入氣質聯用儀17；在管道的最末放置一臺微型氣泵21。熱電偶8、壓力傳感器11、電機1、微波源7與控制站15電連接，控制站15與監控計算機16通過串口進行通信，即為微波熱解微藻實驗裝置。

由圖2所示，一種微波熱解微藻實驗裝置的監控系統由監控計算機、控制站、熱電偶陣列、壓力傳感器陣列、微波發生系統組成，熱電偶、壓力傳感器、微波發生系統，攪拌電機與控制站電連接，攪拌電機定時攪拌使物料均勻分布在罐內，壓力傳感器採集物料重量數據送給控制站，通過數學建模，利用物料重量判斷物料在罐內位置，控制站選擇物料之中的熱電偶，取其平均值作為罐內溫度返回給監控計算機。監控計算機安裝組態王軟體，提供人機會話界面，可以手動/自動設置溫度，計算機將信號發給控制站，控制站控制微波發生系統使溫度達到設定值，實現試樣的恆溫微波熱解實驗或者使溫度以設定的升溫速率上升，實現試樣在變溫條件下的熱失重實驗。程序控制系統在線測量溫度和失重量隨時間變化的關係數據，並以圖表模式顯示在計算機上。

儘管上文對本實用新型的具體實施方案進行了詳細的描述和說明，但應該指明的是，我們可以對上述實施方案進行各種改變和修改，但這些都不脫離本實用新型的精神和所附的權利要求所記載的範圍。