一種在線檢測真空乾燥過程中物料含水率的裝置及方法
2023-08-08 16:45:31 1
一種在線檢測真空乾燥過程中物料含水率的裝置及方法
【專利摘要】一種在線檢測真空乾燥過程中物料含水率的裝置，特徵是：包括一筒狀真空乾燥反應器，在該反應器上端通過下料閥連接一帶有上料閥的料倉，反應器下端通過管路及真空連接閥與一真空壓力平衡系統相連接，在真空連接閥的兩側分別通過真空閥並聯一微壓差傳感器，在反應器與真空壓力平衡系統之間的管路上連接有真空泵，在反應器的筒體中設有物料板及溫溼度傳感器，在反應器的筒壁上加設有加熱系統及保溫材料，反應器的溫度由溫控儀控制。通過裝置中設置的微壓差傳感器壓差的變化和物料含水率的關係，在線檢測物料在真空乾燥過程中的實時含水率變化，以期獲得物料在真空乾燥過程中含水率及質量特性方面數據，用於相關熱物理參數、乾燥動力學參數的分析。
【專利說明】一種在線檢測真空乾燥過程中物料含水率的裝置及方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種在線檢測真空乾燥過程中物料含水率的裝置及方法。具體指通過測量真空乾燥過程中微壓差的變化，在線檢測物料含水率的變化。利用該裝置和方法可以實現對粉狀物料、塊狀物料、纖維狀物料的真空乾燥過程中含水率的變化。
【背景技術】
[0003]乾燥技術廣泛應用在食品、醫藥、化工等行業。隨著工業技術的發展，對乾燥產品的質量和乾燥效率的要求越來越高，為了滿足一些特殊物料的乾燥，一種新型的乾燥技術迅速發展。如:真空乾燥、真空冷凍乾燥、真空微波乾燥、真空遠紅外乾燥。
[0004]真空乾燥具有以下優點:(I)真空乾燥的乾燥溫度較低，可在一定程度上保留產品的色、香、味；(2)真空條件下乾燥較常壓乾燥產品的復水性、色澤較好；(3)真空乾燥時氧氣含量少，避免了產品中色素褐變或其他氧化變質等；(4)熱量利用率高、適應性強；(5)真空乾燥可消除常壓乾燥下容易產生的表面硬化現象，提高幹燥產品的耐加工特性；(6)真空缺氧條件下能夠殺死細菌，抑制細菌生長。
[0005]由於真空乾燥技術的本身所具有的優勢，使這種乾燥方式迅速在各行業中應用。但是由於實驗設備及實驗條件的限制，使得真空乾燥條件下很難精確的實時測量物料含水率隨乾燥過程的變化，特別是在真空過程中，如果採用間斷採樣的方式測定物料含水率會對實驗結果造成較大誤差，這對真空乾燥動力學研究產生了一定的阻礙。
【發明內容】
[0006]本發明的目的正是基於上述現有技術狀況，而提供了一種在線測量真空乾燥過程中物料含水率變化的裝置及方法。該方法能夠在一定溫度、一定真空度條件下對物料進行乾燥過程進行定量分析與評價，以期獲得物料在乾燥過程中含水率及質量特性方面的數據，用於相關熱物理參數、乾燥動力學參數的分析。
[0007]本發明的目的是通過以下技術措施實現的:一種在線檢測真空乾燥過程中物料含水率的裝置，包括一筒狀真空乾燥反應器，在該反應器上端通過下料閥連接一帶有上料閥的料倉，反應器下端通過管路及真空連接閥與一真空壓力平衡系統相連接，在真空連接閥的兩側分別通過真空閥並聯一微壓差傳感器，在反應器與真空壓力平衡系統之間的管路上連接有真空泵，在真空乾燥反應器的筒體中設有物料板及溫溼度傳感器，在反應器的筒壁上加設有加熱系統及保溫材料，真空乾燥反應器的溫度由溫控儀控制，在真空乾燥反應器和真空壓力平衡系統中均設置有真空表。
[0008]在本發明中，所述真空壓力平衡系統由2-4個並聯的儲氣瓶組成，各儲氣瓶的容積之和大於乾燥反應器體積的50倍。
[0009]在真空乾燥反應器的下部管路上通過連接管加裝一緩衝瓶，在緩衝瓶外壁設置有加熱保溫層。
[0010]所述下料閥和上料閥均為真空閥。
[0011]所述物料板為孔板，開孔率大於2%，孔徑小於等於1mm。
[0012]利用上述裝置可在線檢測乾燥過程中物料含水率，具體是通過測量裝置中的微壓差傳感器的壓差的變化，得到物料含水率的值，在線檢測物料在真空乾燥過程中的實時含水率變化，以期獲得物料在真空乾燥過程中含水率及質量特性方面數據，用於相關熱物理參數、乾燥動力學參數的分析。
[0013]本發明的在線測量真空乾燥過程中物料含水率的裝置，具體包括乾燥反應器主體、抽真空系統、真空壓力平衡系統、微壓差檢測系統、加料系統以及加熱保溫系統等部分組成。乾燥反應器是由一段不鏽鋼管(材質也可以是能夠密封的石英玻璃管)構成，反應器的中部固定裝有可以承載物料的不鏽鋼材質的燒結板(或具有多個小孔組成的分布板，分布板孔面積佔分布板面積小於2%，小孔孔徑不大於1_)，反應器上端連接加料系統，下端連接抽真空系統和壓力平衡系統，反應器部分裝有溫度傳感器和真空度檢測裝置(即真空表)，溫度傳感器測溫點位於承擔物料的燒結板(或分布板)下方5?1mm處,真空表可根據系統操作的需要，安裝於乾燥器上端或下端，加熱系統設置乾燥反應器的周圍，加熱系統的溫度控制信號採集於設置於反應器內部的溫度傳感器，以實現在乾燥反應器中部燒結板(或分布板)上下10mm區間內具有恆定的溫度(即恆溫區至少大於200mm)，溫度精度範圍為±1°C，加熱系統採用PID控制反應器溫度。抽真空系統是由一臺真空泵和多個管路及球形閥構成，抽真空系統通過不鏽鋼管連接乾燥反應器和壓力平衡系統，其作用是使乾燥反應器和壓力平衡系統具有初始設定的真空度。真空壓力平衡系統是由若干個並聯式的儲氣罐組成，使用儲氣罐的數量與乾燥反應器的體積設置相關，即真空壓力平衡系統的總體積不小於50倍的乾燥反應器(真空度的誤差範圍即可控制在2%以下，高於多數真空度檢測儀表的精度)，真空壓力平衡系統與乾燥反應器之間通過一個球閥連接，可以實現真空壓力平衡系統與乾燥反應器之間氣體的通斷。微壓差系統是在乾燥反應器與真空壓力平衡系統間設置可實時檢測兩者間的壓差變化的微壓差傳感器，微壓差傳感器的兩端通過連接兩個球閥(真空閥)後分別與乾燥反應器和真空壓力平衡系統連接。加料系統由料倉通過兩端連接兩個球閥(上料閥和下料閥)組成，上端球閥直接連接大氣，下端球閥連接乾燥反應器上端。在乾燥反應器出口與真空壓力平衡系統之間的連接管路上也設有保溫層。
[0014]該發明所涉及的方法可以描述為:首先將乾燥反應器與真空壓力平衡系統間連通，關閉加料系統下端與乾燥反應器連接閥，開啟加熱系統，並將乾燥反應器加熱至設定溫度；利用抽真空系統，將乾燥反應器與真空壓力平衡系統組成的空間達到設定真空度，斷開抽真空系統；開啟加料系統上端閥門，將被測溼物料加入料倉，關閉加料系統上端閥門；開啟料倉下端閥門，將溼物料加入至乾燥反應器中，此時斷開乾燥反應器與真空壓力平衡系統間的連通，開啟連接兩者的微壓差傳感器，由於物料乾燥中伴隨著水的揮發，水的揮發會帶來系統壓力的變化，通過樣品量的控制，可以將整個過程的微壓差的變化小於500pa，由於真空乾燥中絕對壓力一般在1000pa以上，所以，微壓差變化範圍只能造成系統壓力5%的變化。通過這種微壓差與物料含水率的關係，可以得到物料含水率隨時間的變化。若需要增加樣品量，在整個乾燥過程中微壓差的變化可能會超過系統壓力的5%，可以通過實驗過程中開啟乾燥反應器與真空壓力平衡系統間的連通閥，此刻在2s內即可平衡掉乾燥過程中的微壓差，使得微壓差傳感器歸為Opa，並記錄該時刻，此時關閉乾燥反應器與真空壓力平衡系統間的連通，繼續記錄微壓差的變化，根據實驗過程可多次重複該操作，實驗結束後，仍可以通過疊加獲得的微壓差與物料含水率的關係，從而獲得物料含水率隨時間的變化規律。實驗結束後，可直接斷開微壓差傳感器與乾燥反應器和真空壓力平衡系統的連接。通過洩壓閥進行洩壓操作，待內外壓力平衡後，可開啟乾燥反應器，將被測物料卸出
本發明的優點在於:能夠在一定溫度、真空度條件下對物料進行乾燥過程方面的定量分析與評價，以期獲得物料在乾燥過程中含水率及質量特性方面的數據，用於相關熱物理參數、乾燥動力學參數的分析。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明裝置一種結構的示意圖。
[0016]圖2為本發明裝置另一種結構的示意圖(加有緩衝瓶)。
[0017]圖3為選擇Ig初始含水率為25%的菸絲作為實驗對象時其含水率隨時間變化的曲線圖。
[0018]圖4為選擇2g初始含水率為25%的菸絲作為實驗對象時其含水率隨時間變化的曲線圖。
[0019]圖1、2中:1、真空表，2、真空閥，3、儲氣瓶，4、真空泵，5、微壓差傳感器，6、加熱系統，7-1、上料閥，7-2、下料閥，8、料倉，9、反應器，10、物料板，11、溫溼度傳感器，12、溫控儀，13、真空連接閥，14、緩衝瓶。
【具體實施方式】
[0020]以下結合附圖將本發明的具體結構及測試方法具體描述如下:
如圖1所示:一種在線檢測真空乾燥過程中物料含水率的裝置，包括一筒狀真空乾燥反應器9，在該反應器上端通過下料閥7-2連接一帶有上料閥7-1的料倉8，反應器9下端通過管路及真空連接閥13與一真空壓力平衡系統相連接，在真空連接閥13的兩側分別通過真空閥並聯一微壓差傳感器5，在反應器與真空壓力平衡系統之間的管路上連接有真空泵4，在真空乾燥反應器的筒體中設有物料板10及溫溼度傳感器11，在反應器的筒壁上加設有加熱系統6及保溫材料，真空乾燥反應器9的溫度由溫控儀12控制，在真空乾燥反應器和真空壓力平衡系統中均設置有真空表I。真空壓力平衡系統由三個並聯的儲氣瓶3組成。
[0021]以下結合附圖將利用本發明裝置進行真空乾燥過程描述如下:
當物料乾燥過程排出水分較少時採用如附圖1所示實驗裝置時，首先將乾燥反應器9與真空壓力平衡系統間連通，關閉加料系統下端與乾燥反應器9連接的下料閥7-2，開啟加熱系統6，並將乾燥反應器加熱至設定溫度；利用抽真空系統，將乾燥反應器與真空壓力平衡系統組成的空間達到設定真空度，斷開抽真空系統；開啟加料系統上料閥7-1，將被測溼物料加入料倉8，關閉加料系統上料閥7-1 ;開啟料倉下端的下料閥7-2，將溼物料加入至乾燥反應器中，此時斷開乾燥反應器9與真空壓力平衡系統之間的真空連接閥13，開啟連接反應器9和微壓差傳感器5間的球閥，由於物料乾燥中伴隨著水的揮發，水的揮發會帶來系統壓力的變化，通過樣品量的控制，可以將整個過程的微壓差的變化小於500pa，由於真空乾燥中絕對壓力一般在1000pa以上，所以，微壓差變化範圍只能造成系統壓力5%的變化。通過這種微壓差與物料含水率的關係，可以得到物料含水率隨時間的變化規律。實驗結束後，可直接斷開微壓差傳感器5與乾燥反應器和真空壓力平衡系統的連接。通過上料閥7-1進行洩壓操作，待內外壓力平衡後，可開啟乾燥反應器，將被測物料卸出。設定，真空乾燥初始真空度Po、乾燥過程中反應器內瞬時真空度Pt、反應器體積為V、乾燥溫度T、物料初始質量Mtl、物料初始含水率Wtl (溼基)、乾燥過程中物料含水率WT、R為理想氣體常數。在乾燥過程反應器內壓強升高的數值AP=Pt- Pci即為中微壓差傳感器記錄的數據。根據以上假設數據可以推算出物料任意時刻含水率Wt= M0W0RT/ ( M0RT-18APV)- 18 Λ PV/( MQRT_18 Λ PV)。選擇Ig初始溼基含水率為25%的菸絲作為實驗對象，加熱溫度70度、真空度0.03MPa,根據實驗裝置記錄的壓差計示數△ P，由上述公式換算得到菸絲含水率Wt隨時間(s)變化規律。
[0022]當物料乾燥過程排出水分較多，反應容器內壓強上升較大時採用如附圖2所示實驗裝置，首先將乾燥反應器9與真空壓力平衡系統間連通，關閉加料系統下端與乾燥反應器連接的下料閥7-2，開啟加熱系統6並將乾燥反應器9和緩衝瓶14加熱至設定溫度；利用抽真空系統，將乾燥反應器、緩衝瓶與真空壓力平衡系統組成的空間達到設定真空度，斷開抽真空系統；開啟加料系統上料閥7-1，將被測溼物料加入料倉8，關閉加料系統上料閥；開啟料倉下端的下料閥，將溼物料加入至乾燥反應器中，此時斷開乾燥反應器與真空壓力平衡系統間的真空連接閥13，開啟連接兩者的微壓差傳感器5，由於物料乾燥中伴隨著水的揮發，水的揮發會帶來系統壓力的變化，在整個乾燥過程中微壓差的變化可能會超過系統壓力的5%，通過實驗過程中開啟乾燥反應器9與真空壓力平衡系統間的真空連接閥13，此刻在2s內即可平衡掉乾燥過程中的微壓差，使得微壓差傳感器5歸為Opa，並記錄該時亥IJ，此時關閉乾燥反應器與真空壓力平衡系統間的連通，繼續記錄微壓差的變化，根據實驗過程可多次重複該操作，實驗結束後，仍可以通過疊加獲得的微壓差與物料含水率的關係，從而獲得物料含水率隨時間的變化規律。實驗結束後，可直接斷開微壓差傳感器與乾燥反應器和真空壓力平衡系統的連接。通過上料閥7-1進行洩壓操作，待內外壓力平衡後，可開啟乾燥反應器，將被測物料卸出設定，真空乾燥初始真空度Po、乾燥過程中反應器內瞬時真空度Pt、反應器體積為V、乾燥溫度T、物料初始質量Mtl、物料初始含水率Wtl(溼基)、乾燥過程中物料含水率WT、R為理想氣體常數。在乾燥過程反應器內壓強升高的數值AP=Pt- P0即為中微壓差傳感器記錄的數據。根據以上假設數據可以推算出物料任意時刻含水率Wt=M0W0RT/ ( M0RT-18 Δ PV) - 18 Λ PV/ ( M0RT-18 Δ PV)。選擇 2g 初始溼基含水率為 25% 的菸絲作為實驗對象，加熱溫度60度、真空度0.03MPa,根據實驗裝置記錄的壓差計示數Λ P，由上述公式換算得到菸絲含水率Wt隨時間(s)變化規律，如圖4所示。
【權利要求】
1.一種在線檢測真空乾燥過程中物料含水率的裝置，其特徵在於:包括一筒狀真空乾燥反應器，在該反應器上端通過下料閥連接一帶有上料閥的料倉，反應器下端通過管路及真空連接閥與一真空壓力平衡系統相連接，在真空連接閥的兩側分別通過真空閥並聯一微壓差傳感器，在反應器與真空壓力平衡系統之間的管路上連接有真空泵，在真空乾燥反應器的筒體中設有物料板及溫溼度傳感器，在反應器的筒壁上設有加熱系統及保溫材料，真空乾燥反應器的溫度由溫控儀控制，在真空乾燥反應器和真空壓力平衡系統中均設置有真空表。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於:所述真空壓力平衡系統由2-4個並聯的儲氣瓶組成，各儲氣瓶的容積之和大於乾燥反應器體積的50倍。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於:在真空乾燥反應器的下部管路上通過連接管加裝一緩衝瓶。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於在緩衝瓶外壁設置有加熱保溫層。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於:所述下料閥和上料閥均為真空閥。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於:所述物料板為孔板，開孔率大於2%，孔徑小於等於Imm0
7.一種利用權利要求1所述裝置進行在線檢測乾燥過程中物料含水率的方法，其特徵在於:通過裝置中設置的微壓差傳感器的壓差的變化和物料含水率的關係，在線檢測物料在真空乾燥過程中的實時含水率變化，以期獲得物料在真空乾燥過程中含水率及質量特性方面數據，用於相關熱物理參數、乾燥動力學參數的分析。
【文檔編號】G01N7/16GK104266933SQ201410586152
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】李斌, 王巖, 王兵, 朱文魁, 魯端峰, 陳良元 申請人:中國菸草總公司鄭州菸草研究院