一種在線檢測真空干燥過程中物料含水率的裝置及方法
【專利摘要】一種在線檢測真空干燥過程中物料含水率的裝置，特征是：包括一筒狀真空干燥反應(yīng)器，在該反應(yīng)器上端通過下料閥連接一帶有上料閥的料倉，反應(yīng)器下端通過管路及真空連接閥與一真空壓力平衡系統(tǒng)相連接，在真空連接閥的兩側(cè)分別通過真空閥并聯(lián)一微壓差傳感器，在反應(yīng)器與真空壓力平衡系統(tǒng)之間的管路上連接有真空泵，在反應(yīng)器的筒體中設(shè)有物料板及溫濕度傳感器，在反應(yīng)器的筒壁上加設(shè)有加熱系統(tǒng)及保溫材料，反應(yīng)器的溫度由溫控儀控制。通過裝置中設(shè)置的微壓差傳感器壓差的變化和物料含水率的關(guān)系，在線檢測物料在真空干燥過程中的實時含水率變化，以期獲得物料在真空干燥過程中含水率及質(zhì)量特性方面數(shù)據(jù)，用于相關(guān)熱物理參數(shù)、干燥動力學參數(shù)的分析。
【專利說明】一種在線檢測真空干燥過程中物料含水率的裝置及方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種在線檢測真空干燥過程中物料含水率的裝置及方法。具體指通過測量真空干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(xiàn)對粉狀物料、塊狀物料、纖維狀物料的真空干燥過程中含水率的變化。

【背景技術(shù)】
[0003]干燥技術(shù)廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對干燥產(chǎn)品的質(zhì)量和干燥效率的要求越來越高，為了滿足一些特殊物料的干燥，一種新型的干燥技術(shù)迅速發(fā)展。如:真空干燥、真空冷凍干燥、真空微波干燥、真空遠紅外干燥。
[0004]真空干燥具有以下優(yōu)點:(I)真空干燥的干燥溫度較低，可在一定程度上保留產(chǎn)品的色、香、味；(2)真空條件下干燥較常壓干燥產(chǎn)品的復(fù)水性、色澤較好；(3)真空干燥時氧氣含量少，避免了產(chǎn)品中色素褐變或其他氧化變質(zhì)等；(4)熱量利用率高、適應(yīng)性強；(5)真空干燥可消除常壓干燥下容易產(chǎn)生的表面硬化現(xiàn)象，提高干燥產(chǎn)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]由于真空干燥技術(shù)的本身所具有的優(yōu)勢，使這種干燥方式迅速在各行業(yè)中應(yīng)用。但是由于實驗設(shè)備及實驗條件的限制，使得真空干燥條件下很難精確的實時測量物料含水率隨干燥過程的變化，特別是在真空過程中，如果采用間斷采樣的方式測定物料含水率會對實驗結(jié)果造成較大誤差，這對真空干燥動力學研究產(chǎn)生了一定的阻礙。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的正是基于上述現(xiàn)有技術(shù)狀況，而提供了一種在線測量真空干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干燥過程進行定量分析與評價，以期獲得物料在干燥過程中含水率及質(zhì)量特性方面的數(shù)據(jù)，用于相關(guān)熱物理參數(shù)、干燥動力學參數(shù)的分析。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)措施實現(xiàn)的:一種在線檢測真空干燥過程中物料含水率的裝置，包括一筒狀真空干燥反應(yīng)器，在該反應(yīng)器上端通過下料閥連接一帶有上料閥的料倉，反應(yīng)器下端通過管路及真空連接閥與一真空壓力平衡系統(tǒng)相連接，在真空連接閥的兩側(cè)分別通過真空閥并聯(lián)一微壓差傳感器，在反應(yīng)器與真空壓力平衡系統(tǒng)之間的管路上連接有真空泵，在真空干燥反應(yīng)器的筒體中設(shè)有物料板及溫濕度傳感器，在反應(yīng)器的筒壁上加設(shè)有加熱系統(tǒng)及保溫材料，真空干燥反應(yīng)器的溫度由溫控儀控制，在真空干燥反應(yīng)器和真空壓力平衡系統(tǒng)中均設(shè)置有真空表。
[0008]在本發(fā)明中，所述真空壓力平衡系統(tǒng)由2-4個并聯(lián)的儲氣瓶組成，各儲氣瓶的容積之和大于干燥反應(yīng)器體積的50倍。
[0009]在真空干燥反應(yīng)器的下部管路上通過連接管加裝一緩沖瓶，在緩沖瓶外壁設(shè)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，開孔率大于2%，孔徑小于等于1mm。
[0012]利用上述裝置可在線檢測干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干燥過程中的實時含水率變化，以期獲得物料在真空干燥過程中含水率及質(zhì)量特性方面數(shù)據(jù)，用于相關(guān)熱物理參數(shù)、干燥動力學參數(shù)的分析。
[0013]本發(fā)明的在線測量真空干燥過程中物料含水率的裝置，具體包括干燥反應(yīng)器主體、抽真空系統(tǒng)、真空壓力平衡系統(tǒng)、微壓差檢測系統(tǒng)、加料系統(tǒng)以及加熱保溫系統(tǒng)等部分組成。干燥反應(yīng)器是由一段不銹鋼管(材質(zhì)也可以是能夠密封的石英玻璃管)構(gòu)成，反應(yīng)器的中部固定裝有可以承載物料的不銹鋼材質(zhì)的燒結(jié)板(或具有多個小孔組成的分布板，分布板孔面積占分布板面積小于2%，小孔孔徑不大于1_)，反應(yīng)器上端連接加料系統(tǒng)，下端連接抽真空系統(tǒng)和壓力平衡系統(tǒng)，反應(yīng)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于承擔物料的燒結(jié)板(或分布板)下方5?1mm處,真空表可根據(jù)系統(tǒng)操作的需要，安裝于干燥器上端或下端，加熱系統(tǒng)設(shè)置干燥反應(yīng)器的周圍，加熱系統(tǒng)的溫度控制信號采集于設(shè)置于反應(yīng)器內(nèi)部的溫度傳感器，以實現(xiàn)在干燥反應(yīng)器中部燒結(jié)板(或分布板)上下10mm區(qū)間內(nèi)具有恒定的溫度(即恒溫區(qū)至少大于200mm)，溫度精度范圍為±1°C，加熱系統(tǒng)采用PID控制反應(yīng)器溫度。抽真空系統(tǒng)是由一臺真空泵和多個管路及球形閥構(gòu)成，抽真空系統(tǒng)通過不銹鋼管連接干燥反應(yīng)器和壓力平衡系統(tǒng)，其作用是使干燥反應(yīng)器和壓力平衡系統(tǒng)具有初始設(shè)定的真空度。真空壓力平衡系統(tǒng)是由若干個并聯(lián)式的儲氣罐組成，使用儲氣罐的數(shù)量與干燥反應(yīng)器的體積設(shè)置相關(guān)，即真空壓力平衡系統(tǒng)的總體積不小于50倍的干燥反應(yīng)器(真空度的誤差范圍即可控制在2%以下，高于多數(shù)真空度檢測儀表的精度)，真空壓力平衡系統(tǒng)與干燥反應(yīng)器之間通過一個球閥連接，可以實現(xiàn)真空壓力平衡系統(tǒng)與干燥反應(yīng)器之間氣體的通斷。微壓差系統(tǒng)是在干燥反應(yīng)器與真空壓力平衡系統(tǒng)間設(shè)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)后分別與干燥反應(yīng)器和真空壓力平衡系統(tǒng)連接。加料系統(tǒng)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，下端球閥連接干燥反應(yīng)器上端。在干燥反應(yīng)器出口與真空壓力平衡系統(tǒng)之間的連接管路上也設(shè)有保溫層。
[0014]該發(fā)明所涉及的方法可以描述為:首先將干燥反應(yīng)器與真空壓力平衡系統(tǒng)間連通，關(guān)閉加料系統(tǒng)下端與干燥反應(yīng)器連接閥，開啟加熱系統(tǒng)，并將干燥反應(yīng)器加熱至設(shè)定溫度；利用抽真空系統(tǒng)，將干燥反應(yīng)器與真空壓力平衡系統(tǒng)組成的空間達到設(shè)定真空度，斷開抽真空系統(tǒng)；開啟加料系統(tǒng)上端閥門，將被測濕物料加入料倉，關(guān)閉加料系統(tǒng)上端閥門；開啟料倉下端閥門，將濕物料加入至干燥反應(yīng)器中，此時斷開干燥反應(yīng)器與真空壓力平衡系統(tǒng)間的連通，開啟連接兩者的微壓差傳感器，由于物料干燥中伴隨著水的揮發(fā)，水的揮發(fā)會帶來系統(tǒng)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于500pa，由于真空干燥中絕對壓力一般在1000pa以上，所以，微壓差變化范圍只能造成系統(tǒng)壓力5%的變化。通過這種微壓差與物料含水率的關(guān)系，可以得到物料含水率隨時間的變化。若需要增加樣品量，在整個干燥過程中微壓差的變化可能會超過系統(tǒng)壓力的5%，可以通過實驗過程中開啟干燥反應(yīng)器與真空壓力平衡系統(tǒng)間的連通閥，此刻在2s內(nèi)即可平衡掉干燥過程中的微壓差，使得微壓差傳感器歸為Opa，并記錄該時刻，此時關(guān)閉干燥反應(yīng)器與真空壓力平衡系統(tǒng)間的連通，繼續(xù)記錄微壓差的變化，根據(jù)實驗過程可多次重復(fù)該操作，實驗結(jié)束后，仍可以通過疊加獲得的微壓差與物料含水率的關(guān)系，從而獲得物料含水率隨時間的變化規(guī)律。實驗結(jié)束后，可直接斷開微壓差傳感器與干燥反應(yīng)器和真空壓力平衡系統(tǒng)的連接。通過泄壓閥進行泄壓操作，待內(nèi)外壓力平衡后，可開啟干燥反應(yīng)器，將被測物料卸出
本發(fā)明的優(yōu)點在于:能夠在一定溫度、真空度條件下對物料進行干燥過程方面的定量分析與評價，以期獲得物料在干燥過程中含水率及質(zhì)量特性方面的數(shù)據(jù)，用于相關(guān)熱物理參數(shù)、干燥動力學參數(shù)的分析。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明裝置一種結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明裝置另一種結(jié)構(gòu)的示意圖(加有緩沖瓶)。
[0017]圖3為選擇Ig初始含水率為25%的煙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%的煙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(tǒng)，7-1、上料閥，7-2、下料閥，8、料倉，9、反應(yīng)器，10、物料板，11、溫濕度傳感器，12、溫控儀，13、真空連接閥，14、緩沖瓶。

【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖將本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)及測試方法具體描述如下:
如圖1所示:一種在線檢測真空干燥過程中物料含水率的裝置，包括一筒狀真空干燥反應(yīng)器9，在該反應(yīng)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(yīng)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(tǒng)相連接，在真空連接閥13的兩側(cè)分別通過真空閥并聯(lián)一微壓差傳感器5，在反應(yīng)器與真空壓力平衡系統(tǒng)之間的管路上連接有真空泵4，在真空干燥反應(yīng)器的筒體中設(shè)有物料板10及溫濕度傳感器11，在反應(yīng)器的筒壁上加設(shè)有加熱系統(tǒng)6及保溫材料，真空干燥反應(yīng)器9的溫度由溫控儀12控制，在真空干燥反應(yīng)器和真空壓力平衡系統(tǒng)中均設(shè)置有真空表I。真空壓力平衡系統(tǒng)由三個并聯(lián)的儲氣瓶3組成。
[0021]以下結(jié)合附圖將利用本發(fā)明裝置進行真空干燥過程描述如下:
當物料干燥過程排出水分較少時采用如附圖1所示實驗裝置時，首先將干燥反應(yīng)器9與真空壓力平衡系統(tǒng)間連通，關(guān)閉加料系統(tǒng)下端與干燥反應(yīng)器9連接的下料閥7-2，開啟加熱系統(tǒng)6，并將干燥反應(yīng)器加熱至設(shè)定溫度；利用抽真空系統(tǒng)，將干燥反應(yīng)器與真空壓力平衡系統(tǒng)組成的空間達到設(shè)定真空度，斷開抽真空系統(tǒng)；開啟加料系統(tǒng)上料閥7-1，將被測濕物料加入料倉8，關(guān)閉加料系統(tǒng)上料閥7-1 ;開啟料倉下端的下料閥7-2，將濕物料加入至干燥反應(yīng)器中，此時斷開干燥反應(yīng)器9與真空壓力平衡系統(tǒng)之間的真空連接閥13，開啟連接反應(yīng)器9和微壓差傳感器5間的球閥，由于物料干燥中伴隨著水的揮發(fā)，水的揮發(fā)會帶來系統(tǒng)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于500pa，由于真空干燥中絕對壓力一般在1000pa以上，所以，微壓差變化范圍只能造成系統(tǒng)壓力5%的變化。通過這種微壓差與物料含水率的關(guān)系，可以得到物料含水率隨時間的變化規(guī)律。實驗結(jié)束后，可直接斷開微壓差傳感器5與干燥反應(yīng)器和真空壓力平衡系統(tǒng)的連接。通過上料閥7-1進行泄壓操作，待內(nèi)外壓力平衡后，可開啟干燥反應(yīng)器，將被測物料卸出。設(shè)定，真空干燥初始真空度Po、干燥過程中反應(yīng)器內(nèi)瞬時真空度Pt、反應(yīng)器體積為V、干燥溫度T、物料初始質(zhì)量Mtl、物料初始含水率Wtl (濕基)、干燥過程中物料含水率WT、R為理想氣體常數(shù)。在干燥過程反應(yīng)器內(nèi)壓強升高的數(shù)值A(chǔ)P=Pt- Pci即為中微壓差傳感器記錄的數(shù)據(jù)。根據(jù)以上假設(shè)數(shù)據(jù)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初始濕基含水率為25%的煙絲作為實驗對象，加熱溫度70度、真空度0.03MPa,根據(jù)實驗裝置記錄的壓差計示數(shù)△ P，由上述公式換算得到煙絲含水率Wt隨時間(s)變化規(guī)律。
[0022]當物料干燥過程排出水分較多，反應(yīng)容器內(nèi)壓強上升較大時采用如附圖2所示實驗裝置，首先將干燥反應(yīng)器9與真空壓力平衡系統(tǒng)間連通，關(guān)閉加料系統(tǒng)下端與干燥反應(yīng)器連接的下料閥7-2，開啟加熱系統(tǒng)6并將干燥反應(yīng)器9和緩沖瓶14加熱至設(shè)定溫度；利用抽真空系統(tǒng)，將干燥反應(yīng)器、緩沖瓶與真空壓力平衡系統(tǒng)組成的空間達到設(shè)定真空度，斷開抽真空系統(tǒng)；開啟加料系統(tǒng)上料閥7-1，將被測濕物料加入料倉8，關(guān)閉加料系統(tǒng)上料閥；開啟料倉下端的下料閥，將濕物料加入至干燥反應(yīng)器中，此時斷開干燥反應(yīng)器與真空壓力平衡系統(tǒng)間的真空連接閥13，開啟連接兩者的微壓差傳感器5，由于物料干燥中伴隨著水的揮發(fā)，水的揮發(fā)會帶來系統(tǒng)壓力的變化，在整個干燥過程中微壓差的變化可能會超過系統(tǒng)壓力的5%，通過實驗過程中開啟干燥反應(yīng)器9與真空壓力平衡系統(tǒng)間的真空連接閥13，此刻在2s內(nèi)即可平衡掉干燥過程中的微壓差，使得微壓差傳感器5歸為Opa，并記錄該時亥IJ，此時關(guān)閉干燥反應(yīng)器與真空壓力平衡系統(tǒng)間的連通，繼續(xù)記錄微壓差的變化，根據(jù)實驗過程可多次重復(fù)該操作，實驗結(jié)束后，仍可以通過疊加獲得的微壓差與物料含水率的關(guān)系，從而獲得物料含水率隨時間的變化規(guī)律。實驗結(jié)束后，可直接斷開微壓差傳感器與干燥反應(yīng)器和真空壓力平衡系統(tǒng)的連接。通過上料閥7-1進行泄壓操作，待內(nèi)外壓力平衡后，可開啟干燥反應(yīng)器，將被測物料卸出設(shè)定，真空干燥初始真空度Po、干燥過程中反應(yīng)器內(nèi)瞬時真空度Pt、反應(yīng)器體積為V、干燥溫度T、物料初始質(zhì)量Mtl、物料初始含水率Wtl(濕基)、干燥過程中物料含水率WT、R為理想氣體常數(shù)。在干燥過程反應(yīng)器內(nèi)壓強升高的數(shù)值A(chǔ)P=Pt- P0即為中微壓差傳感器記錄的數(shù)據(jù)。根據(jù)以上假設(shè)數(shù)據(jù)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 初始濕基含水率為 25% 的煙絲作為實驗對象，加熱溫度60度、真空度0.03MPa,根據(jù)實驗裝置記錄的壓差計示數(shù)Λ P，由上述公式換算得到煙絲含水率Wt隨時間(s)變化規(guī)律，如圖4所示。
【權(quán)利要求】
1.一種在線檢測真空干燥過程中物料含水率的裝置，其特征在于:包括一筒狀真空干燥反應(yīng)器，在該反應(yīng)器上端通過下料閥連接一帶有上料閥的料倉，反應(yīng)器下端通過管路及真空連接閥與一真空壓力平衡系統(tǒng)相連接，在真空連接閥的兩側(cè)分別通過真空閥并聯(lián)一微壓差傳感器，在反應(yīng)器與真空壓力平衡系統(tǒng)之間的管路上連接有真空泵，在真空干燥反應(yīng)器的筒體中設(shè)有物料板及溫濕度傳感器，在反應(yīng)器的筒壁上設(shè)有加熱系統(tǒng)及保溫材料，真空干燥反應(yīng)器的溫度由溫控儀控制，在真空干燥反應(yīng)器和真空壓力平衡系統(tǒng)中均設(shè)置有真空表。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述真空壓力平衡系統(tǒng)由2-4個并聯(lián)的儲氣瓶組成，各儲氣瓶的容積之和大于干燥反應(yīng)器體積的50倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:在真空干燥反應(yīng)器的下部管路上通過連接管加裝一緩沖瓶。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于在緩沖瓶外壁設(shè)置有加熱保溫層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述下料閥和上料閥均為真空閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述物料板為孔板，開孔率大于2%，孔徑小于等于Imm0
7.一種利用權(quán)利要求1所述裝置進行在線檢測干燥過程中物料含水率的方法，其特征在于:通過裝置中設(shè)置的微壓差傳感器的壓差的變化和物料含水率的關(guān)系，在線檢測物料在真空干燥過程中的實時含水率變化，以期獲得物料在真空干燥過程中含水率及質(zhì)量特性方面數(shù)據(jù)，用于相關(guān)熱物理參數(shù)、干燥動力學參數(shù)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(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】李斌, 王巖, 王兵, 朱文魁, 魯端峰, 陳良元 申請人:中國煙草總公司鄭州煙草研究院