CN102768162B

CN102768162B - 用于生物质水分等温吸附脱附检测装置

Info

Publication number: CN102768162B
Application number: CN2012102677239A
Authority: CN
Inventors: 李斌; 秦国鑫; 魏步健; 舒芳誉; 堵劲松; 王宏生; 王兵
Original assignee: Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC
Current assignee: Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: CN102768162A

Abstract

一种用于生物质水分等温吸附脱附检测装置，包括气体预混和系统、恒温控制系统、湿度控制系统、称量系统和数据采集记录系统等部分组成。本发明的优点在于：(1)工作温度湿度区间宽：温度湿度的调整范围：温度在5-50℃，控制精度0.3℃、相对湿度在5-95%，控制精度3％。恒温箱内胆采用高导热金属，温度稳定性能好；具有外置加热制冷循环装器，加热制冷速度快，保证了试验的可靠性、稳定性。(2)内置称量系统，质量测量范围：100g，精度0.0001g。可以通过计算机连续采集试验样品的重量信息，免去频繁取样的不便，以及取样时对试验条件的影响，保证在稳定的条件下进行试验。(3)试验参数设定方便，并能实现自动调节和实时监控。

Description

用于生物质水分等温吸附脱附检测装置

技术领域

本发明涉及一种用于生物质水分等温吸附脱附的装置，具体是一种应用在烟草加工领域检测生物质（片烟或烟丝）中水分等温吸附和脱附过程的装置。

背景技术

片烟或烟丝是由复杂有机物质组成的多孔介质，在烟草加工过程的热湿处理过程可能对烟叶或烟丝孔结构会发生一些变化，同时加工过程中一些外部料液的的加入改变烟叶或烟丝表面性质，会造成处理后片烟或烟丝样品中水分在一定温湿度情况下吸收水分和脱除水分的能力产生一定的变化。在评价处理后片烟或烟丝样品对水分的等温吸附和脱附能力和变化规律时，通常会包括多个连续的热质传递过程，只有通过对该过程进行动态在线检测，才能对样品水分吸附与脱附能力进行有效的检测和评价。通过这种评价可知片烟或烟丝对水分吸附与脱附性能、添加保润剂的物理保润效果以及最优的贮存条件等。

片烟或烟丝中水分在一定的温湿度条件下发生吸附和脱附等迁移过程。目前多数检测方法是利用恒温恒湿箱设置不同温湿度条件，开展过程的检测，通过离线称重获得过程变化的数据，而现有商品化在线检测产品对样品承载量多数为30mg以下水分迁移的检测，温度控制范围在常温以上（无法低于常温）或是无法利用同一台套设备完成湿度连续调整的实验检测工作。此外，现有的检测装置湿度与温度的调整控制响应时间长，稳定性难以满足实验要求。由于片烟或烟丝中水分迁移过程是一个连续过程，所以需要结合在线与离线两种方法的优点，研制用于片烟或烟丝中水分等温吸附脱附的装置。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于片烟或烟丝中水分等温吸附和脱附的装置,该装置能够在一定的温度和湿度条件下进行片烟或烟丝中水分等温吸附和脱附过程的检测。通过分析烟草制品中水分随时间的变化情况，得到不同烟草制品中水分吸附和脱附的速率及平衡状态下含水率的结果，从而表征烟草制品或在制品中水分吸附与脱附性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于生物质水分等温吸附脱附检测装置，包括一由加热制冷循环器控制的充有循环介质的恒温箱体以及数据采集系统，在恒温箱体一侧的上部呈水平方向并排设置有初级混合气室、二级混合气室和缓冲气室，三个气室之间依次通过隔板上的多个小孔连通，恒温箱体与初级混合气室之间通过饱和空气进气孔连通；恒温箱体中通入两路进气管线，其中Ⅰ路进气管线进入恒温箱体后通过蛇形管进入初级混合气室，Ⅱ路进气管线的出气口端直接暴露于恒温箱体中，两路进气管线分别通过空气流量检测控制装置与高压气瓶连接；在恒温箱体另一侧的箱体中设置有高导热金属内胆，该金属内胆上设有密封盖及排气孔，内胆中设置有温湿仪、样品托盘和重量传感器；在缓冲气室与内胆之间通过湿空气进气管连通；数据采集系统包括工控机和信号采集传递线组成，工控机分别与空气流量检测流量装置、温湿仪、重量传感器电连接或信号连接。

在本发明中，恒温箱体上均设有保温层。

Ⅱ路进气管线的出气口端沿管壁开设由多个小孔。

恒温箱体中的循环介质为蒸馏水，循环介质的进口管路和出口管路分别设置在恒温箱体的对角位置，以保证加热循环介质的充分循环流动。

本发明的工作原理及过程如下：

气体预混合的工作过程是：空气经气瓶输出后在流量检测控制装置的作用下分成两路进入恒温箱内，其中一路空气进入恒温箱体后，通过蛇形盘管进入初级混和气室，蛇形盘管浸没在恒温箱内，该路空气通过蛇形管时与恒温箱中水发生热交换，达到一定温度后进入初级混和气室。另一路空气进入恒温箱后，通过管道末端设置的多个气孔进入恒温箱体内的水中，气体进入一定温度的水中析出后，则成为在一定温度下的饱和湿空气，由初级混和气室下方设置的气孔进入初级混和气室；进入初级混和气室的两路气体经初步混和后，在依次进入二级混和气体和缓冲气室；充分混和后的两路气体由湿空气进气管进入吸附脱附的环境中，最后再由设置在吸附脱附环境中的排气孔发出至外部环境中。通过调节控制两路空气的流量，在初级混合气室和二级混和气室和缓冲气室的综合作用下，可以形成温度在5℃～50℃、相对湿度在5％～95%范围内的湿空气。

恒温箱的温度控制以及金属内胆中的吸附与脱附环境控制过程如下：恒温箱体内部通过外置的加热制冷循环器通过加热制冷介质进口管路进入箱体内部，经箱内循环后由加热制冷介质出口管路回到加热制冷循环器中，以此来保证恒温箱内温度的恒定。吸附与脱附环境由设置在恒温箱体内的高导热金属内胆实现，内胆中温度的控制方法为，检测内胆中的温度后，通过调整外置的加热制冷循环器温度控制进行调整和控制，内胆中湿度的控制方法为，检测内胆内的湿度，通过调整控制气体预混和系统中两路流量实现。控制方法可通过两种方法实现利用。1、闭环控制，对温度湿度控制执行器的PID调节；2、开环控制，直接通过设定加热制冷循环器温度和气体预混和系统中两路流量等温湿度执行器的参数实现。

各种检测数据是通过测定的样品重量数据、金属内胆的温湿度数据、两路气体流量数据等的实时采集传输给工控机而得到的。

本发明具有如下优点：

(1) 工作温度湿度区间宽：温度湿度的调整范围：温度在5℃～50℃，控制精度0.3℃、相对湿度在5％～95%，控制精度3％。恒温箱内胆采用高导热金属，温度稳定性能好；具有外置加热制冷循环装器，加热制冷速度快，保证了试验的可靠性、稳定性。

(2) 内置称量系统，质量测量范围：100g，精度0.0001g。可以通过计算机连续采集试验样品的重量信息，免去频繁取样的不便，以及取样时对试验条件的影响，保证在稳定的条件下进行试验，减少了试验误差。

(3) 试验参数设定方便，并能实现自动调节和实时监控。

附图说明

图1是生物质水分等温吸附脱附装置结构图；

1-工控机;2-加热制冷循环器;3-温湿仪;4-排气孔;5-重量传感器;6-高导热金属内胆;7-绝热密封盖;8-湿空气进气管;9-介质;10-缓冲气室;11-二级混合气室;12-初级混合气室;13-保温隔热层;14-蛇形盘管;15-鼓泡气孔;16-饱和空气进气孔;17-空气流量检测控制装置;18-高压气瓶;19-加热制冷介质进口管;20-加热制冷介质出口管;21-恒温箱体。

图2是某样品在30℃和不同湿度下水分吸附特性曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述:

如图1所示：本发明是用于生物质水分等温吸附脱附的检测装置，包括一由加热制冷循环器控制的充有循环介质9的恒温箱体21以及数据采集系统，在恒温箱体一侧的上部呈水平方向并排设置有初级混合气室12、二级混合气室11和缓冲气室10，三个气室之间依次通过隔板上的多个小孔连通，恒温箱体21与初级混合气室12之间通过饱和空气进气孔16连通；恒温箱体中通入两路进气管线，其中Ⅰ路进气管线进入恒温箱体后通过蛇形管进入初级混合气室，Ⅱ路进气管线的出气口端直接暴露于恒温箱体中，该出气口端沿管壁开设有多个小孔，两路进气管线分别通过空气流量检测控制装置17与高压气瓶18连接；在恒温箱体21另一侧的箱体中设置有高导热金属内胆6，该金属内胆上设有密封盖7及排气孔4，内胆中设置有温湿仪3、样品托盘和重量传感器5；在缓冲气室10与内胆6之间通过湿空气进气管8连通；数据采集系统包括工控机1和信号采集传递线组成，工控机1分别与空气流量检测控制装置17、温湿仪3、重量传感器5电连接或信号连接。

恒温箱体中的循环介质9为蒸馏水，循环介质的进口管路和出口管路分别设置在恒温箱体的对角位置，以保证加热循环介质的充分循环流动。

结合实施例对本发明专利的工作过程进行详细描述：

打开工控机1和温湿仪3，检查数据采集系统是否正常工作；启动加热制冷循环器2，设定温度为30℃。检测金属内胆6中空气的温度，当达到设定值30℃并保持稳定时打开绝热密封盖6，将样品迅速放置在重量传感器5的样品托盘中并将密封盖6重新密封。打开气瓶分别设置Ⅰ路、Ⅱ路空气流量使混合后空气相对湿度分别达到30%、40%、50%、60%、70%、80%，流量设定如表1所示。当调节空气湿度时，为了使内胆中空气湿度迅速达到设定值，采用增大空气流量方式，大约2分钟后当空气湿度达到设定值并稳定下来时再降低空气流量，保证对天平的扰动减小最小。放入样品的同时打开计算机1中的数据记录系统，每隔一秒钟保存一次样品重量数据。烟叶样品在稳定的温湿度空气气氛中会吸附空气中的水分，重量会不断变化，直到吸附达到平衡，重量不再发生变化。

表1 不同空气湿度下流量的设定

Claims

1.一种用于生物质水分等温吸附脱附检测装置，包括一由加热制冷循环器控制的充有循环介质的恒温箱体以及数据采集系统，恒温箱体内设有温湿仪、样品托盘和重量传感器，数据采集系统包括工控机和信号采集传递线组成，其特征在于：在恒温箱体一侧的上部呈水平方向并排设置有初级混合气室、二级混合气室和缓冲气室，三个气室之间依次通过隔板上的多个小孔连通，恒温箱体与初级混合气室之间通过饱和空气进气孔连通；恒温箱体中通入两路进气管线，其中Ⅰ路进气管线进入恒温箱体后通过蛇形管进入初级混合气室，Ⅱ路进气管线的出气口端直接暴露于恒温箱体中，两路进气管线分别通过空气流量检测控制装置与高压气瓶连接；在恒温箱体另一侧的箱体中设置有高导热金属内胆，该金属内胆上设有密封盖及排气孔，温湿仪、样品托盘和重量传感器设置在内胆中；在缓冲气室与内胆之间通过湿空气进气管连通；工控机分别与空气流量检测流量装置、温湿仪、重量传感器电连接或信号连接。

2.根据权利要求1所述的用于生物质水分等温吸附脱附检测装置，其特征在于：恒温箱体上均设有保温层。

3.根据权利要求1所述的用于生物质水分等温吸附脱附检测装置，其特征在于：Ⅱ路进气管线的出气口端沿管壁开设有多个小孔。

4.根据权利要求1所述的用于生物质水分等温吸附脱附检测装置，其特征在于：恒温箱体中的循环介质为蒸馏水。

5.根据权利要求1所述的用于生物质水分等温吸附脱附检测装置，其特征在于：循环介质的进口管路和出口管路分别设置在恒温箱体的对角位置。