CN104502129A - 一种螺带真空干燥设备能量效率的测量和计算系统 - Google Patents

Abstract

一种螺带真空干燥设备能量效率的测量和计算系统，该系统包括螺带真空干燥器，在螺带真空干燥器的螺带导热油进口和出口处、螺带导热油出口处、夹套导热油进口处和出口处、真空干燥设备的上盖、螺带电机电路上安装传感器，将信号线经过信号放大器，再连接模拟量采集模块，最后经模数转换器连接到电脑端的数据采集系统，由计算模块计算真空干燥设备的能量效率。通过本发明，将数据的测量结果自动记录保存，高采样频率提高了试验计算结果的精确度，可以快速又精确的计算出真空干燥设备的能量效率。本发明简单可靠、方便高效、经济实用。

Description

一种螺带真空干燥设备能量效率的测量和计算系统

技术领域

本发明是涉及一种真空干燥设备能量效率的测量和计算系统，特别涉及一种螺带真空干燥设备能量效率的测量和计算系统。

背景技术

螺带真空干燥器是一种全密闭的真空低温干燥设备，主要应用于医药化工领域。特别适用于热敏性高、易氧化、卫生级别高、物料细腻、黏度大、含有水分极易挥发性溶剂药品的最终干燥。

通常干燥器是以间歇方式工作的，而且采用封闭结构，因此，在干燥器工作时，里面的物料状态是随时变化的，没有一个稳定的过程，在试验过程中，从物料中蒸发出的湿空气或有机溶剂通过真空泵直接排到空气中，比较难以测量质量的减少量，因而不便于测量能量利用效率，若通过增加容器内物料干燥度的测量次数的方法来实现实时测量，而实际工艺过程又不允许进行过多的测量次数。

请专业的机构可以测量真空干燥器的能量利用效率，但是专业检测机构的检测费非常昂贵，一个产品在研发阶段需要多次测量和计算，每一次试验都要耗时几个小时甚至2-3天，如果没有数据测测量和计算系统，需要耗费很大的时间和精力，这样导致一些中小型的企业没有足够的资金和精力去完成设备能量效率的计算。企业在研制新产品的时候往往只有简单的与前几代的产品进行干燥时间或者干燥结果比较来得出新产品的性能，没有精确的数据来说明产品的能量利用效率。如何用最简单经济的方法去测量真空干燥器的能量效率成为企业需要考虑的问题。

发明内容

为解决现有技术螺带真空干燥器能量效率测量不方便的缺点，提供一种螺带真空干燥器能量效率测量和计算系统，这种测量和计算系统简单可靠、方便高效、经济实用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种螺带真空干燥设备能量效率的测量和计算系统，该系统包括螺带真空干燥器，

在螺带真空干燥器的螺带导热油进口和出口处分别安装温度传感器，用于测量进出螺带的导热油的温度；

在螺带导热油出口处安装金属管浮子流量传感器，用于测量通过螺带的导热油流量；

在夹套导热油进口处和出口处分别安装温度传感器，用于测量进出夹套的导热油温度；

在夹套导热油出口处安装金属管浮子流量传感器，用于测量通过夹套的导热油流量；

在真空干燥设备的上盖安装真空度传感器，用于测量容器内部的真空度；

在螺带电机电路上安装变频器，用于测量该电路的电流和电压；

把上述这些传感器的信号线经过信号放大器，再连接模拟量采集模块，最后经模数转换器连接到电脑端的数据采集系统，由计算模块计算真空干燥设备的能量效率。

上述的一种螺带真空干燥设备能量效率的测量和计算系统，计算模块通过以下步骤进行真空干燥设备的能量效率的计算：

第一步，在工作前取样并测量物料温度，然后启动设备，干燥器抽真空，同时螺带和夹套分别通入导热油，工作中要间隔一定的时间T停机取样并测量物料温度；

第二步，在各时间段的运行过程中，通过设置在螺带进出口及夹套进出口的温度传感器采集各自进出口的导热油温度，通过设置在螺带和夹套管路上的流量传感器实时采集导热油流量，通过设置在干燥器上的真空度表实时记录真空度值，通过螺带电机的变频器实时记录电流和电压值；

第三步，将采样的物料放入烘箱烘干，测得干基含湿率，算出在各个采样时间段内的湿重变化；

第四步，计算放出的能量和吸收的能量；

第五步，根据放出和吸收的能量，最后按照公式η_i=Q_吸+Q_放，计算能量各个采样时间段内能量效率η_i，并根据全工作时间内总放出能量和总吸收能量计算出总效率η。

上述的一种螺带真空干燥设备能量效率的测量和计算系统，所述第四步计算放出的能量和吸收的能量采用以下步骤计算：

第一步，根据传感器采集数据，计算出各时间段T内螺带和夹套进出口导热油的平均温差Δt₁和Δt₂、平均流量q₁和q₂，然后按照公式                                               和算出各个时间段内螺带和夹套的能量放出量，式中C_油和ρ_油分别为导热油的比热和密度；

第二步，根据实时记录数据，计算出各时间段内电压、电流的平均值U和I，然后按照公式Q₃=UITn计算出各时间段内螺带电机放出的能量，式中n为能量系数；

第三步，然后按照公式Q_放=Q₁+Q₂+Q₃，计算放出的总能量Q_放；

第四步，按照公式M_物料=M₁/(1+w₀)，计算物料的干重M_物料，式中M₁为物料的初始质量，w_o为物料初始干基含湿率；

第五步，按照公式M_有机溶剂=M_物料(w₀-w₁)，计算有机溶剂在时间段的汽化量M_有机溶剂，式中w₁为物料在T时刻的干基含湿率；

第六步，按照公式Q₄=M_有机溶剂×R_有机溶剂，计算有机溶剂气化到饱和蒸汽压带走的能量Q₄，式中R_有机溶剂为在T时刻物料温度t下有机溶剂的气化潜热；

第七步，按照公式，计算有机溶剂在温度t的饱和蒸汽压下p₁等温膨胀到某一较低气压下p₂吸收的能量Q₅，式中R_g为有机溶剂的气体常数，P₂为在时间段T内设备内部的平均压强，T为热力学温度；

第八步，按照公式，计算有机溶剂升温吸收的能量Q₆，式中C_有机溶剂为有机溶剂的比热，Δt为经过时间段T后物料温升；

第九步，按照公式，计算物料吸收的能量Q₇，式中C_物料为物料的比热；

第十步，然后按照公式,计算吸收的总能量Q_吸；

第十一步，根据放出和吸收的能量，最后按照公式η_i=Q_吸+Q_放，计算能量各个采样时间段内能量效率η_i，并根据全工作时间内总放出能量和总吸收能量计算出总效率η。

通过本发明，将数据的测量结果自动记录保存，无需人工记录，试验工作强度低，大部分时间试验操作者可以远离试验设备，高采样频率提高了试验计算结果的精确度。

本发明可以快速又精确的计算出真空干燥设备的能量效率，该系统测试成本低、使用范围广，可用于其他真空干燥设备。

本发明，通过软件的计算模块可以实时检测设备的运行情况，出现故障可以及时发现。

附图说明

图1为本发明的系统原理图

图2为数据测量系统流程图

图3为螺带流体进口流量图；

图4为夹套流体进口流量图；

图5为干燥过程中螺带进出口的温度变化图；

图6为干燥过程中夹套进出口的温度变化图；

图7为容器内真空度的变化图。

图中标记为：101导热油，102油泵，103缓冲罐，104真空泵组，T1螺带流体进口油温度，T2螺带流体出口油温度，T3夹套流体进口温度，T4夹套流体出口温度，Q1螺带流体进口流量，Q2夹套流体进口流量。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但本发明不受实施例的限制。

1、试验设备、物料及相关参数

干燥设备采用螺带真空干燥机（型号:LDG-500），螺带和夹套内通导热油（型号：TJD-200热传导油），见图1。总干燥时间：2小时50分钟。物料：氧氟沙星（溶质）+甲醇（溶剂），总重量为250kg，其中，甲醇的汽化潜热

甲醇的比热：

（40℃，1个大气压）。

导热油的比热；

导热油的密度。

2、试验前准备工作

开启计算机，打开螺带真空干燥器数据采集系统，检查各传感器的运行情况。打开导热油加热电源，设定合适的温度，取样并测量物料温度；

3、启动设备，干燥器抽真空，同时螺带和夹套分别通入导热油，记录下开始的时间，秒表开始计时，工作中间隔一定的时间T停机取样并测量物料的温度；

3、监控各个数据的数值，观察设备的真空度，当真空度接近真空且持续时间超过半小时时，认为已经达到干燥度要求，关闭设备，取样并测量物料温度；

4、测定取样的物料的干基含湿率，在螺带真空干燥器数据采集系统导出试验采集的数据，并且分析和处理数据，设置在螺带和夹套管路上的流量传感器采集的导热油流量（见图3和图4），设置在螺带进出口及夹套进出口的温度传感器采集的各自进出口的导热油温度（见图5和图6），设置在干燥器上的真空度表采集的真空度值（见图7），通过螺带电机的变频器采集的电流和电压值；取样测量的物料在各个时刻的干基含湿率的测定，见下表：

表1物料含湿率的测量及计算

5、取0-60分钟干燥过程的数据进行能量效率计算

a)分别根据图2、图3、图4和图5，计算出0-60分钟内螺带和夹套进出口导热油的平均温差和平均流量q₁=1.69m³/h和q₂=4.31m³/h，则

螺带导热油放出的热量为

 夹套导热油放出的热量为

b)根据实时记录数据，计算出各时间段内电压、电流的平均值U=360V、I=6.3A，按照公式Q₃=UITn，则

c)然后计算放出的的总热量

Q_放=Q₁+Q₂+Q₃

=12.01×10³+7.54×10³+1.41×10⁴=3.37×10⁴kJ；

d)实验中氧氟沙星的干重为

M_氧氟沙星=M₁/(1+w₀)=250kg/(1+0.0606)=235.72kg

e)在1小时内甲醇的汽化量

M_甲醇=M_氧氟沙星(w₀-w₁)=235.72kg×(0.0606-0.0029)=13.60kg

f)甲醇汽化到饱和蒸汽压带走的能量

Q₄=M_甲醇×R_甲醇=13.60kg×1146kJ/kg=1.56×10⁴kJ

g)甲醇在40℃饱和蒸汽压35kPa下等温膨胀到7kPa吸收的热量为

h)甲醇升温吸收的热量为

=2.57kJ/(kg﹒℃)×235.72kg×0.0606×21℃=0.77×10³kJ

i)氧氟沙星吸收的热量为

=1.004kJ/(kg﹒℃)×235.72kg×21℃=4.97×10³kJ

j)吸收的总热量

5）根据放出和吸收的能量，计算0-60分钟内的能量效率

同理，计算出其他各个采样时间段内能量效率，并根据全工作时间内总放出能量和总吸收能量计算出总效率η。

本发明可以方便地测量各阶段的放出能和吸收能，能量效率计算准确度高，在测量的同时还能实时检测设备的运行，操作简单，测试成本低，适用于多种真空干燥设备。

Claims (3)

1.一种螺带真空干燥设备能量效率的测量和计算系统，该系统包括螺带真空干燥器，其特征在于：

在螺带真空干燥器的螺带导热油进口和出口处分别安装温度传感器，用于测量进出螺带的导热油的温度；

在螺带导热油出口处安装金属管浮子流量传感器，用于测量通过螺带的导热油流量；

在夹套导热油进口处和出口处分别安装温度传感器，用于测量进出夹套的导热油温度；

在夹套导热油出口处安装金属管浮子流量传感器，用于测量通过夹套的导热油流量；

在真空干燥设备的上盖安装真空度传感器，用于测量容器内部的真空度；

在螺带电机电路上安装变频器，用于测量该电路的电流和电压；

把上述这些传感器的信号线经过信号放大器，再连接模拟量采集模块，最后经模数转换器连接到电脑端的数据采集系统，由计算模块计算真空干燥设备的能量效率。

2.如权利要求1所述的一种螺带真空干燥设备能量效率的测量和计算系统，其特征在于，计算模块通过以下步骤进行真空干燥设备的能量效率的计算：

第一步，在工作前取样并测量物料温度，然后启动设备，干燥器抽真空，同时螺带和夹套分别通入导热油，工作中要间隔一定的时间T停机取样并测量物料温度；

第二步，在各时间段的运行过程中，通过设置在螺带进出口及夹套进出口的温度传感器采集各自进出口的导热油温度，通过设置在螺带和夹套管路上的流量传感器实时采集导热油流量，通过设置在干燥器上的真空度表实时记录真空度值，通过螺带电机的变频器实时记录电流和电压值；

第三步，将采样的物料放入烘箱烘干，测得干基含湿率，算出在各个采样时间段内的湿重变化；

第四步，计算放出的能量和吸收的能量；

第五步，根据放出和吸收的能量，最后按照公式η_i=Q_吸+Q_放，计算能量各个采样时间段内能量效率η_i，并根据全工作时间内总放出能量和总吸收能量计算出总效率η。

3.如权利要求2所述的一种螺带真空干燥设备能量效率的测量和计算系统，其特征在于所述第四步计算放出的能量和吸收的能量采用以下步骤计算：

第一步，根据传感器采集数据，计算出各时间段T内螺带和夹套进出口导热油的平均温差Δt₁和Δt₂、平均流量q₁和q₂，然后按照公式                                                和算出各个时间段内螺带和夹套的能量放出量，式中C_油和ρ_油分别为导热油的比热和密度；

第二步，根据实时记录数据，计算出各时间段内电压、电流的平均值U和I，然后按照公式Q₃=UITn计算出各时间段内螺带电机放出的能量，式中n为能量系数；

第三步，然后按照公式Q_放=Q₁+Q₂+Q₃，计算放出的总能量Q_放；

第四步，按照公式M_物料=M₁/(1+w₀)，计算物料的干重M_物料，式中M₁为物料的初始质量，w_o为物料初始干基含湿率；

第五步，按照公式M_有机溶剂=M_物料(w₀-w₁)，计算有机溶剂在时间段T的汽化量M_有机溶剂，式中w₁为物料在T时刻的干基含湿率；

第六步，按照公式Q₄=M_有机溶剂×R_有机溶剂，计算有机溶剂气化到饱和蒸汽压带走的能量Q₄，式中R_有机溶剂为在T时刻物料温度t下有机溶剂的气化潜热；

第七步，按照公式，计算有机溶剂在温度t的饱和蒸汽压下p₁等温膨胀到某一较低气压下p₂吸收的能量Q₅，式中R_g为有机溶剂的气体常数，P₂为在时间段T内设备内部的平均压强，T为热力学温度；

第八步，按照公式，计算有机溶剂升温吸收的能量Q₆，式中C_有机溶剂为有机溶剂的比热，Δt为经过时间段T后物料温升；

第九步，按照公式，计算物料吸收的能量Q₇，式中C_物料为物料的比热；

第十步，然后按照公式，计算吸收的总能量Q_吸；

第十一步，根据放出和吸收的能量，最后按照公式η_i=Q_吸+Q_放，计算能量各个采样时间段内能量效率η_i，并根据全工作时间内总放出能量和总吸收能量计算出总效率η。