CN106500762A - 一种复合式智能真空干燥动力学实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合式智能真空干燥动力学实验平台，包括真空系统模块、温度控制模块、数据采集模块和控制系统模块，所述真空系统模块包括真空干燥室，所述温度控制模块用于控制真空干燥室的温度，所述数据采集模块包括物料组数据采集模块和参照组数据采集模块。与现有技术相比，该复合式智能真空干燥动力学实验平台能够智能控制实验温度稳定，可直接用于真空脉动干燥、红外真空干燥等实验的研究，可以适应不同干燥实验的要求，通过记录物料盘与参照盘下的补偿电热丝功率之差随时间的变化关系，即可得到物料在干燥过程中实时吸收或放出的热量，参照盘在实验时可以直接代替空白试验，避免了周围环境的影响，使结果更准确。

Description

一种复合式智能真空干燥动力学实验平台

技术领域

本发明涉及真空干燥设备技术领域，尤其涉及的是一种复合式智能真空干燥动力学实验平台。

背景技术

真空干燥，又名解析干燥，是一种将物料置于负压条件下，并适当通过加热达到负压状态下的沸点或者通过降温使得物料凝固后通过溶点来干燥物料的干燥方式。真空干燥技术是利用水分的熔点和沸点都会随着温度的升高而降低的原理进行干燥，同时辅以真空泵间隙抽湿降低水汽含量，使得物料内水等溶液获得足够的动能脱离物料表面。真空干燥由于处于负压状态下隔绝空气使得部分在干燥过程中容易氧化等化学变化的物料更好的保持原有的特性，也可以通过注入惰性气体后抽真空的方式更好的保护物料,真空干燥在制药、化工、食品、电子等行业有着极其广泛的应用前景。因此，对真空干燥的研究是很有必要的。

随着对真空干燥技术的深入研究，其干燥过程机理的分析和工艺过程参数的监控显得越来越重要,其中，在干燥过程中实时变化的物料重量和物料温度就是十分重要的工艺过程参数。但是对国内外的真空干燥技术研究和真空干燥设备研制的情况调研来看，目前国内外尚没有能够同时精密测量实时变化的物料重量和在干燥过程中吸收或放出的热量，现有的真空干燥动力学实验平台中物料质量都采用真空室外间歇式测量方式，而且只能进行制热或制冷条件下的真空干燥动力学实验，而且实验的误差大，精度低，实验操作复杂，不利于对真空干燥技术的科学技术研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种复合式智能真空干燥动力学实验平台，以解决现有真空干燥动力学实验平台无法同时精密测量实时变化的物料重量和在干燥过程中吸收和放出的热量，以及实验误差大、精度低、操作复杂等技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种复合式智能真空干燥动力学实验平台，包括：

真空系统模块，包括真空干燥室、真空泵、真空度测量仪、冷凝器、真空阀门和压力调节阀，其中,所述真空泵依次通过冷凝器和真空阀门与真空干燥室的抽气口连接，将真空干燥室抽到所需真空度，所述真空度测量仪设于真空干燥室上，用于监测真空干燥室内的真空度；所述压力调节阀设于真空干燥室上，用于对真空干燥室进行放气，调节压力；所述冷凝器的液体出口还连接一水箱；工作时，干燥过程中产生的水汽经过真空阀门，在冷凝器中冷却，进入水箱中被储存；

温度控制模块，设于真空干燥室上，用于控制真空干燥室内的温度，包括室外热交换器、室内热交换器、电磁换向阀、电子膨胀阀和压缩机，其中，所述压缩机通过电磁换向阀分别与室外热交换器的出口端和室内热交换器的入口端连接，所述室内热交换器的出口端通过电子膨胀阀与室外热交换器的入口端连接；制热时，电磁换向阀切换至室外热交换器、压缩机和室内热交换器连通，室外热交换器的低温低压气体制冷剂被压缩机加压后，成为高温高压气体，进入室内热交换器内冷凝液化放热，成为液体，释放的热量排入真空干燥室内，对物料进行加热；制冷时，电磁换向阀切换至室外热交换器的出口端与室内热交换器的入口端断开，此时，室内热交换器的液体制冷剂经电子膨胀阀减压后，进入室外热交换器，汽化冷凝吸热，成为气体，实现对物料的制冷。

数据采集模块，包括室内温度传感器、物料组数据采集模块、参照组数据采集模块、差动放大电路和差动补偿电路，所述室内温度传感器设于真空干燥室内，用于测量真空干燥室内的温度；所述物料组数据采集模块包括物料盘，用于盛放物料，以及设于物料盘底部的物料盘温度传感器、物料盘补偿电热丝、物料盘红外加热干燥器和物料盘重量传感器；所述参照组数据采集模块包括参照盘，用于作为空白对照组，以及设于参照盘底部的参照盘温度传感器、参照盘补偿电热丝、参照盘红外加热干燥器和参照盘和参照盘重量传感器，其中，所述物料盘温度传感器和参照盘温度传感器的信号输出端与差动放大电路的信号输入端电连接，差动放大电路的信号输出端与差动补偿放大电路的信号输入端电连接，差动补偿放大电路的信号输出端与物料盘补偿电热丝的功率控制端电连接；工作时，补偿电热丝分别为物料盘和参照盘加热，加热过程中由于物料热效应与参照盘之间出现温度差时，通过差动放大电路和差动补偿电路，控制物料盘补偿电热丝的功率输出，使物料因热效应发生的热量变化及时得到补偿，直到两边热量平衡，温差消失为止；因此，物料在热反应时发生的热量变化，只需要记录物料盘补偿电热丝和参照盘补偿电热丝的热功率之差随时间的变化关系，即可得到物料在干燥过程中吸收或放出的热量；

控制系统模块，所述控制系统模块的真空度信号输入端与真空度测量仪电连接，其真空度信号输出端与真空泵的功率控制端电连接，其温度信号输入端与室内温度传感器电连接，其温度信号输出端分别与电磁换向阀和参照盘补偿电热丝的功率控制端电连接，其重量信号输入端分别与物料盘重量传感器和参照盘重量传感器电连接；工作时，通过控制系统模块设置实验参数，真空泵接收控制系统模块设定的真空度参数信号，将真空干燥室抽到实验所需真空度，真空度测量仪测量真空干燥室的真空度并将其传递到控制系统模块进行反馈控制；电磁换向阀和参照盘补偿电热丝接收控制系统模块设定的温度参数信号，对真空干燥室进行加热或制冷，同时，室内温度传感器实时将真空干燥室内温度的变化反馈给控制系统，进而控制温度控制模块的制冷量、制热量或调节参照盘补偿电热丝功率，维持真空干燥室内温度稳定；通过重量传感器的测量，将物料盘重量传感器数据减去参照盘重量传感器数据，即可得到物料在干燥过程中的实时质量变化，省去了空白试验。

进一步地，所述物料盘温度传感器和参照盘温度传感器分别设于物料盘和参照盘底部的中心位置，以保证测得的温度最接近物料盘和参照盘的实际温度。

进一步地，所述水箱上还设有水位传感器和放水阀门，所述水位传感器的信号输出端与控制系统模块的水位信号输入端连接，所述防水阀门的控制端与控制系统模块的水位信号输出端连接，以实现智能排水。

进一步地，所述真空阀门为真空干燥室到冷凝器方向连通的单向阀门，以防止水箱中的储水蒸发，返回到真空干燥室中，提高干燥效率。

进一步地，所述真空干燥室内的组件均采用真空动密封连接，所述物料盘重量传感器和参照盘重量传感器上均设有传感器保护壳，以保持重量传感器内部保持常压。

进一步地，所述室内热交换器通过一转筒设于真空干燥室的顶端，并与物料盘和参照盘相对设置，为了使室内热交换器与物料盘和参照盘之间的距离可调节，可将室内热交换器的连接管道缠绕在一转筒上，通过转筒运动实现管道的展开或缩短，或者，将物料盘和参照盘的底部分别通过两个可调节撑杆与真空干燥室的底部连接，通过调节可调节撑杆来调节室内热交换器与物料盘和参照盘之间的距离。

进一步地，所述物料盘红外加热干燥器和参照盘红外加热干燥器的底部分别通过两个热绝缘撑杆与物料盘重量传感器和参照盘重量传感器连接，以避免物料盘和参照盘上的高温对重量传感器产生影响。

进一步地，所述物料盘红外加热干燥器与物料盘之间、所述参照盘红外加热干燥器与参照盘之间还设有可调节螺栓，用于调节物料盘红外加热干燥器与物料盘之间、参照盘红外加热干燥器与参照盘之间的间距。

进一步地，所述真空干燥室的腔体上设有保温层和红外波反射层，以减少能量的消耗和红外线的损失，维持真空干燥室温度的稳定。

本发明相比现有技术具有以下优点：

(1)温度控制模块根据实验要求智能提供所需的热量或冷量，当真空干燥室内的温度达到实验要求值后，温度控制模块能够智能控制实验温度的稳定，进而保证真空干燥室内的环境稳定。

(2)选用可在真空干燥室内可靠运行的重量传感器且与料盘间采用绝热物质进行隔离，实现对真空干燥室内物料的实时测量目标。

(3)真空室内设置有压力调节阀，既可实时调节真空干燥室的压力，又进行真空脉动干燥实验研究。

(4)真空室内设置有红外加热干燥器，温度控制模块组成的红外加热模块，可以进行红外真空干燥实验研究。

(5)室内热交换器与料盘(物料盘和参照盘)，红外加热干燥器与料盘间距离可调，可以适应不同的干燥实验参数要求。

(6)通过记录物料盘与参照盘下的补偿电热丝功率之差随时间的变化关系，即可得到物料在干燥过程中实时吸收或放出的热量。

(7)物料盘对称位置布置了完全一样的参照盘，在实验时可以代替空白试验，且结果更准确，避免了周围环境的影响。

附图说明

图1为复合式智能真空干燥动力学实验平台的整体结构示意图；

图2为温度控制模块的结构示意图；

图3为物料组数据采集模块和参照组数据采集模块的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种复合式智能真空干燥动力学实验平台，具有如图1-3所示的结构，整个实验平台由真空系统模块、温度控制模块2、数据采集模块和控制系统模块6组成，下面对该实验平台的结构做具体阐述。

所述真空系统模块包括真空干燥室11、真空泵12、真空度测量仪13、冷凝器14、真空阀门15和压力调节阀16，其中，所述真空干燥室11的腔体上设有保温层和红外波反射层；所述真空泵12依次通过冷凝器14和真空阀门15与真空干燥室11的抽气口连接，将真空干燥室11抽到所需真空度；所述真空度测量仪13设于真空干燥室11上，用于监测真空干燥室11内的真空度，其种类可根据不同真空度要求选用，比如热偶真空计、电阻真空计、压缩式真空计或电容式薄膜真空计等；所述冷凝器14的液体出口还连接一水箱17，水箱17上设有水位传感器18和放水阀门19；所述真空阀门15为真空干燥室11到冷凝器14方向连通的单向阀门，以防止水箱17中的储水蒸发，返回到真空干燥室11中，提高干燥效率；所述压力调节阀16设于真空干燥室11上，用于对真空干燥室11进行放气，调节压力。

所述温度控制模块2设于真空干燥室11的顶部，包括室外热交换器21、室内热交换器22、电磁换向阀23、电子膨胀阀24和压缩机25，其中，所述压缩机25通过电磁换向阀23分别与室外热交换器21的出口端和室内热交换器22的入口端连接，所述室内热交换器22的出口端通过电子膨胀阀24与室外热交换器21的入口端连接；制热时，电磁换向阀23切换至室外热交换器21、压缩机25和室内热交换器22连通，室外热交换器21的低温低压气体制冷剂被压缩机25加压后，成为高温高压气体，进入室内热交换器22内冷凝液化放热，成为液体，释放的热量排入真空干燥室11内，对物料进行加热；制冷时，电磁换向阀23切换至室外热交换器21的出口端与室内热交换器22的入口端断开，此时，室内热交换器22的液体制冷剂经电子膨胀阀24减压后，进入室外热交换器21，汽化冷凝吸热，成为气体，实现对物料的制冷。

所述数据采集模块包括室内温度传感器3、物料组数据采集模块4、参照组数据采集模块5、差动放大电路和差动补偿电路，所述室内温度传感器3设于真空干燥室11内，用于测量真空干燥室11内的温度；所述物料组数据采集模块4包括物料盘41，及设于物料盘41底部的物料盘温度传感器42、物料盘补偿电热丝43、物料盘红外加热干燥器48和物料盘重量传感器44；所述参照组数据采集模块5包括参照盘51，作为空白对照组，及设于参照盘51底部的参照盘温度传感器52、参照盘补偿电热丝53、参照盘红外加热干燥器58和参照盘重量传感器54。其中，所述物料盘温度传感器42和参照盘温度传感器52分别设于物料盘41和参照盘51底部的中心位置，以保证测得的温度最接近盘体的实际温度；所述物料盘红外加热干燥器48与物料盘41的形状一致，两者通过一可调节螺栓45连接，以调节两者间距，所述参照盘红外加热干燥器58与参照盘51的形状一致，两者通过另一可调节螺栓55连接，以调节两者间距；所述物料盘红外加热干燥器48与物料盘重量传感器44之间、参照盘红外加热干燥器58与参照盘重量传感器54之间分别通过两个可调节热绝缘撑杆46、56连接，用以调节物料盘41与室内热交换器22之间、参照盘51与室内热交换器22之间的距离，热绝缘撑杆46、56还能避免物料盘41和参照盘51上的高温对重量传感器44、54的影响，保证测量的准确度；所述物料盘重量传感器44和参照盘重量传感器54上还设有传感器保护壳47、57，所述物料盘红外加热干燥器48和参照盘红外加热干燥器58与其相应的可调节热绝缘撑杆46、56之间同轴心布置；所述物料盘红外加热干燥器48和参照盘红外加热干燥器58与其可调节撑杆46、56之间、可调节热绝缘撑杆46、56与其物料盘重量传感器44和参照盘重量传感器54之间均为真空动密封连接。

所述物料盘温度传感器42和参照盘温度传感器52的信号输出端与差动放大电路的信号输入端电连接，差动放大电路的信号输出端与差动补偿放大电路的信号输入端电连接，差动补偿放大电路的信号输出端与物料盘补偿电热丝43的功率控制端电连接；工作时，补偿电热丝43、53分别为物料盘41和参照盘51加热，加热过程中由于物料10热效应与参照盘51之间出现温度差时，通过差动放大电路和差动补偿电路，控制物料盘补偿电热丝43的功率输出，使物料10因热效应发生的热量变化及时得到补偿，直到两边热量平衡，温差消失为止；因此，物料10在热反应时发生的热量变化，只需要记录物料盘补偿电热丝43和参照盘补偿电热丝53的热功率之差随时间的变化关系，即可得到物料10在干燥过程中吸收或放出的热量。

所述室内热交换器22的入口端和出口端的连接管道缠绕在一转筒26上，所述转筒26的控制端与控制系统模块6的转筒控制端连接，通过转动转筒26，可以调节室内热交换器22与物料盘41和参照盘51之间距离，间接对物料进行加热。所述连接管道与真空干燥室11之间采用真空动密封连接，以保证管道内的压力不受真空干燥室11的影响。

所述控制系统模块6的真空度信号输入端与真空度测量仪13电连接，其真空度信号输出端与真空泵12的功率控制端电连接，其温度信号输入端与室内温度传感器3电连接，其温度信号输出端分别与电磁换向阀23和参照盘补偿电热丝53的功率控制端电连接，其重量信号输入端分别与物料盘重量传感器44和对照盘重量传感器电连接，其水位信号输入端与水位传感器18连接，其水位信号输出端与放水阀门19的控制端连接；工作时，通过控制系统模块6设置实验参数，真空泵12接收控制系统模块6设定的真空度参数信号，将真空干燥室11抽到实验所需真空度，真空度测量仪13测量真空干燥室11的真空度并将其传递到控制系统模块6进行反馈控制；电磁换向阀23和参照盘补偿电热丝53接收控制系统模块6设定的温度参数信号，对真空干燥室11进行加热或制冷或对参照盘进行加热，同时，室内温度传感器3实时将真空干燥室11内温度的变化反馈给控制系统，进而控制温度控制模块的制冷量、制热量或调节参照盘补偿电热丝53功率，维持真空干燥室11内温度稳定；通过重量传感器44、54的测量，将物料盘重量传感器44数据减去参照盘重量传感器54数据，即可得到物料在干燥过程中的实时质量变化，省去了空白试验；水位传感器18将水位信号实时反馈给控制系统模块6，当水箱17中水位超出警戒线时，控制系统模块6控制放水阀门19打开，实现智能排水。

以上为本发明一种详细的实施方式和具体的操作过程，是以本发明技术方案为前提下进行实施，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。

Claims (10)

1.一种复合式智能真空干燥动力学实验平台，其特征在于，包括：

真空系统模块，包括真空干燥室、真空泵、真空度测量仪、冷凝器、真空阀门和压力调节阀，其中,所述真空泵依次通过冷凝器和真空阀门与真空干燥室的抽气口连接，所述真空度测量仪和压力调节阀设于真空干燥室上；所述冷凝器的液体出口还连接一水箱；

温度控制模块，设于真空干燥室上，包括室外热交换器、室内热交换器、电磁换向阀、电子膨胀阀和压缩机，其中，所述压缩机通过电磁换向阀分别与室外热交换器的出口端和室内热交换器的入口端连接，所述室内热交换器的出口端通过电子膨胀阀与室外热交换器的入口端连接；

数据采集模块，包括室内温度传感器、物料组数据采集模块、参照组数据采集模块、差动放大电路和差动补偿电路，所述室内温度传感器设于真空干燥室内；所述物料组数据采集模块包括物料盘，以及设于物料盘底部的物料盘温度传感器、物料盘补偿电热丝、物料盘红外加热干燥器和物料盘重量传感器；所述参照组数据采集模块包括参照盘，以及设于参照盘底部的参照盘温度传感器、参照盘补偿电热丝、参照盘红外加热干燥器和参照盘重量传感器，其中，所述物料盘温度传感器和参照盘温度传感器的信号输出端与差动放大电路的信号输入端电连接，差动放大电路的信号输出端与差动补偿放大电路的信号输入端电连接，差动补偿放大电路的信号输出端与物料盘补偿电热丝的功率控制端电连接；

控制系统模块，所述控制系统模块的真空度信号输入端与真空度测量仪电连接，其真空度信号输出端与真空泵的功率控制端电连接，其温度信号输入端与室内温度传感器电连接，其温度信号输出端分别与电磁换向阀和参照盘补偿电热丝的功率控制端电连接，其重量信号输入端分别与物料盘重量传感器和对照盘重量传感器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种复合式智能真空干燥动力学实验平台，其特征在于，所述物料盘温度传感器和参照盘温度传感器分别设于物料盘和参照盘底部的中心位置。

3.根据权利要求1所述的一种复合式智能真空干燥动力学实验平台，其特征在于，所述水箱上还设有水位传感器和放水阀门，所述水位传感器的信号输出端与控制系统模块的水位信号输入端连接，所述防水阀门的控制端与控制系统模块的水位信号输出端连接。

4.根据权利要求1所述的一种复合式智能真空干燥动力学实验平台，其特征在于，所述真空阀门为真空干燥室到冷凝器方向连通的单向阀门。

5.根据权利要求1所述的一种复合式智能真空干燥动力学实验平台，其特征在于，所述物料盘重量传感器和参照盘重量传感器上均设有传感器保护壳。

6.根据权利要求1所述的一种复合式智能真空干燥动力学实验平台，其特征在于，所述室内热交换器通过一转筒设于真空干燥室的顶端，并与物料盘和参照盘相对设置，所述室内热交换器出口端和入口端的连接管道缠绕在一转筒上。

7.根据权利要求1所述的一种复合式智能真空干燥动力学实验平台，其特征在于，所述物料盘和参照盘的底部分别通过两个可调节撑杆与真空干燥室的底部连接。

8.根据权利要求1所述的一种复合式智能真空干燥动力学实验平台，其特征在于，所述物料盘红外加热干燥器和参照盘红外加热干燥器的底部分别通过两个热绝缘撑杆与物料盘重量传感器和参照盘重量传感器连接。

9.根据权利要求1所述的一种复合式智能真空干燥动力学实验平台，其特征在于，所述物料盘红外加热干燥器与物料盘之间、所述参照盘红外加热干燥器与参照盘之间还设有可调节螺栓。

10.根据权利要求1所述的一种复合式智能真空干燥动力学实验平台，其特征在于，所述真空干燥室的腔体上设有保温层和红外波反射层。