CN108802091A - 一种物料热风干燥特性变化的分析实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及干燥实验系统，特别涉及可研究多种控制因素及尾气排放特征的物料热风干燥特性变化的分析实验装置，所述分析实验装置包括顺次连接的用于提供气体的高压气源、用于将气体提分两路的分叉管、气体加热器、干燥室，所述干燥室两侧分别连接有尾气质谱分析仪、质量分析模块，所述分析实验装置设有数据采集及分析系统，所述尾气质谱分析仪、质量分析模块均与数据采集及分析系统电连接。本发明提供一种物料热风干燥特性变化的分析实验装置，能实现控制热风温度、热风初始含水率等多种外部变量对物料干燥性质的影响，此外，结合尾气质谱分析仪、质量分析模块、数据采集及分析系统，可分析干燥过程中质量变化以及产生的尾气成分。
Description
技术领域
本发明涉及干燥实验系统，特别涉及可研究多种控制因素及尾气排放特征的物料热风干燥特性变化的分析实验装置。
背景技术
目前，无论是生活还是工业，都有大量物料需要进行干燥处理，比如食品、药材、工业原料、甚至是工业废料，干燥之后的物料，由于含水率降低，能够有效减小体积和质量，极大地便利了物料的存储、运输及再利用环节。以污泥为例，1m3含水量为95%的污泥，含水量降低至85%可使体积减少为1/3，含水量降至20%可使体积降至1/6。而现有最成熟、最简便的干燥方式就是热风干燥。
为了提高热风干燥的效率，需要对目标物料进行干燥性质的研究，以确定最佳干燥条件，提高经济效益。另外，对于某些物料，比如药材、污泥等，其在干燥过程中会释放内部的有机物，随着干燥尾气一同排出。监测这些有机物的排放特征，改善干燥条件以促进或抑制这些有机物的排放，也是新时代干燥过程中需要考虑的方面。
在研究物料干燥特性的实验中，常常需要同时研究多种变量（热风风速、热风温度、热风含水率等），而且需要对干燥尾气进行分析。另外，干燥实验为了获取更准确的结果，还需要在干燥过程中对物料的质量、形态变化进行实时在线监测并记录，并判断干燥过程的进行阶段及完成与否。而目前的干燥实验装置，无论是鼓风式烘干箱或是洞道干燥实验装置，都无法同时满足上述实验要求，对物料的热风干燥特性研究不全面。
因此，为了更全面、准确地研究物料的干燥特性，一种高效率、可视化、在线监测的物料干燥特性实验系统是具有前景的。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种物料热风干燥特性变化的分析实验装置，能实现控制热风温度、热风初始含水率等多种外部变量对物料干燥性质的影响，此外，结合尾气质谱分析仪、质量分析模块、数据采集及分析系统，可分析干燥过程中产生的尾气成分以及质量变化。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
提供一种物料热风干燥特性变化的分析实验装置，所述分析实验装置包括顺次连接的用于提供气体的高压气源、用于将气体提分两路的分叉管、气体加热器、干燥室，所述干燥室两侧分别连接有尾气质谱分析仪、质量分析模块，所述分析实验装置设有数据采集及分析系统，所述尾气质谱分析仪、质量分析模块均与数据采集及分析系统电连接。
本发明提供一种物料热风干燥特性变化的分析实验装置，能实现控制热风温度、热风初始含水率等多种外部变量对物料干燥性质的影响，此外，结合尾气质谱分析仪、质量分析模块、数据采集及分析系统，可分析干燥过程中产生的尾气成分以及质量变化。
优选地，所述分叉管包括两个支管，两个支管均设有控制阀，其中一个支管设有质量流量计、另一支管设有泵入水汽的蒸发系统；高压气源输出口设有减压阀。这样设置是为了高压气源用于提供稳定气流，气体经减压阀减压后进入管路。一部分气体作为主要干燥气，根据管路中流量计示数，经二次控制阀调节后稳定该气路流量；另一部分气路同样地调节流量，之后进入蒸发器，携带经蠕动泵泵入并蒸发的水汽一同离开蒸发器。两路气体汇合后，进入气体加热器进行温度调节，经风量调节器最终稳定流量，进入干燥室。
优选地，所述蒸发系统包括蒸发器和蠕动泵，所述蠕动泵设于蒸发器上。所述蒸发器和蠕动泵，用于定量产生水蒸气，要求蠕动泵能稳定持续地将一定量的水泵入蒸发器中，且蒸发器能提供足够的热量使进入的水完全蒸发。
优选地，所述质量分析模块包括用于放置物料的托盘以及用于检测物料质量变化的电子天平和压力传感器，所述托盘与电子天平通过支架连接，所述压力传感器设于干燥室侧壁与支架侧壁之间。优选地，所述干燥室底部开有孔，于孔中架设物料托盘及支架，在孔后设有压力传感器；物料托盘及支架，其设置水平方向与压力传感器相接触，与干燥室外壳接触产生的应力应远小于压力传感器，底部与电子天平垂直接触。
优选地，所述分析实验装置包括温湿度传感器和风速传感器，所述温湿度传感器和风速传感器设于干燥室内且均与数据采集及分析系统电连接。需要说明的是，温湿度传感器，可实时监测并传输热风的温湿度信息。风速传感器，可实时监测并传输热风的风速信息。
优选地，所述分析实验装置包括风量调节器，所述风量调节器通过连接管连接于气体加热器、干燥室之间。所述风量调节器可设置风量大小，在实验过程中可以保证气路中气量的稳定。
优选地，所述干燥室顶部设有可拆卸的可视窗口。这样设置是便于能实时观测并记录物料干燥过程形态、质量变化。
优选地，所述尾气质谱分析仪与干燥室之间设有三通阀门。这样设置是为了干燥尾气经过三通阀门，部分尾气可进入气相色谱质谱联用仪，对其进行微量成分分析，其余部分则由三通阀排出系统。
优选地，所述干燥室外壁与内壁为不锈钢材质，外壁与内壁之间的夹层填充有保温隔热材料。
优选地，所述气体加热器与分叉管、风量调节器均可拆卸连接。气体加热器为可拆卸连接，能根据实验用风量的要求变更加热用部件，从而变更功率大小，以满足不同气体加热需求。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供一种物料热风干燥特性变化的分析实验装置，能实现控制热风温度、热风初始含水率等多种外部变量对物料干燥性质的影响，此外，结合尾气质谱分析仪、质量分析模块、数据采集及分析系统，可分析干燥过程中产生的尾气成分以及质量变化。且本分析实验装置能同时控制热风温度、热风风速及热风含水率等热风干燥实验条件。能实时观测并记录物料干燥过程形态、质量变化。能采集并分析不同干燥条件、不同干燥时刻逸出气体的成分，更全面地分析物料的干燥特性。
附图说明
图1为本发明一种物料热风干燥特性变化的分析实验装置的结构示意图。
图2为图1的干燥室和质量分析模块安装后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例
如图1至2所示为本发明一种物料热风干燥特性变化的分析实验装置的实施例，分析实验装置包括顺次连接的用于提供气体的高压气源1、用于将气体提分两路且渗入水蒸汽的分叉管2、气体加热器3、干燥室4，干燥室4两侧分别连接有尾气质谱分析仪6、质量分析模块5，分析实验装置设有数据采集及分析系统9，尾气质谱分析仪6、质量分析模块5均与数据采集及分析系统9电连接。
其中，分叉管2包括两个支管，两个支管均设有控制阀21，其中一个支管设有质量流量计22、另一支管设有泵入水蒸汽的蒸发系统23，高压气源1输出口设有减压阀11。这样设置是为了高压气源用于提供稳定气流，气体经减压阀减压后进入管路。一部分气体作为主要干燥气，根据管路中流量计示数，经二次控制阀调节后稳定该气路流量；另一部分气路同样地调节流量，之后进入蒸发器，携带经蠕动泵泵入并蒸发的水汽一同离开蒸发器。两路气体汇合后，进入气体加热器进行温度调节，经风量调节器最终稳定流量，进入干燥室。
另外，蒸发系统23包括蒸发器231和蠕动泵232，所述蠕动泵232设于蒸发器231上。蒸发器和蠕动泵，用于定量产生水蒸气，要求蠕动泵能稳定持续地将一定量的水泵入蒸发器中，且蒸发器能提供足够的热量使进入的水完全蒸发。
其中，质量分析模块5包括用于放置物料的托盘51以及用于检测物料质量变化的电子天平52和压力传感器53，托盘51与电子天平52通过支架54连接，压力传感器53设于干燥室4侧壁与支架侧壁之间。其中，干燥室底部开有孔，于孔中架设物料托盘及支架，在孔后设有压力传感器；物料托盘及支架，其设置水平方向与压力传感器相接触，与干燥室外壳接触产生的应力应远小于压力传感器，底部与电子天平垂直接触。
另外，分析实验装置包括温湿度传感器61和风速传感器7，温湿度传感器6和风速传感器7设于干燥室4内且均与数据采集及分析系统9电连接。需要说明的是，温湿度传感器，可实时监测并传输热风的温湿度信息。风速传感器，可实时监测并传输热风的风速信息。
其中，分析实验装置包括风量调节器8，风量调节器8通过连接管连接于气体加热器3、干燥室4之间。风量调节器可设置风量大小，在实验过程中可以保证气路中气量的稳定。
另外，干燥室4顶部设有可拆卸的可视窗口41。这样设置是便于能实时观测并记录物料干燥过程形态、质量变化。
其中，尾气质谱分析仪6与干燥室4之间设有三通阀门91。这样设置是为了干燥尾气经过三通阀门，部分尾气可进入气相色谱质谱联用仪，对其进行微量成分分析，其余部分则由三通阀排出系统。
另外，干燥室4外壁与内壁为不锈钢材质，外壁与内壁之间的夹层填充有保温隔热材料。干燥室4两侧设有第一连接口42、第二连接口43。
其中，气体加热器3与分叉管2、风量调节器8均可拆卸连接。气体加热器为可拆卸连接，能根据实验用风量的要求变更加热用部件，从而变更功率大小，以满足不同气体加热需求。
具体的：
高压气源1用于提供稳定气流，气体经阀门减压后进入管路。一部分气体作为主要干燥气，根据管路中流量计22示数，经二次阀门21调节后稳定该气路流量；另一部分气路同样地调节流量，之后进入蒸发器，携带经蠕动泵泵入并蒸发的水汽一同离开蒸发器231。两路气体汇合后，进入气体加热器3进行温度调节，经风量调节器8最终稳定流量，进入干燥室。气体的温湿度及风速信息被传感器检测，达到要求后对物料进行干燥性质实验。
干燥过程中，可经由可视窗口41监控并记录托盘中物料干燥过程形态变化，质量变化则由底部电子天平52及压力传感器53输出并校正得到。干燥尾气经由三通阀91，部分尾气可进入尾气质谱分析仪，对其进行微量成分分析，其余部分则由三通阀排出系统。
各部分数据均经由其传感器输出接口，实时传入数据采集及分析系统9，经其程序处理分析后，在准备阶段可对各处设置进行反馈调节，在实验阶段可实时监控并记录数据变化。
利用上述系统实现的物料热风干燥性质实验，包括下述步骤：
（1）准备阶段：确定实验条件（热风温度、风速、初始含水率等），根据实验条件，初步调节气路阀门、蠕动泵进水量、蒸发器加热量、气体加热器加热温度及风量调节器大小。根据数据采集分析系统收集的数据，调节上述各处设置，使温湿度传感器及风速传感器传回的数据与实验条件一致且稳定。
（2）校正阶段：当准备阶段完成，实验条件稳定时，在托盘内放入与目标物料等质量及更小质量的砝码，确定各情况下电子天平及压力传感器数据，以对后期实验数据进行一定的校正处理，减小热风对电子天平测量质量的误差。
（3）实验阶段：校正数据获取完毕后，将物料放入天平托盘内，开始进行干燥实验，同时可通过可视窗口拍摄记录物料干燥过程形态变化，并利用气相色谱质谱联用仪分析干燥尾气成分。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种物料热风干燥特性变化的分析实验装置，其特征在于，所述分析实验装置包括顺次连接的用于提供气体的高压气源（1）、用于将气体提分两路且渗入水蒸汽的分叉管（2）、气体加热器（3）、干燥室（4），所述干燥室（4）两侧分别连接有尾气质谱分析仪（6）、质量分析模块（5），所述分析实验装置设有数据采集及分析系统（9），所述尾气质谱分析仪（6）、质量分析模块（5）均与数据采集及分析系统（9）电连接。
2.根据权利要求1所述的物料热风干燥特性变化的分析实验装置，其特征在于，所述分叉管（2）包括两个支管，两个支管均设有控制阀（21），其中一个支管设有质量流量计（22）、另一支管设有泵入水蒸汽的蒸发系统（23），高压气源（1）输出口设有减压阀（11）。
3.根据权利要求2所述的物料热风干燥特性变化的分析实验装置，其特征在于，所述蒸发系统（23）包括蒸发器（231）和蠕动泵（232），所述蠕动泵（232）设于蒸发器（231）上。
4.根据权利要求1所述的物料热风干燥特性变化的分析实验装置，其特征在于，所述质量分析模块（5）包括用于放置物料的托盘（51）以及用于检测物料质量变化的电子天平（52）和压力传感器（53），所述托盘（51）与电子天平（52）通过支架连接，所述压力传感器（53）设于干燥室（4）侧壁与支架侧壁之间。
5.根据权利要求1所述的物料热风干燥特性变化的分析实验装置，其特征在于，所述分析实验装置包括温湿度传感器（61）和风速传感器（7），所述温湿度传感器（61）和风速传感器（7）设于干燥室（4）内且均与数据采集及分析系统（9）电连接。
6.根据权利要求1所述的物料热风干燥特性变化的分析实验装置，其特征在于，所述分析实验装置包括风量调节器（8），所述风量调节器（8）通过连接管连接于气体加热器（3）、干燥室（4）之间。
7.根据权利要求1至6任一项所述的物料热风干燥特性变化的分析实验装置，其特征在于，所述干燥室（4）顶部设有可拆卸的可视窗口（41）。
8.根据权利要求1至6任一项所述的物料热风干燥特性变化的分析实验装置，其特征在于，所述尾气质谱分析仪（6）与干燥室（4）之间设有三通阀门（91）。
9.根据权利要求1所述的物料热风干燥特性变化的分析实验装置，其特征在于，所述干燥室（4）外壁与内壁为不锈钢材质，外壁与内壁之间的夹层填充有保温隔热材料。
10.根据权利要求6所述的物料热风干燥特性变化的分析实验装置，其特征在于，所述气体加热器（3）与分叉管（2）、风量调节器（8）均可拆卸连接。
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