CN110360815B - 一种温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥方法与设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农产品加工技术领域，特别涉及一种温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥方法与设备。本发明的目的在于提供一种温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥设备，以解决现有热风真空组合干燥技术中存在的热风干燥阶段热风循环方式不科学、废气排放不合理、热风对流换热效果差、物料干燥不均匀且升温速率慢、真空干燥阶段压力运行方式易影响干燥效率等问题。本发明包括循环热风干燥系统、组合干燥机体、脉动真空发生系统、真空加热系统和自动控制系统。本发明可显著提高热风真空组合干燥技术的加工效率，降低加工能耗。
Description
技术领域
本发明属于农产品加工技术领域，特别涉及一种温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥方法与设备。
背景技术
干燥是农产品加工的重要环节。热风真空组合干燥技术是指在一体化的组合干燥设备中在不同的干燥阶段分别采用热风干燥和真空干燥的一种新型干燥技术，具有产品品质好(接近真空干燥)、干燥能耗低、自动化程度高等优点。
目前热风真空组合干燥技术还存在很多缺陷，制约了技术的推广应用。
组合干燥的热风干燥阶段存在以下问题：
a.热风循环方式不合理，通常多为底部进气、顶部出气的气流循环方式，干燥作业时，干燥料层间的物料干燥均匀性较差，若为每一料层均密布设置开有气孔的热风均匀风管，则又将大幅增加设备的制造成本；
b.热风干燥过程中，与物料进行了湿热交互后的干燥介质被不断排出，同时不断补充等量低温空气并将其加热至设定温度，虽在此过程中采用了空气预热器收集废气的余热并对补充的空气进行初步预热，但依然浪费了高温高湿气体中所蕴含的大量热量。经对相关设备的实测结果表明，当环境温度为23℃的情况下，热风温度设定为75℃，经过空气预热器换热后排出的废气的温度仍然达到50℃；
c.气流速度低(典型值为0.072m/s)且风速不可调，对流换热效率差，干燥时间长。
组合干燥技术的真空干燥阶段普遍采用恒压真空或间歇式真空的压力运行方式，但采用这两种方式的真空脉动干燥过程中，物料表面水蒸汽分压易与干燥环境水蒸汽分压达到平衡状态，会对物料的脱水产生抑制作用，导致干燥效率低。少数脉动真空干燥设备常压阶段环境冷空气进入干燥腔体内部，导致物料升温速度慢、干燥效率低、腔体内部易产生冷凝水污染物料。
基于温湿度控制的热风干燥技术是通过调控干燥过程中干燥介质的温度和相对湿度来对物料干燥的一种新技术，具有促进物料升温、降低物料收缩程度、防止物料表皮结壳变质等优点。真空脉动干燥技术是在真空干燥过程中，按照一定的规律周期性地改变干燥室压力的干燥技术。相比于真空干燥，真空脉动干燥技术不但保留了低温干燥、一定程度上隔绝氧气、产品品质好等优点，更由于压力的脉动适时地打破了干燥过程中的物料表面水蒸汽分压与干燥环境水蒸汽分压的平衡，增大了传质动力，并有助于扩充物料的微孔道，拓宽了干燥过程中物料水分传递的路径，从而有效地提高了干燥的效率，缩短了干燥时间，降低了干燥能耗，并提高了干燥产品的复水性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥设备，以解决现有热风真空组合干燥技术中存在的热风干燥阶段热风循环方式不科学、废气排放不合理、热风对流换热效果差、物料干燥不均匀且升温速率慢、真空干燥阶段压力运行方式易影响干燥效率等问题。
本发明的另一目的在于提供一种温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥设备的干燥物料的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥设备，所述设备包括：循环热风干燥系统、组合干燥机体、脉动真空发生系统、真空加热系统和自动控制系统；
循环热风干燥系统包括水箱1、雾化泵2、空气加热箱4、喷嘴5、加热管7、空气电加热装置9、热风进风管路10、热风回风管路36、导流板37、离心变频风机38和轴流风机32；其中，
水箱1和空气加热箱4的第一侧通过第一管道连接，水箱1和空气加热箱4之间的第一管道上设有雾化泵2；所述第一管道的进口布置于水箱1内部，第一管道的出口由空气加热箱4的第一侧的上部进入空气加热箱4内部；所述第一管道的出口处设有喷嘴5；空气加热箱4内部设有多个平行布置的加热管7，所述加热管7与喷嘴5的位置对应；离心变频风机38布置在空气加热箱4的第一侧的外部，离心变频风机38的出风口经由空气加热箱4的第一侧的下部与空气加热箱4的内部连通；
空气加热箱4的第二侧的上部与组合干燥机体的真空脉动干燥箱体19的第一侧的上部之间设有热风进风管路10，热风进风管路10的进风口与加热管7的位置对应；空气加热箱4的内部由离心变频风机38的出风口下方到热风进风管路10的进口的下方之间设有导流板37；热风进风管路10上设有空气电加热装置9；轴流风机32位于真空加热系统的料层支架17之间；空气加热箱4的底部与组合干燥机体的真空脉动干燥箱体19的第一侧的下部之间设有热风回风管路36；
组合干燥机体包括真空脉动干燥箱体19；
组合干燥机体的真空脉动干燥箱体19的内部为干燥腔；所述干燥腔的顶部设有由真空脉动干燥箱体19的第一侧的上部进入的热风进风管路10的出风口；
脉动真空发生系统包括真空管路13、余热回收装置20、风冷系统21、真空泵23和真空泵冷却水箱24；
真空泵23的抽气口通过真空管路13连接热风进风管路10，真空泵23的出水口通过管路通入真空泵冷却水箱24内；真空泵冷却水箱24的一端连接风冷系统21，余热回收装置20安装在真空管路13的内壁面上；
真空加热系统包括料层支架17、碳纤维红外加热板28、物料29、物料盘33；
组合干燥机体的真空脉动干燥箱体19的干燥腔中设有多层结构的料层支架17；料层支架17的各层上设有碳纤维红外加热板28，用于放置物料29的物料盘33放置在碳纤维红外加热板28之间；
自动控制系统包括单向电磁阀3、排风排湿电磁阀6、热风温湿度传感器8、比例阀11、管路温湿度传感器12、单向止回阀15、干燥腔真空传感器18、冷却水箱排水阀22、干燥腔内热风温湿度传感器25、物料温度传感器26、称重传感器27、泄压电磁阀30、热风回风管路电磁阀34和工控触摸一体机35，实现循环热风干燥控制及真空脉动干燥控制；
水箱1和空气加热箱4之间的第一管道上设有单向电磁阀3，真空管路13上设有单向止回阀15，所述真空脉动干燥箱体19的侧部设有与其内部的干燥腔相通的干燥腔真空传感器18和干燥腔内热风温湿度传感器25，真空泵冷却水箱24的下部设有冷却水箱排水阀22，料层支架17下部连接称重传感器27，热风进风管路10上设有比例阀11和管路温湿度传感器12，排风排湿电磁阀6安装在空气加热箱4的上壁面，热风温湿度传感器8安装在空气加热箱4的侧壁面，且和热风进风管路10的进口保持一定距离；物料温度传感器26安装在真空脉动干燥箱体19的干燥腔内，干燥过程中物料温度传感器26的铠装接头插入物料29的中心位置；工控触摸一体机35安装在真空脉动干燥箱体19外壁面的一侧；
组合干燥机体的真空脉动干燥箱体19的干燥腔的底部连通由真空脉动干燥箱体19的第一侧的下部进入的热风回风管路36；热风回风管路36上设有热风回风管路电磁阀34；
真空脉动干燥箱体19底部设有由真空脉动干燥箱体19的第一侧的下部进入的热风回风管路36的泄压管路，所述泄压管路上设有泄压电磁阀30；
雾化泵2、单向电磁阀3、排风排湿电磁阀6、加热管7、热风温湿度传感器8、空气电加热装置9、比例阀11、单向止回阀15、干燥腔真空传感器18、余热回收装置20、冷却水箱排水阀22、真空泵23、干燥腔内热风温湿度传感器25、物料温度传感器26、碳纤维红外加热板28、泄压电磁阀30、排污阀31、热风回风管路电磁阀34和离心变频风机38均与控制系统相连。
真空脉动干燥箱体19采用双层结构，内层采用厚度4～10mm的304不锈钢制造，外层为1-2mm的304不锈钢蒙皮，真空脉动干燥箱体19内外层之间填充保温材料。
弧形扰流板14和挡风板16通过铰链固定在真空脉动干燥箱体19的干燥腔的侧壁面上，其角度能够通过铰链调节大小。
泄压管路上设有排污阀31。
物料盘33由金属太空铝制成。
所述热风进风管路10、热风回风管路36、热风回风管路电磁阀34、离心变频风机38、空气电加热装置9、单向电磁阀3、比例阀11的管路外壁均包裹保温材料。
所述控制系统的温度范围为0～100℃，控温精度±1℃，湿度监控范围为0～100％RH，误差±5％RH，真空度范围0～100kPa，误差±2kPa，称重范围0～3kg，精度±5g。
一种使用所述的温湿度控制的热风与真空脉动干燥设备的热风与真空脉动组合干燥方法，包括以下步骤：
1、物料盘33放置在碳纤维红外加热板28之间，物料29放置在物料盘33上；在干燥开始前，雾化泵2、单向电磁阀3、排风排湿电磁阀6、加热管7、空气电加热装置9、比例阀11、单向止回阀15、冷却水箱排水阀22、真空泵23、泄压电磁阀30、排污阀31、轴流风机32、热风回风管路电磁阀34、离心变频风机38全部关闭，水箱1中注入水；
2、碳纤维红外加热板28开启，对物料29进行辐射加热；
工控触摸一体机35发出指令获取真空脉动干燥箱体19干燥腔内物料29的中心温度，若温度低于设定值则进入常压干燥阶段，过程中监测真空脉动干燥箱体19干燥腔内的温湿度情况；
雾化泵2、单向电磁阀3、加热管7、比例阀11和离心变频风机38开启；
外界空气经离心变频风机38吹向导流板37，在导流板37的引导作用下，空气经过加热管7加热后进入热风进风管路10中，当管路温湿度传感器12检测到温度低于设定温度时，空气电加热装置9开启，对热风进风管路10中的空气再次进行加热，直到达到设定温度范围内；热风经过挡风板16的阻挡作用后按一定角度进入真空脉动干燥箱体19内部的干燥箱，在弧形扰流板14的引导作用下均匀地穿过料层支架17上的物料29；此时，轴流风机32开启，对流动的热风起到扰流作用，使物料加热更均匀；
每隔一定时间关闭比例阀11、热风回风管路电磁阀34和轴流风机32，称重传感器27将此刻的物料29的质量信号发送给工控触摸一体机35，待示数稳定后存储在内存里，然后开启比例阀11、热风回风管路电磁阀34和轴流风机32，继续进行常压干燥；
控制系统采集干燥腔内热风温湿度传感器25的信号，控制离心变频风机38、空气电加热装置9、排风排湿电磁阀6、雾化泵2、单向电磁阀3、比例阀11，并在控制系统的控制下实现对热风干燥过程的加热温度的数字PID温度控制、热风排湿控制；
3、当物料温度传感器26监测到物料29中心温度达到设定温度且干燥腔内热风温湿度传感器25监测到当前湿度大于或者等于设定湿度上限时，工控触摸一体机35发出切换指令进入真空干燥阶段；单向止回阀15开启，真空泵23运行，对真空脉动干燥箱体19的干燥腔内的物料进行真空干燥；余热回收装置20开启，将从真空脉动干燥箱体19里抽出的湿热气体进行热量回收，风冷系统21开启，对真空泵冷却水箱24里的水进行冷却降温，防止水温过热导致真空泵23损坏；
当工控触摸一体机35检测到真空脉动干燥箱体19内部干燥腔的真空度低于设定下限时，雾化泵2、单向电磁阀3、加热管7、空气电加热装置9以及离心变频风机38开启，比例阀11每隔一段时间循环打开和关闭，将热空气通入到真空脉动干燥箱体19内部的干燥腔，使得干燥腔内真空度上升，直至超过真空度设定下限；当工控触摸一体机35检测到真空脉动干燥箱体19内部的真空度高于设定上限时，雾化泵2、单向电磁阀3、加热管7、空气电加热装置9、离心变频风机38和比例阀11全部关闭；通过上述循环往复使得真空脉动干燥箱体19内部的干燥腔的真空度稳定在设定上限与下限之间；
在真空泵23工作的时候，弧形扰流板14对真空脉动干燥箱体19内部的气流起到“扰流”的作用，有利于物料干燥均匀；
所述控制系统采集物料温度传感器26的信号，控制碳纤维红外加热板28，并在控制系统的控制下实现对真空脉动干燥过程的加热温度的数字PID温度控制；
4、当物料温度传感器26监测到物料29中心温度低于设定温度且干燥腔内热风温湿度传感器25监测到真空脉动干燥箱体19的干燥腔内相对湿度低于设定湿度下限时，工控触摸一体机35发出指令切换到常压阶段；
5、重复步骤2至步骤4；
干燥过程中，工控触摸一体机35实时显示并存储称重传感器27称得物料29的质量，若在30分钟内质量数值变化小于1g，则干燥结束；雾化泵2、单向电磁阀3、排风排湿电磁阀6、加热管7、空气电加热装置9、比例阀11、单向止回阀15、冷却水箱排水阀22、真空泵23、轴流风机32、热风回风管路电磁阀34、离心变频风机38全部关闭，泄压电磁阀30开启，排污阀31开启清理污水。
在本步骤2中，进一步包括热风排湿控制方法，包括以下步骤：
a.当工控触摸一体机35监测到当前湿度大于或者等于设定湿度上限且物料29中心温度仍未达到设定温度时，控制系统给出排湿指令；
排风排湿电磁阀6开启，热风回风管路电磁阀34开启，真空脉动干燥箱体19内部的干燥腔的湿热空气经过热风回风管路36流向加热管7进行加热；雾化泵2、单向电磁阀3、比例阀11关闭，湿空气从排风排湿电磁阀6的出口位置排出；
b.当检测到当前湿度小于设定湿度下限时，控制系统给出关闭排湿指令；
排风排湿电磁阀6关闭，雾化泵2、单向电磁阀3、比例阀11开启，热风回风管路电磁阀34关闭；
c.通过上述步骤a和b的循环往复使气流温湿度稳定在设定范围内。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、在真空脉动干燥过程的常压干燥阶段，通过循环热风干燥系统精准控制通入真空脉动干燥箱体19内部在一定温度、湿度范围的热风，避免了以往冷空气直接通入造成冷凝污染物料29，且一定温度、湿度范围的热风具备高焓值，有效提高对流换热系数和换热效率。
2、在真空脉动干燥过程的常压干燥阶段，循环热风干燥系统的挡风板16使得气流按一定角度流入，在弧形扰流板14的引导作用下穿过料层支架17上的物料29，轴流风机32的变风速对流动的热风起到扰流作用；真空干燥阶段时，真空泵23在抽气的过程中，弧形扰流板14起到了一定的扰流作用。通过上述部件的作用极大地提高物料干燥的均匀性。
3、热风干燥阶段：采用循环热风干燥技术高风速有效提高热风干燥的对流换热系数和换热效率；采用湿度控制技术在保证物料干燥效率的前提下使热风干燥过程大部分时间均处于近似封闭的气流循环过程，利用高温高湿干燥介质中蕴含的热量，避免不断加热冷空气，有效地降低热风干燥能耗；在弧形扰流板和轴流风机的双重作用下，在控制设备制造成本的前提下，有效提高热风干燥的均匀性。
4、真空干燥阶段采用真空脉动干燥技术，压力交替变化不但适时打破了干燥过程中物料表面水蒸汽分压与干燥环境水蒸汽分压的平衡，增大了传质动力，更有助于扩充物料的微孔道，拓宽干燥过程中物料水分传递的路径，从而进一步有效地提高组合干燥的效率，缩短干燥时间，降低了干燥能耗，并提高了干燥产品的复水性。
5、组合干燥的热风干燥阶段采用基于温湿度控制的循环热风干燥技术，风速为0～5m/s，风向可根据挡风板角度调节，可调风速能有效提高热风干燥的对流换热系数和换热效率；
6、组合干燥的热风干燥阶段采用湿度控制排湿技术，基于设定的湿度上下限在线监测的干燥室湿度进行干燥过程中的间歇式自动排湿；
7、整套设备具有自动化程度高、劳动强度低等特点。
附图说明
图1为本发明的一种温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥设备的主视结构示意图。
图2为本发明的一种温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥设备的热风内循环轴流风机的分布结构示意图。
附图标记：
1、水箱 2、雾化泵
3、单向电磁阀 4、空气加热箱
5、喷嘴 6、排风排湿电磁阀
7、加热管 8、热风温湿度传感器
9、空气电加热装置 10、热风进风管路
11、比例阀 12、管路温湿度传感器
13、真空管路 14、弧形扰流板
15、单向止回阀 16、挡风板
17、料层支架 18、干燥腔真空传感器
19、真空脉动干燥箱体 20、余热回收装置
21、风冷系统 22、冷却水箱排水阀
23、真空泵 24、真空泵冷却水箱
25、干燥腔内热风温湿度传感器 26、物料温度传感器
27、称重传感器 28、碳纤维红外加热板
29、物料 30、泄压电磁阀
31、排污阀 32、轴流风机
33、物料盘 34、热风回风管路电磁阀
35、工控触摸一体机 36、热风回风管路
37、导流板 38、离心变频风机
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1和图2所示，一种温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥设备，包括：循环热风干燥系统、组合干燥机体、脉动真空发生系统、真空加热系统和自动控制系统。
循环热风干燥系统包括水箱1、雾化泵2、空气加热箱4、喷嘴5、加热管7、空气电加热装置9、热风进风管路10、热风回风管路36、导流板37、离心变频风机38和轴流风机32；其中，
水箱1和空气加热箱4的第一侧通过第一管道连接，水箱1和空气加热箱4之间的第一管道上设有雾化泵2。所述第一管道的进口布置于水箱1内部，第一管道的出口由空气加热箱4的第一侧的上部进入空气加热箱4内部。所述第一管道的出口处设有喷嘴5。空气加热箱4内部设有多个平行布置的加热管7，所述加热管7与喷嘴5的位置对应。离心变频风机38布置在空气加热箱4的第一侧的外部，离心变频风机38的出风口经由空气加热箱4的第一侧的下部与空气加热箱4的内部连通。
空气加热箱4的第二侧的上部与组合干燥机体的真空脉动干燥箱体19的第一侧的上部之间设有热风进风管路10，热风进风管路10的进风口与加热管7的位置对应。空气加热箱4的内部由离心变频风机38的出风口下方到热风进风管路10的进口的下方之间设有导流板37。热风进风管路10上设有空气电加热装置9。轴流风机32位于真空加热系统里面的料层支架17之间。空气加热箱4的底部与组合干燥机体的真空脉动干燥箱体19的第一侧的下部之间设有热风回风管路36。
组合干燥机体包括弧形扰流板14、真空脉动干燥箱体19、挡风板16和排污阀31。
真空脉动干燥箱体19采用双层结构，内层采用厚度4～10mm的304不锈钢制造，外层为1-2mm的304不锈钢蒙皮，真空脉动干燥箱体19内外层之间填充保温材料。
组合干燥机体的真空脉动干燥箱体19的内部为干燥腔。所述干燥腔的顶部设有由真空脉动干燥箱体19的第一侧的上部进入的热风进风管路10的出风口，弧形扰流板14和挡风板16通过铰链固定在真空脉动干燥箱体19的干燥腔的侧壁面上，其角度可通过铰链调节大小。泄压管路上设有排污阀31。
脉动真空发生系统包括真空管路13、余热回收装置20、风冷系统21、真空泵23和真空泵冷却水箱24。
真空泵23的抽气口通过真空管路13连接热风进风管路10，真空泵23的出水口通过管路通入真空泵冷却水箱24内。真空泵冷却水箱24的一端连接风冷系统21，余热回收装置20安装在真空管路13的内壁面上。
真空加热系统包括料层支架17、碳纤维红外加热板28、物料29、物料盘33。
组合干燥机体的真空脉动干燥箱体19的干燥腔中设有多层结构的料层支架17。料层支架17的各层上设有碳纤维红外加热板28，用于放置物料29的物料盘33放置在碳纤维红外加热板28之间。优选地，物料盘33由金属太空铝制成。
自动控制系统包括单向电磁阀3、排风排湿电磁阀6、热风温湿度传感器8、比例阀11、管路温湿度传感器12、单向止回阀15、干燥腔真空传感器18、冷却水箱排水阀22、干燥腔内热风温湿度传感器25、物料温度传感器26、称重传感器27、泄压电磁阀30、热风回风管路电磁阀34和工控触摸一体机35，实现循环热风干燥控制及真空脉动干燥控制。
水箱1和空气加热箱4之间的第一管道上设有单向电磁阀3，真空管路13上设有单向止回阀15，所述真空脉动干燥箱体19的侧部设有与其内部的干燥腔相通的干燥腔真空传感器18与干燥腔内热风温湿度传感器25，真空泵冷却水箱24的下部设有冷却水箱排水阀22，料层支架17下部连接称重传感器27，热风进风管路10上设有比例阀11和管路温湿度传感器12，排风排湿电磁阀6安装在空气加热箱4的上壁面，热风温湿度传感器8安装在空气加热箱4的侧壁面，且和热风进风管路10的进口保持一定距离。物料温度传感器26安装在真空脉动干燥箱体19的干燥腔内，干燥过程中物料温度传感器26的铠装接头插入物料29的中心位置。工控触摸一体机35安装在真空脉动干燥箱体19外壁面的一侧，其电线通过航空接头连入到真空脉动干燥箱体19的干燥腔内。
组合干燥机体的真空脉动干燥箱体19的干燥腔的底部连通由真空脉动干燥箱体19的第一侧的下部进入的热风回风管路36。热风回风管路36上设有热风回风管路电磁阀34。
真空脉动干燥箱体19底部设有由真空脉动干燥箱体19的第一侧的下部进入的热风回风管路36的泄压管路，所述泄压管路上设有泄压电磁阀30。
雾化泵2、单向电磁阀3、排风排湿电磁阀6、加热管7、热风温湿度传感器8、空气电加热装置9、比例阀11、单向止回阀15、干燥腔真空传感器18、余热回收装置20、冷却水箱排水阀22、真空泵23、干燥腔内热风温湿度传感器25、物料温度传感器26、碳纤维红外加热板28、泄压电磁阀30、排污阀31、热风回风管路电磁阀34和离心变频风机38均与控制系统相连。
循环热风干燥系统通过热风进风管路10和热风回风管路36与组合干燥机体相连接，真空加热系统位于组合干燥机体内部，且循环热风干燥系统的轴流风机32位于真空加热系统里面的料层支架17之间，排列方式如图2所示。脉冲真空发生系统通过真空管路13和组合干燥机体相连接，自动控制系统通过工控触摸一体机35发送与接收信号，控制单向电磁阀3、排风排湿电磁阀6、热风温湿度传感器8、比例阀11、管路温湿度传感器12、单向止回阀15、干燥腔真空传感器18、干燥腔内热风温湿度传感器25、物料温度传感器26、称重传感器27、泄压电磁阀30、热风回风管路电磁阀34和工控触摸一体机35等部件，实现循环热风干燥及真空脉动干燥。
其中，所述热风进风管路10、热风回风管路36、热风回风管路电磁阀34、离心变频风机38、空气电加热装置9、单向电磁阀3、比例阀11的管路外壁均包裹保温材料。
其中，所述控制系统的温度范围为0～100℃，控温精度±1℃，湿度监控范围为0～100％RH，误差±5％RH，真空度范围0～100kPa，误差±2kPa，称重范围0～3kg，精度±5g。
本发明的工作过程为：
雾化泵2将水箱1里的水抽出并雾化喷射到加热管7表面，迅速变成水蒸气。热风温湿度传感器8监测空气加热箱4中的温度、湿度参数。离心变频风机38经导流板37引导将控制在一定范围温度、湿度参数的热风吹入热风进风管路10。热风进风管路10连接真空脉动干燥箱体19，热风进风管路10上设有空气电加热装置9、比例阀11和管路温湿度传感器12，被加热的空气沿着热风进风管路10进入真空脉动干燥箱体19内部的干燥箱，若在热风进风管路10中，管路温湿度传感器12监测到热风温度下降到低于设定值，则空气电加热装置9开始工作以补充相应的热量损失。
被加热的空气由热风进风管路10自干燥腔顶部进入干燥腔。热风进风管路10的出风口设有挡风板16和弧形扰流板14。挡风板16的弧度可调节，便于风向的调节。轴流风机32固定在料层支架17的中间。热风经过弧形扰流板14的扰流作用使得不同料层之间的风速趋于一致，再经过轴流风机32的吹送，下穿流过物料表面，使得风速在料盘表面基本不变且大大提高物料干燥的均匀性。
真空脉动干燥箱体19的底部连接热风回风管路36，连接管路上设有热风回风管路电磁阀34，所述雾化泵2、单向电磁阀3、排风排湿电磁阀6、加热管7、热风温湿度传感器8、空气电加热装置9、比例阀11和热风回风管路电磁阀34均与控制系统相连。
所述工控触摸一体机35完成组合干燥过程的参数设置，包括热风干燥温度、热风干燥湿度上限和下限、热风干燥时间、真空干燥温度、真空干燥时间、真空保持时间与常压保持时间；工控触摸一体机35按照上述设置参数，完成循环热风干燥过程、真空脉动干燥过程的控制与加工模式切换；工控触摸一体机35完成组合干燥过程的各个关键参数的实时显示；所述控制系统完成干燥腔真空传感器18的信号采集，余热回收装置20、加热管7、碳纤维红外加热板28、比例阀11、真空泵23、泄压电磁阀30、排污阀31、热风回风管路电磁阀34、单向止回阀15、空气电加热装置9和离心变频风机38的控制，并在控制系统的控制下实现真空脉动干燥过程。
其中，当处于真空干燥阶段时，碳纤维红外加热板28开启，对物料29进行辐射加热，比例阀11、泄压电磁阀30、排污阀31和热风回风管路电磁阀34全部关闭，单向止回阀15开启，真空泵23运行，对真空脉动干燥箱体19的干燥腔内的物料进行真空干燥。余热回收装置20将从真空脉动干燥箱体19里抽出的湿热气体进行热量回收，风冷系统21对真空泵冷却水箱24里的水进行冷却降温，防止水温过热导致真空泵23损坏。
当工控触摸一体机35检测到真空脉动干燥箱体19内部干燥腔的真空度低于设定下限时，雾化泵2、单向电磁阀3、加热管7、空气电加热装置9以及离心变频风机38开启，比例阀11每隔一段时间循环打开和关闭，将热空气通入到真空脉动干燥箱体19内部的干燥腔，使得干燥腔内真空度上升，直至超过真空度设定下限；当工控触摸一体机35检测到真空脉动干燥箱体19内部的真空度高于设定上限时，雾化泵2、单向电磁阀3、加热管7、空气电加热装置9、离心变频风机38和比例阀11全部关闭。通过上述循环往复使得真空脉动干燥箱体19内部的干燥腔的真空度稳定在设定上限与下限之间。
在真空泵23工作的时候，弧形扰流板14对真空脉动干燥箱体19内部的气流起到“扰流”的作用，有利于物料干燥均匀。
其中，当处于常压干燥阶段时，单向止回阀15、余热回收装置20、真空泵23、风冷系统21、排污阀31、泄压电磁阀30关闭，碳纤维红外加热板28保持开启不变，同时加热管7、离心变频风机38、比例阀11开启，外界空气经离心变频风机38吹向导流板37，在导流板37的引导作用下，空气经过加热管7加热后进入热风进风管路10中，当管路温湿度传感器12检测到温度低于设定温度时，空气电加热装置9开启，对热风进风管路10中的空气再次进行加热，直到达到设定温度范围内。热风经过挡风板16的阻挡作用后按一定角度进入真空脉动干燥箱体19内部的干燥箱，在弧形扰流板14的引导作用下均匀地穿过料层支架17上的物料29。此时，轴流风机32开启，对流动的热风起到扰流作用，使物料加热更均匀。
当工控触摸一体机35检测到当前湿度大于或者等于设定湿度上限且物料29中心温度仍未达到设定温度时，系统给出排湿指令。排风排湿电磁阀6开启，热风回风管路电磁阀34开启，真空脉动干燥箱体19内部的干燥腔的湿热空气经过热风回风管路36流向加热管7进行加热。雾化泵2、单向电磁阀3、比例阀11关闭，湿空气从排风排湿电磁阀6的出口位置排出；当检测到当前湿度小于设定湿度下限时，系统给出关闭排湿指令，排风排湿电磁阀6关闭，雾化泵2、单向电磁阀3、比例阀11开启，热风回风管路电磁阀34关闭。通过上述步骤循环往复使气流温湿度稳定在设定范围内。
在常压干燥阶段，每隔一定时间关闭比例阀11、热风回风管路电磁阀34和轴流风机32，称重传感器27将此刻的物料29质量信号发送给工控触摸一体机35，待示数稳定后存储在内存里，然后开启比例阀11、热风回风管路电磁阀34和轴流风机32，继续进行常压干燥。
按照设定好的参数工控触摸一体机35进行发送与接收指令，控制干燥过程为真空干燥阶段与常压干燥阶段两种方式，当物料温度传感器26监测到物料29中心温度低于设定温度且干燥腔内热风温湿度传感器25监测到真空脉动干燥箱体19的干燥腔内相对湿度较低时，工控触摸一体机35发出指令切换到常压阶段；当物料温度传感器26监测到物料29中心温度达到设定温度且干燥腔内热风温湿度传感器25监测到相对湿度较高时，工控触摸一体机35发出指令切换到真空阶段，并在过程中记录并显示物料29的质量变化。
所述控制系统采集干燥腔内热风温湿度传感器25的信号，控制离心变频风机38、空气电加热装置9、排风排湿电磁阀6、雾化泵2、单向电磁阀3、比例阀11，并在控制系统的控制下实现对热风干燥过程的加热温度的数字PID温度控制，热风排湿控制；所述控制系统采集物料温度传感器26信号，控制碳纤维红外加热板28，并在控制系统的控制下实现对真空脉动干燥过程的加热温度的数字PID温度控制。
一种温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥方法，包括以下步骤：
1、物料盘33放置在碳纤维红外加热板28之间，物料29放置在物料盘33上。在干燥开始前，雾化泵2、单向电磁阀3、排风排湿电磁阀6、加热管7、空气电加热装置9、比例阀11、单向止回阀15、冷却水箱排水阀22、真空泵23、泄压电磁阀30、排污阀31、轴流风机32、热风回风管路电磁阀34、离心变频风机38全部关闭，水箱1中注入水。
2、碳纤维红外加热板28开启，对物料29进行辐射加热。
工控触摸一体机35发出指令获取真空脉动干燥箱体19干燥腔内物料29的中心温度，若温度低于设定值则进入常压干燥阶段，过程中监测真空脉动干燥箱体19干燥腔内的温湿度情况。
雾化泵2、单向电磁阀3、加热管7、比例阀11、离心变频风机38开启。
外界空气经离心变频风机38吹向导流板37，在导流板37的引导作用下，空气经过加热管7加热后进入热风进风管路10中，当管路温湿度传感器12检测到温度低于设定温度时，空气电加热装置9开启，对热风进风管路10中的空气再次进行加热，直到达到设定温度范围内。热风经过挡风板16的阻挡作用后按一定角度进入真空脉动干燥箱体19内部的干燥腔，在弧形扰流板14的引导作用下均匀地穿过料层支架17上的物料29。此时，轴流风机32开启，对流动的热风起到扰流作用，使物料加热更均匀。
在本步骤2中，进一步包括热风排湿控制方法，包括以下步骤：
a.当工控触摸一体机35监测到当前湿度大于或者等于设定湿度上限且物料29中心温度仍未达到设定温度时，控制系统给出排湿指令。
排风排湿电磁阀6开启，热风回风管路电磁阀34开启，真空脉动干燥箱体19内部的干燥腔的湿热空气经过热风回风管路36流向加热管7进行加热。雾化泵2、单向电磁阀3、比例阀11关闭，湿空气从排风排湿电磁阀6的出口位置排出。
b.当检测到当前湿度小于设定湿度下限时，控制系统给出关闭排湿指令。
排风排湿电磁阀6关闭，雾化泵2、单向电磁阀3、比例阀11开启，热风回风管路电磁阀34关闭。
c.通过上述步骤a和b的循环往复使气流温湿度稳定在设定范围内。
每隔一定时间关闭比例阀11、热风回风管路电磁阀34和轴流风机32，称重传感器27将此刻的物料29质量信号发送给工控触摸一体机35，待示数稳定后存储在内存里，然后开启比例阀11、热风回风管路电磁阀34和轴流风机32，继续进行常压干燥。
所述控制系统采集干燥腔内热风温湿度传感器25的信号，控制离心变频风机38、空气电加热装置9、排风排湿电磁阀6、雾化泵2、单向电磁阀3、比例阀11，并控制系统的控制下实现对热风干燥过程的加热温度的数字PID温度控制、热风排湿控制。
3、当物料温度传感器26监测到物料29中心温度达到设定温度且干燥腔内热风温湿度传感器25监测到当前湿度大于或者等于设定湿度上限时，工控触摸一体机35发出切换指令进入真空干燥阶段。单向止回阀15开启，真空泵23运行，对真空脉动干燥箱体19的干燥腔内的物料进行真空干燥。余热回收装置20开启，将从真空脉动干燥箱体19里抽出的湿热气体进行热量回收，风冷系统21开启，对真空泵冷却水箱24里的水进行冷却降温，防止水温过热导致真空泵23损坏。
当工控触摸一体机35检测到真空脉动干燥箱体19内部干燥腔的真空度低于设定下限时，雾化泵2、单向电磁阀3、加热管7、空气电加热装置9以及离心变频风机38开启，比例阀11每隔一段时间循环打开和关闭，将热空气通入到真空脉动干燥箱体19内部的干燥腔，使得干燥腔内真空度上升，直至超过真空度设定下限；当工控触摸一体机35检测到真空脉动干燥箱体19内部的真空度高于设定上限时，雾化泵2、单向电磁阀3、加热管7、空气电加热装置9、离心变频风机38和比例阀11全部关闭。通过上述循环往复使得真空脉动干燥箱体19内部的干燥腔的真空度稳定在设定上限与下限之间。
在真空泵23工作的时候，弧形扰流板14对真空脉动干燥箱体19内部的气流起到“扰流”的作用，有利于物料干燥均匀。
所述控制系统采集物料温度传感器26信号，控制碳纤维红外加热板28，并在控制系统的控制下实现对真空脉动干燥过程的加热温度的数字PID温度控制。
4、当物料温度传感器26监测到物料29中心温度低于设定温度且干燥腔内热风温湿度传感器25监测到真空脉动干燥箱体19的干燥腔内相对湿度低于设定湿度下限时，工控触摸一体机35发出指令切换到常压阶段。
5、重复步骤2至步骤4。干燥过程中，工控触摸一体机35实时显示并存储称重传感器27称得物料29的质量，若在30分钟内质量数值变化小于1g，则干燥结束。雾化泵2、单向电磁阀3、排风排湿电磁阀6、加热管7、空气电加热装置9、比例阀11、单向止回阀15、冷却水箱排水阀22、真空泵23、轴流风机32、热风回风管路电磁阀34、离心变频风机38全部关闭，泄压电磁阀30开启，排污阀31开启清理污水。
本发明的一种温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥方法与设备可适用于葡萄、香蕉片和猕猴桃片等物料的干燥加工。
Claims (9)
1.一种温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥设备，其特征在于：所述设备包括：循环热风干燥系统、组合干燥机体、脉动真空发生系统、真空加热系统和自动控制系统；
循环热风干燥系统包括水箱(1)、雾化泵(2)、空气加热箱(4)、喷嘴(5)、加热管(7)、空气电加热装置(9)、热风进风管路(10)、热风回风管路(36)、导流板(37)、离心变频风机(38)和轴流风机(32)；其中，
水箱(1)和空气加热箱(4)的第一侧通过第一管道连接，水箱(1)和空气加热箱(4)之间的第一管道上设有雾化泵(2)；所述第一管道的进口布置于水箱(1)内部，第一管道的出口由空气加热箱(4)的第一侧的上部进入空气加热箱(4)内部；所述第一管道的出口处设有喷嘴(5)；空气加热箱(4)内部设有多个平行布置的加热管(7)，所述加热管(7)与喷嘴(5)的位置对应；离心变频风机(38)布置在空气加热箱(4)的第一侧的外部，离心变频风机(38)的出风口经由空气加热箱(4)的第一侧的下部与空气加热箱(4)的内部连通；
空气加热箱(4)的第二侧的上部与组合干燥机体的真空脉动干燥箱体(19)的第一侧的上部之间设有热风进风管路(10)，热风进风管路(10)的进风口与加热管(7)的位置对应，使空气经过加热管(7)加热后进入热风进风管路(10)中；在空气加热箱(4)的内部，在离心变频风机(38)的出风口下方到热风进风管路(10)的进风口的下方之间设有导流板(37)；热风进风管路(10)上设有空气电加热装置(9)；轴流风机(32)位于真空加热系统的料层支架(17)的各层之间；空气加热箱(4)的底部与组合干燥机体的真空脉动干燥箱体(19)的第一侧的下部之间设有热风回风管路(36)；
组合干燥机体包括真空脉动干燥箱体(19)；
组合干燥机体的真空脉动干燥箱体(19)的内部为干燥腔；所述干燥腔的顶部设有由真空脉动干燥箱体(19)的第一侧的上部进入的热风进风管路(10)的出风口；
脉动真空发生系统包括真空管路(13)、余热回收装置(20)、风冷系统(21)、真空泵(23)和真空泵冷却水箱(24)；
真空泵(23)的抽气口通过真空管路(13)连接热风进风管路(10)，真空泵(23)的出水口通过管路通入真空泵冷却水箱(24)内；真空泵冷却水箱(24)的一端连接风冷系统(21)，余热回收装置(20)安装在真空管路(13)的内壁面上；
真空加热系统包括料层支架(17)、碳纤维红外加热板(28)、物料(29)、物料盘(33)；
组合干燥机体的真空脉动干燥箱体(19)的干燥腔中设有多层结构的料层支架(17)；料层支架(17)的各层上设有碳纤维红外加热板(28)，用于放置物料(29)的物料盘(33)放置在碳纤维红外加热板(28)之间；
自动控制系统包括单向电磁阀(3)、排风排湿电磁阀(6)、热风温湿度传感器(8)、比例阀(11)、管路温湿度传感器(12)、单向止回阀(15)、干燥腔真空传感器(18)、冷却水箱排水阀(22)、干燥腔内热风温湿度传感器(25)、物料温度传感器(26)、称重传感器(27)、泄压电磁阀(30)、热风回风管路电磁阀(34)和工控触摸一体机(35)，实现循环热风干燥控制及真空脉动干燥控制；
水箱(1)和空气加热箱(4)之间的第一管道上设有单向电磁阀(3)，真空管路(13)上设有单向止回阀(15)，所述真空脉动干燥箱体(19)的侧部设有与其内部的干燥腔相通的干燥腔真空传感器(18)和干燥腔内热风温湿度传感器(25)，真空泵冷却水箱(24)的下部设有冷却水箱排水阀(22)，料层支架(17)下部连接称重传感器(27)，热风进风管路(10)上设有比例阀(11)和管路温湿度传感器(12)，排风排湿电磁阀(6)安装在空气加热箱(4)的上壁面，热风温湿度传感器(8)安装在空气加热箱(4)的侧壁面，且和热风进风管路(10)的进口保持一定距离；物料温度传感器(26)安装在真空脉动干燥箱体(19)的干燥腔内，干燥过程中物料温度传感器(26)的铠装接头插入物料(29)的中心位置；工控触摸一体机(35)安装在真空脉动干燥箱体(19)外壁面的一侧；
组合干燥机体的真空脉动干燥箱体(19)的干燥腔的底部连通由真空脉动干燥箱体(19)的第一侧的下部进入的热风回风管路(36)；热风回风管路(36)上设有热风回风管路电磁阀(34)；
真空脉动干燥箱体(19)底部设有由真空脉动干燥箱体(19)的第一侧的下部进入的热风回风管路(36)的泄压管路，所述泄压管路上设有泄压电磁阀(30)；
雾化泵(2)、单向电磁阀(3)、排风排湿电磁阀(6)、加热管(7)、热风温湿度传感器(8)、空气电加热装置(9)、比例阀(11)、单向止回阀(15)、干燥腔真空传感器(18)、余热回收装置(20)、冷却水箱排水阀(22)、真空泵(23)、干燥腔内热风温湿度传感器(25)、物料温度传感器(26)、碳纤维红外加热板(28)、泄压电磁阀(30)、排污阀(31)、热风回风管路电磁阀(34)和离心变频风机(38)均与控制系统相连。
2.如权利要求1所述的温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥设备，其特征在于：真空脉动干燥箱体(19)采用双层结构，内层采用厚度4～10mm的304不锈钢制造，外层为1-2mm的304不锈钢蒙皮，真空脉动干燥箱体(19)内外层之间填充保温材料。
3.如权利要求1所述的温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥设备，其特征在于：弧形扰流板(14)和挡风板(16)通过铰链固定在真空脉动干燥箱体(19)的干燥腔的侧壁面上，其角度能够通过铰链调节大小。
4.如权利要求1所述的温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥设备，其特征在于：泄压管路上设有排污阀(31)。
5.如权利要求1所述的温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥设备，其特征在于：物料盘(33)由金属太空铝制成。
6.如权利要求1所述的温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥设备，其特征在于：所述热风进风管路(10)、热风回风管路(36)、热风回风管路电磁阀(34)、离心变频风机(38)、空气电加热装置(9)、单向电磁阀(3)、比例阀(11)的管路外壁均包裹保温材料。
7.如权利要求1所述的温湿度控制的热风与真空脉动组合干燥设备，其特征在于：所述控制系统的温度范围为0～100℃，控温精度±1℃，湿度监控范围为0～100％RH，误差±5％RH，真空度范围0～100kPa，误差±2kPa，称重范围0～3kg，精度±5g。
8.一种使用如权利要求1至7之一所述的温湿度控制的热风与真空脉动干燥设备的热风与真空脉动组合干燥方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1、物料盘(33)放置在碳纤维红外加热板(28)之间，物料(29)放置在物料盘(33)上；在干燥开始前，雾化泵(2)、单向电磁阀(3)、排风排湿电磁阀(6)、加热管(7)、空气电加热装置(9)、比例阀(11)、单向止回阀(15)、冷却水箱排水阀(22)、真空泵(23)、泄压电磁阀(30)、排污阀(31)、轴流风机(32)、热风回风管路电磁阀(34)、离心变频风机(38)全部关闭，水箱(1)中注入水；
2、碳纤维红外加热板(28)开启，对物料(29)进行辐射加热；
工控触摸一体机(35)发出指令获取真空脉动干燥箱体(19)干燥腔内物料(29)的中心温度，若温度低于设定值则进入常压干燥阶段，过程中监测真空脉动干燥箱体(19)干燥腔内的温湿度情况；
雾化泵(2)、单向电磁阀(3)、加热管(7)、比例阀(11)和离心变频风机(38)开启；
外界空气经离心变频风机(38)吹向导流板(37)，在导流板(37)的引导作用下，空气经过加热管(7)加热后进入热风进风管路(10)中，当管路温湿度传感器(12)检测到温度低于设定温度时，空气电加热装置(9)开启，对热风进风管路(10)中的空气再次进行加热，直到达到设定温度范围内；热风经过挡风板(16)的阻挡作用后按一定角度进入真空脉动干燥箱体(19)内部的干燥箱，在弧形扰流板(14)的引导作用下均匀地穿过料层支架(17)上的物料(29)；此时，轴流风机(32)开启，对流动的热风起到扰流作用，使物料加热更均匀；
每隔一定时间关闭比例阀(11)、热风回风管路电磁阀(34)和轴流风机(32)，称重传感器(27)将此刻的物料(29)的质量信号发送给工控触摸一体机(35)，待示数稳定后存储在内存里，然后开启比例阀(11)、热风回风管路电磁阀(34)和轴流风机(32)，继续进行常压干燥；
控制系统采集干燥腔内热风温湿度传感器(25)的信号，控制离心变频风机(38)、空气电加热装置(9)、排风排湿电磁阀(6)、雾化泵(2)、单向电磁阀(3)、比例阀(11)，并在控制系统的控制下实现对热风干燥过程的加热温度的数字PID温度控制、热风排湿控制；
3、当物料温度传感器(26)监测到物料(29)中心温度达到设定温度且干燥腔内热风温湿度传感器(25)监测到当前湿度大于或者等于设定湿度上限时，工控触摸一体机(35)发出切换指令进入真空干燥阶段；单向止回阀(15)开启，真空泵(23)运行，对真空脉动干燥箱体(19)的干燥腔内的物料进行真空干燥；余热回收装置(20)开启，将从真空脉动干燥箱体(19)里抽出的湿热气体进行热量回收，风冷系统(21)开启，对真空泵冷却水箱(24)里的水进行冷却降温，防止水温过热导致真空泵(23)损坏；
当工控触摸一体机(35)检测到真空脉动干燥箱体(19)内部干燥腔的真空度低于设定下限时，雾化泵(2)、单向电磁阀(3)、加热管(7)、空气电加热装置(9)以及离心变频风机(38)开启，比例阀(11)每隔一段时间循环打开和关闭，将热空气通入到真空脉动干燥箱体(19)内部的干燥腔，使得干燥腔内真空度上升，直至超过真空度设定下限；当工控触摸一体机(35)检测到真空脉动干燥箱体(19)内部的真空度高于设定上限时，雾化泵(2)、单向电磁阀(3)、加热管(7)、空气电加热装置(9)、离心变频风机(38)和比例阀(11)全部关闭；从而使得真空脉动干燥箱体(19)内部的干燥腔的真空度稳定在设定上限与下限之间；
在真空泵(23)工作的时候，弧形扰流板(14)对真空脉动干燥箱体(19)内部的气流起到“扰流”的作用，有利于物料干燥均匀；
所述控制系统采集物料温度传感器(26)的信号，控制碳纤维红外加热板(28)，并在控制系统的控制下实现对真空脉动干燥过程的加热温度的数字PID温度控制；
4、当物料温度传感器(26)监测到物料(29)中心温度低于设定温度且干燥腔内热风温湿度传感器(25)监测到真空脉动干燥箱体(19)的干燥腔内相对湿度低于设定湿度下限时，工控触摸一体机(35)发出指令切换到常压阶段；
5、重复步骤2至步骤4；
干燥过程中，工控触摸一体机(35)实时显示并存储称重传感器(27)称得物料(29)的质量，若在(30)分钟内质量数值变化小于(1)g，则干燥结束；雾化泵(2)、单向电磁阀(3)、排风排湿电磁阀(6)、加热管(7)、空气电加热装置(9)、比例阀(11)、单向止回阀(15)、冷却水箱排水阀(22)、真空泵(23)、轴流风机(32)、热风回风管路电磁阀(34)、离心变频风机(38)全部关闭，泄压电磁阀(30)开启，排污阀(31)开启清理污水。
9.如权利要求8所述的热风与真空脉动组合干燥方法，其特征在于：
在本步骤2中，进一步包括热风排湿控制方法，包括以下步骤：
a.当工控触摸一体机(35)监测到当前湿度大于或者等于设定湿度上限且物料(29)中心温度仍未达到设定温度时，控制系统给出排湿指令；
排风排湿电磁阀(6)开启，热风回风管路电磁阀(34)开启，真空脉动干燥箱体(19)内部的干燥腔的湿热空气经过热风回风管路(36)流向加热管(7)进行加热；雾化泵(2)、单向电磁阀(3)、比例阀(11)关闭，湿空气从排风排湿电磁阀(6)的出口位置排出；
b.当检测到当前湿度小于设定湿度下限时，控制系统给出关闭排湿指令；
排风排湿电磁阀(6)关闭，雾化泵(2)、单向电磁阀(3)、比例阀(11)开启，热风回风管路电磁阀(34)关闭；
c.通过上述步骤a和b的循环往复使气流温湿度稳定在设定范围内。
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