CN110926120B - 室平衡的动态真空系统及物料干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及室平衡的动态真空系统及物料干燥方法。动态真空系统，包括真空工作室、辅助换热器、冷凝热交换器和真空平衡室，真空工作室中放置待干物料，真空工作室上设有介质入口和蒸汽出口，真空工作室中安装辅助换热器，真空工作室通过蒸汽出口和蒸汽出口阀门与真空平衡室连通；真空平衡室与真空泵连接，真空平衡室底部设有排水口；冷凝热交换器将从真空工作室中流入的混合有水蒸气的介质蒸汽降温后在真空平衡室中将水蒸气冷凝相变为冷凝水，冷凝水汇聚在真空平衡室底部通过排水口排出。本发明是有水蒸气做导热介质的真空干燥、热处理及蒸发系统，用以物料的真空干燥、蒸发和真空热处理，改变了对传统的真空环境的改造利用和使用效率。

Description

室平衡的动态真空系统及物料干燥方法

技术领域

本发明涉及一种真空系统，具体涉及一种有可控导热介质的室平衡的动态真空系统及物料干燥方法。

背景技术

干燥的需求几乎遍布绝大多数的工业领域，在不断进行干燥技术研发的同时，更应该注重提高效率、有效地利用能源，减少对环境的不利影响。与常规干燥技术相比真空干燥有着效率高、节省能源、排放少的诸多优点，公知的真空环境下没有导热介质，也就无法在真空环境进行热交换。在真空环境里，水的沸点随真空度的上升而持续下降，根据水蒸气饱和温度和压力关系数据，相对真空度40kpa水的沸点是85.5℃，相对真空度60kpa水的沸点是75℃，相对真空度80kpa时，水的沸点60.1℃，相对真空度90kpa时，水的沸点只有45.3℃。如果真空状态下可以有导热介质，那么就可以把热传导到被干燥物料，不但节省能源，还可使得物料的干燥效率得到极大的提高。

传统的干燥方法大都是采用在常压下的热风对流干燥，周期长、效率低、能耗高，这里对传统的干燥方式就不过多赘述。目前较先进干燥技术是真空干燥，以木材干燥为例：目前大多采用的是真空高频干燥、真空热板干燥、间歇式或脉冲式真空干燥，间歇式或者脉冲式真空干燥是一种真空对流干燥。但是由于目前所有的真空干燥的真空都需要由真空泵的持续运行来维持，真空泵抽真空必然会抽排了干燥室的水蒸气，水蒸气是导热介质，是干燥过程所需要的热量的载体，真空泵抽真空就无法使导热介质和真空同时共存，对蒸汽的抽排不仅造成导热介质的缺失浪费了大量能源，而且也无法建立热力学平衡从而导致对热量无法进行科学计算和对干燥过程合理控制，这也就决定了目前所有的真空干燥技术都不是一个科学合理的真空干燥技术，至今国内外干燥行业以及一些使用真空系统的行业都没有解决真空系统能够科学合理地使用和控制导热介质的问题。

对于真空干燥的定义以及权威理论解释和理论计算可参考：普通高等教育“十一五”国家级规划教材、高等院校木材科学与工程专业规划教材《木材加工工艺学》作者：张炼百；《木材真空干燥设备加热系统理论计算的探讨》，伊松林、张璧光、何正斌、苑青微，化工机械，2010，37(3):312～315；《真空条件下木材表面水分蒸发速率模型及应用初探》，何正斌、李帆、伊松林、张璧光，北京林业大学学报，2010，32(6):105～108。在国家高等院校教材《木材加工工学》中，作者南京林业大学张炼百教授对于木材真空干燥给出了权威定义和解释，所用的方法也是由真空泵与冷凝器连接，直接排出木材干燥产生的湿水蒸气以维持系统真空度；论文作者张壁光尹松林等北京林业大学几位教授都是国内著名干燥学专家，在其论文中也是用真空泵连接冷凝器，直接抽排水蒸气维持真空的真空干燥模式作为真空干燥技术在做理论研究，并给出了理论计算模型。所以，现有真空干燥技术的定义，都是用真空泵直接排除物料所蒸发的水蒸气，使用真空泵维持真空。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供室平衡的动态真空系统，以解决在真空状态下可控导热介质的真空干燥的问题。在这前文技术背景下，发明室平衡动态真空系统是对真空干燥技术做出创新性改变，可实现真正有可控导热介质的真空干燥系统，不用真空泵而是用系统本身水蒸气的热量传递构建平衡，从而保有了稳定且可控的导热介质，极大地提高了干燥的效率和产品质量稳定性，节省大量能源，为整个干燥行业开辟了一个新的局面。

本发明的技术路线是利用水和水蒸气在真空状态下真空压力所对应温度饱和点吸热、放热相变的特性构建一个封闭的热平衡系统，达到真空状态下不用真空泵，用相变维持的稳定可控的动态真空系统。系统分两部分，一部分是水分吸热相变蒸发的部分，称为真空工作室也是物料的干燥室；一部分是水蒸气放热冷凝相变凝结的部分，称为真空平衡室。真空工作室蒸汽出口与真空平衡室蒸汽入口相连，利用系统干燥过程的蒸汽产生相变在两室间建立压力平衡，同时也是一个热平衡。见附图6：热平衡、压力平衡示意图。

首先通过对物料的预热后，介质蒸汽与物料换热，物料中水分在真空压力对应的饱和温度点相变产生蒸汽，体积迅速增大真空度下降，水蒸气进入真空平衡室，在平衡室水蒸气与冷凝管路接触放热相变冷凝成水，体积急剧缩小真空度上升，利用这个蒸汽相变的特殊过程，使真空工作室和真空平衡室保持压力相同，建立一个封闭的热平衡系统。在这个封闭的平衡系统内部，所有用于干燥的介质蒸汽和物料中蒸发出来的蒸汽，都有序地从真空平衡室流入真空平衡室冷凝换热建立一个热平衡，从而达到压力平衡，用真空泵抽排无法构建平衡。由于蒸汽的冷凝相变是蒸汽与冷凝换热器管道接触换热时发生的，不会在接触冷凝管道以前发生凝结，所以真空工作室和真空平衡室的蒸汽温度基本相同，那么系统即可当作一个等温、等压的系统，系统的温度T、压力P一定时，两室水蒸气的性质相同。根据阿伏伽德罗定律的推论，该热平衡系统是一个质量平衡、压力平衡、热量平衡的热平衡系统。

一、室平衡动态真空系统平衡要素：

热量平衡。

热量平衡的表达式可以写成：q j+q f＝q n+q s

q j进入真空工作室的介质蒸汽热量

q f辅助加热换热器消耗掉的热量

q n真空平衡室冷凝器吸收的热量

q s真空平衡室冷凝水显热

介质蒸汽通常在开始阶段和干燥降速期介质浓度不足以提供足够热量时，才开启阀门增加导热介质，所以，q j提供的热量很少；在干燥恒速期q j＝0，依靠物料中水分蒸发的部分水蒸气进入风道做循环，利用部分进入风道的蒸汽再加热提高水蒸气介质的过热度，节省了大量介质蒸汽。所以，在干燥恒速期，假定真空工作室和真空平衡室都是绝热的，那么热量平衡的表达式可以写成：

q f＝q n+q s，也就是：

真空工作室辅助加热器提供的热量＝真空平衡室冷凝器冷凝水吸收的热量+凝结水的显热

由此可见，系统的平衡是由工作室的辅助加热换热器和平衡室的冷凝热交换器之间的热量平衡决定，和蒸汽量多少无关，也就是说在平衡的情况下，不论工作室产生多少蒸汽，只要在平衡室冷凝相同量的蒸汽就会依然保持平衡，与量的多少无关。

室平衡动态真空系统的真空压力利用平衡即可维持，不需要真空泵持续抽真空，系统的真空度只取决于工作前的预置的真空度，即静态真空的真空压力值P，静态真空压力P是由真空泵预先对系统抽空设定的，建立动态真空时，可控制平衡室冷凝速度始终大于工作室的蒸汽速度，可使工作室的真空度持续上升，控制蒸汽冷凝量等于蒸汽发生量时系统发生平衡，直到到达需要的真空压力值Pv时建立平衡，Pv的值永远小于P。由此可见，通过对冷凝速率的控制，Pv可以是在0到P的范围内的任意值，在Pv的任意值都可以建立并维持平衡。

由于室平衡动态真空系统是一个热力学平衡，所以，Pv确定后，蒸汽温度T也随之确定，水蒸气性质是Pv、T状态下的饱和蒸汽。由此可见，动态真空系统状态的控制是由冷凝系统的控制决定。在室平衡动态真空系统中，有序流动的水蒸气既是维持热平衡的因子，同时也是真空状态下物料干燥的导热介质，彻底解决了真空状态干燥无法换热的问题。在真空平衡室，通过冷凝水和水蒸气的换热还可以把热量回收再次利用。

同时也可以看到，室平衡动态真空系统的能源率利用率非常之高，除设备的自身散热外没有任何不当的热量消耗，从效率上、能耗上都是其他真空干燥技术和方法不可比拟的，室平衡动态真空系统的创立是对真空干燥技术的一次创新性变革。

蒸汽质量平衡：

室平衡动态真空系统是一个质量平衡的热平衡系统。物料干燥产生的的蒸汽和导热介质蒸汽管道补充的导热介质蒸汽的质量之和等于平衡室通过冷凝换热器冷凝的蒸汽的质量。当系统在压力Pv平衡时，两室的蒸汽都是性质相同的饱和水蒸气，在干燥恒速阶段，真空工作室水蒸气的蒸发量等于真空平衡室蒸汽的冷凝量，因此，通过对冷凝速率的有效控制，动态真空平衡时，工作室的蒸汽产生量和平衡室蒸汽冷凝量是一个质量平衡，增量多少不会影响平衡，蒸汽的发生量是由辅助加热换热器提供的热量决定，冷凝效率的控制决定了系统压力、质量的平衡，设计上冷凝器的换热效率要始终高于辅助加热换热器的换热效率，才能保证对冷凝效率的有效控制，保证系统压力的稳定，也就保证了系统的平衡。同时这对于真空干燥来说，利用这个特点可以实现效率最大化。

二、系统平衡的结构：

室平衡动态真空系统由真空工作室、真空平衡室两部分组成。

真空工作室热

真空工作室是系统的核心部分是对物料进行干燥地方，工作室的辅助加热换热面积对物料的干燥起着关键性作用，直接影响着产品的质量、成本、效率等诸多方面。

干燥所需要的热量主要靠辅助加热换热器提供，由于真空状态下物料的干燥是一个热、质同传的过程，负压越大物料内部的压力梯度也越大，水分溢出到表面与导热介质换热相变的速度就会大大加快，经过加热，导热介质蒸汽增加了一定的过热度，这个过热度既可以保证和水交换足够的热量产生相变，同时又要保证不能使自身放热而发生逆向相变，不同的真空压力、温度效果也都不同，压力高，水的沸点也高，为了降低水的沸点需要通过减压操作来降低沸腾温度，在对应的温度下，当水的蒸汽压力等于水表面的总压力时，就会发生沸腾。

现在用实例结合传热原理说明真空工作室的能量衡算关系：

假设要把100kg的待干物料，从初始含水率80％干燥到含水率10％。条件假设：物料初始温度21℃，

物料的比热容c 1＝3.8kj/kg·℃水的比热容c 2＝4.168kj/kg·℃

初始重量*(1-80％)＝最终重量*(1-10％)最终重量＝100kg*0.2/0.9＝22.2kg，所以需要去掉的水分100-22.2＝77.8kg m′＝77.8kg。

(1)压力p＝60kpa时，温度T＝85.6℃汽化潜热r＝2293.9kj/kg

干燥100kg物料需要的热量：Q＝m·c 1·t+m′·r＝100X(85.6–21)X3.8+77.8X2293.9＝203013.4kj

每公斤水分的蒸发需要热量＝203013.4kj/77.8＝2609.4kj/kg

(2)压力p＝20kpa时，温度T＝60℃气化潜热r＝2358kj/kg

蒸发100kg物料需要的热量＝温度升高的60℃的热能+水在20kpa压力的潜热＝100*(60-21)*3.8+77.8*2358＝19827.4kj

每kg水分的干燥需要热量19827.4kj/77.8kg＝2549kj/kg.

换热面积可以按照公式：

Q＝K·A·Δt

A＝Q/A·Δt

A–换热面积m2；Q–总换热量w；K–换热系数w/m 2·K；△t-两种流体温差K；

用两种流体温差求对数平均温差可得。换热系数根据不同种类、材质的换热方法而异，可参考换热系数表参照计算。

以上可知，压力越低，干燥所消耗的热能越少，充分体现了真空干燥的节能高效的实际情况。辅助换热器的选择要考虑机壳散热和其他未知的热量损失，热量计算时考虑放大系数，正常情况总热量乘以1.2系数，结合物料的干燥特性，不能盲目求快，由于室平衡动态真空系统不同于其他的干燥技术，可借鉴的经验数据较少，还要在实践中多多总结，制定合理的干燥周期，本人多年经验，传统干燥方法积累的经验所制定的干燥周期通常都是室平衡动态真空系统的10倍以上，所以建议按照传统的干燥周期除以5-10来制定自己的干燥周期，再在实践中加以调整。

真空平衡室

真空平衡室是室平衡动态真空系统的必须环节，是与其他真空干燥方法的根本区别所在。

真空平衡室内部装有冷凝管束，底部可以储存冷凝水，冷凝管束与冷凝水面留有一定距离不能接触到冷凝水面，真空平衡室是室平衡动态真空系统的控制枢纽，通过对冷凝速度的控制，可以决定真空压力P V的值，设计时要考虑到对冷凝的速度的控制，是决定系统压力P、温度T的关键，所以，设备的设计安装时冷凝器换热效率要大于辅助加热器换热效率。在建立动态真空时，要控制平衡室的蒸汽冷凝速度始终大于工作室的蒸汽产生速度，可使工作室的真空度持续缓慢上升，控制蒸汽冷凝量可控制真空压力值Pv建立平衡，Pv的值小于静态真空压力P，Pv是动态平衡的真空压力值。由于有了真空平衡室，才可以把系统里所有的水蒸气进行封闭换热，从而建立起一个热平衡系统，是热平衡系统保障了真空环境下水蒸气有序地流动，使得室平衡动态真空系统成为一个始终存在有序流动的导热介质的真空系统。真空平衡室的能量衡算关系：

Q＝Q潜+Q显

Q----流入真空平衡室热量；Q潜----冷却水吸收气化潜热；Q显----冷凝水显热

冷凝面积公式与真空工作室面积公式相同A＝Q/A·Δt

冷凝水流速，可以用冷凝水总换热量÷冷却水每公斤吸收热量求得，冷凝水的进、出口温度和流速是控制系统压力的关键数据，在应用中正确选择冷凝方式，和足够得换热面积，以保证系统有最好的冷凝效率。由于水蒸气总是不能完全的与冷凝管道接触换热，所以真空平衡室可以优选两级或多级方案并选择串联或并联的方式连接，以保证水蒸气更加完全地换热。

三、发明的具体方案：

本发明采用的具体技术方案为：室平衡动态真空系统，包括真空工作室、辅助加热换热器、冷凝换热器、真空平衡室，所述真空工作室中放置待干物料，真空工作室上设有介质蒸汽入口和蒸汽出口，真空工作室中安装辅助加热换热器用于加热介质蒸汽和待干物料换热，真空工作室通过蒸汽出口和蒸汽出口阀门与真空平衡室连通；所述真空平衡室装设冷凝管束，真空平衡室与真空泵连接，真空平衡室底部设有排水口，所述冷凝换热器将真空工作室中流入真空平衡室的蒸汽冷凝，水蒸气相变凝结为水，冷凝水汇聚在真空平衡室底部通过排水口排出，由于室平衡动态真空系统是一个封闭的系统，所以冷凝水必须用水泵抽排。

室平衡动态真空系统工作时，首先，打开蒸汽出口阀门，真空工作室与真空平衡室连通，通过真空泵将真空工作室和真空平衡室抽真空至所要求范围后，关闭真空泵；然后，控制介质蒸汽从介质入口进入真空工作室风道，与辅助加热换热器换热，介质蒸汽离开风道与待干物料中的水换热，水在真空压力对应的温度饱和点蒸发为水蒸气，水蒸气与换热后的介质蒸汽混合，一部分从蒸汽出口进入到平衡室冷凝，一部分回到风道继续与辅助加热换热器换热，成过热的介质蒸汽，并重复上次过程与物料换热，进入真空平衡室的蒸汽与冷凝热交换器接触换热，水蒸气在与真空压力对应的温度饱和点相变凝结为水。冷凝水汇聚在真空平衡室底部通过水泵排出，控制冷凝器冷却水流量，保持真空工作室压力≥真空平衡室压力，即真空平衡室真空度≥真空工作室真空度，待真空工作室和真空平衡室压力平衡后，达到系统的真空压力平衡，动态真空系统干燥物料开始运行。

一般，可根据设备结构及冷凝需要将冷凝热交换器安装在真空平衡室内部，当本发明所述冷凝热交换器安装在真空平衡室内部时，混合有水蒸气的介质蒸汽从真空工作室中流入真空平衡室内后，通过真空平衡室内的冷凝热交换器将水蒸气冷凝相变为冷凝水。

一般，设置一个真空平衡室配合真空工作室建立室平衡的动态真空系统即可，特别地，可根据设备结构及真空工作室和真空平衡室压力平衡需要，将本发明所述真空平衡室设置为多级平衡室，即由两个及两个以上的真空平衡室串联组成多级平衡室，前一个真空平衡室的真空泵接口与后一个真空平衡室的介质蒸汽入口连通，并且冷凝水储存室之间底部联通，最后一个真空平衡室的真空泵接口与真空泵连接。

一般，可根据真空工作室换热需要，安装适合的辅助换热器，特别地，本发明公开了一种具体的真空工作室安装辅助换热器的方式，本发明所述真空工作室内壁面安装辅助换热器并通过风道隔板与放置待干物料的干燥室隔开，介质蒸汽从真空工作室的介质入口进入辅助换热器和风道隔板间的风道中进行加热后流入干燥室和待干物料进行换热。

为了高效利用蒸汽的热量以减少介质管道蒸汽的流入以节约能源，推动部分蒸发出的的水蒸气进入风道换热也成为介质蒸汽，并加快真空工作室内介质蒸汽的流动速度，本发明所述真空工作室的内部优选安装有风机。

一般，待干物料可采取直接放置在真空工作室内，或在真空工作室内设置物料架，将待干物料放置在物料架上等方式，特别地，本发明为了待干物料放置方便，本发明公开了一种具体的待干物料放置方式，本发明所述真空工作室内安装有料车轨道，待干物料装入物料小车后沿料车轨道推入真空工作室内。

为了方便一些待干物料的真空工作室中冷凝水的排放，本发明所述真空工作室底部安装有冷凝水水箱。

特别地，针对液态物料的干燥，本发明所述真空工作室立式放置，辅助换热器安装在真空工作室内的下部，液态的待干物料从真空工作室的介质入口注入，并由辅助换热器直接加热不需要介质蒸汽。

一般，设置一个真空工作室配合真空平衡室建立室平衡的动态真空系统即可，特别地，可根据设备结构及真空工作室和真空平衡室压力平衡需要，将本发明所述真空工作室为多级蒸发室，即由两个及两个以上的真空工作室串联组成多级蒸发室，各真空工作室之间通过水泵将真空工作室的底部排液口与介质入口相连通。

一般，可根据动态真空系统设备控制复杂程度，采取手动或自动控制，特别地，本发明优选所述真空平衡室底部安装有磁翻板液位仪，真空工作室的介质入口处依次安装有气体流量计和介质入口阀门，真空平衡室与真空泵之间安装有真空泵阀门，真空平衡室底部的排水口处安装有排水泵连接阀门、液体流量计和排水泵，并通过控制系统控制各阀门和泵的开关。

本发明还公开了一种室平衡的动态真空系统的物料干燥方法，其主要实施步骤为：

(1)建立静态真空

开始工作前，将待干物料置于真空工作室中，开启真空工作室和真空平衡室连接的蒸汽出口阀门，打开连接在真空平衡室的真空泵抽真空至所要求范围，建立一个静态真空平衡，关闭真空泵；

(2)搭建动态平衡

控制介质蒸汽从介质入口进入真空工作室，由辅助换热器加热待干物料和介质蒸汽，待干物料中的水蒸发为水蒸气，混合的水蒸气与介质蒸汽一部分从蒸汽出口流出，并经过经过冷凝热交换器换热在真空平衡室中水蒸气冷凝为冷凝水，此时，真空平衡室压力减小，真空度上升，控制调节冷凝速度，保持真空工作室的压力≥真空平衡室的压力，待真空工作室和真空平衡室压力平衡后，动态真空系统完成动态的真空压力平衡，动态真空系统开始干燥物料；

(3)真空平衡室排水

当真空平衡室中的冷凝水到达磁翻板液位仪设定的水位高度后，控制系统自动打开真空平衡室底部排水口阀门由水泵排出冷凝水，保持真空平衡室的真空体积基本稳定。

根据固态物料的干燥需要，本发明还公开了一种固态物料干燥方法，固态物料的干燥实施步骤为：

(1)干燥准备

将待干物料置于真空工作室，打开连接真空工作室和真空平衡室的连接阀门，启动真空泵抽真空至设定压力，排尽真空工作室中的空气，关闭空泵；

(2)待干物料预热

关闭蒸汽出口阀门，控制介质蒸汽从介质入口进入真空工作室，开启辅助换热器将真空工作室加热至所需温度后，关闭介质入口，结束加热；

(3)排水

打开真空工作室底部阀门排掉真空工作室的冷凝水，结束后关闭阀门；

(4)建立静态真空

打开蒸汽出口阀门，开启真空泵抽真空达到预定压力，真空工作室与真空平衡室静态压力平衡，关闭真空泵；

(5)搭建动态平衡

控制介质蒸汽干燥换热所需的流量，从介质入口进入真空工作室风道，与辅助加热换热器换热，介质蒸汽与待干物料换热，物料中水分吸热相变蒸发，介质蒸汽与蒸发出的水蒸气混合后，一部分混合蒸汽回到风道与辅助加热器再次换热，一部分进入真空平衡室冷凝相变，控制调整冷凝速度，保持真空工作室的压力≥真空平衡室的压力，直到所需真空压力，控制调整冷凝速度，保持PV恒定不变，此时，动态真空的室平衡完成；

(6)物料干燥

介质蒸汽通过辅助换热器加热成为过热蒸汽，从风道出来与物料交换热量，待干物料中的水份在真空中的低温沸点相变成水蒸气，混合有水蒸气的介质蒸汽一部分回到风道再次换热，一部分通过真空工作室的蒸汽出口进入真空平衡室，与冷凝热交换器接触冷凝相变成水；根据真空平衡室的磁翻板液位仪设定的水位高度，控制真空平衡室凝结的冷凝水排水；控制真空平衡室的压力和真空工作室的压力稳定，并保持真空工作室压力≥真空平衡室压力的动态平衡，动态真空系统持续工作直到真空工作室的干湿度达到预定要求，干燥结束；

(7)物料平衡水份

干燥结束后，关闭介质蒸汽进入真空工作室阀门，断开辅助换热器热源，自然冷却保持真空环境3-4小时。

根据固态物料的干燥需要，本发明还公开了一种液态物料干燥方法，液态物料的干燥实施步骤为：

(1)装料及建立静态真空

将原液从介质入口加入真空工作室设定高度，打开连接真空工作室和真空平衡室的连接阀门，启动真空泵抽真空至设定压力，排尽真空工作室中的空气，关闭空泵；

启动辅助换热器和冷凝热交换器，辅助换热器加热真空工作室中原液到真空低温沸点，原液中的水份沸腾蒸发，蒸汽进入真空平衡室与冷凝管接触换热冷凝成水，控制冷凝速度，使真空度保持稳定；

(2)搭建动态平衡

真空工作室中的原液在低温沸点不断蒸发，蒸汽进入平衡室冷凝相变，控制调整冷凝速度，使得整个动态真空系统的平衡稳定，保持真空工作室压力≥真空平衡室压力的动态平衡，动态平衡搭建完毕，室平衡的动态真空系统蒸发开始工作；

(3)物料蒸发

动态真空系统运行过程中，真空工作室设定补水水位，真空工作室水位到达补水水位时，及时补充原液；同时，真空平衡室设定排水水位，冷凝水水位达到磁翻板液位仪设定高度，控制真空平衡室底部排水口排水；及时进行调整和控制运行过程中压力的变化，直到干燥结束。

本发明涉及的可控水蒸气做导热介质的室平衡的动态真空系统，用以物料的真空干燥、蒸发和真空热处理。其可以广泛应用于木材、粮食、食品、药品、化工、煤炭等行业，尤其最近几年，由于科技的发展，干燥行业也进入了新的领域，锂电池、石墨烯行业，对干燥技术和干燥设备的创新和发展有着迫切的要求，应用也有着非常广阔的前景。属于能源动力领域。

有益效果

本发明室平衡的动态真空系统是通过建立热力学平衡，形成有有序流动的水蒸气做导热介质的真空干燥、热处理及蒸发系统，是气体对流传热方式的真空系统，在真空状态下始终保持着恒定真空压力，有水蒸气做导热介质，在实施过程中，由于和物料的换热，物料的中水份是低温临界点的气化过程，不同于常规干燥的水份挥发和蒸发，效率的提高是几何数量级的提高。本发明的可控制的气态导热介质的真空系统，是对传统的利用真空进行干燥方法的巨大突破，极大改变了对传统的真空环境的改造利用和使用效率。真空状态下气体对流传热的干燥方式比常温下干燥的效率提高数倍甚至十倍以上。

特别是，发明人在干燥过程中发现了真空工作室与真空平衡室之间存在着静态平衡与动态平衡两种平衡状态，静态平衡压力为p，所谓的动态平衡是指打开介质入口阀门，介质蒸气经过汽水分离器进入预置真空一定真空度的真空工作室，根据气体流量计反馈数据，调整蒸汽流量至介质干燥换热所需流量，真空工作室压力p1增大，真空度降低，蒸汽进入真空平衡室冷凝相变，真空平衡室压力P2减小，真空度上升，P1≧P2＞P，控制系统调整两室间汽通量及冷凝速度，保持P1≧P2，形成动态真空的室平衡，当真空工作室与真空平衡室之间形成动态平衡时，真空泵将处于关闭状态，即动态真空无需真空泵工作，两室间的热力平衡维持真空稳定。蒸汽经过风道与辅助换热器换热变成过热蒸汽，再把热量传递给物料，水蒸气放热物料中水份吸热产生低温沸点蒸发，流向平衡室冷凝相变为水，物料中水份不断地快速蒸发，由于过热蒸汽的干度为100％，所以物料中的水份会一直气化，直至湿度传感器显示物料到所要求的含水率，工作结束，全程由智能控制系统控制。因此，动态真空的室平衡与现有技术相比，其极大地提高了效率并非常节约能源，另外，实现了过热蒸汽干燥的连续生产，其内部的真空环境能够通过真空平衡室自发的维持。

真空平衡室与现有技术中冷凝器与现有技术中的冷却水箱相比有非常大的区别。

现有真空干燥系统的运行结构方式：

真空室工作室+冷凝器+储水箱+真空泵。真空泵是主要结构单元，真空泵直接排出水蒸气，储水箱收集冷凝水，主要工作也是由真空泵来完成，无法建立热平衡，系统也只能通过通空泵持续工作维持真空。

所以，现有技术的结构和运行方式有很多弊端：1、抽排水蒸气导致热量排放，不能建立平衡，只能使用真空泵维持真空；2、真空泵抽排了水蒸气会造成导热介质严重不足，没有导热介质物料中水分无法换热，以致干燥无法进行或干燥效率大大降低；3、真空泵持续运行耗费大量能源，且真空泵不易维护；4、抽排水蒸气造成大量热量的损失也不利于环保；5、热量及导热介质不可控会导致整个干燥过程的不可控。这也是目前的真空干燥技术在国际、国内都一直无法大范围应用的原因。

室平衡动态真空系统运行结构方式：

真空室工作室+真空平衡室+热平衡。在室平衡动态真空系统的运行结构中，真空泵不是主要的结构单元，只在开始工作前使用真空泵，建立静态真空后即关闭真空泵，并始终保持停机机状态，通过系统的热平衡维持真空。结构上，真空平衡室装设有冷凝管束并具有储水室功能，有足够的空间储存冷凝水以便定时排放，并且足够的空间保证了冷凝器管束具有足够大换热面积和换热效率，从而保证蒸汽的蒸发和冷凝之间的平衡关系。真空工作室和真空平衡室是一个密闭的系统空间，两室之间是一个热平衡状态，通过对冷凝速度的控制，在静态真空压力P的基础上，控制平衡室的蒸汽冷凝速度始终大于工作室的蒸汽产生速度，可使工作室的真空度持续缓慢上升，控制蒸汽冷凝量即可控制真空压力值在任何工作压力Pv建立平衡，Pv的值小于静态真空压力P，Pv是动态平衡的真空压力值。建立热平衡是系统的关键，控制冷凝效率是平衡的核心。为了使蒸汽充分冷凝，设计了多级的真空平衡室，可以使真空平衡室空间更大、换热面积更大、蒸汽更易于充分接触冷壁完全冷凝，更有利于形成动态压力平衡，真空依靠冷凝产生的压力平衡来维持，真空泵不工作，真空泵只是抽取初始真空。

发明人首先发现的室平衡动态真空环境理论可以总结如下：

利用水和水蒸气在真空状态下对应的温度饱和点吸热、放热相变的特性构建封闭的热平衡系统，用相变维持的稳定可控的动态真空系统。系统分两部分，一部分是水分吸热相变蒸发的部分，称为真空工作室也是物料的干燥室，；一部分是水蒸气放热冷凝相变凝结的部分，称为真空平衡室。真空工作室蒸汽出口与真空平衡室蒸汽入口相连，利用系统干燥过程的蒸汽产生相变在两室间建立一个热平衡。由于有了真空平衡室，才可以把系统里所有的水蒸气进行封闭换热，从而建立起一个热平衡系统，热平衡系统保证了真空环境下水蒸气有序地流动，使得室平衡动态真空系统成为一个始终存在有序流动的导热介质的真空系统。在这个封闭的平衡系统内部，所有用于干燥的介质蒸汽和物料中蒸发出来的蒸汽，都有序地从真空平衡室流入真空平衡室冷凝换热建立一个平衡，从而达到压力平衡，用真空泵抽排无法构建平衡。由于蒸汽的冷凝相变是蒸汽与冷凝换热器管道接触换热时发生的，不会在接触冷凝管道以前发生凝结，所以真空工作室和真空平衡室的蒸汽温度基本相同，那么系统即可当作一个等温、等压的系统，系统的温度T、压力P一定时，两室水蒸气的性质相同。根据阿伏伽德罗定律的推论，该热平衡系统是一个质量平衡、压力平衡、热量平衡的热平衡系统。

真空工作室内设辅助热交换器，辅助热交换器中使用热媒可以按干燥物料的种类和具体工况做多种选择；与之联通的真空平衡室内设冷凝管束冷凝管束中的冷媒也同样可按具体工况选择冷媒种类。蒸汽进入真空工作室充分热交换后，流向压力低的真空平衡室，与冷凝器热交换器换热，单位时间内蒸汽冷凝的量和蒸汽发生的量相等，即可形成真空中动态压力平衡，有导热介质的动态真空系统建立完成。

发明人将现有技术中的冷凝器更换为真空平衡室，给出了新的技术角度来重新认知冷凝技术在过热蒸汽干燥的作用，即现有技术中作将其作为处理废气和能量回收的手段，而在本申请中，其更作为干燥真空的动态维持手段，使得过热蒸汽干燥连续生产、节能减排达到更优的效果。

附图说明

图1室平衡的动态真空系统结构示意图及真空工作室局部剖面图；

图2木材干燥真空工作室b-b截面剖面图；

图3污泥干燥真空工作室b-b截面剖面图

图4变压器干燥真空工作室b-b截面剖面图

图5室平衡动态真空系统处理液态物料结构示意图

图6室平衡动态真空系统热平衡、压力平衡示意图

图例说明：

图1中：10为真空工作室，11为介质入口，12为蒸汽出口，13为蒸汽出口阀门，14为流量计，15为介质入口阀门，16为汽水分离器，17为凝结水水箱，18为水箱后阀门，19为水箱前阀门，20为真空平衡室，21为冷媒入口，22为冷媒出口，23为冷凝热交换器，24为真空泵阀门，25为真空泵，26为电液位仪，27为排水泵连接阀门，28为液体流量计，29为排水泵，31为热媒进口，32为热媒出口，33为辅助换热器，38为风机，s为疏水器，s1疏水器阀门，40为控制系统

图2中：39为木材，34为风道隔板，35为风道，36为物料小车，37为料车轨道

图3中：39为污泥，34为风道隔板，35为风道，36为物料小车，37为料车轨道

图4中：39为变压器，34为风道隔板，35为风道，36为物料小车，37为料车轨道

图5中：10、10a、10b为三个真空工作室，分别为一级蒸发真空工作室10、二级蒸发真空工作室10a、三级蒸发真空工作室10b；20、20a、20b为三个真空平衡室，分别为三级真空平衡室20、二级真空平衡室20a、一级真空平衡室20b；26、26a、26b为三个电液位仪，30、30a、30b为三个水泵，39a、39b为二个前阀门，41a、41b为二个后阀门，27、27a、27b为三个连接阀门，42为原液泵。

图6：室平衡动态真空系统的热平衡示意图

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面结合附图对本发明做一详细阐述，以使本发明的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为明确的界定。

室平衡的动态真空系统基本原理：室平衡的动态真空系统由真空工作室和真空平衡室组成，真空工作室设有给介质气体提供热量的热交换器，真空平衡室设有冷凝热交换器，两室联通打开真空泵抽真空至所需压力，真空度可以至超高真空，关闭真空泵，建立一个静态的真空系统，静态真空系统的压力P保持恒定。

当建立室平衡动态真空环境时，打开连接真空工作室的蒸汽阀，介质蒸汽进入真空工作室，真空工作室压力p1增大，真空度下降，蒸汽流向压力低的真空平衡室，在真空平衡室冷凝相变成水，由于冷凝水量很大，不能因及时排放冷凝水而破坏空间的密闭性，要存放在平衡室中集中定量排放，所以，平衡室要有足够的空间储存冷凝水，真空平衡室压力p2减小，真空度上升，控制系统调整冷凝速度，使得两室的压力p1≥p2，即：真空平衡室真空度≥真空工作室真空度，两室达到压力平衡并真空度稳定，形成一个质量平衡基础上的压力平衡的动态真空，即：有导热介质的室平衡动态真空系统。

动态真空无需真空泵工作，两室的压力平衡维持真空稳定。蒸汽经过风道与辅助换热器换热变成过热蒸汽，再把热量传递给物料，水蒸气放热物料中水份吸热产生低温沸点蒸发，流向平衡室冷凝相变为水，物料中水份不断地快速蒸发，直至湿度传感器显示物料到所要求的含水率，工作结束，全程由智能控制系统控制。

真空平衡室压力趋近于真空工作室压力时，动态真空系统维持稳定平衡，系统工作过程中始终，P1≥P2＞P

以下描述室平衡的动态真空系统，如附图1所示，室平衡的动态真空系统，包括真空工作室10、真空平衡室20和控制系统40。真空工作室10上设置有介质入口11和蒸汽出口12，介质入口11与蒸汽源、气体流量计14、介质入口阀门15、汽水分离器16依次连接；蒸汽出口12通过蒸汽出口阀门13连通真空平衡室20；真空工作室10内安装辅助换热器33，热媒从热媒进口31进入辅助换热器33，从热媒出口32流出辅助换热器33；真空工作室10内部安装有风机38；真空工作室10下部设置有凝结水水箱17，凝结水水箱17通过水箱后阀门18与真空工作室10连通，凝结水水箱17出水口安装有水箱前阀门19，真空工作室底部设有疏水器S即控制阀门S1，疏水器只在工作室热处理物料时使用。

真空平衡室由两个结构相同的真空平衡室20组成，前一个真空平衡室20的介质蒸汽入口通过蒸汽出口阀门13与真空工作室10的蒸汽出口12连通，前一个真空平衡室20的真空泵25接口与后一个真空平衡室20的介质蒸汽入口连通，后一个真空平衡室20的真空泵25接口通过真空泵阀门24与真空泵25连接；两个真空平衡室20底部分别安装有电液位仪26；每个真空平衡室20内部安装有冷凝热交换器23，冷媒由冷媒入口21进入冷凝热交换器23，从冷媒出口22流出冷凝热交换器23；两个真空平衡室20的底部排水口处分别安装有排水泵连接阀门27并经液体流量计28与排水泵29连接。

控制系统40连接并控制各阀门和泵的开关，以及收集反馈流量计和液位仪的数据信号。

如附图2所示，木材干燥真空工作室b-b截面剖面图。

真空工作室10内壁面安装辅助换热器33并通过风道隔板34与放置待干物料的干燥室隔开，热媒从热媒进口31进入辅助换热器33，从热媒出口32流出辅助换热器33；真空工作室10的介质入口11通在风道隔板34里侧，蒸汽出口12通在风道隔板外侧，介质蒸汽从真空工作室10的介质入口11进入辅助换热器33和风道隔板34间的风道35中进行加热后流入干燥室对待干物料进行加热。真空工作室10内安装有料车轨道37，待干物料装入物料小车36后沿料车轨道37推入真空工作室10内。

如附图3所示，污泥干燥真空工作室b-b截面剖面图。

如附图4所示，变压器干燥真空工作室b-b截面剖面图。

如附图5所示，为室平衡动态真空系统处理液态物料结构示意图。

室平衡的动态真空系统为三级蒸发进行液态物料蒸发、浓缩装置，大规模生产时需要多级蒸发。

动态真空系统系统包括一级蒸发真空工作室10、二级蒸发真空工作室10a、三级蒸发真空工作室10b等三个真空工作室，真空工作室立式放置，三个辅助换热器33分别安装在三个真空工作室10内的下部，液态的待干物料从一级蒸发真空工作室10的介质入口11注入，并由辅助换热器33直接加热生成混合有水蒸气的介质蒸汽；一级蒸发真空工作室10的介质入口11与原液、原液泵42、介质入口阀门15依次连接；三个真空工作室10之间分别通过水泵30、30a和前阀门39a、39b将真空工作室10的底部排液口与介质入口11相连通，三级蒸发真空工作室10b的底部排液口安装水泵30b用于浓缩液的排出；三个真空工作室10底部分别安装有电液位仪26、26a、26b；一级蒸发真空工作室10的蒸汽出口12直接通过蒸汽出口阀门13与一级真空平衡室20连通，二级蒸发真空工作室10a和三级蒸发真空工作室10b先分别通过后阀门41a、41b与蒸汽出口阀门13连通，再与一级真空平衡室20连通；

动态真空系统系统包括一级真空平衡室20、二级真空平衡室20a、三级真空平衡室20b等三个真空平衡室，连接结构形式与图2相似。三个真空平衡室20的底部排水口处分别安装有排水泵连接阀门27、27a、27b并经液体流量计28与排水泵29连接。

控制系统40连接并控制各阀门和泵的开关，以及收集反馈流量计和液位仪的数据信号。

辅助换热器33热源可以来自外部工厂蒸汽余热、烟气余热、太阳能、或者锅炉蒸汽、或者导热油，热源加热热媒通过辅助换热器33循环加热待蒸发原液。

三级蒸发真空工作室10b处理液温度最高，浓度也最高，所以三级蒸发真空工作室10b通过底部水泵30b排出浓缩液。

真空工作室和真空平衡室均设有电液位仪，真空平衡室底部相连，均设有冷凝水出口并通过排水泵29排出冷凝水。真空平衡室所设冷凝器冷媒出口均连接到冷媒出口22，冷媒进口均连接到冷媒入口21。

物料干燥方法实施步骤为：

实施步骤为：

(1)构建静态真空系统。开始工作前，物料置于物料小车36沿料车轨道37推入真空工作室10，关闭室门，开启连接真空工作室10和真空平衡室20的蒸汽出口阀门13，打开连接在真空平衡室20的真空泵25抽真空至所要求范围，建立一个静态真空平衡，真空度范围可以按需要至高真空或超高真空，关闭真空泵；

(2)在静态真空系统里搭建平衡。打开连接真空工作室10的介质入口阀门15，蒸汽经过汽水分离器16，控制系统40按换热量需求，调整蒸汽进入真空工作室10流量至干燥物料所需的介质蒸汽进入量，真空工作室10压力增大，真空度降低，水蒸气经过风道35，与辅助换热器33换热吸热，再把热量传递给物料，物料中水份低温沸腾，蒸发为水蒸气，水蒸气与介质蒸汽混合继续分别流向真空平衡室20和进入风道35，进入真空平衡室20的蒸汽与冷凝热交换器23换热，冷媒通过冷媒入口21经冷媒出口22循环吸收蒸汽热量，蒸汽冷凝相变，此时，真空平衡室压力减小，真空度上升，控制系统40调节冷媒流量，使得真空平衡室20压力P2和真空工作室10压力P1保持P1≥P2，待真空工作室10和真空平衡室20压力平衡后，动态真空系统完成动态的真空压力平衡，动态真空系统开始干燥运行。大规模生产中，冷媒所吸收的热量可以回收供热。

(3)平衡室排水。为保持真空平衡室20的真空体积基本稳定，冷凝水要及时排出，控制系统40设定磁翻板液位仪26的水位高度，冷凝水到达水位后，控制系统40自动打开管道所设排水泵连接阀门27开启排水泵29抽出冷凝水，排出水的水量是根据磁翻板液位仪26的数值计算出的水量，由流量计28反馈数据到控制系统40，控制系统40按照要求排水，排水后关闭排水泵连接阀门27，排水泵29自动停止工作。

(4)真空工作室排水。系统工作过程中，真空工作室10底部会有一些凝结水，为了不影响真空工作室10的环境，在真空工作室10的底部设有凝结水水箱17，凝结水水箱17前端的水箱前阀门19常开，凝结水流入到凝结水水箱17，排水时关闭水箱前阀门19，打开后端的水箱后阀门18排水，完成后，关闭水箱后阀门18再次打开水箱前阀门19即可。

(5)真空系统运行过程中，控制系统40根据真空工作室10的温度传感器、湿度传感器、压力传感器的反馈信号，对室平衡动态真空系统进行自动调整，直到物料干燥或蒸发完成。

以下是具体的干燥设备和干燥方法的应用。

实施例一：木材干燥步骤：

1)干燥准备：码垛好的木材，置于料车36，沿轨道37推入真空工作室10，关闭室门。打开阀门13和阀门24开启真空泵25抽真空至设定压力，排出室内空气，关闭阀门13和阀门24，真空泵25停泵。

2)木材预热：开启介质蒸汽入口阀门15及辅助换热器33换热系统，热媒经由入口31出口32循环供热，热媒可以是导热油或者高温高压蒸汽，控制系统40控制介质蒸汽压力及辅助换热器33的温度，使加热温度在30℃–100℃之间按所需温度，加热预定时间，关闭介质入口阀门15，加热结束。

3)排水：关闭介质蒸汽入口阀门15，打开水箱前阀门19、水箱后阀门18排掉真空工作室10的凝结水及蒸汽，使真空工作室10绝对压力下降到0.11Mp，即表压力0.01Mp，保持一点正压，防止空气进入，控制系统关闭水箱后阀门18、水箱前阀门19，排水结束。

4)建立静态真空：控制系统打开两室间连接阀门13，阀门24开启真空泵25，抽真空达到预定压力P，真空工作室10与真空平衡室20静态压力平衡，关闭阀门24及真空泵25。

5)搭建动态平衡：控制系统40打开介质入口阀门15，介质蒸气经过汽水分离器16进入真空工作室10，根据气体流量计14反馈数据，调整蒸汽流量至介质干燥换热所需流量。真空工作室10压力p1增大，真空度降低，蒸汽进入真空平衡室20冷凝相变，真空平衡室20压力P2减小，真空度上升，P1≧P2＞P，控制系统40调整冷凝速度，保持P1≧P2，形成动态真空的室平衡。

6)对木材进行干燥。介质蒸汽进入真空工作室10，开启风机38，蒸汽经过风道35与辅助换热器33换热吸热，辅助换热器需要缓慢升温，温度控制在比工作室内水份低温沸点略高即可，干燥后期可加热蒸汽为过热蒸汽，升温过快影响木材干燥质量，介质蒸汽把热量传递到木材，木材中水份在真空中达到低温沸点沸腾，水份相变气化成水蒸气，木材中水份气化过程中吸收介质蒸汽热量，介质蒸汽发生焓降，经换热后的介质蒸汽和木材蒸发的水蒸气混合，湿度增大，部分湿蒸汽再次进入风道35换热变过热蒸汽与木材换热，换热后的湿蒸汽通过真空工作室10的蒸汽出口12进入真空平衡室20，与冷凝热交换器23换热，冷凝相变成水，根据电液位仪26的水位计算出水量，由流量计28反馈数据到控制系统40，控制系统40自动启动排水泵29，排水结束后排水泵29自动停止工作。控制系统40根据工作室10的温度传感器、湿度传感器、压力传感器的反馈信号，对室平衡动态真空系统进行自动调整，控制真空工作室10压力P1和真空平衡室20压力P2稳定在所需的压力值，并保持动态平衡p1≧p2，动态真空系统持续工作直到真空工作室10的干湿度达到预定要求，干燥结束。

木材平衡水份。干燥结束后，关闭介质入口阀门15，停止辅助换热器33热源，自然冷却保持真空环境3、4个小时。

在整个过程中，动态真空系统控制并保持热平衡、质量平衡基础上的压力平衡稳定，实现真空系统中蒸汽导热介质的基本状态稳定可控。由于介质蒸汽经过二次加热，是过热蒸汽，干度100％，所以木材中水份会持续蒸发，直至湿度传感器显示木材到所要求的含水率，工作结束。

实施例二：泥浆干燥步骤：

1)干燥准备：待干泥浆装入盛器，用支架分层架起放到料车36，沿轨道37推入工作室10中，关闭室门。打开阀门13和阀门24开启真空泵25抽真空至设定压力，排出室内空气，关闭阀门13和阀门24，真空泵25停泵

2)预热及无氧杀菌：开启介质蒸汽入口阀门15及辅助换热器33换热系统，热媒经由入口31出口32循环供热，热媒可以是导热油或者高温高压蒸汽传热，控制系统40控制介质蒸汽压力及辅助换热器33的温度，使加热温度在50℃–70℃之间按所需温度，加热预定时间，关闭介质入口阀门15，加热结束，此时真空工作室10压力为正压。

3)排水排汽：关闭介质蒸汽入口阀门15，打开水箱前阀门19、水箱后阀门18排掉真空工作室10的凝结水及蒸汽，使真空工作室10绝对压力下降到0.11Mp，即表压力0.01Mp，保持一点正压，防止空气进入，控制系统关闭水箱后阀门18、水箱前阀门19，排水排汽结束。

4)建立静态真空：控制系统打开两室间连接阀门13，阀门24开启真空泵25，抽真空达到预定压力P，真空工作室10与真空平衡室20静态压力平衡，关闭阀门24及真空泵25。

5)搭建动态平衡：控制系统40打开介质入口阀门15，介质蒸气经过汽水分离器16进入真空工作室10，根据气体流量计14反馈数据，调整蒸汽流量至介质干燥换热所需流量。真空工作室10压力p1增大，真空度降低，蒸汽进入真空平衡室20冷凝相变，真空平衡室20压力P2减小，真空度上升，P1≧P2＞P，控制系统40调整两室间汽通量及冷凝速度，使得真空平衡室20压力P2和真空工作室10压力P1保持P1≧P2，形成动态真空的室平衡。

6)对污泥进行干燥。介质蒸汽进入真空工作室10，开启风机38，蒸汽经过风道35与辅助换热器33换热吸热，介质蒸气被加热成为过热蒸汽，介质蒸汽把热量传递到污泥，污泥中水份在真空中达到低温沸点沸腾，水份相变气化成水蒸气，污泥中水份气化过程中吸收介质蒸汽热量，经换热后的介质蒸汽和污泥蒸发的水蒸气混合，湿度增大，部分湿蒸汽再次进入风道35换热变过热蒸汽与污泥换热，换热后的湿蒸汽通过真空工作室10的蒸汽出口12进入真空平衡室20，与冷凝热交换器23换热，冷凝相变成水，根据电液位仪26的水位计算出水量，由流量计28反馈数据到控制系统40，控制系统40自动启动排水泵29，排水到污水池，根据需要做进一步污水处理，排水结束后排水泵29自动停止工作。控制系统40根据工作室10的温度传感器、湿度传感器、压力传感器的反馈信号，对室平衡动态真空系统进行自动调整，，控制真空工作室10压力P1和真空平衡室20压力P2稳定在所需的压力值，并保持动态平衡p1≧p2，动态真空系统持续工作直到真空工作室10的干湿度达到预定要求，干燥至含水10％的块状，由于块状污泥的干缩效应，污泥已经和盛器分离，容易取出，干燥结束。

7)污泥干燥块的高温热处理：干燥结束后，关闭阀门13，开大蒸汽阀门15，使工作室压力成正压，温度提高到150℃-200℃对污泥块进行高温热处理，3-5小时结束。

污泥块在过热蒸汽高温热处理下，污泥所含有的有机物质、细菌和微生物被高温分解或者碳化，有利于填埋、焚烧或其他用途。

实施例三：变压器干燥步骤：

1)干燥准备：待变压器放到料车36，沿轨道37推入工作室10中，关闭室门。打开阀门13和阀门24开启真空泵25抽真空至设定压力，排出室内空气，关闭阀门13和阀门24，真空泵25停泵

2)建立静态真空：控制系统打开两室间连接阀门13，阀门24开启真空泵25，抽真空达到预定压力P，真空工作室10与真空平衡室20静态压力平衡，关闭阀门24及真空泵25。

3)搭建动态平衡：控制系统40打开介质入口阀门15，介质蒸气经过汽水分离器16进入真空工作室10，根据气体流量计14反馈数据，调整蒸汽流量至介质干燥换热所需流量。真空工作室10压力p1增大，真空度降低，蒸汽进入真空平衡室20冷凝相变，真空平衡室20压力P2减小，真空度上升，P1≧P2＞P，控制系统40调整两室间汽通量及冷凝速度，使得真空平衡室20压力P2和真空工作室10压力P1保持P1≧P2，形成动态真空的室平衡。

4)对变压器的绝缘物进行干燥，介质蒸汽进入真空工作室10，开启风机38，蒸汽经过风道35与辅助换热器33换热吸热，介质蒸气被加热成为过热蒸汽，介质蒸汽温度不超过105℃，介质蒸汽把热量传递到变压器绝缘材料，绝缘材料中水份在真空中达到低温沸点气化，水份气化过程中吸收介质蒸汽热量，介质蒸汽发生焓降，经换热后的介质蒸汽和绝缘材料蒸发的水蒸气混合，湿度增大，部分湿蒸汽再次进入风道35换热成为过热蒸汽与绝缘材料换热，与绝缘材料换热后的湿蒸汽通过真空工作室10的蒸汽出口12进入真空平衡室20，与冷凝热交换器23换热，冷凝相变成水，根据电液位仪26的水位计算出水量，由流量计28反馈数据到控制系统40，控制系统40自动启动排水泵29，排水结束后排水泵29自动停止工作。控制系统40根据工作室10的温度传感器、湿度传感器、压力传感器的反馈信号，对室平衡动态真空系统进行自动调整，控制真空工作室10压力P1和真空平衡室20压力P2稳定在所需的压力值，并保持动态平衡p1≧p2，动态真空系统持续工作直到真空工作室10的干湿度达到预定要求，干燥至含水0.5％以下，干燥结束。

变压器的绝缘材料含水分不能超过0.5％，否则线圈很容易被击穿，影响使用寿命，一个大型变压器，含有几百上千公斤的绝缘材料，里面含有大量水分，极难干燥，动态真空系统利用过热蒸汽做导热介质节能高效，利用动态真空系统干燥变压器绝缘材料是一个非常好的方案。

实施例四：液态物料的蒸发浓缩实施例

液态物料的蒸发浓缩实用于海水淡化、污水浓缩、冶金化工中间体以及需要结晶处理的混合液体的浓缩处理。

实施步骤：

(1)装料及建立静态真空。控制系统40打开介质入口阀门15加入原液至电液位仪26设定高度，打开二个后阀门41a、41b和蒸汽出口阀门13，关闭二个前阀门39a、39b和三个连接阀门27、27a、27b，打开真空泵阀门24，开启真空泵25抽真空至设定所需压力P，控制系统停止抽真空，同时关闭真空泵阀门24和二个前阀门39a、39b。

控制系统40启动辅助换热器33和冷凝热交换器23，辅助换热器33加热一级蒸发真空工作室10中原液温度，设定一级蒸发真空工作室10压力范围，原液中的水份沸腾蒸发，一级蒸发真空工作室10压力P1增大，真空度降低，蒸汽快速依次进入一级真空平衡室20b、二级真空平衡室20a、三级真空平衡室20与冷凝热交换器23交换热量，冷凝成水，三个真空平衡室压力P2减小，真空度上升，控制冷凝速度，使真空度保持稳定；控制系统40监控一级蒸发真空工作室10原液温度高于低温沸点20℃时，打开前阀门39a，启动水泵30，把一级蒸发真空工作室10的热水抽到二级蒸发真空工作室10a，电液位仪16水位下降到设定补水水位时，水泵30停止泵水，原液泵42启动，给一级蒸发真空工作室10补充原液到设定高水位；继续加热原液到温度高于低温沸点20℃时，重复向二级蒸发真空工作室10a加水，直至二级蒸发真空工作室10a水位加到设定高度；监测一级蒸发真空工作室10温度高于低温沸点20℃时，开启前阀门39b和水泵30a向三级蒸发真空工作室10b补水，一级蒸发真空工作室10向二级蒸发真空工作室10a补水，原液泵42向一级蒸发真空工作室10补水，控制系统40自动监测任一真空工作室水位下降到补水位，停止向下一级真空工作室补水，同时上一级水泵启动补水至设定高位，三个真空工作室水位均在高位时室平衡的动态真空系统多级蒸发装置装料完毕，开始运行。

(2)搭建平衡。设定辅助加热器温度范围不低于70℃，低温沸点小于20℃，就是不低于，对应50℃要求压力0.012Mp，即真空度-0.088Mp，控制系统在装料完毕后，检测真空系统温度和压力，真空度小于-0.088Mp时，打开真空泵阀门24启动真空泵25补抽真空至真空度≥-0.088Mp，停真空泵25，关闭真空泵阀门24，真空工作室原液在低温沸点不断蒸发，蒸汽进入真空平衡室冷凝相变，控制系统40调整蒸汽出口阀门13的汽通量及冷凝速度，使得整个动态真空系统的平衡稳定，真空工作室压力和真空平衡室压力的P1和P2基本稳定，并保持P1≥P2形成一个质量平衡基础上的压力平衡，动态平衡搭建完毕，室平衡动态真空系统多级蒸发开始工作。

(3)物料蒸发。动态真空系统运行过程中，一级蒸发真空工作室10、二级蒸发真空工作室10a、三级蒸发真空工作室10b均设定排水水位和补水水位，三级蒸发真空工作室10b还设有排浓缩液结束水位，任一真空工作室水位到达补水水位时，先从三级蒸发真空工作室10b底部水泵30b启动排出浓缩液到液位仪设定的排浓缩液结束水位，同时，逐级向后补水，即：二级蒸发真空工作室10a向三级蒸发真空工作室10b补水、一级蒸发真空工作室10向二级蒸发真空工作室10a补水、原液泵42向一级蒸发真空工作室10补水；同时，三级真空平衡室20、二级真空平衡室20a、一级真空平衡室20b任一冷凝水水位达到电液位仪26设定高度，控制系统自动打开相对应连接阀门27、27a、27b，启动排水泵29排水，停泵、关闭阀门。

(4)控制系统40监控运行过程中温度、压力的变化，及时进行调整和控制，直到工作结束。

Claims (9)

1.室平衡的动态真空系统，包括真空工作室(10)、辅助换热器(33)、冷凝热交换器(23)和真空平衡室(20)，其特征在于：

所述真空工作室(10)中放置待干物料，真空工作室(10)上设有介质入口(11)和蒸汽出口(12)，真空工作室(10)中安装辅助换热器(33)，辅助换热器(33)用于加热待干物料和介质蒸汽，真空工作室(10)通过蒸汽出口(12)和蒸汽出口阀门(13)与真空平衡室(20)连通；

所述真空平衡室(20)安装冷凝热交换器(23)用于冷凝真空工作室流入的蒸汽，并与真空泵(25)连接，真空平衡室(20)底部设有排水口；

所述冷凝热交换器(23)将从真空工作室(10)中流入的混合有水蒸气的介质蒸在真空平衡室(20)中将水蒸气冷凝相变为冷凝水，冷凝水汇聚在真空平衡室(20)底部通过排水口排出；

其中，只在开始工作前使用真空泵(25)，建立静态真空后即关闭真空泵(25)，并始终保持停机状态，通过系统的热平衡维持真空，结构上，真空平衡室(20)装设有冷凝管束并具有储水室功能，有足够的空间储存冷凝水以便定时排放，并且足够的空间保证了冷凝器管束具有足够大换热面积和换热效率，从而保证蒸汽的蒸发和冷凝之间的平衡关系，真空工作室(10)和真空平衡室(20)是一个密闭的系统空间，两室之间是一个热平衡状态，通过对冷凝速度的控制，在静态真空压力P的基础上，控制平衡室的蒸汽冷凝速度始终大于工作室的蒸汽产生速度，可使工作室的真空度持续缓慢上升，控制蒸汽冷凝量即可控制真空压力值在任何工作压力Pv建立平衡，Pv的值小于静态真空压力P，Pv是动态平衡的真空压力值。

2.根据权利要求1所述的动态真空系统，其特征在于：所述真空平衡室(20)为多级平衡室，即由两个及两个以上的真空平衡室(20)串联组成多级平衡室，前一个真空平衡室(20)的真空泵(25)接口与后一个真空平衡室(20)的蒸汽入口连通，最后一个真空平衡室(20)的真空泵接口与真空泵(25)连接。

3.根据权利要求1所述的动态真空系统，其特征在于：所述真空工作室(10)的内部安装有风机(38)，所述真空工作室(10)内壁面安装辅助换热器(33)并通过风道隔板(34)与放置待干物料的干燥室隔开，介质蒸汽从真空工作室(10)的介质入口(11)进入辅助换热器(33)和风道隔板(34)间的风道(35)中进行加热后流入，干燥室对待干物料进行加热。

4.根据权利要求1所述的动态真空系统，其特征在于：所述真空工作室(10)内安装有料车轨道(37)，待干物料装入物料小车(36)后沿料车轨道(37)推入真空工作室(10)内。

5.根据权利要求1所述的动态真空系统，其特征在于：所述真空工作室(10)为多级蒸发室，即由两个及两个以上的真空工作室(10)串联组成多级蒸发室，各真空工作室(10)之间通过水泵将真空工作室(10)的底部排液口与介质入口(11)相连通。

6.根据权利要求1所述的动态真空系统，其特征在于：所述真空平衡室(20)底部安装有磁翻板液位仪(26)，真空工作室(10)的介质入口(11)处依次安装有气体流量计(14)和介质入口阀门(15)，真空平衡室(20)与真空泵(25)之间安装有真空泵阀门(24)，真空平衡室(20)底部的排水口处安装有排水泵连接阀门(27)、液体流量计(28)和排水泵(29)，并通过控制系统(40)控制各阀门和泵的开关。

7.适用权利要求1所述的动态真空系统的物料干燥方法，其实施步骤为：

(1)建立静态真空

开始工作前，将待干物料置于真空工作室(10)中，开启真空工作室(10)和真空平衡室(20)连接的蒸汽出口阀门(13)，打开连接在真空平衡室(20)的真空泵(25)抽真空至所要求范围，建立一个静态真空平衡，关闭真空泵(25)；

(2)搭建动态平衡

控制介质蒸汽从介质入口(11)进入真空工作室(10)，由辅助换热器(33)加热待干物料和介质蒸汽，待干物料中的水蒸发为水蒸气，混合的水蒸气与介质蒸汽从蒸汽出口(12)流出，并经过经过冷凝热交换器(23)在真空平衡室(20)中水蒸气冷凝为冷凝水，此时，真空平衡室(20)压力减小，真空度上升，控制调节冷凝速度和蒸汽出口阀门(13)的气通量，保持真空工作室(10)的压力≥真空平衡室(20)的压力，待真空工作室(10)和真空平衡室(20)压力平衡后，动态真空系统完成动态的真空压力平衡，动态真空系统开始干燥物料；

(3)真空平衡室排水

当真空平衡室(20)中的冷凝水到达设定的水位高度后，打开真空平衡室(20)底部排水口排出冷凝水，保持真空平衡室(20)的真空体积基本稳定。

8.权利要求1所述的动态真空系统的固态物料的干燥方法，实施步骤为：

(1)干燥准备

将待干物料置于真空工作室(10)，打开连接真空工作室(10)和真空平衡室(20)的连接阀门(13)，启动真空泵(25)抽真空至设定压力，排尽真空工作室(10)中的空气，关闭空泵(25)；

(2)待干物料预热

关闭蒸汽出口阀门(13)，控制介质蒸汽从介质入口(11)进入真空工作室(10)，开启辅助换热器(33)将真空工作室(10)加热至所需温度后，关闭介质入口(11)，结束加热；

(3)排水排汽

打开真空工作室(10)底部阀门排掉真空工作室(10)的凝结水及蒸汽；

(4)建立静态真空

打开蒸汽出口阀门(13)，开启真空泵(25)抽真空达到预定压力，真空工作室(10)与真空平衡室(20)静态压力平衡，关闭真空泵(25)；

(5)搭建动态平衡

控制介质蒸汽从介质入口(11)进入真空工作室(10)干燥换热所需的流量，介质蒸汽与蒸发的水蒸气混合后进入真空平衡室(20)冷凝相变，控制调整真空工作室(10)和真空平衡室(20)两室间汽通量及冷凝速度，保持真空工作室(10)的压力≥真空平衡室(20)的压力，形成动态真空的室平衡；

(6)物料干燥

控制介质蒸汽进入真空工作室(10)，介质蒸汽通过辅助换热器(33)加热成为过热蒸汽或干蒸汽，介质蒸汽把热量传递到待干物料，待干物料中的水份在真空中达到低温沸点沸腾相变气化成水蒸气，混合有水蒸气的介质蒸汽通过真空工作室(10)的蒸汽出口(12)进入真空平衡室(20)，水蒸气经冷凝热交换器(23)降温冷凝相变成水；根据真空平衡室(20)的设定的水位高度，控制真空平衡室(20)凝结的冷凝水排水；控制真空平衡室(20)的压力和真空工作室(10)的压力稳定，并保持真空工作室(10)压力≥真空平衡室(20)压力的动态平衡，动态真空系统持续工作直到真空工作室(10)的干湿度达到预定要求，干燥结束。

9.根据权利要求8所述的动态真空系统的固态物料的干燥方法，实施步骤为：

还包括物料平衡水份步骤，即，干燥结束后，关闭介质蒸汽从介质入口(11)进入真空工作室(10)，断开辅助换热器(33)热源，自然冷却保持真空环境3-4小时。

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