CN113624013A - 一种实验室用物料等温加热系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实验室用物料等温加热系统，包括加热炉和载气循环系统；外部的载气源依次通过第一载气阀和第二载气阀连通加热炉的载气入口；所述载气循环系统包括气体压缩机、贮气袋、过滤器和冷凝器，所述加热炉的载气出口依次通过冷凝器、过滤器和气体压缩机连接在两个载气阀之间；所述过滤器和气体压缩机之间还连接排空阀和贮气袋的进气阀。本系统利用热载气通过对流换热加热物料的同时，与载气同温的炉壁通过辐射同时加热物料，增加了物料升温均匀性，提高物料加热效率。

Description

一种实验室用物料等温加热系统及其控制方法

技术领域

本发明属于物料热处理领域，具体涉及一种实验室用物料等温加热系统及其控制方法。

背景技术

物料加热是实验室经常进行的物料处理方式之一，在进行物料加热时，特别是颗粒状、粉状物料，若物料内温差超出允许的范围，所处理的物料特性会有较大的差异，达不到实验目的。在实验室常用的加热设备有管式加热炉、马弗炉等，加热方式以传导、辐射为主，这就导致了样品表面或与管壁接触的物料温度高于其它部分，物料内温度梯度大，外部物料已达到加热要求，内部的温度还未达到要求。特别对于有挥发分析出的物料，如生物质等，受热后有挥发分析出，固体颗粒密度变小，导热系数减小，物料内部温差更大。现急需一种物料升温均匀，加热效率高的实验室用物料等温加热系统。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明旨在提供一种实验室用物料等温加热系统，本系统利用热载气通过对流换热来加热物料的同时，与载气同温的炉壁通过辐射同时加热炉物料，增加物料升温均匀性，提高物料加热效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种实验室用物料等温加热系统，包括加热炉和载气循环系统；外部的载气源依次通过第一载气阀和第二载气阀连通加热炉的载气入口；所述载气循环系统包括气体压缩机、贮气袋、过滤器和冷凝器，所述加热炉的载气出口依次通过冷凝器、过滤器和气体压缩机连接在两个载气阀之间；所述过滤器和气体压缩机之间还连接排空阀和贮气袋的进气阀。

优选地，所述加热炉自下而上设有包括载气加热段、物料加热段和冷却降温段的三个工段，加热炉中部的炉膛竖直贯穿三个工段设置，所述载气进口设在载气加热段的炉膛下方，所述载气出口设在冷却降温段的炉膛上方；所述炉膛内设有上下活动、装有物料的吊篮。

优选地，所述载气加热段和物料加热段的炉膛外均设有加热层和保温层；所述载气加热段的炉膛内壁设有换热翅片。

优选地，所述载气加热段和物料加热段之间的炉膛内利用水平设置的多孔板隔开，穿过多孔板的载气温度与物料加热段的炉膛温度相同。

优选地，所述冷却降温段的炉膛壁外设有连通外部冷却水源的循环水夹套。

优选地，所述炉膛顶部设有下料法兰，吊篮通过贯穿下料法兰的钢丝上下动作。

优选地，所述吊篮底部设有通气孔。

优选地，所述载气入口处安装有流量计。

优选地，所述载气加热段和物料加热段的炉膛外安装有第一温度检测仪，物料加热段的炉膛内设有第二温度检测仪。

相应的，本发明还提出了基于上述实验室用物料等温加热系统的控制方法，包括以下步骤：

1)将装有待加热物料的吊篮放入加热炉，打开载气阀与排空阀，对系统进行置换；

2)置换完成后，把物料放入物料加热炉段的炉膛内，载气加热段和物料加热段开始工作；根据实际需要通过加热系统的控制器设定升温程序，使物料加热炉段温度与载气温度相同；

3)关闭排空阀，打开贮气袋的进气阀，贮气袋开始贮气，贮气袋满后，关闭第一载气阀，停止向系统提供载气；

4)打开气体压缩机，载气在加热炉、冷凝器、过滤器之间循环利用，系统开始正常运行；当系统内气体体积波动时，由贮气袋内的气体进行调节；

5)加热炉按照加热系统控制器设定的升温程序进行工作，加热结束后，将吊篮提升至水冷却降温段；

6)循环水夹套中通入冷却循环水进行降温，并改变载气的入口与出口，使载气由原来的载气出口进入，从原来的载气入口排出，经过过滤器、冷凝器降温处理的载气，由上至下导入加热炉中进行降温处理。

本发明具有的有益效果为：

1.本发明载气加热段和物料加热段之间的炉膛内利用水平设置的多孔板隔开，载气加热段的炉膛内热气通过多孔板分流向上均匀流入物料加热段的炉膛内，可使物料加热段的气流流速均匀。

2.物料加热段的炉膛外亦设有与载气加热段相连的保温层，底部炉膛外载气加热段的热量在保温层的隔热下，向上能够向上传递至物料加热段，实现传导和辐射加热。对颗粒或粉状物料同时采用传导、对流、辐射三种方式进行加热，保证了加热的均匀性与加热效率。

3.冷却降温段采用冷却水套对炉体进行快速降温，减少物料在高温的停留时间，增加了高温时间段控制的精度。

4.吊篮可在上部钢丝的牵引下上下移动，在加热段和冷却段之间切换。可上下移动的吊篮内装有待加热的物料，吊篮底部设有通气孔，载气可通过底部通气孔流入吊篮加热物料，使物料的受热更加均匀。

5.过滤器和气体压缩机之间还连接有排空阀以及贮气袋的进气阀，当系统内气体体积波动时，由贮气袋内的气体进行调节。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提出了一种实验室用物料等温加热系统，包括加热炉2和载气循环系统；外部的载气源依次通过第一载气阀11和第二载气阀12连通加热炉2的载气入口201；载气循环系统包括气体压缩机8、贮气袋5、过滤器6和冷凝器4等，加热炉2的载气出口202依次通过冷凝器4、过滤器6和气体压缩机8连接在两个载气阀之间。过滤器6和气体压缩机8之间还连接有排空阀7以及贮气袋5的进气阀51。其中，贮气袋5正常运行时，贮气袋5的进气阀51打开，循环载气是不进入贮气袋5的，贮气袋5只起缓冲作用；当循环系统内气量变少时，贮气袋5的气体流出一部分补充循环用气，循环系统内的气体增加时，比如加热的物料产生了一部分气体，载气会进入贮气袋5中，以保证循环系统正常运行。

冷凝器4内有冰水混合物，保证温度在0℃ ，过滤器6可除去载气中的液滴，实现了载气的循环利用。

加热炉2自下而上设有包括载气加热段21、物料加热段22和冷却降温段23的三个工段，加热炉2中部的炉膛20竖直贯穿三个工段设置，炉膛20采用耐高温不锈钢管。载气进口设在载气加热段21的炉膛20下方，载气入口201处安装有流量计13。载气出口202设在冷却降温段23的炉膛20上方；炉膛20内上下活动设有装有物料的吊篮3。

载气加热段21的炉膛20壁由内向外设有换热翅片211、加热层212和保温层24。设在炉膛20内壁的换热翅片211均匀的布设在炉膛20四周，可对流经的载气进行加热。加热层212和保温层24设在炉膛20壁外，加热层212采用电加热机构。

载气加热段21和物料加热段22之间的炉膛20内利用水平设置的多孔板25隔开，载气加热段21的炉膛20内热气通过多孔板25分流向上均匀流入物料加热段22的炉膛20内，可使物料加热段22的气流流速均匀。穿过多孔板25的载气温度与物料加热段22的炉膛20温度相同，从而实现了物料加热段22炉膛20的侧壁与载气对物料的等温加热，显著增加物料升温均匀性，提高物料加热效率。

物料加热段22的炉膛20外亦设有加热层212和保温层24，物料加热段22的保温层24与载气加热段21相连，载气加热段21的热量在保温层24的保温隔热下，能够向上传递至物料加热段22，实现传导和辐射加热。对颗粒或粉状物料同时采用传导、对流、辐射三种方式进行加热，保证了加热的均匀性与加热效率。在控制系统控制下，物料加热段22炉膛20温度与物料加热段22的载气温度相同。控制系统可对炉膛20温升速度、温度等进行控制，并可实现载气温度与炉膛20温度相同，确保物料内外温度一致。

冷却降温段23的炉膛20壁外设有连通外部冷却水源的循环水夹套231。冷却降温段23采用冷却水套对炉体进行快速降温，减少物料在高温的停留时间，增加了高温时间段控制的精度。

炉膛20顶部设有下料法兰26，吊篮3通过贯穿下料法兰26的钢丝31上下动作。吊篮3可在上部钢丝31的牵引下上下移动，在加热段和冷却段之间切换。可上下移动的吊篮3内装有待加热的物料，吊篮3底部设有通气孔，载气可通过底部通气孔流入吊篮3加热物料，使物料的受热更加均匀。

载气加热段21和物料加热段22的炉膛20外安装有第一温度检测仪27用于检测炉膛20的温度，物料加热段22的炉膛20内设有第一温度检测仪28，用于检测炉膛20内流动载气的温度，实现对物料加热的精准控制。通过设置与控制系统相连的两种温度检测仪，进而实现对加热炉2温度的实时监测。

相应的，本发明还提出了基于上述加热系统的控制方法，具体包括：

1、打开冷却降温段23上部的下料法兰26，把吊篮3及加热的物料放入加热炉2，打开两个载气阀与排空阀7，对系统进行置换。

2、置换完成后，把物料下放置入物料加热炉2段的炉膛20内，加热层212的电加热机构动作，载气加热段21和物料加热段22开始工作；根据实际需要通过控制系统设定升温程序，使物料加热炉2段温度与载气温度相同。

3、之后关闭排空阀7，打开贮气袋5的进气阀51，贮气袋5开始贮气，贮气袋5满后，关闭第一载气阀11，停止向系统提供载气。

4、打开气体压缩机8，载气在加热炉2、冷凝器4、过滤器6之间循环利用，系统开始正常运行；当系统内气体体积波动时，由贮气袋5内的气体进行调节。

5、加热炉2按照控制系统设定的升温程序进行工作。加热结束后，停止加热，提升吊篮3至水冷却降温段23。

6、循环水夹套231中通入冷却循环水进行降温，并改变载气的入口与出口，使载气由原来的载气出口202进入，从原来的载气入口201排出，经过过滤器6、冷凝器4降温处理的载气，由上至下导入加热炉2中进行降温处理，显著提高加热炉2的降温速度，使加热炉2降温更加均匀高效。

Claims (10)

1.一种实验室用物料等温加热系统，其特征在于：包括加热炉和载气循环系统；外部的载气源依次通过第一载气阀和第二载气阀连通加热炉的载气入口；所述载气循环系统包括气体压缩机、贮气袋、过滤器和冷凝器，所述加热炉的载气出口依次通过冷凝器、过滤器和气体压缩机连接在两个载气阀之间；所述过滤器和气体压缩机之间还连接排空阀和贮气袋的进气阀。

2.根据权利要求1所述的实验室用物料等温加热系统，其特征在于：所述加热炉自下而上设有包括载气加热段、物料加热段和冷却降温段的三个工段，加热炉中部的炉膛竖直贯穿三个工段设置，所述载气进口设在载气加热段的炉膛下方，所述载气出口设在冷却降温段的炉膛上方；所述炉膛内设有上下活动、装有物料的吊篮。

3.根据权利要求2所述的实验室用物料等温加热系统，其特征在于：所述载气加热段和物料加热段的炉膛外均设有加热层和保温层；所述载气加热段的炉膛内壁还设有换热翅片。

4.根据权利要求2所述的实验室用物料等温加热系统，其特征在于：所述载气加热段和物料加热段之间的炉膛内利用水平设置的多孔板隔开，穿过多孔板的载气温度与物料加热段的炉膛温度相同。

5.根据权利要求2所述的实验室用物料等温加热系统，其特征在于：所述冷却降温段的炉膛壁外设有连通外部冷却水源的循环水夹套。

6.根据权利要求2所述的实验室用物料等温加热系统，其特征在于：所述炉膛顶部设有下料法兰，吊篮通过贯穿下料法兰的钢丝上下动作。

7.根据权利要求2所述的实验室用物料等温加热系统，其特征在于：所述吊篮底部设有通气孔。

8.根据权利要求1所述的实验室用物料等温加热系统，其特征在于：所述载气入口处安装有流量计。

9.根据权利要求1所述的实验室用物料等温加热系统，其特征在于：所述载气加热段和物料加热段的炉膛外安装有第一温度检测仪，物料加热段的炉膛内设有第二温度检测仪。

10.基于权利要求2所述实验室用物料等温加热系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将装有待加热物料的吊篮放入加热炉，打开载气阀与排空阀，对系统进行置换；

置换完成后，把物料放入物料加热炉段的炉膛内，载气加热段和物料加热段开始工作；根据2)实际需要通过加热系统的控制器设定升温程序，使物料加热炉段温度与载气温度相同；

3)关闭排空阀，打开贮气袋的进气阀，贮气袋开始贮气，贮气袋满后，关闭第一载气阀，停止向系统提供载气；

4)打开气体压缩机，载气在加热炉、冷凝器、过滤器之间循环利用，系统开始正常运行；当系统内气体体积波动时，由贮气袋内的气体进行调节；

5)加热炉按照加热系统控制器设定的升温程序进行工作，加热结束后，将吊篮提升至水冷却降温段；

6)循环水夹套中通入冷却循环水进行降温，并改变载气的入口与出口，使载气由原来的载气出口进入，从原来的载气入口排出，经过过滤器、冷凝器降温处理的载气，由上至下导入加热炉中进行降温处理。

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