CN114508904A - 带式真空脉动干燥装置 - Google Patents

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张振涛
杨俊玲
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Abstract

本发明实施例提供一种带式真空脉动干燥装置，包括带式真空干燥器、蒸汽压缩机组、高温热泵机组以及真空机组；带式真空干燥器内设有加热区，带式真空干燥器的出口与四通换向阀的第一出口相连通，四通换向阀的第二出口和第三出口分别与高温热泵机组和蒸汽压缩机组相连通，高温热泵机组与真空机组相连通；还包括热水循环系统，包括热源热水箱，蒸汽压缩机组和高温热泵机组远离四通换向阀一侧与热源热水箱相连通，热源热水箱的出口与加热区相连通。通过上述方式，可以实现不同操作方法的带式真空干燥器内真空压力脉动与周期循环，进而适应不同物料的不同干燥速率，且提高了干燥系统内的能源的利用率，大幅度降低能耗和运行成本。

Description

带式真空脉动干燥装置
技术领域
本发明涉及干燥设备技术领域，尤其涉及一种带式真空脉动干燥装置。
背景技术
带式真空干燥机应用广泛，主要应用在食品工业、医药工业、化妆品行业或者化工行业中。带式真空干燥可以保证热敏性或者易氧化物料的有效成分和品质，但是部分固体物料在连续真空条件下长时间干燥会产生热损伤，同时部分液体物料在连续真空条件下表面会成膜结块，影响干燥速率。所以目前的带式真空干燥机并无法适应不同的物料的干燥。
发明内容
本发明实施例提供一种带式真空脉动干燥装置，用以解决现有技术中带式真空干燥机无法适应不同物料干燥的技术问题。
本发明实施例提供一种带式真空脉动干燥装置，包括：带式真空干燥器、蒸汽压缩机组、高温热泵机组以及真空机组；
所述带式真空干燥器内设有加热区，所述带式真空干燥器的出口与四通换向阀的第一出口相连通，所述四通换向阀的第二出口和第三出口分别与所述高温热泵机组和所述蒸汽压缩机组相连通，所述高温热泵机组与所述真空机组相连通；
还包括热水循环系统，包括热源热水箱，所述蒸汽压缩机组和所述高温热泵机组远离所述四通换向阀一侧与所述热源热水箱相连通，所述热源热水箱的出口与所述加热区相连通。
根据本发明一个实施例的带式真空脉动干燥装置，所述高温热泵机组包括与所述四通换向阀的第二出口相连通的工质蒸发器、与所述工质蒸发器相连通的工质压缩机、以及与所述工质压缩机相连通的工质冷凝器；
所述工质冷凝器位于所述热源热水箱内，所述工质蒸发器的出口与所述真空机组进口相连通。
根据本发明一个实施例的带式真空脉动干燥装置，还包括节流阀，所述节流阀的两端分别与所述工质冷凝器和所述工质蒸发器相连通。
根据本发明一个实施例的带式真空脉动干燥装置，所述蒸汽压缩机组包括与所述四通换向阀的第三出口相连通的三相分离器、与所述三相分离器相连通的蒸汽压缩机、与所述蒸汽压缩机相连通的蒸汽冷凝器以及与所述蒸汽冷凝器相连通的冷凝水罐；
所述蒸汽冷凝器位于所述热源热水箱内。
根据本发明一个实施例的带式真空脉动干燥装置，所述热源热水箱还包括补热器，用于加热所述热源热水箱内的水。
根据本发明一个实施例的带式真空脉动干燥装置，所述带式真空干燥器内设有传送带机构，所述加热区包括沿所述传送带机构传送方向上依次布设的第一加热区、第二加热区以及第三加热区，所述第一加热区的下方连通有高温热水输送管，所述高温热水输送管上设有加热阀；
所述热水循环系统分别与所述第二加热区和所述第三加热器相连通。
根据本发明一个实施例的带式真空脉动干燥装置，所述热水循环系统包括第一管体、设于所述第一管体上的热水循环泵、第一三通阀和第二三通阀；
还包括第二管体和反馈管，所述反馈管分别与所述第一三通阀的第一出口、所述第二加热区以及所述第二三通阀的第一出口相连通，所述第二管体与所述第一三通阀的第二出口、所述第三加热区以及所述第二三通阀的第二出口相连通；
所述第一三通阀的第三出口与所述第一管体相连通，所述第二三通阀的第三出口与所述热源热水箱相连通。
根据本发明一个实施例的带式真空脉动干燥装置，所述传送带机构在靠近所述第三加热区的一侧还设有冷却区，所述传送带机构在所述第一加热区、所述第二加热区、所述第三加热区以及所述冷却区对应设置第一加热板、所述第二加热板、第三加热板以及冷却板，所述冷却板下方连接有冷水输送管，所述冷水输送管上设有冷水阀。
根据本发明一个实施例的带式真空脉动干燥装置，所述四通换向阀的第四出口与外界相连通，调节所述四通换向阀的第四出口的开度进而可以调节所述带式真空干燥器内的压力值。
根据本发明一个实施例的带式真空脉动干燥装置，所述带式真空干燥器与所述四通换向阀之间设有过滤器，所述过滤器用于过滤水蒸气中所携带的杂质。
本发明实施例提供的带式真空脉动干燥装置，包括蒸汽压缩机组和高温热泵机组以及真空机组。当系统需要维持在低压区工作时，可以开启蒸汽压缩机组或高温热泵机组并逐渐提高工作频率，确保系统在低压区工作，而当系统需要维持在高压区工作时，可以关闭蒸汽压缩机或高温热泵机组或降低工作频率，确保系统在高压区工作。通过两种不同的操作方式可以实现带式真空干燥器内的真空度的高低压周期循环，进而适应不同物料的处理需求。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明带式真空脉动干燥装置一实施例的结构示意图；
图2为图1所示的带式真空脉动干燥装置一状态的部分结构示意图；
图3为图1所示的带式真空脉动干燥装置另一状态的部分结构示意图。
附图标记：
10、带式真空干燥器；120、四通换向阀；130、加热区；1310、第一加热区；1320、第二加热区；1330、第三加热区；1340、高温热水输送管；1350、加热阀；1360、冷却区；140、传送带机构；150、第一加热板；160、第二加热板；170、第三加热板；180、冷却板；1810、冷水输送管；1820、冷水阀；
20、蒸汽压缩机组；210、三相分离器；220、蒸汽压缩机；230、蒸汽冷凝器；240、冷凝水罐；
30、高温热泵机组；310、工质蒸发器；320、工质压缩机；330、工质冷凝器；340、节流阀；
40、真空机组；
50、热水循环系统；510、热源热水箱；520、补热器；530、第一管体；540、热水循环泵；550、第二管体；560、反馈管；570、第一三通阀；580、第二三通阀；
60、过滤器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参照图1，图1为本发明带式真空脉动干燥装置一实施例的结构示意图。本发明提供一种带式真空脉动干燥装置，包括：带式真空干燥器10、蒸汽压缩机组20、高温热泵机组30以及真空机组40，带式真空干燥器10内设有加热区130，带式真空干燥器10的出口与四通换向阀120的第一出口相连通，四通换向阀120的第二出口和第三出口分别与高温热泵机组30和蒸汽压缩机组20相连通，高温热泵机组30与真空机组40相连通。此外，还包括热水循环系统50，热水循环系统50包括热源热水箱510，蒸汽压缩机组20和高温热泵机组30远离四通换向阀120一侧与热源热水箱510相连通，热源热水箱510的出口与加热区130相连通。可以理解的是，请参照图2和图3，图2为图1所示的带式真空脉动干燥装置一状态的部分结构示意图；图3为图1所示的带式真空脉动干燥装置另一状态的部分结构示意图。带式真空脉动干燥装置包括两种操作方式。第一种为：带式真空干燥器10、高温热泵机组30、真空机组40以及热水循环系统50组成。第二种：带式真空干燥器10、蒸汽压缩机组20、热水循环系统50组成。
第一种操作方式为：高温热泵机组30包括与四通换向阀120的第二出口相连通的工质蒸发器310、与工质蒸发器310相连通的工质压缩机320、以及与工质压缩机320相连通的工质冷凝器330；工质冷凝器330位于热源热水箱510内，工质蒸发器310的出口与真空机组40进口相连通。还包括节流阀340，节流阀340的两端分别与工质冷凝器330和工质蒸发器310相连通。
第二种操作方式为：蒸汽压缩机组20包括与四通换向阀120的第三出口相连通的三相分离器210、与三相分离器210相连通的蒸汽压缩机220、与蒸汽压缩机220相连通的蒸汽冷凝器230以及与蒸汽冷凝器230相连通的冷凝水罐240。进一步地，蒸汽冷凝器230位于热源热水箱510内。
此外，热源热水箱510还包括补热器520，用于加热热源热水箱510内的水。
而对于带式真空干燥器10，带式真空干燥器10内设有传送带机构140，加热区130包括沿传送带机构140传送方向上依次布设的第一加热区1310、第二加热区1320以及第三加热区1330，第一加热区1310的下方连通有高温热水输送管1340，高温热水输送管1340上设有加热阀1350，热水循环系统50分别与第二加热区1320和第三加热器相连通。其中，由高温热水输送管1340输送的为高温流体，高温流体可以为高温热水或饱和蒸气。高温流体进入第一加热板150对其进行加热，进而对第一加热板150上方的物料进行干燥处理。第一加热板150用于提供热量对物料进行加热。
而对于热水循环系统50，热水循环系统50包括第一管体530、设于第一管体530上的热水循环泵540、第一三通阀570和第二三通阀580；还包括第二管体550和反馈管560，反馈管560分别与第一三通阀570的第一出口、第二加热区1320以及第二三通阀580的第一出口相连通，第二管体550与第一三通阀570的第二出口、第三加热区1330以及第二三通阀580的第二出口相连通；第一三通阀570的第三出口与第一管体530相连通，第二三通阀580的第三出口与热源热水箱510相连通。可以理解的是，还包括第四管体590，第四管体590一端与第二三通阀580相连通，另一端与热源热水箱510相连通。如此设置，与热源热水箱510相连通的第一管体530和第四管体590，以及与第一管体530相连接的第二管体550和反馈管560，可以形成热循环，由此使得，热水所产生的热量一直处于循环状态，可以大幅降低热源的消耗，进而提高能源的利用率。
其中，传送带机构140在靠近第三加热区1330的一侧还设有冷却区1360，传送带机构140在第一加热区1310、第二加热区1320、第三加热区1330以及冷却区1360对应设置第一加热板150、第二加热板160、第三加热板170以及冷却板180，冷却板180下方连接有冷水输送管1810，冷水输送管1810上设有冷水阀1820。物料依次在第一加热区1310、第二加热区1320以及第三加热区1330进行加热干燥，并在冷却区1360进行冷却物料。
请继续参照图1和图2，对于第一种操作方式，如下：
在带式真空脉动干燥装置运行过程中，带式真空干燥器10内物料的水分在真空环境下低温蒸发，第一种干燥方法对应带式真空干燥器10内的干燥压力周期循环在低压在1-15Kpa，高压在40-80KPa。可以理解的是，优选为：低压1-15KPa，高压40-80Kpa的压力周期循环脉动干燥。也即，当带式真空干燥器10内的压力需要保持在低压状态时，例如：10KPa时。此时需要开启真空机组40和高温热泵机组30，低温水蒸气经过工质蒸发器310后将热量传递给高温热泵机组30内的制冷工质，进而被真空机组40抽出，制冷工质经过工质压缩机320压缩增焓后进入工质冷凝器330并将热量传递给热源热水箱510内的热水；若带式真空干燥器10内的压力需要保持在高压状态时，例如：50KPa时，需要关闭真空机组40和高温热泵机组30，防止带式真空干燥器10水蒸气逸出，直至压力达到高压状态值范围，如50KPa。如此带式真空干燥器10内的压力会随着真空机组40的运行越来越低，进而可以达到低压运行范围，当带式真空干燥器10内压力达到低压范围内的特定值要求时，例如达到10KPa时，可以调节四通换向阀120的第二出口开度以维持带式干燥器内低压压力值，使得带式真空干燥器10内低压压力处于稳定状态；当带式真空干燥器10内的低压压力稳定运行到规定时间时，关闭四通换向阀120的第二出口、真空机组40和高温热泵机组30，随着干燥过程中物料的水分不断蒸发到带式真空干燥器10内，使得带式真空干燥器10内的压力逐步升高，当带式真空干燥器10内压力处于所要求的高压区内的某一特定压力值时，可以通过调节四通换向阀120的第二出口开度实现对压力的调节，即调节水蒸气排出量进而使得带式真空干燥器10内压力恒定在高压区范围内所规定的特定压力值，也即处于40-80KPa之内。当循环热水的温度低于所设定的热源温度时，可以开启热源热水箱510内的补热器520加热循环热水。当系统在高压值内运行至规定时间时，开启并调节四通换向阀120的第二出口、高温热泵机组30和真空机组40以降低带式真空干燥器10内压力。需要说明的是，低压区工作时间优选为0.5-30分钟，高压区工作时间也优选为0.5-30分钟，以此循环。在本发明一实施例中，高温热泵机组30内的循环工质可以为R134a或者二氧化碳，也即，当热源水循环温度要求低于70摄氏度时，可以选用R134a工质；而当热源水循环温度要求70-100摄氏度时，可以选用二氧化碳工质，当热源热水温度要求高于100摄氏度时，可以采用蒸汽压缩机220也即下述第二种操作方式。不同的物料所需要的加热温度也有差别，进而可以对应不同的循环工质以适应，例如一物料适合在80摄氏度加热，若超过80摄氏度则可能会对物料产生热损伤，进而可以选用二氧化碳为循环工质，且热源循环水温度稳定于80摄氏度左右即可。
对于第二种操作方式，如下：带式真空干燥器10内的干燥压力周期循环在低压10-40KPa，高压70-120KPa。优选为：低压10-40KPa，高压70-120KPa。可以理解的是，在带式真空干燥器10内，物料的水分在真空环境下低温蒸发，蒸发排出的水蒸气温度较低，该水蒸气经过带式真空干燥器10与四通换向阀120之间设置的过滤器60后进入蒸汽压缩机组20。当带式真空干燥器10内处于高压状态时，例如处于100KPa，且在高压保持了规定的时间后需要往低压进行转换时，可以开启蒸汽压缩机组20，也即开启四通换向阀120的第三出口，低温水蒸气经过三相分离器210将小液滴分离出去后，余下的低温水蒸气进入蒸汽压缩机220，低温水蒸气经过压缩增焓后变成高温水蒸气，进而高温水蒸气进入蒸汽冷凝器230，高温水蒸汽在蒸汽冷凝器230内将热量传递给蒸汽冷凝器230内的热水，此时热水温度要高于高压压力值对应的饱和温度，本实施例为100KPa对应的饱和温度，约100度，水蒸气降温冷凝成液体后进入冷凝水罐240内存储，如此带式真空干燥器10内的压力会由高压变成低压。当带式真空干燥器10内压力达到低压范围内的特定压力值时，调节四通换向阀120的第三出口开度，使得带式真空干燥器10内压力稳定。当系统在低压状态稳定运行至规定时间时，可以关闭四通换向阀120的第三出口和蒸汽压缩机220机组，随着干燥过程中物料水分不断蒸发至带式真空干燥器10内，使得带式真空干燥器10内的压力逐渐升高。且当带式真空干燥器10内压力处于所要求高压区内的某一特定压力值时，可以通过调节四通换向阀120的第三出口开度实现对压力的调节。也即可以调节水蒸气排出量进而使带式真空干燥器10内压力恒定在高压区范围内规定的特定压力值。当循环热水温度低于所设定的热源温度时，可以开启热水箱内的补热器520对热源热水箱510内的水进行加热。而当系统在特定高压值运行到规定时间时，开启蒸汽压缩机组20，降低带式真空干燥器10内压力值低压。在本发明一实施例中，低压区工作时间和高压区工作时间均优选为0.5-30分钟，如此循环实现压力周期脉动。
本发明一实施例中，物料干燥过程中蒸汽蒸发水量为80kg/h，带式真空干燥器10内蒸汽耗量为75kg/h，系统耗电量为29KW·H/h。带式真空干燥器10的尺寸为Φ550×2500mm，在带式真空干燥器10内的物料摊放面积为0.6m2，传送带机构140中的履带长度和宽度分别为：30m和1.2m。加热面积为140m2，履带运行速度为0.5-1.0m/分钟，履带的驱动功率为0.14KW，履带的材质可以为玻纤带、聚四氟树脂涂层。可以通过PLC控制器对履带的输送进行控制，同时还可以连接电控柜以及触摸式控制板，也对其进行监控。三相分离器210可以为立式喷淋式，丝网的厚度为50mm，保温层厚度为50mm，尺寸为Φ500×2500mm。过滤器60、四通换向阀120以及第一三通换向阀和第二三通换向阀的公称直径均为200mm。蒸汽压缩机220的排量为56m3/min，压缩机温升30-70摄氏度，配电功率为45KW。冷凝水罐240为卧式，尺寸为Φ500x1500mm，蒸汽压缩机220油泵流量为1.5m3/h，功率为1.5KW。热源热水箱510的尺寸为：Φ1000×3000mm，第一加热板150的温度为100-150摄氏度。高温热泵机组30内的工质可以为R123a、CO2或R245fa。真空机组40内，当压力小于等于10KPa时，可以选用水环式和罗茨泵组合；当压力大于10KPa时，可以选用水环真空泵。
本发明实施例还提供一种常压与真空交替的带式真空脉动干燥方法，即通过四通换向阀120的第四出口与外界相连通实现，当带式真空干燥器10内处于低压运行状态并运行至规定的时间后，可以开启四通换向阀120的第四出口，使得外界空气快速进入带式真空干燥器10内并使得带式真空干燥器10内升压至常压，进而开启高温热泵机组30，关闭蒸汽压缩机组20和真空机组40，以使得带式真空干燥器10内压力维持在常压状态并去除带式干燥器10内的湿空气水分，当带式真空干燥器10压力在常压状态常压运行到规定时间时，可以开启真空机组40，将带式真空干燥器10内压力降低至低压压力状态，优选低压压力范围为1-70Kpa。当带式真空干燥器10内在低压状态运行到规定时间后，重复上述步骤，也对应带式真空干燥器10内的常压和真空脉动循环。进而可以实现带式真空干燥器10内的常压和真空1kpa至70kpa之间的压力周期脉动循环。
本发明提供的带式真空脉动干燥装置，可以提高带式真空干燥器10的干燥速率，且可以保证不同物料的干燥品质，同时可以在不同操作方式下，例如可以采用蒸汽压缩机组20的压缩增焓或者高温热泵机组30的能级提升进而将热量供给热源热水箱510以形成热水循环系统50，回收真空干燥器10内二次蒸汽的余热，降低能源的损耗，且提高了能源的利用率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种带式真空脉动干燥装置，其特征在于，包括：
带式真空干燥器、蒸汽压缩机组、高温热泵机组以及真空机组；
所述带式真空干燥器内设有加热区，所述带式真空干燥器的出口与四通换向阀的第一出口相连通，所述四通换向阀的第二出口和第三出口分别与所述高温热泵机组和所述蒸汽压缩机组相连通，所述高温热泵机组与所述真空机组相连通；
还包括热水循环系统，包括热源热水箱，所述蒸汽压缩机组和所述高温热泵机组远离所述四通换向阀一侧与所述热源热水箱相连通，所述热源热水箱的出口与所述加热区相连通。
2.根据权利要求1所述的带式真空脉动干燥装置，其特征在于，所述高温热泵机组包括与所述四通换向阀的第二出口相连通的工质蒸发器、与所述工质蒸发器相连通的工质压缩机、以及与所述工质压缩机相连通的工质冷凝器；
所述工质冷凝器位于所述热源热水箱内，所述工质蒸发器的出口与所述真空机组进口相连通。
3.根据权利要求2所述的带式真空脉动干燥装置，其特征在于，还包括节流阀，所述节流阀的两端分别与所述工质冷凝器和所述工质蒸发器相连通。
4.根据权利要求1所述的带式真空脉动干燥装置，其特征在于，所述蒸汽压缩机组包括与所述四通换向阀的第三出口相连通的三相分离器、与所述三相分离器相连通的蒸汽压缩机、与所述蒸汽压缩机相连通的蒸汽冷凝器以及与所述蒸汽冷凝器相连通的冷凝水罐；
所述蒸汽冷凝器位于所述热源热水箱内。
5.根据权利要求4所述的带式真空脉动干燥装置，其特征在于，所述热源热水箱还包括补热器，用于加热所述热源热水箱内的水。
6.根据权利要求1所述的带式真空脉动干燥装置，其特征在于，所述带式真空干燥器内设有传送带机构，所述加热区包括沿所述传送带机构传送方向上依次布设的第一加热区、第二加热区以及第三加热区，所述第一加热区的下方连通有高温热水输送管，所述高温热水输送管上设有加热阀；
所述热水循环系统分别与所述第二加热区和所述第三加热器相连通。
7.根据权利要求6所述的带式真空脉动干燥装置，其特征在于，所述热水循环系统包括第一管体、设于所述第一管体上的热水循环泵、第一三通阀和第二三通阀；
还包括第二管体和反馈管，所述反馈管分别与所述第一三通阀的第一出口、所述第二加热区以及所述第二三通阀的第一出口相连通，所述第二管体与所述第一三通阀的第二出口、所述第三加热区以及所述第二三通阀的第二出口相连通；
所述第一三通阀的第三出口与所述第一管体相连通，所述第二三通阀的第三出口与所述热源热水箱相连通。
8.根据权利要求7所述的带式真空脉动干燥装置，其特征在于，所述传送带机构在靠近所述第三加热区的一侧还设有冷却区，所述传送带机构在所述第一加热区、所述第二加热区、所述第三加热区以及所述冷却区对应设置第一加热板、所述第二加热板、第三加热板以及冷却板，所述冷却板下方连接有冷水输送管，所述冷水输送管上设有冷水阀。
9.根据权利要求1所述的带式真空脉动干燥装置，其特征在于，所述四通换向阀的第四出口与外界相连通，调节所述四通换向阀的第四出口的开度进而可以调节所述带式真空干燥器内的压力值。
10.根据权利要求1所述的带式真空脉动干燥装置，其特征在于，所述带式真空干燥器与所述四通换向阀之间设有过滤器，所述过滤器用于过滤水蒸气中所携带的杂质。
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