[发明专利]适用于在线分析的微波固定床热风联合干燥实验装置

说明书

 

技术领域

本发明属于微波间歇式干燥装置，具体是一种适用于在线分析的微波固定床热风联合干燥实验装置，该装置特别适用于多孔介质中颗粒、片基或条状物料（如烟草类）的干燥实验。

背景技术

干燥作为基本的化工单元操作，在化学、食品、农业、制药和矿产等工业中均是必不可少的操作。但是由于干燥过程中大量的蒸发潜热和干燥介质的低效率导致干燥过程能耗很大。微波干燥作为一种新型的干燥方法，以其快速、高效的特点在干燥领域内更具有竞争性。

目前，微波干燥技术飞速发展，微波干燥装置也已经在生产中广为应用，但是在生产中会经常出现装置中微波分布不均匀而导致局部温度过高而影响物料品质的问题，为了解决这一问题出现了微波真空干燥、微波对流干燥等装置，虽然能较好的改善这一问题，但是在实际生产中由于装置生产成本和干燥成本高、生产能力有限，主要应用于一些如药品或生物制品等高附加值的产品。

微波干燥由于具有干燥速率快、热效率高、能源利用率高、无污染等优点在物料干燥领域得到了广泛应用。微波干燥与传统的热风干燥相比，能弥补热风干燥过程中干燥时间较长、脱水速率和能源利用率低、产品质量难以保证等缺点。但是在热风干燥过程中，产品内部温度较低且保持稳定，而微波干燥干燥室内电磁场分布不均匀，导致局部干燥不均匀，波动较大，对于干燥后成品的品质均一性也有重要影响。而微波干燥具有非热效应，可以最大程度的保持物料的颜色和品质。

因此，若能融合的将微波与热风干燥的优点，与现代控制技术相结合，不但能改变被处理物料位置以提高微波的均匀性，可实现对微波能量的有效控制，还能加快干燥速度，较好的保留被干燥物料原有的色香味和其他有效成分，以保证干燥物料的品质。 

发明内容

本发明的目的正是针对一些多孔介质中颗粒、片基或条状物料微波干燥过程中出现的一些如干燥效率低、易氧化等问题而专门设计的一种微波固定床热风联合干燥装置，不仅能在线分析物料干燥过程中质量变化过程，均匀分布在装置外侧的微波发生器还能使物料温度短时间内快速升温，受热均匀，提高微波能吸收的均匀性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种适用于在线分析的微波固定床热风联合干燥实验装置，包括设有加热保温层的固定床主体、布置在固定床主体外壁上的微波干燥装置以及与固定床内腔相连接的热风干燥系统，在固定床主体内腔中心部位采用吊装方式设有一料篮，料篮通过吊绳与设置在固定床主体外上方的分析天平相连接，料篮上设有温度传感器；固定床主体内腔的顶部与热风干燥系统连通并布设有布风板，该热风干燥系统包括气源、水箱和加热器构成；在固定床主体内腔的底部连接有排气管及冷凝水排水管，在固定床主体内腔的中部开设有进/出料窗口。

在本发明中，加热层内可通过内置加热管来控制，保温层材料可以选用石棉或者陶瓷管，在加热保温层上还设有壁温控温器，该壁温控温器为PID控制器，以满足干燥过程中温度可控的要求。在保温层外加微波屏蔽涂料，以防止微波泄漏。

料篮上所设的温度传感器为光纤温度传感器即光纤布拉格光栅传感器，因为在微波加热过程中物料升温主要是由于内部水分子极性增大，高速的摩擦运动产生大量热量导致，物料表面温度与干燥环境温度有较大差异，而一般的热电偶并不能对物料表面温度做出快速灵敏的反应，所以为了提高测量精度，选用光纤温度传感器检测物料表面温度。同时，为了获得干燥过程中物料表面温度的变化规律，将光纤温度传感器连接到物料表面，将物料表面温度送到温度显示器以待后期的数据分析，本装置的光纤温度传感器用光纤布拉格光栅（FBG）来实现，物料表面的温度变化会导致FBG中心波长的偏移，通过检测偏移量大小就可以确定物料表面的温度。

微波干燥装置由三组微波发生器及微波控制器组成，三个微波发生器按120°均匀布置在固定床主体外壁上。在微波控制器中嵌入有变频组件，可实现干燥过程微波输出功率的程序实时变化，以满足不同干燥阶段干燥强度变化需求。干燥过程中微波能以其高速的分子振动激发极性分子不停地改变取向尤其是水分子的运动，使水分子快速的从物料内部扩散到物料表面，加速干燥过程。微波干燥过程会产生特有的非热效应，对有效成分大多为苷类，萜类内酯和挥发油的物料有很好的保护作用，以保证干燥物料的品。