一种热风穿透式物料干燥特性测量装置及方法

本发明涉及干燥实验系统，特别涉及可研究多种因素控制下热风穿透物料时物料干燥特性变化的分析实验装置，具体涉及一种热风穿透式物料干燥特性测量装置及方法。

背景技术：

1、目前生活和工业中，大量的物料都离不开干燥处理，经过干燥处理后的物料，其体积、质量有效减少，还有如煤、生物质等燃料经干燥处理后热值会大大增加，因此干燥极大地方便了物料的储存、运输、高效利用。而现有最成熟、简便的干燥方式为热风干燥。

2、现有物料热风干燥特性的测量装置及方法，多为热风沿着物料表面通过的水平气流式干燥装置或旋转壳体式干燥装置，缺少热风垂直穿透物料层时的物料干燥特性测量装置及方法。主要原因是热风垂直穿透物料时，物料受到与其质量方向一致的热风的作用，同时由于热风需穿透物料，无法直接对物料质量进行测量，导致热风穿透物料时的质量测量问题难以解决。

技术实现思路

1、本发明提供一种热风穿透式物料干燥特性测量装置及方法，以解决热风垂直穿透物料时，无法直接对物料质量进行测量的问题，实现穿透式热风干燥室内热风以垂直穿透物料的方式对物料进行干燥，干燥过程中质量变化可准确测量，同时干燥过程中质量变化、穿透式热风干燥室内的温度及湿度可实时监测。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种热风穿透式物料干燥特性测量装置，包括气源、恒流泵、蒸发器、电加热器、耐高温导气管道、穿透式热风干燥室、杠杆、右托盘、支撑平台、配重、左托盘、通讯电子天平、升降台、尾气焚烧炉和数据采集及分析系统；

4、所述气源连接流量计，所述恒流泵连接水源，所述流量计和所述恒流泵的出口共同与蒸发器的入口相连接；所述蒸发器的出口与电加热器的入口相连；所述电加热器的出口与穿透式热风干燥室的入口相连；所述穿透式热风干燥室的出口与尾气焚烧炉相连，所述穿透式热风干燥室放置于右托盘上；所述右托盘下方设置支撑平台，所述右托盘通过杠杆与左托盘连接；所述左托盘上放置配重，所述左托盘下方布置通讯电子天平；所述通讯电子天平下方布置升降台，所述通讯电子天平与数据采集及分析系统相连；

5、所述电加热器、穿透式热风干燥室和尾气焚烧炉之间连通的管道采用耐高温导气管道，所述电加热器的出口与穿透式热风干燥室的入口之间的耐高温导气管道上设置主路控制阀，所述电加热器的出口与尾气焚烧炉的入口之间设置旁路管道，旁路管道上设置旁路控制阀，所述旁路管道采用耐高温导气管道。

6、进一步地，还包括保护罩，所述穿透式热风干燥室、杠杆、右托盘、支撑平台、配重、左托盘、通讯电子天平和升降台均布置于保护罩内。

7、进一步地，所述耐高温导气管道均采用柔性管道。

8、进一步地，所述穿透式热风干燥室包括壳体，所述壳体的外侧包裹有耐热保温材料，且所述壳体的底部设置支撑脚，穿透式热风干燥室内侧安装有能够拆卸的筛板。

9、进一步地，所述穿透式热风干燥室内部安装有热电偶和湿度传感器，所述热电偶和湿度传感器均连接所述数据采集及分析系统。

10、进一步地，所述通讯电子天平称量精度不低于0.001g，使用时，所述通讯电子天平将数据实时传输至数据采集及分析系统。

11、一种热风穿透式物料干燥特性测量方法，测量过程包括误差校正、空白实验和正式实验，具体包括以下步骤：

12、步骤1：根据杠杆不等臂系数得到实际穿透式热风干燥室内的质量变化量和通讯电子天平的示数变化量的关系式，根据此关系式进行误差校正；

13、步骤2：进行空白实验，得到通讯电子天平的示数变化量，根据所述关系式做出空白实验穿透式热风干燥室内的质量变化量曲线图；

14、步骤3：进行正式实验，得到通讯电子天平的示数变化量，根据所述关系式做出正式实验穿透式热风干燥室内的质量变化量曲线图；

15、步骤4：将所述正式实验穿透式热风干燥室内的质量变化量曲线图和所述空白实验穿透式热风干燥室内的质量变化量曲线图叠加，得到修正后的物料干燥特性曲线图。

16、进一步地，步骤1具体包括以下步骤：

17、步骤1.1：设杠杆左侧臂长为l1，右侧臂长为l2，假设由于其不等臂性，使得l1>l2，利用升降台将通讯电子电平顶部抬升至杠杆水平时左托盘底部平衡位置处，记录此时通讯电子电平的示数为m0，设左托盘与右托盘质量相同且为mt，此时根据力矩平衡原理得出杠杆两侧关系：

18、

19、步骤1.2：在左托盘和右托盘中放入相同质量mf的砝码，记录此时通讯电子天平示数m1，此时根据力矩平衡得到：

20、

21、步骤1.3：联立公式(ⅰ)和公式(ⅱ)得到：

22、

23、将公式(ⅲ)代入公式(ⅰ)得到杠杆不等臂系数：

24、

25、此时，公式(ⅳ)中，是杠杆不等臂系数；

26、步骤1.4：当通讯电子天平示数变化量为δx时，所述实际穿透式热风干燥室内的质量变化量为：

27、

28、公式(ⅴ)中，δm是实际穿透式热风干燥室内的质量变化量，l1是杠杆左侧臂长，l2是杠杆右侧臂长，δx是通讯电子天平示数变化量。

29、进一步地，步骤2具体步骤包括：

30、步骤2.1：将穿透式热风干燥室放置于右托盘上，此时右托盘下降至支撑平台上，杠杆不再处于水平状态，对通讯电子天平进行清零操作，随后调整升降台位置，使通讯电子天平抬升至杠杆水平时左托盘底部的平衡位置；

31、步骤2.2：在左托盘中加入配重，直至杠杆重新恢复至水平状态，此时通讯电子天平的数据是极小正值；

32、步骤2.3：确认实验所需热风温度及湿度，调整流量计参数及恒流泵泵入水量，调整蒸发器及电加热器温度，打开主路控制阀，关闭旁路控制阀，通入热风，确认热电偶与湿度传感器传输至数据采集与分析系统的数据与预设实验条件一致且稳定；通过数据采集与分析系统监测实验过程中热风温度与湿度的稳定性，记录实验过程中通讯电子天平数据的变化量，做出空白实验穿透式热风干燥室内的质量变化量曲线图。

33、进一步地，步骤3的具体步骤包括：

34、关闭主路控制阀，打开旁路控制阀，待穿透式热风干燥室冷却后，将待实验物料放置于穿透式热风干燥室内，并且启动尾气焚烧炉，重复步骤2，得到正式实验穿透式热风干燥室内的质量变化量曲线图。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

36、本发明所提供的一种热风穿透式物料干燥特性测量装置，不同于现有干燥特性实验装置中热风沿着物料表面通过的水平气流式干燥，而是通过穿透式热风干燥室内热风以垂直穿透物料的方式，对物料进行干燥。本发明通讯电子天平与数据采集及分析系统连接，可以实现对干燥过程中穿透式热风干燥室内质量变化的实时监测；本发明气源配有减压阀与流量计，水由恒流泵泵入所需量进入系统，流量计的出口与恒流泵的出口相连，利用气体将水分带入蒸发器先进行蒸发，随后进入电加热器加热至所需的温度，从而实现干燥特性测定实验中对于温度和湿度干燥条件的改变和控制；由于干燥后的尾气内可能含有一定量的有机废气，因此本发明设置有尾气焚烧炉，能够将尾气处理后排空，保护环境；本发明支撑平台布置在杠杆水平时右托盘底部平衡位置处下方较近距离，升降台将通讯电子天平顶部抬升至杠杆水平时左托盘底部平衡位置处，能够限制杠杆的转动角度，减少杠杆磨损。

37、进一步地，本发明中涉及质量测量的模块包括穿透式热风干燥室、杠杆、右托盘、支撑平台、配重、左托盘、通讯电子天平、升降台均布置于保护罩内，从而减少环境对于质量测量的影响，进一步保证质量测量的准确性。

38、进一步地，本发明采用耐高温导气管道，均为柔性管道，能够降低设备振动对于实验过程中质量测量的影响。

39、进一步地，本发明穿透式热风干燥室内的热电偶和湿度传感器均与数据采集及分析系统相连接，能够实现对干燥过程中热风温度和湿度干燥条件的实时监测；穿透式热风干燥室底部设置有支撑脚，可以使穿透式热风干燥室平稳放置在托盘上，同时给底部气体排出留够足够空间；穿透式热风干燥室外部包裹耐热保温材料，可以使穿透式热风干燥室热量损耗降低，减少能源消耗。

40、进一步地，本发明的通讯电子天平称量精度不低于0.001g，利用配重将穿透式热风干燥室及其内物料质量基本平衡后，通讯电子天平所测质量变化量即为杠杆的不平衡量，即为干燥过程中被带走的水分质量与杠杆不等臂系数的比值，因此称量过程中量程仅取决于物料中水分的质量大小与杠杆不等臂系数，大大减少了量程，从而可低成本条件下实现小量程、高精度的质量测量。

41、本发明所提供的一种基于热风穿透式物料干燥特性测量装置的测量方法，首先基于杠杆原理对杠杆不等臂系数进行测定，从而对物料质量变化的测量结果进行误差修正，提高测量精度；本发明所采用测量方法在正式实验前进行空白实验，减少实验过程中由于外界环境影响所产生的系统误差，进一步提高物料质量变化测量的准确性；本发明所采用测量方法在测量过程中，由于干燥室侧质量衰减或不变，杠杆转动趋势被通讯电子天平所阻挡，杠杆处于稳定状态，保证了质量测量过程中装置的稳定性。