室平衡的动态真空系统及物料干燥方法技术方案

本发明专利技术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汽的介质蒸汽降温后在真空平衡室中将水蒸汽冷凝相变为冷凝水，冷凝水汇聚在真空平衡室底部通过排水口排出。本发明专利技术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。

Dynamic vacuum system of chamber balance and material drying method

【技术实现步骤摘要】
室平衡的动态真空系统及物料干燥方法
本专利技术涉及一种真空系统，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。
技术介绍
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汽，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。
技术实现思路
本专利技术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，专利技术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。本专利技术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：qj+qf＝qn+qsqj进入真空工作室的介质蒸汽热量qf辅助加热换热器消耗掉的热量qn真空平衡室冷凝器吸收的热量qs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，qj提供的热量很少；在干燥恒速期qj＝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：qf＝qn+qs，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/n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；/n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；/n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汽的介质蒸在真空平衡室(20)中将水蒸汽冷凝相变为冷凝水，冷凝水汇聚在真空平衡室(20)底部通过排水口排出。/n

【技术特征摘要】
20181228 CN 20181162029611.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汽的介质蒸在真空平衡室(20)中将水蒸汽冷凝相变为冷凝水，冷凝水汇聚在真空平衡室(20)底部通过排水口排出。


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.室平衡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，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩荣献，
申请(专利权)人：韩荣献，
类型：发明
国别省市：福建;35