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为克服物料质量采用真空室外间歇测量所带来的诸多问题, 本文设计开发了可以实时获得物料质量随时间变化的真空干燥动力学实验平台, 并对该平台的真空控制、温度控制和质量测量等性能进行测试;以稻谷样品为研究对象, 进行不同真空度下的真空干燥动力学研究, 充分考证其干燥动力学研究效果, 为真空干燥动力学的研究提供基础装置。
1 工作原理与整机结构
1.1 上海跃进HZK-Z-90真空干燥箱工作原理
真空干燥动力学实验平台的工作原理如图1所示, 设定实验所需的相对压力和干燥温度, 通过数据采集与控制系统对干燥温度和相对压力进行实时控制, 保证真空干燥动力学研究所需的稳定测量环境, 同时对干燥过程中的温度、相对压力和物料质量进行采集。加热系统中铠装电热管, 并通过热辐射的方式供给用于物料内部水分蒸发所需的热量, 干燥箱内温度通过温度传感器进行测量, 并通过反馈系统来控制真空干燥箱内温度, 从而真空干燥箱内温度迅速达到设定的温度值并稳定在该值。真空系统中采用旋片式真空泵对真空干燥箱进行抽气, 在旋片式真空泵和真空干燥室中间设置气水分离器, 对干燥过程中蒸发的水分进行凝结。质量测量系统的料盘由悬挂细丝吊装在真空干燥箱内, 实时记录质量并换算成含水率, 当达到设定的干燥实验结束条件时, 设备自动停止工作, 并声光报警提醒实验结束, 将记录数据导出用于真空干燥动力学研究。
1.2 上海跃进HZK-Z-90真空干燥箱整机结构
真空干燥动力学实验平台由真空模块、加热模块、质量测量模块、实时数据采集与控制模块和数据处理模块等组成。真空系统由真空干燥箱、旋片式真空泵、真空阀门和气水分离器等构成;加热系统采用铠装电热管进行加热;质量测量系统由料盘、悬挂细丝、重力传感器和保护壳等组成;数据采集与控制系统由PLC在线测控装置、可编程控制器、电控元件、电磁阀、真空传感器、温度传感器和显示器等组成;数据处理系统采用MATLAB作为编程语言, 自行设计编程。表1所示为该平台的主要性能参数。