微波太阳能热泵联合干燥天然橡胶胶粒设备及其干燥方法

技术领域

本发明属于橡胶初加工技术领域，涉及微波太阳能热泵联合干燥天然橡胶胶粒设备及其干燥方法。

背景技术

天然橡胶是一种以聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，从橡胶树上割采得到的乳胶经加酸凝固、熟化、压绉、锤磨造粒的湿胶粒含有约30％的水分，需要进行干燥处理。

由于天然橡胶为疏水性物质，干燥过程中内部水分被包裹，水分扩散蒸发难度较大，并且天然橡胶表面还容易氧化发粘，并且其在湿热环境下，会加剧天然橡胶表面氧化发粘现象，而天然橡胶干燥过程需要一定温度，并且橡胶内含有的水分也会蒸发出来，形成湿热环境，从而加速橡胶表面氧化发粘，阻碍橡胶内水分向外扩散，增加天然橡胶干燥难度，因此，对于天然橡胶的干燥需要在一定时间内完成，从而导致天然橡胶干燥过程中能耗的进一步增加。

目前，为了保证天然橡胶干燥效果的同时，降低干燥过程中能耗，出现了利用太阳能热泵微波联合干燥技术，如申请号为200910211139.X的专利公开了太阳能热泵微波干燥系统，通过利用太阳能，从而节省了干燥能耗，并且太阳能属于清洁能源，可以实现环保利用的目的，但是其自动化程度较低，同时其使用太阳能集热器加热水，再通过水的热交换加热空气进行干燥，一方面增加水资源的消耗，另一方面，对于水进行加热需要较长时间，对于干燥效率有一定负面影响。

申请号为201510048882.3的专利公开了一种新型太阳能-微波联合干燥设备，建立以太阳能为主，微波干燥为辅助手段的联合干燥设备，并且通过干燥箱内的温度传感器及时进行反馈，控制系统自动打开微波干燥器，确保干燥箱内的干燥温度，利用太阳能资源，不影响干燥品质的同时大幅节约了能源。但是其太阳能集热群固定，而太阳位置会随着时间发生改变，因此前述技术对设备放置位置要求比较苛刻，并且其太阳能集热群无法根据太阳能位置变化调整，无法对太阳能进行更高效的利用，如果采用增加太阳能集热器数量的方法，又会增加较高成本。

因此，有必要提供一种微波太阳能热泵联合干燥天然橡胶胶粒设备及其干燥方法，在控制成本的前提下，有效降低干燥能耗，提升对太阳能的利用效率，提高干燥效率。

发明内容

为了克服背景技术中的问题，本发明提供了一种微波太阳能热泵联合干燥天然橡胶胶粒设备及其干燥方法，通过使用协同控制系统对磁控管、太阳能干燥系统、热泵干燥系统进行控制，使得不同干燥方式在干燥过程中具备优良的协同效果，提高设备自动化程度；通过利用太阳能对空气进行加热，形成热风，热风经过净化干燥后直接进入微波腔体内对天然橡胶进行干燥作用，降低使用磁控管进行微波干燥的压力，降低微波干燥系统能耗，同时热风还对从微波腔体中收集的干燥烟气具有一定加热作用，热风与干燥烟气一起通过净化干燥后，又进入微波腔体进行循环利用，降低干燥烟气排放频率，具备一定环保意义，同时也对天然橡胶产生干燥作用，有利于降低能耗；通过将风道设置在电动旋转支座上，使风道可以进行旋转，安装在风道上的太阳能集热器可以根据太阳所处位置进行调节，使太阳能集热器对太阳能的收集利用效率更高；通过使用与设备契合度高的干燥方法，保证设备使用的合理性，充分发挥设备功能。

为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

所述干燥天然橡胶胶粒设备包括支架、太阳能干燥系统、磁控管、热泵干燥系统、盛料料斗、微波腔体、干燥带、热风主管道、热风分管道、管道变径阀、协同控制系统、红外测温仪、第一风机、第一电动风阀、微波抑制器，所述太阳能干燥系统、盛料料斗、微波腔体均设置于支架顶部，所述热泵干燥系统、干燥带、协同控制系统均设置于支架底部，所述磁控管、红外测温仪固定安装在微波腔体顶面上，磁控管与微波腔体连接处开设有微波溃口，所述干燥带物料运输面嵌在支架顶面内，并且干燥带物料运输面与支架顶面齐平，干燥带两端位于微波腔体外部，所述热风主管道位于干燥带两侧，热风主管道上设置若干热风分管道并且干燥带两侧的热风主管道通过热风分管道从干燥带底部连通，所述热风分管道开口端伸入微波腔体内部，所述盛料料斗位于干燥带的物料输送起点处，所述微波抑制器为2个，分别安装在微波腔体两端，所述红外测温仪与协同控制系统电连接，所述磁控管、干燥带、第一风机、第一电动风阀与协同控制系统电连接；

所述太阳能干燥系统包括太阳能集热器、风道、连接管、出风管、第二电动风阀、电动旋转支座、第二风机、轴承，所述太阳能集热器固定设置在风道外表面上，所述风道中部位置安装有第二电动风阀，风道进风端固定设置在电动旋转支座上，风道出风端与连接管一端固定连接，连接管另一端与轴承内环的内壁固定连接，连接管与风道出风端通过喇叭口结构连接，所述轴承外环的外壁与出风管一端内壁固定连接，出风管另一端与管道变径阀连通，出风管还安装有第二风机，出风管中部位置通过管道与微波腔体连通，连通出风管与微波腔体的管道安装有第一风机、第一电动风阀，所述电动旋转支座固定设置于支架顶部一端，所述风道旋转中心轴与所述轴承轴线重合，所述第二电动风阀、电动旋转支座、第二风机与协同控制系统电连接；

所述热泵干燥系统包括烟气净化器、热交换系统、第三电动风阀，所述烟气净化器进口通过管道与管道变径阀连通，烟气净化器出口与热交换系统进口通过管道连通，所述热交换系统出口通过穿过支架顶部的管道与干燥带一侧的热风主管道连通，连通热交换系统与热风主管道的管道设置有第三电动风阀，所述第三电动风阀、热交换系统与所述协同控制系统电连接。

作为优选，所述协同控制系统包括太阳能控制系统、微波控制系统、热泵控制系统，所述微波控制系统位于太阳能控制系统与热泵控制系统中间，所述第二电动风阀、电动旋转支座、第二风机与太阳能控制系统电连接，所述磁控管、干燥带、红外测温仪与微波控制系统电连接，所述热交换系统、第三电动风阀、第一风机、第一电动风阀与热泵控制系统电连接。

作为优选，所述协同控制系统为触屏PLC控制系统，所述触屏PLC控制系统具备多个输出以及输入端，所述第一电动风阀、第二电动风阀、电动旋转支座、第三电动风阀、干燥带、磁控管、热交换系统、第一风机、第二风机、红外测温仪的输入端分别与触屏PLC控制系统不同的输出端电连接，所述红外测温仪输出端与触屏PLC控制系统输入端电连接。

作为优选，所述连通出风管与微波腔体的管道通过喇叭口与微波腔体连通。

作为优选，所述磁控管为若干个，均匀设置在微波腔体顶面上。

作为优选，所述干燥天然橡胶胶粒设备还包括应急开关，所述应急开关设置在协同控制系统集成柜的面板上，所述第一电动风阀、第二电动风阀、第三电动风阀、电动旋转支座、磁控管、干燥带、热电偶测温仪、热交换系统、第一风机、第二风机均与应急开关电连接，应急开关控制所述第一电动风阀、第二电动风阀、第三电动风阀、电动旋转支座、磁控管、干燥带、红外测温仪、热交换系统、第一风机、第二风机的电源通断。

一种微波太阳能热泵联合干燥天然橡胶胶粒设备的干燥方法，包括以下步骤：

S1：调节太阳能集热器：启动所述协同控制系统，使用所述协同控制系统控制启动所述电动旋转支座并通过协同控制系统控制电动旋转支座旋转，带动所述太阳能集热器转动至最多面积正对太阳的位置；

S2：微波腔体预热：使用所述协同控制系统控制所述第二风机、第二电动风阀、热交换器、第三电动风阀、红外测温仪、磁控管启动，确认第二电动风阀、第三电动风阀处于开启状态，第一电动风阀处于闭合状态，第一电机处于关闭状态；使用所述协同控制系统调节磁控管启动数量以调节其干燥功率，第二电动风阀、第三电动风阀开合程度，热交换器加热功率以使微波腔体内温度符合干燥要求；

S3：天然橡胶胶粒干燥：将天然橡胶胶粒收集容器放置在物料出口处，使用所述协同控制系统控制所述干燥带启动，通过所述盛料料斗加入天然橡胶胶粒，控制胶料速度使干燥带上的天然橡胶胶粒堆积厚度为5～10cm，并且通过协同控制系统控制所述第一风机、第一电动风阀启动，关注微波腔体内温度变化情况，温度发生变化时，通过协同控制系统调节干燥带运行速度并采用所述步骤S2中的调节方式将微波腔体内温度调节至要求温度并且保持恒定，天然橡胶胶粒在所述微波腔体内干燥后，通过物料出口落入收集容器中。

作为优选，所述步骤S1中，可以在协同控制系统以及电动旋转支座启动后，通过操作人员操作协同控制系统对电动旋转支座进行调节，或将电动旋转支座调节参数预设在协同控制系统中，协同控制系统根据预设参数对电动旋转支座进行调节。

作为优选，所述步骤S2、S3中微波腔体温度控制为95～105℃，所述步骤S3中干燥带运输速度为3-6m/min，第二电动风阀通风风量为200～450m3/h，第三电动风阀通风量为300～600m3/h，磁控管干燥功率为10～80kW，第一电动风阀通风风量为150～300m3/h，热交换系统加热功率为0～10kW。

作为优选，所述天然橡胶胶粒初始含水量为25～40wt％。

本发明的有益效果：

1、本发明采用太阳能、微波、热泵干燥系统联合对天然橡胶进行干燥，在发挥微波干燥优势的同时，利用太阳能对空气进行加热形成热风以及热泵干燥系统对热风进行净化干燥、对干燥烟气进行净化干燥，以实现热风对天然橡胶产生干燥作用，同时实现干燥烟气的循环利用，保证干燥效率的同时降低微波干燥系统能耗。

2、本发明采用与设备契合度较高的方法与设备配合使用，使得在使用设备对天然橡胶胶粒进行干燥的过程中，设备运转更加合理。

3、本发明采用太阳能集热器的可旋转设置，根据太阳位置，转动太阳能集热器，使其有更多时间可以以较大面积正对太阳，提高太阳能的利用率，有利于提升干燥效率。

附图说明

图1是本发明干燥方法流程图

图2是本发明正视示意图。

图3是本发明太阳能集热器左视示意图

图4是热风主管道、热风分管道布置左视示意图

图中，1-支架、2-太阳能干燥系统、201-太阳能集热器、202-风道、203-连接管、204-出风管、205-第二电动风阀、206-电动旋转支座、207-第二风机、208-轴承、3-磁控管、4-热泵干燥系统、401-烟气净化器、402-热交换系统、403-第三电动风阀、5-盛料料斗、6-微波腔体、7-干燥带、8-热风主管道、9-热风分管道、10-管道变径阀、11-协同控制系统、1101-太阳能控制系统、1102-微波控制系统、1103-热泵控制系统、12-红外测温仪、13-第一风机、14-第一电动风阀、15-应急开关、16-收集容器、17-微波抑制器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图，对于本发明的优选实施例进行详细说明，以方便技术人员理解。

如图2-4所示，所述干燥天然橡胶胶粒设备包括支架1、太阳能干燥系统2、磁控管3、热泵干燥系统4、盛料料斗5、微波腔体6、干燥带7、热风主管道8、热风分管道9、管道变径阀10、协同控制系统11、红外测温仪12、第一风机13、第一电动风阀14、微波抑制器17，所述太阳能干燥系统2、盛料料斗5、微波腔体6均设置于支架1顶部，所述热泵干燥系统4、干燥带7、协同控制系统11均设置于支架1底部，所述磁控管3、红外测温仪12固定安装在微波腔体6顶面上，磁控管3与微波腔体6连接处开设有微波溃口，所述干燥带7物料运输面嵌在支架1顶面内，并且干燥带7物料运输面与支架1顶面齐平，干燥带7两端位于微波腔体6外部，所述热风主管道8位于干燥带7两侧，热风主管道8上设置若干热风分管道9并且干燥带7两侧的热风主管道8通过热风分管道9从干燥带7底部连通，所述热风分管道9开口端伸入微波腔体6内部，所述盛料料斗5位于干燥带7的物料输送起点处，所述微波抑制器17为2个，分别安装在微波腔体6两端，所述红外测温仪12与协同控制系统11电连接，所述磁控管3、干燥带7、第一风机13、第一电动风阀14与协同控制系统11电连接；

所述太阳能干燥系统2包括太阳能集热器201、风道202、连接管203、出风管204、第二电动风阀205、电动旋转支座206、第二风机207、轴承208，所述太阳能集热器201固定设置在风道202外表面上，所述风道202中部位置安装有第二电动风阀205，风道202进风端固定设置在电动旋转支座206上，风道202出风端与连接管203一端固定连接，连接管203另一端与轴承208内环的内壁固定连接，连接管203与风道202出风端通过喇叭口结构连接，所述轴承208外环的外壁与出风管204一端内壁固定连接，出风管204另一端与管道变径阀10连通，出风管204还安装有第二风机207，出风管204中部位置通过管道与微波腔体6连通，连通出风管204与微波腔体6的管道安装有第一风机13、第一电动风阀14，所述电动旋转支座206固定设置于支架1顶部一端，所述风道202旋转中心轴与所述轴承208轴线重合，所述第二电动风阀205、电动旋转支座206、第二风机207与协同控制系统11电连接；

所述热泵干燥系统4包括烟气净化器401、热交换系统402、第三电动风阀403，所述烟气净化器401进口通过管道与管道变径阀10连通，烟气净化器401出口与热交换系统402进口通过管道连通，所述热交换系统402出口通过穿过支架1顶部的管道与干燥带7一侧的热风主管道8连通，连通热交换系统402与热风主管道8的管道设置有第三电动风阀403，所述第三电动风阀403、热交换系统402与所述协同控制系统11电连接。设备启动时，首先通过协同控制系统11调整电动旋转支座206，使太阳能集热器201以最大面积接收太阳照射，太阳能集热器201转动到合适方向时，保持其状态，由于太阳相对设备移动的路径基本不出现巨大变化，也可以将电动旋转支座206的控制指令预先输入至协同控制系统11中，由协同控制系统11自动控制旋转支座在适当时段旋转至适宜角度，然后通过协同控制系统11开启第二电动风阀205、第二风机207、第三电动风阀403、热交换系统402、红外测温仪12、磁控管3，此时第二电动风阀205以及第三电动风阀403处于开启状态，第一风机13与第一电动风阀14处于关闭状态，受到第二风机207的作用，空气被抽入风道202中，空气在通过风道202过程中，太阳能集热器201对其进行加热使其温度升高，然后被加热的空气继续流动依次经过连接管203以及出风管204到达管道变径阀10，再通过管道流动至烟气净化器401处进行净化，净化后，又通过管道进入热交换系统402进行加热及干燥，热交换系统402主要实现加热效果，至于干燥是由于加热过程中，会使得部分水分蒸发，起到一定干燥效果，之后，被加热的空气又通过管道流入干燥带7一侧的热风主管道8中，然后经由热风分管道9喷出至微波腔体6内，此时微波腔体6内温度升高，干燥带7两侧的热风主管道8由热风分管道9连通，则空气流量较大时，空气会经由热风分管道9流向干燥带7另一侧的热风主管道8，再通过干燥带7另一侧的热风分管道9喷出。红外测温仪12实时测量温度并将温度信号传输至协同控制系统11，操作人员根据协同控制系统11显示的温度结合实际干燥需求进行磁控管3、太阳能干燥系统2、热风干燥系统的调节，也可以将控制参数预设在协同控制系统11中，协同控制系统11根据接收的微波腔体6的温度直接自动对各干燥系统进行调节，干燥带7两端穿出微波腔体6，但是微波腔体6上干燥带7穿出处开口只需足够干燥带7运输物料进出即可，微波腔体6内的热空气等不会大量流失，对微波腔体6内温度影响很小。例如在夏季或天气晴朗，日照优异，太阳能比较充足的条件下，被加热的空气对微波腔体6内的加热效果也较好，则可以适当减少磁控管3的开启数量以降低磁控管3功率以及适当调低热交换系统402的功率或直接关闭热交换器，如果是冬季或天阴、夜晚的情况，日照条件较差，太阳能不充足的条件下，空气被加热的效果较差，加热空气对微波腔体6内的加热效果也有所降低，则适当增加磁控管3开启数量，调高热交换系统402功率，对空气进行第二次加热，以保证干燥效果。经过操作人员的调节使微波腔体6内温度满足干燥条件后，通过协同控制系统11控制干燥带7启动，并通过盛料料斗5加入天然橡胶胶粒，天然橡胶胶粒通过盛料料斗5落在干燥带7上，由干燥带7运输移动，天然橡胶胶粒即在微波腔体6内经历干燥，开始对天然橡胶胶粒干燥时，通过协同控制系统11控制第一风机13启动并开启第一电动风阀14，由于第一风机13的作用，微波腔体6内含水较高的热空气会被抽出，并通过管道进入出风管204中，与通过风道202进入的热空气一同流经出风管204、管道变径阀10、烟气净化器401等，再次进入微波腔体6内，实现干燥空气的循环利用，而在第一风机13、第一电动风阀14开启后，由于微波腔体6内热空气被轻微扰动，会使得微波腔体6内温度发生变动，此时通过协同控制系统11对太阳能干燥系统2、磁控管3、热泵干燥系统4进行微调，使得微波腔体6内环境条件快速重新满足要求，同时适当调节干燥带7传输速度，避免环境条件的变化影响当时天然橡胶胶粒的干燥效果。天然橡胶胶粒通过干燥带7的运输，由盛料料斗5一端移动至收集容器16一端，并通过收集容器16上方的支架1顶面的开口落入收集容器16中，即完成天然橡胶胶粒干燥。整个干燥过程，通过协同控制系统11即可对相关部件进行控制，操作方便，自动化程度较高，并且通过热空气对天然橡胶进行干燥，也可以适当降低磁控管3开启数量以及热交换系统402运行功率，实现节能降耗的目的。

所述协同控制系统11包括太阳能控制系统1101、微波控制系统1102、热泵控制系统1103，所述微波控制系统1102位于太阳能控制系统1101与热泵控制系统1103中间，所述第二电动风阀205、电动旋转支座206、第二风机207与太阳能控制系统1101电连接，所述磁控管3、干燥带7、热电偶测试仪与微波控制系统1102电连接，所述热交换系统402、第三电动风阀403、第一风机13、第一电动风阀14与热泵控制系统1103电连接。将不同的控制系统分开设置，不同的干燥系统直接与相应的控制系统连接，降低系统控制压力，减少同一区域内控制按钮或控制面板数量，降低操作人员误操作概率。

所述协同控制系统11为触屏PLC控制系统，所述触屏PLC控制系统具备多个输出以及输入端，所述第一电动风阀14、第二电动风阀205、电动旋转支座206、第三电动风阀403、干燥带7、磁控管3、热交换系统402、第一风机13、第二风机207、红外测温仪12的输入端分别与触屏PLC控制系统不同的输出端电连接，所述红外测温仪12输出端与触屏PLC控制系统输入端电连接。

所述连通出风管204与微波腔体6的管道通过喇叭口与微波腔体6连通。使得干燥室内的烟气更容易被收集进入出风管204中。

所述磁控管3为若干个，均匀设置在微波腔体6顶面上。

所述干燥天然橡胶胶粒设备还包括应急开关15，所述应急开关15设置在协同控制系统11集成柜的面板上，所述第一电动风阀14、第二电动风阀205、第三电动风阀403、电动旋转支座206、磁控管3、干燥带7、红外测温仪12、热交换系统402、第一风机13、第二风机207均与应急开关15电连接，应急开关15控制所述第一电动风阀14、第二电动风阀205、第三电动风阀403、电动旋转支座206、磁控管3、干燥带7、红外测温仪12、热交换系统402、第一风机13、第二风机207的电源通断。协同控制系统11具有较为复杂的电路、信号传输以及控制参数，一旦协同控制系统11出现故障，可能引发设备运行错乱，不仅无法正常实现干燥，还可以引起其他电器元件的损坏，由此，如果协同控制系统11出现故障，导致设备运行错乱时，通过应急开关15切断电器元件通电，降低设备使用损坏率，应急开关15正常时，均处于非切断通电状态。

实施例1

本实施例中，日照条件优异，太阳光充足，天然橡胶胶粒初始含水率为25wt％，完成太阳能集热器调节以及微波腔体预热后，开始对天然橡胶胶粒进行正式干燥，微波腔体内干燥温度控制为105℃，干燥过程中，干燥带运输速度调节为6m/min，第二电动风阀通风风量调节为200m

对比例1

本对比例待干燥的天然橡胶胶粒与实施例1中天然橡胶胶粒为同一批产品，并且干燥参数以及干燥时间段与实施例1中相同，区别在于：本对比例中，将太阳能集热器调节至较小面积正对太阳，本对比例中将橡胶干燥至与实施例中同样含水率，所用时间为85min，太阳能集热器温度为50℃。

实施例2

本实施例中，日照条件差，太阳光严重不足，天然橡胶胶粒初始含水率为30wt％，完成太阳能集热器调节以及微波腔体预热后，开始对天然橡胶胶粒进行正式干燥，微波腔体内干燥温度控制为95℃，干燥过程中，干燥带运输速度调节为3m/min，第二电动风阀通风风量调节为450m

对比例2

本对比例待干燥的天然橡胶胶粒与实施例2中天然橡胶胶粒为同一批产品，并且干燥参数以及干燥时间段与实施例2中相同，区别在于：本对比例中，将太阳能集热器调节至较小面积正对太阳，本对比例中将橡胶干燥至与实施例中同样含水率，所用时间为50min，太阳能集热器温度为40℃。

实施例3

本实施例中，日照介于实施例1与实施例2之间，太阳光未达到非常充足状态，天然橡胶胶粒初始含水率为40wt％，完成太阳能集热器调节以及微波腔体预热后，开始对天然橡胶胶粒进行正式干燥，微波腔体内干燥温度控制为100℃，干燥过程中，干燥带运输速度调节为4.5m/min，第二电动风阀通风风量调节为350m

对比例3

本对比例待干燥的天然橡胶胶粒与实施例3中天然橡胶胶粒为同一批产品，并且干燥参数以及干燥时间段与实施例3中相同，区别在于：本对比例中，将太阳能集热器调节至较小面积正对太阳，本对比例中将橡胶干燥至与实施例中同样含水率，所用时间为50min，太阳能集热器温度为40℃。

最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。