本實(shí)用新型涉及一種微波熱解裝置及監(jiān)控系統(tǒng)，尤其涉及一種微波熱解微藻實(shí)驗(yàn)裝置及監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

微藻是一些微觀的藻類生物質(zhì)，具有生長速度快，油脂含量高等特點(diǎn)；油脂中大多是中性油脂，含有不飽和脂肪酸的程度低，這使微藻具有潛力替代化石燃料。微藻油脂的含量通常高于其他蔬菜作物，被確認(rèn)為是生產(chǎn)生物燃油的原料。隨著化石燃料的日益枯竭以及溫室效應(yīng)的日趨嚴(yán)重，開發(fā)可再生能源微藻對(duì)緩解能源緊張和減少碳排放具有重要的意義。

熱解是熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方法的一種，是在無氧或缺氧條件下受熱后有機(jī)物發(fā)生熱裂解，產(chǎn)生各種新的氣體、液體和固體的現(xiàn)象。隨著人們對(duì)熱解產(chǎn)油興趣的增加，以獲得生物油為目的的快速熱解技術(shù)的研究和應(yīng)用越來越受到重視，微波熱解技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

目前對(duì)于微藻微波熱解的研究，主要側(cè)重于熱解影響因素的考察，包括微藻種類、微波功率、添加物種類及比例等。控溫條件下的微波熱解幾乎未涉及，而常規(guī)熱解研究表明溫度是影響熱解過程的重要因素。目前用于實(shí)驗(yàn)研究的裝置往往只能容納很少量的試樣，而試樣的量過少不利于微波熱解產(chǎn)油影響因素的研究及油的收集和提取。此外，針對(duì)實(shí)驗(yàn)研究的需要，有必要研發(fā)一套能夠較為準(zhǔn)確的測量并控制溫度且能容納大量試樣的微波熱解裝置及能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和記錄，并直觀的在計(jì)算機(jī)上輸出微波功率、溫度、重量隨時(shí)間變化的監(jiān)控系統(tǒng)，而此方面的成套裝置及監(jiān)控系統(tǒng)還未見報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型是為了解決上述問題而提出的一種微波熱解微藻實(shí)驗(yàn)裝置及監(jiān)控系統(tǒng)，目的是較為準(zhǔn)確的測量物料內(nèi)部溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)微波功率和熱解溫度線性可調(diào)，并可在線測量溫度和失重量隨時(shí)間變化的關(guān)系數(shù)據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了如下的技術(shù)方案：

一種微波熱解微藻實(shí)驗(yàn)裝置及監(jiān)控系統(tǒng)，整套裝置包括微波發(fā)生系統(tǒng)、質(zhì)量測量系統(tǒng)、溫度測量系統(tǒng)、熱解及產(chǎn)物收集分析系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、控制站以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；控制站包括西門子PLC控制器、擴(kuò)展模塊、微波控制模塊；利用大量熱電偶和壓力傳感器以及外置PLC系統(tǒng)進(jìn)行智能控制，監(jiān)控計(jì)算機(jī)將溫度設(shè)定值通過串口通訊通知控制站并接受控制站返回的各種參數(shù)如溫度、重量等，控制站分別與熱電偶、壓力傳感器、磁控管發(fā)生系統(tǒng)、電機(jī)和氣質(zhì)聯(lián)用儀電連接。

一種微波熱解微藻實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是：由電機(jī)、浮子流量計(jì)、氮?dú)馄?、微波發(fā)生系統(tǒng)、熱電偶、攪拌軸、攪拌翅片、壓力傳感器、殘?jiān)隹凇⒐摅w、控制站、氣質(zhì)聯(lián)用儀、干燥器、閥門、高溫過濾網(wǎng)、微型氣泵、冰浴、一級(jí)積液瓶、二級(jí)積液瓶、三級(jí)積液瓶組成；罐體上部中心設(shè)置支架，支架上安裝電機(jī)，罐體上部四周設(shè)置四個(gè)微波倉，微波倉內(nèi)設(shè)有微波發(fā)生系統(tǒng)，氮?dú)馄客ㄟ^浮子流量計(jì)與罐體相連，罐體下部兩側(cè)設(shè)置熱解殘?jiān)隹凇?/p>

其中罐體左右兩側(cè)從上到下每隔固定距離設(shè)置一個(gè)熱電偶，熱電偶測量范圍為0---1300℃，分辨率為1℃，型號(hào)：K型。

其中為防止熱電偶在微波場中“打火”，毀壞熱電偶以及對(duì)測溫產(chǎn)生干擾，熱電偶與爐膛使用金屬螺栓緊密連接。

其中罐體內(nèi)部中心設(shè)有帶攪拌翅片的攪拌軸，攪拌軸的上部由連接套與減速器連接，攪拌裝置能使物料始終均勻分布在罐內(nèi)。

其中罐體的下方設(shè)置了壓力傳感器,壓力傳感器通過變送器與控制站電連接。

其中在罐體上方四周設(shè)置四個(gè)微波發(fā)生系統(tǒng)，微波發(fā)生系統(tǒng)由變壓器、磁控管、波導(dǎo)管等組成，磁控管產(chǎn)生的微波功率在0-3kW之間，并連續(xù)可調(diào)，型號(hào)為：LG-2M285。

一種微波熱解微藻實(shí)驗(yàn)裝置的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是：

熱電偶通過擴(kuò)展模塊中SM331與控制站電連接；微波發(fā)生系統(tǒng)與控制站電連接；壓力傳感器通過變送器與控制站電連接；控制站通過串口與監(jiān)控計(jì)算機(jī)電連接；氣質(zhì)聯(lián)用儀通過串口與監(jiān)控計(jì)算機(jī)連接。

控制站包括西門子PLC控制器、擴(kuò)展模塊、微波控制模塊、PLC通過串口接收?qǐng)?zhí)行監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)出的各種指令；并通過擴(kuò)展模塊采集熱電偶信號(hào)和壓力傳感器陣列信號(hào)，通過數(shù)學(xué)建模判斷物料的位置，選擇處于物料之中的熱電偶所測量的溫度，用于溫度控制，同時(shí)上傳給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。

監(jiān)控計(jì)算機(jī)安裝組態(tài)王軟件，提供人機(jī)接口，用戶在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上設(shè)定微波功率、加熱時(shí)間、溫度等多項(xiàng)參數(shù)，通過串口通訊通知控制站并接收控制站返回的各種參數(shù)，采用圖形化方式顯示試樣在特定微波功率、溫度下失重量隨時(shí)間變化的關(guān)系及溫度隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線等變化曲線。

本實(shí)用新型能夠較為準(zhǔn)確的測量物料內(nèi)部的溫度，磁控管產(chǎn)生的微波功率在0-3kW之間線性可調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)物料的恒溫/變溫微波熱解，能動(dòng)態(tài)測量物料在特定微波功率、溫度下失重量隨時(shí)間變化的關(guān)系及溫度隨時(shí)間變化的關(guān)系及溫度以固定的升溫速率加熱條件下的熱失重曲線，監(jiān)控系統(tǒng)使用組態(tài)王軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和記錄，能夠在計(jì)算機(jī)上直觀的顯示微波功率、溫度、重量隨時(shí)間變化的曲線。利用氣質(zhì)聯(lián)用儀，對(duì)所產(chǎn)氣體和冰浴中所收集的油的成分進(jìn)行詳細(xì)分析并將相關(guān)數(shù)據(jù)通過串口送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。本裝置尤其適用于試樣量較大的實(shí)驗(yàn)研究。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的一種微波熱解微藻實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。

圖中所示： 1.電機(jī) 2.減速器 3.微波倉 4.浮子流量計(jì) 5.氮?dú)馄?6.支架 7.微波發(fā)生系統(tǒng) 8.熱電偶 9.攪拌軸 10.攪拌翅片 11.壓力傳感器 12.殘?jiān)隹?13.罐體 14.連接套 15.控制站 16. 監(jiān)控計(jì)算機(jī) 17.氣質(zhì)聯(lián)用儀 18.干燥器 19.閥門 20.高溫過濾網(wǎng) 21.微型氣泵 22.冰浴 23.一級(jí)積液瓶 24.二級(jí)積液瓶 25.三級(jí)積液瓶。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

由圖1所示，一種微波熱解微藻實(shí)驗(yàn)裝置由電機(jī)1、減速器2、微波倉3、浮子流量計(jì)4、氮?dú)馄?、支架6、微波發(fā)生系統(tǒng)7、熱電偶8、攪拌軸9、攪拌翅片10、壓力傳感器11、殘?jiān)隹?2、罐體13、連接套14、控制站15、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)16、氣質(zhì)聯(lián)用儀17、干燥器18、閥門19、高溫過濾網(wǎng)20、微型氣泵21、冰浴22、一級(jí)積液瓶23、二級(jí)積液瓶24、三級(jí)積液瓶25組成；罐體13上部中心設(shè)置支架6，支架6上部設(shè)有帶電機(jī)1的減速器2，罐體13上部四周設(shè)置四個(gè)微波倉3，微波倉3內(nèi)設(shè)置有微波功率線性可調(diào)的微波源；罐體13內(nèi)部中心設(shè)有帶攪拌翅片10的攪拌軸9，攪拌軸9的上部由連接套14與減速器2連接；罐體13的底部放置壓力傳感器11陣列，底部兩側(cè)設(shè)置殘?jiān)隹?2；氮?dú)馄?通過浮子流量計(jì)4與罐體13上方左側(cè)相連，罐體右側(cè)管道通過高溫過濾網(wǎng)20與冰浴22連接，冰浴22中收集生物柴油，剩余氣體通過干燥器18后經(jīng)過閥門19，進(jìn)入氣質(zhì)聯(lián)用儀17；在管道的最末放置一臺(tái)微型氣泵21。熱電偶8、壓力傳感器11、電機(jī)1、微波源7與控制站15電連接，控制站15與監(jiān)控計(jì)算機(jī)16通過串口進(jìn)行通信，即為微波熱解微藻實(shí)驗(yàn)裝置。

由圖2所示，一種微波熱解微藻實(shí)驗(yàn)裝置的監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、控制站、熱電偶陣列、壓力傳感器陣列、微波發(fā)生系統(tǒng)組成，熱電偶、壓力傳感器、微波發(fā)生系統(tǒng)，攪拌電機(jī)與控制站電連接，攪拌電機(jī)定時(shí)攪拌使物料均勻分布在罐內(nèi)，壓力傳感器采集物料重量數(shù)據(jù)送給控制站，通過數(shù)學(xué)建模，利用物料重量判斷物料在罐內(nèi)位置，控制站選擇物料之中的熱電偶，取其平均值作為罐內(nèi)溫度返回給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)安裝組態(tài)王軟件，提供人機(jī)會(huì)話界面，可以手動(dòng)/自動(dòng)設(shè)置溫度，計(jì)算機(jī)將信號(hào)發(fā)給控制站，控制站控制微波發(fā)生系統(tǒng)使溫度達(dá)到設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)試樣的恒溫微波熱解實(shí)驗(yàn)或者使溫度以設(shè)定的升溫速率上升，實(shí)現(xiàn)試樣在變溫條件下的熱失重實(shí)驗(yàn)。程序控制系統(tǒng)在線測量溫度和失重量隨時(shí)間變化的關(guān)系數(shù)據(jù)，并以圖表模式顯示在計(jì)算機(jī)上。

盡管上文對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案進(jìn)行了詳細(xì)的描述和說明，但應(yīng)該指明的是，我們可以對(duì)上述實(shí)施方案進(jìn)行各種改變和修改，但這些都不脫離本實(shí)用新型的精神和所附的權(quán)利要求所記載的范圍。