技术领域
本发明涉及真空加热技术领域，尤指一种真空蒸热处理装置及其方法。
背景技术
检疫处理是出入境检验检疫机构对经检疫不合格的动植物、动植物物品和其他检疫物采取的强制性措施。检疫处理的主要方法通常包括物理和化学方法。
进出境动植物物品的检疫处理所采用的化学药剂熏蒸处理，如溴甲烷熏蒸，对于环境存在污染问题，并对操作人员有一定危害。而单一的真空处理和常压下热蒸汽处理方法，需要时间过长；高压蒸热灭菌需要特殊的锅炉容器，同时高温处理易对鲜活物品造成不可逆损伤，难以满足商业国际贸易的需求应用。
目前，在进出境动植物物品检疫中，旅客或邮寄的禁止进境截获物、检疫不合格动植物及其物品等后续无害化检疫处理方法没有统一的要求，存在较大的有害生物扩散风险。现有热处理主要是建造热处理库以电或燃料作为热源燃烧锅炉产生水蒸汽进行干热处理，且主要应用于木材和木质包装等少数种类的动植物物品，特别是还没有成熟的商业化真空蒸热检疫处理的装备和技术工艺。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种高效、快速、环保、安全和经济的真空蒸热处理装置及其方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种真空蒸热处理装置，包括蒸热处理器舱体、蒸汽发生器、真空泵、露点仪、内部温度探针、物品温度探针、内加热装置、风机、中央控制系统，所述蒸汽发生器固定设置在蒸热处理器舱体外部并与蒸热处理器舱体内部连通，所述真空泵通过管道与蒸热处理器舱体内部连通，所述露点仪、内部温度探针、内加热装置、风机均设置在蒸热处理器舱体内部,所述物品温度探针设置在处理物内部，所述蒸汽发生器、真空泵、露点仪、内部温度探针、内加热装置、风机、物品温度探针均与中央控制系统连接。
具体地，所述蒸热处理器舱体为双层壳体结构，双层壳体的间隙以硅酸盐类隔热材料填充。
具体地，还包括报警装置，所述报警装置设置在蒸热处理器舱体外部并与中央控制系统连接。
具体地，还包括循环水箱，所述真空泵的抽出端、蒸汽发生器的进水端分别与循环水箱连接。
具体地，还包括用于实时显示露点仪、内部温度探针、物品温度探针数值的显示屏，所述显示屏设置在蒸热处理器舱体外部并与中央控制系统连接。
具体地，所述蒸汽发生器与蒸热处理器舱体之间通过管道连接，管道上设置有传送阀门，所述传送阀门与中央控制系统连接。
为了实现上述目的，本发明还提供一种真空蒸热处理方法，包括以下步骤：
S1、通过中央控制系统设置蒸汽发生器、真空泵、内加热装置、露点仪、内部温度探针、物品温度探针的控制参数，根据不同处理物分类建立不同的控制参数档案，并进行档案储存；
S2、将处理物放置在蒸热处理器舱体内部，至处理物总量占蒸热处理器舱体体积的60％-80％；
S3、将物品温度探针放置在处理物的最低温度处；
S4、在中央控制系统中调用对应分类的控制参数档案，同时中央控制系统控制露点仪、内部温度探针、物品温度探针实时读取处理物露点温湿度、蒸热处理器舱体内部温度和处理物温度数据并传输至显示屏；
S5、中央控制系统根据控制参数控制真空泵将蒸热处理器舱体的空气不断排出到外部环境；
S6、中央控制系统根据控制参数控制蒸汽发生器产生蒸汽进入蒸热处理器舱体对处理物进行加热，同时根据反馈得到的处理物露点温湿度，控制内加热装置对处理物进行加热除露；
S7、中央控制系统完成工作后，将处理后的物品移出蒸热处理器舱体，并在低温环境下冷却。
具体地，S1所述的设置控制参数包括：
设置抽真空所需要达到的真空度及抽真空所需要的时间；
设置对处理物加热时蒸热处理器舱体的内部温度，设置处理物内部所需要达到的温度及保持该温度的时长；
设置对处理物表面加热时的露点温度与露点湿度。
具体地，蒸汽发生器与蒸热处理器舱体之间通过管道连接，管道上设置有传送阀门，传送阀门与中央控制系统连接，中央控制系统通过控制传送阀门的开合度来控制进入蒸热处理器舱体内的蒸汽量。
具体地，抽真空步骤之前还包括预热步骤，通过中央控制系统设置处理物预热所需要达到的温度及预热时间。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)处理速度快，效率高。由于蒸热处理器舱体内部可以进行抽真空处理，可形成负压真空环境。在负压的条件下，高温水蒸汽可更加快速有效的进入到物品内部，大大加快处理速度。由于真空环境条件下，氧气稀薄，位于蒸热处理器舱体内部的生物由于缺少氧气生存能力下降。因而，对于有害生物等处理的效率较常压下大大提高。
(2)安全环保。该装置属于低压设备，不存在高压爆炸等危险隐患。使用过程，不需要有毒有害性试剂，无有害物质排出，因此对于人无危害与对环境无污染。设备自身具有多重保护程序，在设备出现温度、真空度超过设定值或者出现异常是将自动报警，内部的参数锁定在安全的范围内，不熟悉参数设置的人员操作也不会出现安全问题或对仪器设备造成损坏。
(3)损伤度小。该装置的露点仪可监控蒸热处理器舱体内部凝露现象，蒸热处理器舱体的内加热装置可对待处理的物品进行预加热，以防止在处理过程中因凝露释放的热量造成处理物表面温度过高而产生损坏的现象。
(4)操作简便，记录详实。该装置具有独立设计的控制系统，对不同类的处理物可建立并储存相应的处理工艺流程。以存储的流程可以直接调用，从而实现一键运行的目的。同时，在工艺流程运行的过程中，可实现不同步骤之间的即时切换，参数的修改。同时，得益于该控制系统，数据记录的时间间隔可缩小到每5秒一次。
(5)温度精度高，各区域温度均匀。该装置的控制系统精密计算，即时对传送阀门进行的开合程度进行控制，舱体内部的温度精度可控制在±0.3℃的范围内。舱体内部的风机可有效促进内部空气的流通，确保在舱体不同区域的处理物升温速率的一致性。
附图说明
图1是本发明真空蒸热处理装置的结构示意图；
图2是本发明真空蒸热处理方法的流程示意图。
附图标号说明：1.蒸热处理器舱体；2.蒸汽发生器；3.真空泵；4.露点仪；5.内部温度探针；6.物品温度探针；7.内加热装置；8.传送阀门；9.循环水箱；10.风机。
具体实施方式
请参阅图1，本发明关于一种真空蒸热处理装置，包括蒸热处理器舱体1、蒸汽发生器2、真空泵3、露点仪4、内部温度探针5、物品温度探针6、内加热装置7、风机10、中央控制系统，所述蒸汽发生器2固定设置在蒸热处理器舱体1外部并与蒸热处理器舱体1内部连通，所述真空泵3通过管道与蒸热处理器舱体1内部连通，所述露点仪4、内部温度探针5、内加热装置7、风机10均设置在蒸热处理器舱体1内部,所述物品温度探针6设置在处理物内部，所述蒸汽发生器2、真空泵3、露点仪4、内部温度探针5、内加热装置7、风机10、物品温度探针6均与中央控制系统连接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)处理速度快，效率高。由于蒸热处理器舱体1内部可以进行抽真空处理，可形成负压真空环境。在负压的条件下，高温水蒸汽可更加快速有效的进入到物品内部，大大加快处理速度。由于真空环境条件下，氧气稀薄，位于蒸热处理器舱体1内部的生物由于缺少氧气生存能力下降。因而，对于有害生物等处理的效率较常压下大大提高。
(2)安全环保。该装置属于低压设备，不存在高压爆炸等危险隐患。使用过程，不需要有毒有害性试剂，无有害物质排出，因此对于人无危害与对环境无污染。设备自身具有多重保护程序，在设备出现温度、真空度超过设定值或者出现异常是将自动报警，内部的参数锁定在安全的范围内，不熟悉参数设置的人员操作也不会出现安全问题或对仪器设备造成损坏。
(3)损伤度小。该装置的露点仪4可监控蒸热处理器舱体1内部凝露现象，蒸热处理器舱体1的内加热装置7可对待处理的物品进行预加热，以防止在处理过程中因凝露释放的热量造成处理物表面温度过高而产生损坏的现象。
(4)操作简便，记录详实。该装置具有独立设计的控制系统，对不同类的处理物可建立并储存相应的处理工艺流程。以存储的流程可以直接调用，从而实现一键运行的目的。同时，在工艺流程运行的过程中，可实现不同步骤之间的即时切换，参数的修改。同时，得益于该控制系统，数据记录的时间间隔可缩小到每5秒一次。
(5)温度精度高，各区域温度均匀。该装置的控制系统精密计算，即时对传送阀门进行的开合程度进行控制，舱体内部的温度精度可控制在±0.3℃的范围内。舱体内部的风机可有效促进内部空气的流通，确保在舱体不同区域的处理物升温速率的一致性。
本发明可用于木材、原木、竹藤制品、中药材、大宗粮食下脚料、新鲜水果和植株中携带的危险性病虫害的检疫处理；还可对水果、蔬菜、种子、种苗、栽培介质、豆类、土壤，肉类、禽类、水生动物，血液制品等禁止携带、邮寄或检疫不合格的进出境动植物及其产品。本发明能一次对不同类型的动植物产品进行处理，能高效安全处理此类材料所携带的昆虫、线虫、杂草、真菌、细菌、病毒等可能危害人体和动植物的病原生物，确保各种有害生物的100％灭活，以达到生物安全的目的。
本实施例中，中央控制系统由电脑控制，电脑由单片机组成，配备专用数据显示器以及输入键盘。电脑的储存器内有针对特定类型产品的设备控制程序，操作人员可直接调用相应程序，而不用了解具体的编程过程便可操作装置。
该单片机具有写入程序的功能，能够按照使用者的要求进行自定义编程。相关程序可储存于控制电脑内部，并可在之后的使用过程中直接调用。该程序由不同的步骤组成，每种步骤有独立的标志。编辑时只需要选择相应图标，并填入特定参数即可。各步骤之间相互独立，编程时将不同的步骤按照需要放置在程序的不同位置即可。在运行程序的过程中，可通过修改程序相应参数来应对出现的各种情况；同时各程序的不同步骤可进行跳步操作，可随时切换到上一步骤、下一步骤以及任意步骤或结束程序。在保温步骤时，可通过调整目标温度探针的编号，即可进行切换。
物品温度探针6数目可设置为4-12根，本实施例优选为12根，连接至控制电脑的12根物品温度探针6可对待处理对象不同部位、不同深度区域进行温度监测。处理过程中各温度探针的温度、露点仪4的湿度以及压力值均记录在控制电脑的内部存储器及存储卡，所有的数据均可每隔5秒钟记录一次。数据可通过打印机直接打印，也可将储存卡内的数据导入到计算机进行计算处理。
具体地，所述蒸热处理器舱体1为双层壳体结构，双层壳体的间隙以硅酸盐类隔热材料填充。
采用上述技术方案，装置的低压舱体为双层壳体构造，双层壳体的间隙以硅酸盐类隔热材料填充，大大降低的热量的损耗。平均单次处理所消耗的电能总量约为40KWH以内,平均耗水量低于100m3。消耗的水量中，主要为真空泵3工作需要，该水不需处理可循环利用。
具体地，还包括报警装置，所述报警装置设置在蒸热处理器舱体1外部并与中央控制系统连接。
采用上述技术方案，当露点仪4、内部温度探针5、物品温度探针6、真空度的数值超过设定值或者出现异常时，中央控制系统将控制报警装置发出警报，提醒工作人员注意，同时将内部的参数锁定在安全的范围内，保证机器设备正常工作，保障工作人员安全。
具体地，还包括循环水箱9，所述真空泵3的抽出端、蒸汽发生器2的进水端分别与循环水箱9连接。
采用上述技术方案，将真空泵3的抽出端、蒸汽发生器2的进水端分别与循环水箱9连接，真空泵3工作时产生的废水可通过蓄水池回收并循环供给蒸汽发生器2利用，节约资源。
具体地，还包括用于实时显示露点仪4、内部温度探针5、物品温度探针6数值的显示屏，所述显示屏设置在蒸热处理器舱体1外部并与中央控制系统连接。
采用上述技术方案，使用显示屏读取数值，可方便实时观测处理物露点温湿度、蒸热处理器舱体1内部温度和处理物温度。
具体地，所述蒸汽发生器2与蒸热处理器舱体1之间通过管道连接，管道上设置有传送阀门8，所述传送阀门8与中央控制系统连接。
采用上述技术方案，蒸汽发生装置可设置在蒸热处理舱体的后侧，其内部有用于加热的电热丝，可对于进入蒸汽发生器2内的水进行加热升温。当蒸汽发生器2产生足够的蒸汽后，蒸汽通过蒸汽传送管道输送至蒸热处理器舱体1内部。进入蒸热处理器舱体1的蒸汽量由中央控制系统通过计算后发送指令至蒸汽传送阀门8，通过控制蒸汽传送阀门8的开合程度来控制进入蒸热处理器舱体1内的蒸汽量。随着进入舱体内部的蒸汽增加，由产品温度计检测到的温度不断升高，蒸汽传送阀门8的开合程度不断减小，当温度到达中央控制系统设定值时，蒸汽传送阀门8将完全关闭。蒸汽发生器2通过向蒸热处理器舱体1内输送饱和水蒸汽，来杀灭位于蒸热处理器舱体1内的物品表面及内部的检疫性昆虫及微生物。
请参阅图2，本发明还提供一种真空蒸热处理方法，包括以下步骤：
S1、通过中央控制系统设置蒸汽发生器2、真空泵3、内加热装置7、露点仪4、内部温度探针5、物品温度探针6的控制参数，根据不同处理物分类建立不同的控制参数档案，并进行档案储存；
S2、将处理物放置在蒸热处理器舱体1内部，至处理物总量占蒸热处理器舱体1体积的60％-80％；
S3、将物品温度探针6放置在处理物的最低温度处；
S4、在中央控制系统中调用对应分类的控制参数档案，同时中央控制系统控制露点仪4、内部温度探针5、物品温度探针6实时读取处理物露点温湿度、蒸热处理器舱体1内部温度和处理物温度数据并传输至显示屏；
S5、中央控制系统根据控制参数控制真空泵3将蒸热处理器舱体1的空气不断排出到外部环境；
S6、中央控制系统根据控制参数控制蒸汽发生器2产生蒸汽进入蒸热处理器舱体1对处理物进行加热，同时根据反馈得到的处理物露点温湿度，控制内加热装置7对处理物进行加热除露；
S7、中央控制系统完成工作后，将处理后的物品移出蒸热处理器舱体1，并在低温环境下冷却。
具体地，S1所述的设置控制参数包括：
设置抽真空所需要达到的真空度及抽真空所需要的时间；
设置对处理物加热时蒸热处理器舱体1的内部温度，设置处理物内部所需要达到的温度及保持该温度的时长；
设置对处理物表面加热时的露点温度与露点湿度。
具体地，蒸汽发生器2与蒸热处理器舱体1之间通过管道连接，管道上设置有传送阀门8，传送阀门8与中央控制系统连接，中央控制系统通过控制传送阀门8的开合度来控制进入蒸热处理器舱体1内的蒸汽量。
具体地，抽真空步骤之前还包括预热步骤，通过中央控制系统设置处理物预热所需要达到的温度及预热时间。
一般情况下，检疫处理需要先进行预热处理，无害化处理无需预热处理。
其中，在出现由于产品直径过大或厚度过大而出现的产品内部温度升高过慢的情况时，可重复设置预热和抽真空的相关数值，以达到加速产品升温的目的。
如对特定产品，在完成以上控制参数设置后，还可设置相应参数对装置内部再次抽真空，以抽出装置内部多余的水蒸汽。
本发明的中央控制系统可通过设置控制参数来设置工艺流程，本实施例中，包括对竹、木类产品,芒果、榴莲、荔枝等水果类产品检疫处理以及对大豆、小麦等粮食作物下脚料等产品的无害化处理。根据真空蒸热处理方法的基本步骤，按照在处理过程中的抽真空和加热循环次数，可将工艺流程分为：一步法、两步法与多步法及无害化处理，示例如下。
1)一步真空蒸热处理法(以竹子检疫处理为例,56℃,30min)：
a)设置对产品预热的目标温度为35℃。
b)抽真空度设置在150-300mbar，抽真空时间长度为3-7min。
c)设置舱内温度略高于56℃，对产品的加热的目标温度为竹制品内部温度56℃。达到目标温度后进入保温阶段，设置保温时间长度为30min。
d)抽真空降低舱内水分。
2)两步真空蒸热处理法(以木材为例70℃,30min)：
a)设置对木材预加热至木材内部温度到40℃。
b)第一次抽真空度设置在150-300mbar，抽真空时间设置3-7min。
c)设置加热时舱内温度为70℃，位于木材中心的温度探针作为取样温度探针，取样温度设置为60℃。当木材内部取样探针温度达到60℃时，开始计时，当计时时间达到2min时，开始工艺流程的下一步。
d)设置对舱内第二次抽真空，舱内抽真空至200-350mbar，抽真空时间设置为3-7min。
e)设置位于木材中心的温度探针的温度设置为70℃，设置舱内温度略高于70℃。在取样探针的温度达到70℃时开始计时，计时至30min时停止加热程序。
f)对于舱内进行抽真空干燥，抽真空时间为3-7min。
3)三步或多步真空蒸热处理法：以新鲜水果为例(47℃，15min)
a)设置预热目标温度为果心温度上升至35℃。
b)设置舱内抽真空度为150-300mbar，抽真空预设时间为3-7min。
c)设置加热过程中舱内温度略高于40℃，并在果心温度探针达到40℃时开始计时。当计时时间达到2min时开始工艺流程的下一步。
d)设置对舱内第二次抽真空的真空度为200-350mbar，抽真空时间为3-7min
e)设置加热时舱内温度等于或略高于45℃，位于果心处温度探针在45℃时开始计时，计时到2min时进入下一步工艺。
f)设置对舱内进行第三次抽真空，真空度为300-450mbar，抽真空时间为3-7min
g)设置舱内温度略高于47℃，当位于水果内部的温度探针达到47℃时开始计时，计时15min时停止程序。
h)对舱内进行抽真空干燥，抽真空时间为3-7min。
4)真空蒸热无害化处理应用：以下脚料为例(70℃,30min)
a)对于产品无害化处理，无需进行预热操作。
b)设置舱内抽真空度为150-300mbar，抽真空预设时间为3-7min。
c)设置加热过程中舱内温度略高于70℃，当产品内部温度达到40℃时开始计时。当计时时间达到2min时开始工艺的下一步。
d)设置在此对舱内第二次抽真空，真空度为200-350mbar，抽真空时间为3-7min
e)设置加热过程中舱内温度略高于70℃，加热时取样温度探针在50℃时开始计时，计时到2min时进入下一步工艺。
f)设置对舱内进行第三次抽真空，真空度设置在300-450mbar，抽真空预设时间为3-7min
g)设置加热过程中舱内温度高于70℃，温度取样探针达到60℃时开始计时，计时2min进入下一步工艺。
h)设置对舱内进行第四次抽真空，真空度设置在400-450mbar，抽真空预设时间为3-7min
i)设置加热过程中舱内温度略高于70℃，加热时取样温度探针在70℃时开始计时，计时到30min时结束程序。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)处理速度快，效率高。由于蒸热处理器舱体1内部可以进行抽真空处理，可形成负压真空环境。在负压的条件下，高温水蒸汽可更加快速有效的进入到物品内部，大大加快处理速度。由于真空环境条件下，氧气稀薄，位于蒸热处理器舱体1内部的生物由于缺少氧气生存能力下降。因而，对于有害生物等处理的效率较常压下大大提高。
(2)安全环保。该装置属于低压设备，不存在高压爆炸等危险隐患。使用过程，不需要有毒有害性试剂，无有害物质排出，因此对于人无危害与对环境无污染。设备自身具有多重保护程序，在设备出现温度、真空度超过设定值或者出现异常是将自动报警，内部的参数锁定在安全的范围内，不熟悉参数设置的人员操作也不会出现安全问题或对仪器设备造成损坏。
(3)损伤度小。该装置的露点仪4可监控蒸热处理器舱体1内部凝露现象，蒸热处理器舱体1的内加热装置7可对待处理的物品进行预加热，以防止在处理过程中因凝露释放的热量造成处理物表面温度过高而产生损坏的现象。
(4)操作简便，记录详实。该装置具有独立设计的控制系统，对不同类的处理物可建立并储存相应的处理工艺流程。以存储的流程可以直接调用，从而实现一键运行的目的。同时，在工艺流程运行的过程中，可实现不同步骤之间的即时切换，参数的修改。同时，得益于该控制系统，数据记录的时间间隔可缩小到每5秒一次。
(5)温度精度高，各区域温度均匀。该装置的控制系统精密计算，即时对传送阀门进行的开合程度进行控制，舱体内部的温度精度可控制在±0.3℃的范围内。舱体内部的风机可有效促进内部空气的流通，确保在舱体不同区域的处理物升温速率的一致性。
以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。