针对冷冻干燥机调温问题之解决方案
在冷冻干燥机冻干过程中,液态物品的降温预冻以及随后的固态物品中水分的升华过程中需要将温度控制在工艺要求的一定范围内,这就要求冷冻干燥机具有一定精度的调温功能。如何在不设置调温机组的前提下较好地解决冷冻干燥机的调温问题,具体方案如下:
1、为在制冷压缩机冷量富余的前提下,在给冷冻干燥机前箱供冷的制冷系统管路旁边增加一条能提供适当冷量的制冷支路来满足调温时的冷量需要;
2、同时由于调温时,制冷压缩机是在给两个不同蒸发温度的蒸发器供冷,工况的差异可能会因膨胀阀控制的滞后对制冷压缩机产生较大的冲击,严重时可能会导致制冷压缩机的液击而造成故障,这就需要把握好对回汽压力的控制,现技术人员在前箱蒸发器的回汽管路上增设了一个电磁阀门,通过压力控制器对电磁阀门前后压差的监测来控制阀门的开或关减小调温时的负荷冲击,保证压缩机的平稳工作;
3、为了防止因电磁阀门的关闭而造成前箱蒸发器内压力的升高,调温效果得不到保证,技术人员又在电磁阀门前的回汽管路上增加了一条回汽支管,联接到制冷压缩机的二级压缩的吸气管,通过在多台冷冻干燥机上的实践,结果证明这种处理方案是切实可行的,它既能避免了增设调温机组的费用增加,又解决了现在普遍采用的毛细管调温造成调温效果不理想和对压缩机的负荷冲击。
冷冻干燥机各组成部分及其使用说明
1、压缩机
冷冻干燥机使用的制冷压缩机目前大多采用中高温型全密封往复式压缩机,其特点是:结构紧凑、体积小、重量轻、振动小、噪声低,能效比高。由于全密封压缩机的电动机与压缩机主体密封在一钢制壳体内,电动机处在冷媒气态环境中运行,冷却条件较好,寿命较长。壳体下部存有规定数量的润滑油,在压缩机工作时,对各部自动供油,平时不需再添加润滑油。
2、热交换、蒸发器
热交换在冷冻干燥机里的主要作用是利用被蒸发器冷却后的压缩空气所携带的冷量(对绝大多数用户来讲这部分冷量属废冷)并用这部分冷量来冷却携带大量水蒸气的较高温度的压缩空气,从而减轻了冷冻干燥机制冷系统的热负荷,达到节约能源的目的。另一方面,低温压缩空气在热交换器里温度得到回升,使排气管道外壁不致因温度过低而出现结露现象。
3、冷凝器、二次冷凝器(预冷回热器)
在冷冻干燥机中冷凝器的作用是将冷媒压缩机排出的高压、过热冷媒蒸气冷却成为液态制冷剂,使制冷过程得以连续不断进行。由于冷凝器排出的热量包括冷媒从蒸发器吸取的热量以及由压缩功转换过来的热量。所以冷凝器的负荷比蒸发器来得大,冷冻干燥机中冷凝器分空气冷却式(风冷型冷凝器)和水冷却式(水冷型冷凝器)两种。
4、旋风分离器(气水分离器)
旋风分离器也是一种惯性分离器,较多地用于气固分离。压缩空气沿筒壁切线方向进入分离器后,在里面产生旋转,混在气体中的水滴也跟着一起旋转并产生离心力,质量大的水滴所产生的离心力大,在离心力作用下大水滴向外壁移动,碰到外壁(也是挡板)后再集聚长大并与气体分离。
5、热气旁路阀
压缩空气在蒸发器中冷却时,有大量凝结水析出。为了防止这种情况的出现,必须对冷媒蒸发温度加以控制。其简单有效的措施就是在冷凝器和蒸发器之间加设一只热气旁路阀,热气旁路阀的测压管与蒸发压力直接连接。当蒸发压力低于一定程度时,热气旁路阀自动开启,冷凝器中的高温冷媒蒸气直接进入蒸发器,提升蒸发温度,避免冰堵现象。
6、热力膨胀阀或毛细管(节流阀)
膨胀阀(毛细管)是制冷系统的节流机构。在冷冻干燥机中,蒸发器制冷剂的供给及其调节者是通过节流机构来实现的。节流机构使制冷从高温高压液体进入蒸发器。毛细管由于结构简单,工作稳定,在小型冷冻干燥机获得普遍应用。
7、自动排水阀
在冷冻式干燥机中,凝结的冷凝水应及时排放出设备外,避免因冷凝水排放不及时造成空气含水量上升,为了方便冷凝水的排放,在设备上装备了自动排水阀当排水阀贮水杯内水位未达到一定高度时,压缩空气的压力将浮球压下关闭排水孔,就不会造成气流泄漏。
8、干燥过滤器
运行中的制冷装置,由于制冷剂和冷冻油存在水分、固体粉未、污垢等杂质,情况严重时会使节流结构的节流孔产生脏堵。因此在冷媒供液管前必须装设干燥过滤器。另外,制冷剂中微量水分对制冷系统的危害。对冷媒,冷冻油及蒸发器、冷凝器和配管的干燥处理是极为重要的。
冻干机起源于19世纪20年代的真空冷冻干燥技术经历了几十年的起伏和徘徊后,后的20年中取得了长足进展。进入21世纪,真空冻干技术凭借其它干燥方法无法比拟的优点,越来越受到人们的青睐,除了在医药、生物制品、食品、血液制品、活性物质领域得到广泛应用外,其应用规模和领域还在不断扩大中。为此,真空冷冻干燥必将成为21世纪的重要应用技术。
冻干机由制冷系统、真空系统、加热系统、电器仪表控制系统所组成。主要部件为干燥箱、凝结器、冷冻机组、真空泵、加热冷却装置等。冷冻干燥简称冻干,就是将含水物质,先冻结成固态,而后使其中的水分从固态升华成气态,以除去水分而保存物质的方法。
冻干机的几大节能优势:
1.三重热交换板作为冷凝器的内部冷却器,在预冻结束时,冷凝器已充分地冷却。预冻结束后,不需要进行制冷切换,就可以开始抽真空,可节约抽真空的时间。
2.在压缩机配置两台时,即使有一台压缩机不工作,冷凝器的冷凝表面积也不会减少。因为每块三重热交换板内设置四组盘管,每两根盘管对应一台压缩机,如有一台压缩机发生故障或不工作,捕霜面积没有任何变化。一般在一次干燥的末期和二次干燥阶段,负荷量比较小的时候,程序会自动关停一台压缩机,从而实现节能。
3.冷却水高效节能装置,是利用压缩机冷却水的预热和硅油进行热交换,从而可以取代电加热的功能。不仅如此,还可以实现硅油的快速冷却,同时,还可以循环加热导热油进行化霜。
浅析影响冷冻干燥机速率的各种因素
冷冻干燥机冷冻干燥的整个过程其实就是传热和传质(水蒸气)同时进行的过程,热和质的传递速率共同影响干燥速率,从而影响整个冻干周期,所有影响热和质传递的因素均会影响干燥速率,简单分析如下:
1、物料的形态与组分
根据冻干物料的形态通常分为固体和液体。固体的形态和液体的浓度对冷冻干燥速率的影响较大。
2、预冻速率
冷冻时所形成的晶体大小在很大程度上影响干燥的速率和干燥后产品的溶解速度。速冻和慢冻过程具有以下差别:速冻产生的冰晶较小,慢冻产生的冰晶较大。大的冰晶有利于升华,小的冰晶不利于升华,快速冻结导致升华速率低,解吸速率快;慢速冻结导致升华速率快,解析速率慢。
3、装量
物料在冻干时,分装到容器中后存在一定的表面积与物质厚度之比,亦即冻干与装量有关。表面积、厚度小有利于水分升华,容易冻干且质量理想。干燥时,单位面积料盘上燥的湿重装载量是决定干燥时间的重要因素,一般情况下,物料堆积的厚度愈薄,传热和传质速度越快,干燥时间愈短。但是,物料厚度薄则单位冻干面积上每批次干燥的物料少,对提高单位冻干面积和单位时间产量不利。
4、干燥室内压力
干燥室内压力高低影响到传热和传质的速率,就传质而言,压力越低越好,而对于传热来说,压力越高越好。传质速率的大小,主要由升华界面与干燥层表面的温度和压力所决定,要提高干燥层中水蒸气的逸出速率,一是提高升华界面的温度,使界面水蒸气压增大;二是提高干燥室的真空度,降低干燥层表面的蒸汽压。
5、传热方式传热方式
按传统的分类可划分为:传导、对流、热辐射和介质加热(微波加热)。由于升华干燥的过程涉及到热和质(水蒸气)的传递,因此,通过何种传热方式将热量更为有效地传给物料,对干燥速率有较大的影响。
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