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冷冻干燥机的原理

发布时间:2021-07-06 22:14 人气:

  一、冷冻干燥机简介
 
  麦可酷冻干机是将含水物品预先冷冻,然后在真空中升华水,得到干燥物品的技术方法。冻干产品易于长时间保存,加水后可恢复到冻干前的状态,保持原有的生化特性。
 
  真空冷冻干燥技术已广泛应用于生物工程、制药工业、食品工业、材料科学和农副产品深加工等领域,其规模和领域仍在不断扩大。因此,真空冷冻干燥将成为21世纪的一项重要应用技术。
 
  二、冻干机的基本结构
 
  冻干机由制冷系统、真空系统、加热系统和电气仪表控制系统组成。主要部件有干燥箱、冷凝器、制冷机组、真空泵、加热/冷却装置等。
 
  制冷系统是冻干机最重要的组成部分,被称为“冻干机的心脏”。制冷系统主要由以下部件组成:压缩机、制冷剂、油分离器、水冷凝器、干燥过滤器、中冷器、液体镜、电磁阀、手动阀(顶盖阀)、膨胀阀、蒸发器(板式换热器、后罐冷凝器盘管)、汽液分离器、回风过滤器、压力表、压力控制继电器、CPCE(能量调节器)、安全阀、制冷管路等。整个系统如下图所示:
 
  三.冷冻干燥机的工作原理
 
  冷冻干燥是一种基于升华原理的干燥技术,是将干燥后的物质在低温下快速冷冻,然后将冷冻的水分子直接升华成水蒸气,在适当的真空环境下逸出的过程。通过冷冻干燥获得的产品称为冻干机,这个过程称为冻干。
 
  冻干机的工作原理(如下图所示)是:液态制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物质的热量后,汽化成低压低温蒸汽,被压缩机吸入,压缩成高温高压蒸汽后排入冷凝器,在冷凝器中向冷却介质(水或空气)散热,冷凝成高压液体,由节流装置节流成低压低温液体,再进入蒸发器吸热汽化。
 
  四、冷冻干燥机选择指南
 
  1.冻干区
 
  冻干机模型中的数字代表冻干机的冻干面积,例如麦可酷冻干机的冻干面积为0.18。用户应根据自身需求,通过计算确定冻干面积大的冻干机。例如,如果每批液体体积为1.8千克(升)的产品需要冷冻干燥,冷冻干燥板的装载面积可以通过将材料装载到厚度为10毫米的材料托盘中来计算:
 
  a(面积,)=V(体积,米)/H(高度,米)=0.0018米/0.01米=0.18平方米
 
  也就是说,应该选择负载面积为0.18的冷冻干燥机。2.冷阱温度
 
  冷阱是冷冻干燥过程中捕捉水分的装置。理论上讲,冷阱温度越低,冷阱的捕水能力越强,但冷阱温度越低,制冷要求越高,机器成本和运行成本越高。实验系列冷冻干燥机的冷阱温度主要在-45、-60和-80左右。冷阱温度为-45的冻干适用于一些易冻干的产品,冷阱温度为-60的冻干机适用于大多数产品,冷阱温度为-80的冻干适用于一些特殊产品。冷阱温度对捕水能力的影响表明,冷阱温度从-35下降到-55,冷阱温度低于-55。因此,在没有特殊要求的情况下,选择-60左右的冷阱温度是理想的选择,如有要求的选购麦可酷-85度医药品级冻干机是不错的选择。
 
  3.冷却速率
 
  冷却速率反映了制冷系统的制冷能力。空载条件下,冷阱的温度应在一小时内达到指标规定的最低温度。例如冷阱温度-60的冻干机,冷阱温度达到-60的时间应不超过1小时。
 
  4.极限真空度
 
  极限真空度反映了冻干机的泄漏量和真空泵的抽气效率。过去,真空度越高越好。现在,真空度应该在合理的范围内。真空度过高,不利于传热,反而降低了干燥速度。但冻干箱的空载极限真空度应在15Pa以上。
 
  5.真空泵时间
 
  冻干箱的空抽速度应在半小时内从大气压抽至15Pa。
 
  6、板材温度均匀性和平整度:
 
  温度的均匀性和平滑性对产品质量的均匀性有很大的影响。温度均匀性和平滑性越好,冻干产品质量的均匀性越好。冷冻干燥机的搁板温度控制有加热器型和中间流体型。中间流体控制的冷冻干燥机货架温度均匀性和平滑性好。冷冻干燥机的搁板为中空夹层结构。搁板的制冷和制热是通过在搁板内部的流体通道中循环中间流体来实现的,因此搁板的温度均匀一致。冷冻干燥机采用货架中间流体技术。钟罩式冻干机的搁板温度控制基本采用加热器,板层温度一致性稍差。但一般情况下,药品冷冻干燥机的板间温差应控制在1.5,板内温差应为L,食品冷冻干燥机可适当放宽。
 
  7.操纵系统
 
  冻干机控制系统的类型和功能是不同的。对于冷冻干燥机的实验系列,主要用于探索物料的冷冻干燥过程,少量用于试制。因此,控制系统应能实时显示冻干过程参数并自动记录。设定、修改并有效执行冷冻干燥工艺程序;有通讯接口,便于数据采集和存储。
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