真空冷凍干機(jī)工作原理
真空冷凍干燥機(jī)是針對(duì)目前現(xiàn)有的常規(guī)真空干燥及烘箱，進(jìn)行改造升級(jí)換代而設(shè)計(jì)，主要由制冷系統(tǒng)和真空系統(tǒng)兩部分組成。其工作原理在于：利用真空干燥原理，通過將濕物料凍結(jié)到共晶點(diǎn)溫度下，使物料中的水分變成固態(tài)冰，然后在較高真空環(huán)境下，通過給物料加熱，將冰直接升華成水蒸氣，再用真空系統(tǒng)中的水汽凝結(jié)器將水蒸氣冷凝，從而達(dá)到物質(zhì)脫水干燥的目的。
真空冷凍干機(jī)的組成
通常由干燥倉(cāng)、冷凝器（捕水器）、加熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)六大部件組成。
1、干燥倉(cāng)
集抽真空與加熱干燥功能為一體的的密閉容器，物料的升華干燥過程在干燥倉(cāng)內(nèi)完成的，物料是放在干燥室內(nèi)擱板上的不銹鋼托盤內(nèi)的，每一層擱板上都有一個(gè)可供測(cè)量物料溫度的探頭，用以監(jiān)測(cè)整個(gè)凍干過程中的物料溫度。
2、捕水器（冷井）
是凝結(jié)升華水氣的密閉裝置，通常位于干燥倉(cāng)后部，內(nèi)部有一個(gè)較大面積的金屬吸附面，從干燥倉(cāng)物料中升華出來的水蒸氣可凝結(jié)吸附在其金屬表面上，吸附面的工作溫度可達(dá)-45℃~-65℃，冷凝器外形是不銹鋼或鐵制成的圓筒，內(nèi)部盤有冷凝管，分別與制冷機(jī)組相連，組成制冷循環(huán)系統(tǒng)。
3、加熱系統(tǒng)
凍干機(jī)加熱系統(tǒng)的作用是對(duì)干燥倉(cāng)內(nèi)物料進(jìn)行加熱，使物料不斷的受熱升華，從而達(dá)到規(guī)定的含水率要求。凍干機(jī)加熱系統(tǒng)的加熱方法主要分為接觸式加熱與輻射式加熱。
在接觸式加熱中，采用的是循環(huán)介質(zhì)加熱法，當(dāng)加熱系統(tǒng)工作時(shí)，先對(duì)循環(huán)液進(jìn)行加熱，液溫通過液箱控制調(diào)節(jié)儀選定的溫度自動(dòng)控制加熱,管道泵開啟后，可將循環(huán)液送入干燥箱內(nèi)擱板中，對(duì)擱板加熱，然后返回液箱進(jìn)行加熱循環(huán)。
而在輻射式加熱中我們通常采用蒸氣加熱，當(dāng)循環(huán)介質(zhì)為硅油時(shí)，隔板高溫度可達(dá)（+60~+70）℃。
4、真空系統(tǒng)
真空系統(tǒng)由真空泵及羅茨真空泵組成，羅茨泵為增壓泵不能單獨(dú)使用，必須先啟用真空泵，使其工作一段時(shí)間，當(dāng)系統(tǒng)中的真空度達(dá)到1Kpa以下時(shí)，再自動(dòng)啟動(dòng)羅茨泵。真空泵結(jié)構(gòu)、羅茨泵結(jié)構(gòu)等見說明書。真空系統(tǒng)的真空表可使用電接點(diǎn)真空表，可根據(jù)預(yù)先選定的真空度值，自動(dòng)控制羅茨泵的啟動(dòng)。
5、制冷系統(tǒng)
凍干機(jī)制冷系統(tǒng)由制冷壓縮機(jī)組，R22或R404a制冷劑組成。通常凍干設(shè)備的速凍制冷系統(tǒng)和捕水器制冷系統(tǒng)共用一套制冷系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)工作，接觸加熱方式中擱板溫度可降至-35℃。當(dāng)制冷系統(tǒng)工作時(shí)，冷凝盤管的表面溫度可達(dá)-35～-65℃，可根據(jù)客戶需求采用低溫螺桿式或雙級(jí)活塞式制冷壓縮機(jī)組，通常雙級(jí)活塞式壓縮機(jī)制冷效果更好，制冷溫度更低
6、電氣控制系統(tǒng)
本設(shè)備電氣控制系統(tǒng)由PLC、觸摸屏、控制柜、控制儀表、調(diào)節(jié)儀表等自動(dòng)裝置和電路組成。它的功能是對(duì)凍干機(jī)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制，控制設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
真空冷凍干機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
1、具有干燥速度快，時(shí)間縮短3~10倍；
2、能耗低，只有普通干燥機(jī)能耗的20%-30%；
3、干燥溫度范圍寬（-55℃~+70℃均能干燥），能在低溫范圍內(nèi)（-20℃~50℃）進(jìn)行快速干燥；
4、干燥室中真空無氧，干燥質(zhì)量可與原生態(tài)新鮮物料的質(zhì)量相毗美；
5、它能對(duì)有機(jī)溶劑進(jìn)行回收，有利于降低生產(chǎn)成本和環(huán)境保護(hù)，尤其適合于普通干燥機(jī)無法干燥的含有機(jī)溶劑的物料。
6、立式開門式結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)物料的原位凍干
7、控制系統(tǒng)以PLC為核心，采用觸摸屏作為人機(jī)操作界面，實(shí)時(shí)記錄凍干進(jìn)程中多路溫度數(shù)據(jù)，并可以曲線形式瀏覽,人機(jī)界面清晰、直觀。
8、可預(yù)置擱板控溫曲線，實(shí)現(xiàn)升華過程的自動(dòng)化。
9、主機(jī)帶有USB接口，可將凍干數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到計(jì)算機(jī)并對(duì)其實(shí)現(xiàn)保存、瀏覽、打印等功能。
10、可以降低物料被氧化變質(zhì)的可能性，消滅物料中的細(xì)菌，保證品質(zhì)；同時(shí)，物料原本的外形能得到很好的保留
真空冷凍干機(jī)的應(yīng)用范圍
1、可用于果蔬、肉禽、水產(chǎn)、調(diào)味品、方便食品及名優(yōu)特產(chǎn)等干燥，
可達(dá)到保持食品原有的色、香、味、形、新鮮度不變的目的，且復(fù)水性好，成品便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，費(fèi)用降低，保存期延長(zhǎng)。
2、在人參、冬蟲夏草等營(yíng)養(yǎng)保健品，采用真空冷凍干燥工藝，更使人們相信該營(yíng)養(yǎng)品純真自然。
3、應(yīng)用于血清、血漿、疫苗、酶、抗生素、激素等中西藥品的脫水與保存；，仍保持其生物理特性。
真空冷凍干燥機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
隨著產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)大化和對(duì)產(chǎn)能和降低能耗的追求，升華界面溫度高，有利于水蒸氣擴(kuò)散，更適用于熱敏性物料的干燥。
真空冷凍干燥機(jī)的使用規(guī)程
1、制備樣品應(yīng)盡可能擴(kuò)大其表面積，其中不得含有酸堿物質(zhì)和揮發(fā)性有機(jī)溶劑。樣品必須完全凍結(jié)成冰，如有殘留液體會(huì)造成氣化噴射。注意冷阱約為零下65度，可以做低溫冰箱使用，但必須戴保溫手套操作防止凍傷。
2、啟動(dòng)真空泵以前，檢查出水閥是否擰緊，充氣閥是否關(guān)閉，有機(jī)玻璃罩與橡膠圈的接觸面是否清潔無污物，良好密封。
3、啟動(dòng)制冷機(jī)，預(yù)冷30分鐘以上。將樣品放入樣品架，蓋上有機(jī)玻璃罩，并啟動(dòng)真空泵。待氣壓數(shù)顯穩(wěn)定后，記錄溫度和氣壓數(shù)值。
4、樣品在冷凍過程中，溫度逐漸降低，可以將樣品取出回暖一段時(shí)間后(仍處于冰凍狀態(tài))，繼續(xù)干燥，以縮短干燥時(shí)間。
5、紀(jì)錄真空冷凍干燥機(jī)械停機(jī)前的溫度和氣壓數(shù)值。
6、關(guān)閉真空泵，按下控制面板的充氣閥。氣壓數(shù)顯為大氣壓時(shí)，打開有機(jī)玻璃罩，取出樣品。
7、關(guān)閉制冷機(jī)，按住總開關(guān)鍵三秒以上，后關(guān)閉總電源開關(guān)。等冷阱中的冰完全化成水后，打開機(jī)箱左側(cè)的出水閥放水，并用干布清潔冷阱內(nèi)壁，蓋上大張濾紙防塵。
真空冷凍干燥機(jī)的維護(hù)
1、制冷系統(tǒng)的維護(hù)
1）每日的例行檢查。檢查內(nèi)容主要有：
1、按下控制面板的充氣閥，并立即關(guān)閉真空泵。氣壓數(shù)顯為大氣壓時(shí)，打開有機(jī)玻璃罩，取出樣品。
2、關(guān)閉制冷機(jī)，后關(guān)閉總電源開關(guān)。等冷阱中的冰完全化成水后，打開機(jī)箱左側(cè)的出水閥放水，并用干布清潔冷阱內(nèi)壁，蓋上大張濾紙防塵。
真空冷凍干燥機(jī)的維護(hù)
1、制冷系統(tǒng)的維護(hù)
1）每日的例行檢查。檢查內(nèi)容主要有：
①所有應(yīng)開的閥門是否打開。
②壓縮機(jī)的壓力是否在正常范圍內(nèi)。
③冷卻水的壓力和溫度是否正常。
④壓縮機(jī)回油及油位是否正常。
⑤壓縮機(jī)運(yùn)行聲音是否正常。
⑥制冷管路是否產(chǎn)生異常振動(dòng)。
⑦壓縮機(jī)和膨脹閥結(jié)霜情況等。
檢查中發(fā)現(xiàn)有異常情況，應(yīng)找出原因，及時(shí)處理，消除事故隱患。
2）長(zhǎng)期不使用設(shè)舒時(shí)應(yīng)將制冷劑收入冷凝器內(nèi)防止制冷劑泄漏，在生產(chǎn)過程中要經(jīng)常對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行檢漏，保證發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)及時(shí)處理，如制冷劑不足，應(yīng)及時(shí)充注，以免影響設(shè)備的正常運(yùn)行。
2、真空系統(tǒng)的維護(hù)
①定期更換真空泵油，以保證真空泵的性能。
②真空泵起動(dòng)前應(yīng)檢查油位是否正常，一般應(yīng)在視油鏡1/2左右的位置。
③對(duì)箱體抽真一定要保證后箱干燥，避免將水汽抽人泵體，影響真空泵的抽氣效率。
真空冷凍干機(jī)工作原理
凍干機(jī)按系統(tǒng)分，由致冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、和控制系統(tǒng)四個(gè)主要部分組成。按結(jié)構(gòu)分，由凍干箱或稱干燥箱、冷凝器或稱水汽凝集器、冷凍機(jī)、真空泵和閥門、電氣控制元件等組成。
凍干箱是一個(gè)能夠致冷到-40℃左右，能夠加熱到+50℃左右的高低溫箱，也是一個(gè)能抽成真空的密閉容器。它是凍干機(jī)的主要部分，需要凍干的產(chǎn)品就放在箱內(nèi)分層的金屬板層上，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行冷凍，并在真空下加溫，使產(chǎn)品內(nèi)的水分升華而干燥。
冷凝器同樣是一個(gè)真空密閉容器，在它的內(nèi)部有一個(gè)較大表面積的金屬吸附面，吸附面的溫度能降到-40℃以下，并且能恒定地維持這個(gè)低溫。冷凝器的功用是把凍干箱內(nèi)產(chǎn)品升華出來的水蒸氣凍結(jié)吸附在其金屬表面上。
凍干箱、冷凝器、真空管道和閥門，再加上真空泵，便構(gòu)成凍干機(jī)的真空系統(tǒng)。真空系統(tǒng)要求沒有漏氣現(xiàn)象，真空泵是真空系統(tǒng)建立真空的重要部件。真空系統(tǒng)對(duì)于產(chǎn)品的迅速升華干燥是必不可少的。
致冷系統(tǒng)由冷凍機(jī)與凍干箱、冷凝器內(nèi)部的管道等組成。冷凍機(jī)可以是互相獨(dú)立的二套，也可以合用一套。冷凍機(jī)的功用是對(duì)凍干箱和冷凝器進(jìn)行致冷，以產(chǎn)生和維持它們工作時(shí)所需要的低溫，它有直接致冷和間接致冷二種方式。
加熱系統(tǒng)對(duì)于不同的凍干機(jī)有不同的加熱方式。有的是利用直接電加熱法；有的則利用中間介質(zhì)來進(jìn)行加熱，由一臺(tái)泵使中間介質(zhì)不斷循環(huán)。加熱系統(tǒng)的作用是對(duì)凍干箱內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)行加熱，以使產(chǎn)品內(nèi)的水份不斷升華，并達(dá)到規(guī)定的殘余水份要求。
控制系統(tǒng)由各種控制開關(guān)，指示調(diào)節(jié)儀表及一些自動(dòng)裝置等組成，它可以較為簡(jiǎn)單，也可以很復(fù)雜。一般自動(dòng)化程度較高的凍干機(jī)則控制系統(tǒng)較為復(fù)雜?？刂葡到y(tǒng)的功用是對(duì)凍干機(jī)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制，操縱機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，以凍干出合乎要求的產(chǎn)品來。
冷凍干燥的程序是這樣的：在凍干之前，把需要凍干的產(chǎn)品分裝在合適的容器內(nèi)，一般是玻瓶或安瓶，裝量要均勻，蒸發(fā)表面盡量大而厚度盡量薄些；然后放入與凍干箱尺寸相適應(yīng)的金屬盤內(nèi)。裝箱之前，先將凍干箱進(jìn)行空箱降溫，然后將產(chǎn)品放入凍干箱內(nèi)進(jìn)行預(yù)凍，抽真空之前要根據(jù)冷凝器冷凍機(jī)的降溫速度提前使冷凝器工作，抽真空時(shí)冷凝器應(yīng)達(dá)到-40℃左右的溫度，待真空度達(dá)到一定數(shù)值后(通常應(yīng)達(dá)到100uHg以上的真空度)，即可對(duì)箱內(nèi)產(chǎn)品進(jìn)行加熱。一般加熱分兩步進(jìn)行，第一步加溫不使產(chǎn)品的溫度超過共熔點(diǎn)的溫度；待產(chǎn)品內(nèi)水份基本干完后進(jìn)行第二步加溫，這時(shí)可迅速地使產(chǎn)品上升的規(guī)定的最高溫度。在最高溫度保持?jǐn)?shù)小時(shí)后，即可結(jié)束凍干。
整個(gè)升華干燥的時(shí)間約12-24小時(shí)左右，與產(chǎn)品在每瓶?jī)?nèi)的裝量，總裝量，玻璃容器的形狀、規(guī)格，產(chǎn)品的種類，凍干曲線及機(jī)器的性能等等有關(guān)。
凍干結(jié)束后，要放干燥無菌的空氣進(jìn)入干燥箱，然后盡快地進(jìn)行加塞封口，以防重新吸收空氣中的水份。
在凍干過程中，把產(chǎn)品和板層的溫度、冷凝器溫度和真空度對(duì)照時(shí)間劃成曲線，叫做凍干曲線。一般以溫度為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)。凍干不同的產(chǎn)品采用不同的凍干曲線。同一產(chǎn)品使用不同的凍干曲線時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量也不相同，凍干曲線還與凍干機(jī)的性能有關(guān)。因此不同的產(chǎn)品，不同的凍干機(jī)應(yīng)用不同的凍干曲線。
作為凍干機(jī)設(shè)備重要的組成部分，冷凝器肩負(fù)著排水蒸氣系統(tǒng)的功能。在選購(gòu)凍干機(jī)設(shè)備的過程中，用戶應(yīng)該根據(jù)自身具體的情況選擇合適的冷凝器形式。
一般來說，凍干機(jī)的冷凝器形式分為外置式和內(nèi)置式二種。外置式冷凝器與凍干箱是二個(gè)互相獨(dú)立的部分，它們之間通過一個(gè)帶有隔離閥的大口徑通道相連，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是凍干箱和冷凝器相距較遠(yuǎn)，二者的溫度不會(huì)互相影響，進(jìn)箱和出箱時(shí)凍干箱和冷凝器可以關(guān)閉閥門而互相隔離，凍干箱進(jìn)行預(yù)凍和出箱，冷凝器進(jìn)行化霜均可單獨(dú)進(jìn)行，不會(huì)互相影響，節(jié)省了整個(gè)生產(chǎn)周期的時(shí)間。缺點(diǎn)是投資成本高些，占地面積大些。
內(nèi)置式的冷凝器把吸附升華水蒸氣的盤管或金屬放置在凍干箱內(nèi)，凍干箱和冷凝器合為一體，其優(yōu)點(diǎn)是升華通道很近，水蒸汽流動(dòng)阻力小，制造成本低，占地面積小。缺點(diǎn)是由于冷凝的制冷表面與放產(chǎn)品的板層之間距離較小，在溫度上互相有些影響，凍干結(jié)束出箱時(shí)冷凝器仍需繼續(xù)制冷，否則冷凝器表面的冰會(huì)溶化，凍干箱內(nèi)不斷滴水，影響產(chǎn)品殘余水份的含量，冷凝器化霜時(shí)，凍干箱不能進(jìn)行預(yù)凍，影響下一批進(jìn)箱時(shí)間，延長(zhǎng)了整個(gè)生產(chǎn)周期。
因?yàn)閮?yōu)缺點(diǎn)各有不同，用戶在選擇凍干機(jī)時(shí)，對(duì)冷凝器的性能還需要有所關(guān)注。作為國(guó)產(chǎn)凍干機(jī)廠商的代表，北京博醫(yī)康旗下Pilot系列凍干機(jī)，不僅采用了先進(jìn)的風(fēng)冷卻系統(tǒng)，還配備了國(guó)際知名品牌的配件，確保了冷凝器的精確、穩(wěn)定、安全、可靠，大大提升了整個(gè)凍干機(jī)設(shè)備的性能和可靠性。
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