真空冷凍干燥設備的原理及組成
真空冷凍干燥設備的工作原理是:
先將物料凍結到共晶點溫度以下,使水分變成固態的冰,然后將經過前處理的預凍物料裝入干燥倉內,在低溫真空狀態下,由加熱板導熱或輻射方式供給熱能,使物料中的水分直接由冰升華成水蒸氣。不斷升華出的水蒸氣,由真空泵組抽至捕水倉內,在-40℃～-45℃的排管外壁上凝結被捕,直至按凍干曲線達到規定的要求而停止供熱和抽真空,完成物料凍干全過程。
真空冷凍干燥設備組成：
由真空冷凍干燥箱(簡稱凍干箱)、真空系統、制冷系統、加熱系統及自動控制系統等幾部分組成。
- 干燥箱
干燥箱是一個真空密閉容器,是冷凍干燥設備的重要組成部件之一,是干燥過程中傳熱和傳質的場所,它的性能好壞直接影響到冷凍干燥設備的性能。如果帶有蒸汽消毒滅菌功能,凍干箱還應是一個低壓內壓容器。干燥室的形狀主要有圓形和矩形兩種。圓形干燥室操作容易、強度高、制作費用低,但其內部空間利用率低。矩形干燥室空間利用率高,但制造費用高。
- 真空系統
真空系統包括真空干燥室、隔離閥、水蒸氣捕集冷凝器、真聯式旋片真空泵、聯接管道以及放氣閥等。系統內空氣水蒸氣的抽除是由真空泵來完成的。當真空泵工作時,打開隔離閥,真空干燥室內的空氣及水蒸氣經過水蒸氣捕集冷凝器捕獲水分后進入真空泵,由真空泵排氣口排出系統外。為了防止經水蒸氣捕集冷凝器后抽除的氣體中仍含有極少量的水蒸氣進入泵內,系統配氣鎮閥。冷凍干燥時,打開氣鎮閥。在真空泵的排氣口裝有油霧捕集器,以防止排出氣體中煙霧污染室內環境。
- 加熱系統
為了使凍結后制品中的水蒸氣不斷地從冰晶中升華出來,就必須提供水蒸氣升華所需的足夠熱量,因此要有加熱系統。加熱系統除加熱板以外,還包括熱媒加熱罐、換熱器、氣動調節閥、循環泵及管路、閥門、液位計、溫度傳感器等。
- 制冷系統
水蒸氣凝結器又稱為冷阱,是制冷系統的主要部件。在1313Pa真空下,質量為1g的冰升華可生成100m3的水蒸氣。若這大量的水蒸氣不加以處理而由真空泵抽出,則需要大容量的抽氣機才能維持所需的真空度。冷阱的作用是將干燥室中的水蒸氣冷凝吸附變成冰,以免進入真空泵,一方面可以減小真空泵的工作負擔,另一方面能夠保證干燥室具有較低的真空度。
- 自動控制系統
自動控制系統是凍干機的指揮機構。凍干機的控制包括制冷機、真空泵的起、停,加熱溫度的控制,物料溫度、冷阱溫度、真空度的測試與控制,自動保護和報警裝置等。自動控制系統的功能是對凍干機的各個重要參數進行測量、顯示;根據預先的設置對凍干機進行控制,使其運行在規定的狀態,可對故障狀態報警并自動應急處理。通過測量和記錄凍干過程的工藝參數,可以完整地了解整個凍干過程;對這些參數實施有效的控制,則可以實現對整個凍干過程的優化,即在保證產品質量的前提下,提高生產效率以及減小能量消耗。
