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四環凍干機—真空冷凍干燥設備(四)

更新時間:2022-11-02 點擊次數:502

3.4.3真空系統設計

一個完整的真空系統包括真空容器、真空泵、真空儀表、真空閥門和真空管道。凍干箱和捕水器是凍干機真空系統的大容器,真空泵通過抽空閥抽捕水器,再通過主閥抽凍干箱;在真空泵頭和凍干箱及捕水器上均裝有真空測量裝置,以便測量系統的真空。

凍干機對真空系統有如下要求:


1、容器耐壓    凍干機的真空容器(凍干箱和捕水器)必須能抵抗大氣的壓力,帶蒸汽滅菌的凍干箱和捕水器還需能承受蒸汽滅菌時的高壓和高溫。

2、抽空時間    在0.5h左右的時間使凍干箱抽空到10Pa。這是對真空泵抽空能力求,需根據凍干箱和捕水器容積的大小選擇真空泵的排氣量。

3、根限真空    凍干箱的最高真空應能達到0.5~10P。這是對容器直空度的要求,一般選用雙級旋片式真空泵,或油封式旋轉泵再加羅茨泵。

4、體干箱的漏率    凍干箱的漏率應能達到5X102Pa•L/s。系統密封性的要求:要求設計先進,焊接可靠,加工精密,裝配仔細,選用高性能的真空閥門和部件等,符合GMP的要求,真空系統中凍干箱和捕水器及關聯的部件需使用不銹鋼制造;密封材料要使用聚四氯乙烯、硅橡膠或醫用橡膠;希望是潔凈的抽空系統,不對凍干箱的產品產生任何污染。

對于凍干設備,真空系統設計計算的目的就是依據干燥室的實際需要,設計配置出能夠滿足凍干工藝要求的真空系統。計算的內容包括:按照干燥室所要求的極限真空、工作真空和氣體負荷,確定選取主泵的類型和規格型號;依據氣體連續性原理為主泵配置合適規格型號的前級泵;在初步設計出捕水器和連接管道、閥門等附件組成的系統具體結構之后,校核驗算系統所能達到的極限真空度和工作真空度,以及達到某一壓力所需要的抽氣時間,是否滿足設計要求,這其中又涉及氣體在管路中的流動狀態判別、管路的流導計算和有效抽速計算等內容。

目前冷凍真空干燥設備中常用的真空機組主要有羅茨泵機組、水環-大氣真空泵機組等多種。從真空角度考慮,在設計抽氣系統的具體結構時應滿足如下基本要求:

1、為提高抽氣系統的通導能力,系統中各元件間的管道應短而粗、少彎曲,主泵和真空室間的管道直徑不應小于主泵吸氣口的直徑。

2、系統應本著串聯可以提高極限真空度、并聯可以提高抽氣速率的原則,組合各泵間的抽氣程序。

3、為了保證系統的密封性能,被抽系統的總漏氣率須限制在允許漏氣率范圍之內,盡量提高設備的制造水平。

4、為了防止機械泵振動和返油,在機械泵人口處應設置緩振軟管和放氣閥,為節省能源、縮短工作周期,對大型真空系統應配置維持泵。

5、為實現系統的自動操作和安全運轉,在抽氣系統和水冷系統上應分別設置真空繼電器和水壓繼電器,真空系統也可考慮選用微機程序控制。

6、真空系統建成后應便于測量和檢漏,為迅速找到漏孔,應進行分段檢漏,因此每個用閥門封閉的空間至少應設置一個測量點,以便于測量和檢漏。真空計測量規管的位置應選在沒有水套的位置上,而且應使規管直立,不要橫放。

真空系統一般的設計計算程序為:

1、計算真空室內的總放氣量;

2、確定真空室的有效抽氣速率;

3、對復雜真空系統首先粗選主泵和粗配主泵的前級泵;

4、按要求配置閥門、捕集器、除塵器等相關元件;

5、繪制真空系統草圖,確定真空系統各部位尺寸,為精算系統創造條件;

6、精算各真空泵,包括真空度和抽氣時間的計算,確認是否滿足給定的參數要求,如果達不到要求應重新選泵和配泵,直到滿足已定的參數要求為止;

7、繪制真空系統裝配圖并拆出零件圖;

8、繪制施工圖紙。

3.4.4制冷系統設計

制冷系統是凍干機上提供冷量的裝置。凍干機上需冷量的地方主要是凍干箱和水汽凝結器。兩者既可以用一套制冷系統,也可以用各自獨立的兩套制冷系統。通常,較大的凍干機都用兩套各自獨立的制冷系統,凍干箱上多用間冷式循環,水汽凝結器多用直冷式循環。

制冷系統所用制冷機的大小,按凍干箱耗冷量和水汽凝結器的耗冷量的計算值確定。制冷系統所用的制冷劑種類和制冷循環方式,應根據凍干物料所需的溫度選擇。

凍干箱只有在降溫和保溫兩階段需要冷量。降溫階段指擱板和被干燥的產品從室溫降到凍結所需的溫度的時間;保溫階段指擱板保持在上述溫度下使產品凍牢所需的時間。由于后者的冷負荷遠小于前者,在設計中可按前者的冷負荷選擇制冷機。

降溫時間的選定直接影響到制冷機大小的選配,所定的降溫時間越短,需配制冷機的制冷能力越大。確定降溫時間主要考慮以下幾個因素:

1、應滿足產品降溫速率的要求。因降溫速率對產品晶格的大小、活菌率、干燥速率等有直接影響。降溫速度快,結晶細,干燥速率慢,細菌成活率高;反之則相反。在箱內擱板凍結時,所設計的冷凍干燥機必須首先滿足產品凍干工藝的要求,才能生產優質產品。

2、凍干周期包括產品進箱、箱體降溫、保溫、升華、產品出箱等階段,還有箱體清洗消毒、水汽凝結器化霜等輔助時間。因此降溫時間也受整個凍干周期的限制。而凍干周期的確定應有利于組織生產。

3、箱體降溫與水汽凝結器所需的制冷機容量應綜合考慮,使之可以共用或相互備用,以提高機器的安全可靠性。

一般擱板溫度比產品的共晶點溫度低5一10℃。

降溫階段的耗冷量一般包括:


1、產品降溫的冷負荷;

2、箱內零件降溫的冷負荷;

3、載冷介質降溫的冷負荷;

4、箱壁降溫的冷負荷;

5、 通過箱壁傳入的冷損;

6、開門冷損耗;

7、載冷介質循環泵所消耗的冷量;

8、其他冷損耗。

捕水器耗冷量的計算包括:

1、捕水器材料降溫耗冷量;

2、保溫層傳熱耗冷量;

3、水蒸氣凝結耗冷量。

凍干設備上一般按制冷溫度選制冷劑和制冷循環。一般單級壓縮可制取-20~-40℃的低溫,雙級壓縮可制取-40~-70℃的低溫,復疊式制冷循環可得到-50~-80℃的低溫。




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