冻干一次升华水冷式制冷机机只用给捕水器水冷式制冷机么

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21冻干机直冷式与间冷式捕水器综合性能的比较
维普资讯 干 燥 技 术 与 设 备  2 0 年第 6卷第 4期  08D yn   e h ooy&Eq ime t r ig T c n lg up n  ?0   2 9?冻 干机直冷式 与 间冷 式捕水 器综合性 能的 比较 史伟 勤 , 楼 唯, 张金 妹
 ( 上海远 东制药机械总厂 , 上海 20 2 ) 019  摘要 : 真空冷冻干燥机 ( 在 以下简称 冻干机 ) 有 个重要 的部件 “ 中, 捕水 器” 国际 国内绝 大部分 冻  。干机制造商均设 计采用直接 制冷式( 以下简称直冷式 ) 捕水 器, 也有 少数 冻干机制造 商设计采 用间接制冷 式( 以下简称 间冷式 ) 水器。 捕 上述 两种捕水器性能参数很 少见诸报道 。 近几年 , 海远 东制 药机械总厂冻 上  干设备厂对其进 行 了综合性能的研 究比较 , 结论是两者各有优 缺点 , 但综合性能还是 直冷式更优 。  关键 词 : 干 机 ; 水 器 ; 冷 ; 冷 ; 能  冻 捕 直 间 性中图分 类号 :Q 2 .3 T O 8 7  T 0 8 ; Q 2. 3 6 6文献标志码 :  B文章编号 :77 3 8 ( 0 8 0 - 2 9 0   12 ― 0 0 2 0 )4 0 0 - 41 采 用直冷式 捕水器 的冻 干机 的组成 和 系   统原理 产品的冷冻干燥需要在一个装置中进行 , 这个  装置叫做真空冷冻干燥机( 简称冻干机 ) 。   冻干机按结构可分为干燥箱、 捕水器、 制冷机、 真  空泵和阀门、 电气控制元件等 几 个部分。如按系统分  则可分为制冷系统、 真空系统 、 换热系统、 液压系统、   蒸汽灭菌系统和控制系统。图 1 是冻干机原理图。   如图, 干燥箱是一个能够制冷到 一o 6 ℃左右 , 能  够加热到 + 0C 7 o左右( 蒸汽灭 菌可达到 11 ) 2 ℃ 的高  低温箱 , 也是一个能抽成真空的密 闭容器 。它是冻  干机的主要部件之一 , 需要冻干的产品就放在箱内 套, 也可以只有一套 。制冷机的功能是对干燥箱和  捕水器进行制冷 , 以产生和维持它们工作时所需要 的低温。它有直接制冷和间接制冷二种方式。   干燥箱 、 捕水器、 真空管道和阀门, 再加上真空  泵, 便构成了冻干机的真空系统。 真空系统应该没有  漏气现象 。 真空泵是真空系统建立真空的重要部件。  真空系统对于产品的迅速升华干燥是必不可少的。  换热系统 由换热器 、 电加热器 、 循环泵 、 制冷系 统、 硅油 及相 关管 道组 成 。  对干燥箱采用 间接制冷和间接加热方式 , 目的 是使干燥箱 内搁板温度均匀一 致( ±1 )从 而  ≤ ℃ ,使制品品质一致。   在干燥箱 制冷时 , 启动制冷 系统 , 制冷剂使换  热器 内的传热介质硅油降温 , 降温后的硅油通过循 分层的金属搁板上进行冷冻 , 并在真空下加温 , 使 产 品 内的水 分升 华 而干燥 。  捕水器同样是一 个真空密闭容器 , 在它的内部 有一 个较 大 表 面积 的 金属 吸 附 面 , 附面 的温 度 能  吸环泵送到干燥箱搁板中 , 而达到使干燥箱搁板降  从温的 目的。制冷时电加热关 闭。   在干燥箱需加热时 , 动电加热器 , 启 电加热器 降到 一 0 4 ℃以下 ( 一般在 一0 6 ℃~7  ̄ 0 C,最低可达 一8  ̄左右 )并且能恒定地维持这个低温。捕水器  0C ,使传热介质硅油升温 , 升温后 的硅 油通过循环泵送 收稿 日期 :0 8年 5月 l   20 5日的功能是把冻 干箱 内产品升华出来 的水蒸气冻结 吸 附在 金属 表面上 。  作 者简 介 : 史伟勤 男 14 年 l 生于 上海 , 97 1 大学 本科 制冷与低温  技术专业毕业 , 教授级高级工程师 。现 任上海 远东制药机械总厂 顾 问兼 副 总 工 程 师 。  制冷系统 由制冷机与干燥箱 、 捕水器 内部的管 道 与换 热 器 等 组 成 。制 冷 机 可 以是 互 相 独 立 的数 E i: nen @c int ma t jn y iz e  la t. 维普资讯 干 燥 技 术 与 设 备 ?21   0?D y gT cnlg &E up n  ri   eho y q imet n o2 0 年第 6卷  08至干 燥箱 搁板 中 , 到 干 燥 箱 搁 板 加 热 的 目的 ( 达 加  热时 , 冷机 不对换 热器制 冷 )  制 。从 制 冷 系统 出来 的制 冷 剂 不 是直 接 对 捕 水 器 内盘 管制冷 ,而是先对换热器 内的传热介质硅油制冷 。   降温后 的硅油通过循环泵送到捕水器 内的盘管 中,  对盘 管进 行制 冷 。这种 捕水器 制冷方式 同干燥箱 制 捕水器一般采用直接制冷方式 , 图 1 如 从制冷 系统 出来 的低 温 制冷 剂直 接对 捕 水器 内盘管 制 冷 ,  使其降温并捕集水汽。  冷方式完全一样 , 称作间冷式制冷, 如图 2  。液压顶杆 千 镰 蠕闱 真 空 箱  蠕一 硅 油 泵 真  空  泵 图 1 采 用 亘 冷 式 补 水 器 的 冻 干 机 腺 理 图   液压 系统 由液压 顶 杆 、可 上 下 移 动 的搁 板 组 成。它的功能是在干燥箱 内制品瓶冻干结束时对半 加 塞 的制 品瓶进行 液压加 塞 。由于是在箱 内真 空条 图2 采 用 间冷 式捕 水器 的冻千 机原理 图   件下加塞 ,制品瓶出箱后避免了外界空气 中水分、  灰 尘 、 菌对制 品 的影 响 。 细  3 直冷 式与间冷式捕水器综合性 能比较 上海远东制药机械总厂冻干厂进行 了一系列  的试验研究 , 综合 比较 了直冷式捕水器与间冷式捕  水器的优缺点 , 兹小结如下 :   31 捕水器盘管( . 水汽吸附面 ) 结霜美观度的比较  间冷式捕水器盘管内流经的是低温硅油 , 捕水 时硅 油温 度一般在 一5【以下 ,且 硅 油在整 个捕 水  4  c = 过程 中是液 体状 态无 相 变 , 出捕 水器 温 度差 仅 为  进蒸汽灭菌系统由干燥箱 、 大蝶阀、 捕水器、 真空  泵真空管道、 小蝶阀( 包括外界蒸汽源 ) 组成 , 它的  功能是在冻干结束、 制品出箱后 , 对干燥箱 、 捕水器 等进行 高温 灭菌处 理 。 灭菌 温度一 般为 1 1【, 力  2  压 c =01MP , .1 a 时间 05 。 .   h控制 系统 一般 由人机 界面 ( 电脑 )P C 指示  或 、L 、调节仪表等装置组成 。它可 以比较复杂 , 也可以比  较简单 。冻干机一般有手动和 自动两种控制方式。  l2 导致捕水器盘管表面温差很小 , 以整个 问 ~ ℃, 所   冷式捕水器盘管温度较一致 , 结霜较均匀( 霜厚  结在对工艺进行摸索试验时 ,一般采用手动控制方 式。 在工艺已成熟的情况下 , 可采用 自动控制方式 。   两种控制方式都是为着生产 出合格的冻干制品。  度较一致 )结霜比较美观。 ,  直冷式捕水器盘管内流经的是低温制冷剂 。 低 温 制冷 剂在 盘管 内吸热汽化 ( 有相态 变 化 ) 。从盘 管  进 口处 的汽 液 两 相态 至 中间 的饱 和蒸 汽 态 再 到 出  口处 的过 热状 态 , 以有一 定 的温 度 变 化 , 大温  所 最差有 1 ~ 0 c 最小 也有 5C 52 q,   左右 。这导致 了捕水器 2 采用间冷式捕水器 的冻干机 如上所述 , 绝大部分冻干机制造商设计采用直  冷式捕水器 , 即从制冷系统 出来的低温制冷剂直接 对捕水器 内的盘管制冷, 使其降温并捕集水汽。但 也有少数冻干机制造商设计采用间冷式捕水器 ,   即盘管表面温度不一致 , 结霜不均匀 ( 结霜厚度相差  较大 ) 。温度低处厚达几厘米 ,温度高处仅一层薄  维普资讯 第 4期 史伟 勤等 . 冻干机直冷式与间冷式捕水器综 合性 能的 比较 ?l ? 2 l 霜, 结霜美观度较差。   从盘管表面结霜美观度来看 , 直冷式捕水器 比  不上间冷式捕水器 。   32 捕水器表面最低温度的比较  _ 间冷式捕水器采用 间接制冷方式 , 捕水器表面 最 低温 度一 般 在 一 0 6  ̄。这是 由二 个原 因造成  6  5C这表 明, 在制冷能耗方面间冷式捕水器 比不上  直冷式捕水器。  34 捕水 器 结构 复 杂程 度 ( 本 ) . 成 的比较 间冷式捕水器采用间接制冷方式( 原理图如 图   2, )结构 比较复杂 , 它需要一个换热器、 一台循环泵 及 有关 阀门 。  的, 一个原 因是制冷剂 ( 一般为 R 2 R 1A) 2 或 4 0 在捕 水 器 盘 管 内最 低 蒸 发 温 度 一 般 在 一 O 7 c 左 右  7 一 5I =直冷式捕水器采用直接制冷方式 ( 原理 图见图 1 , 构 比较简 单 , )结 它不 需 要循 环泵 、 换热器 等 。  ( 决定于制冷剂特性及压缩 比等因素 )另一个原 因 ;  是制冷剂与传热介质硅油约有 5 l℃的传热温差 , 一O   所以间冷式捕水器盘管最低温度一般高于 一 5C  6  ̄。 直冷式捕水器采用直接制冷方式 , 捕水器表面  最低温度一般可达 … 0 5C 这是因为制冷剂 ( 7  7  ̄ 。 一  般为 R 2或 R 1A 2 4 0 )直接在捕水器盘管 内蒸发汽  化, 制冷剂与盘管表面温差很小 。制冷剂的最低温 度也 就是盘 管 表面 的最 低温度 。  可见 , 在结构复 杂程 度( 成本 ) , 上 间冷式捕水  器也比不上直冷式捕水器。  4 小结 综上所述 , 比较间冷式捕水器和直冷式捕水器  的四个 主要性能 可以看 出: 捕水器盘管结霜美  除“ 观度 ” 这一项是间冷式捕水器 占优外 , 另三项性 能 “ 捕水器表面最低温度” “ 、捕水器制冷 能耗” “ 、捕水 器结构复杂程度” 均为直冷式捕水器 占优。  如上所述。盘管表面最低温度( 与捕水能力一  致) 间冷式捕水器 比不上直冷式捕水器 。  33 捕水器 制 冷能 耗的 比较  .以上两种形式捕水器均能在冻干机上使用 , 综 合性能还是直冷式捕水器 占优。所 以, 前 国内外  目绝大多数冻干机制造商均采用直冷式捕水器。   在可预见 的将来 , 如无 特殊原 因, 直冷式捕水 间冷式捕水器采用间接制冷方式 ,能耗较大。   原 因是 , 制冷剂需要先在换热器 中将传热介质硅油  制冷 , 硅油再通过循环泵送 至捕水器盘管 中 , 能耗 是 由两部 分组 成 的。  器应用概率仍会大大超过间冷式捕水器。  参 考文献 :  【 史伟勤, 1 】 谭界凝. 冷冻干燥技术[ I M . 冲 国劳 动社会保障出版  北京社 .0 6  20 .直冷式捕水器采用直接制冷方式 , 制冷剂直接  进入捕水器盘管内, 能耗较省。一般统计 , 间冷式捕  水器制冷 能耗 比直冷式能耗高一倍左右。  【 厄特延 GW, 2 】   黑利斯 P冷冻干燥 【 】 . M. 化学Y ki A / 版社2 0 . l 05  C mp r o  f n e r td P ro ma c  f r e eDre   ae   th r  y o a i n o   tg a e   ef r n eo  e z   ir s I F W trCac e sb   Die t n   d r c  oi g r c  d I ie t a n Co l   nS   i qn LOU We, HANGJn me  HIWe- i,   iZ i- i(hnhi u d n hr cuiaMahnr G nrl atr S ag a2 0 2 ,h a S aga Y a og a e t l c iey eea F o ,h h i 0 19C i )   n P ma c      c y n   n Ab ta tW ae  o d n e sa man p r o a u m ree dy r s r c: trc n e s ri   i  at fv c u f z   re .Moto ne ain lma1f( l su e     e s fitr t a  l _ ue   s     n o u日 rdie t o l d o de s r nd e o  he a o   n r c - o ld o de e Ho v r he r p rs o  r s a c   r c -c oe  c n n e ,a  fw  f t m  d pt i die t c e  c n ns r we e ,t   e o t  n e e r h. 维普资讯 ‘22 1‘干 燥 技 术 与 设 备  D y gT cn l y q im n ri   eh'o &E up et n og  20 0 8年第 6 卷 a   e eo me t ft s     p so  o de s r r  e ylmie . nr c n e r , h ng ndd v l p n     o he et t e   f n n e sa ev r i td I  e e t a s S a hm  wo y c y Yua o gp r c u ia  nd n  ha ma e t l cma h n r  e e a  c o   a  o et e r s a c    o a et e . ef u d t a  ec mp e e sv   e fr a c  f   c ie g n r f tr h sd n    e e h t c mp r   m W   n   t   o r h n i ep r m n eo   y l a y h r o h o h t h o ad r c-c o e  y   s   te . ie t o l dtpeWa betr Ke wo d :re edirwae ac ; i c o l g idrc o l g p ro a c   y r s f z r ; tr th dr t e e c e c i ;n i t n e c i ;e r n e n fm欢迎订阅 2 0 0 8年《 干燥技术与设备》  《 干燥技术与设备》 为工业技术与学术性期刊 , 目前国内惟一的干燥工程类刊物 , 是 已被《 中国期刊网》  、 《 中国学术期T ( U光盘版) 、中国学术期刊综合评价数据库》 《 》《 、中文科技期刊数据库》 全文收录。 是美国《 化学  文摘》 C )美国《 (A 、 剑桥科学文摘》 C A 、 ( s )俄罗斯《 文摘杂志》 A ) ( J 的来源期刊。本刊还与国际著名学术期刊 《 干燥技术》 建立了信息交流关系。  《 干燥技 ̄:- - 设备》 5 设有 : 专题综述 、 试验研究、 设备装置 、 测试技术、 控制技术、 环境治理 、 节能技术、 质量  与标准、 经营管理 、 化工产 品干燥、 农副产品干燥、 林产品干燥 、 饮食品干燥、 生物药品干燥、 生产实践经验总  结、 新产品和新知识介绍 、 国内外科技信息及市场动态等栏 目。内容丰富 , 知识面广 , 可读性强 , 长期订阅定  会获益匪浅。   本刊为双月刊 , 1 大 6开本。国际标准刊号 IS 1 2 ―3 8 , S N 7 7 0 0 注册刊号 N 4 6 /90 , R 3 1 /3 国内外公开发  6行 。全年定价 4 8元 ( 邮资 )欢 迎集体 及个人 订阅 ( 含 , 可破季 订 阅)  。真诚欢迎您订 阅、 投稿及发布广告 !  地址 : 州市景 御 路三新 家 园东 区 4幢 2 元 12室  杭 单 0电话 :5 1 8 0 2 2   0 7― 64 85 E mal jrig ia o   - iqd n@s . m : y nc邮编 :1 0 0 3 02  传真 :5 1 8 9 3 6   0 7 ―6 80 4联系人 : 韩冬冬 账号 :9 一 1 1 1 4 0 6 1  32 O5 0O 00 8 8开户银行 : 农业银行杭州市城东支行 户名 : 杭州钱江干燥设备有限公司   邮局汇款请寄 :干燥技术与设备》 《 编辑部 
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