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制冷机
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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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